Параметры, характеризующие тепловую эффективность аппаратов

Тепловую эффективность любого теплообменного аппарата наиболее полно отражает величина среднего коэффициента теплопередачи в нем, численно равная количеству теплоты, переданной за единицу времени от одного теплоносителя к другому через единицу поверхности теплообмена при разности температур теплоносителей в 1 градус.

Величина коэффициента теплопередачи определяется интенсивностью процессов передачи теплоты от первичного теплоносителя к поверхности теплообмена и от нее – к вторичному теплоносителю. Интенсивность этих процессов характеризуется величиной коэффициента теплоотдачи, представляющим собой количество теплоты, переданное (или полученное) через единицу площади за единицу времени от теплоносителя к поверхности теплообмена (или от поверхности теплообмена к теплоносителю) при разности температур между теплоносителем и поверхностью теплообмена в 1 градус.

Коэффициент теплопередачи для любого теплообменного аппарата поверхностного типа, в т.ч. и для конденсатора, ввиду малой толщины стенки трубок с достаточной для практических целей точностью можно вычислить по формуле для плоской стенки:

(1)

где коэффициенты теплоотдачи со стороны внутритрубного и межтрубного теплоносителей, Вт/(м²∙K).

– толщина стенки трубки, м;

– наружный и внутренний диаметры трубки, м;

– коэффициент теплопроводности материала стенки трубок, Вт/(м∙K).

Для расчета тонкостенных трубчатых поверхностей конденсатора формула (1) принимает вид:

(2)

где α_п, α_в– коэффициенты теплоотдачи от пара к стенке трубки и от стенки трубки к воде, Вт/(м²∙K).

Уровень коэффициента теплопередачи зависит не только от величины коэффициентов теплоотдачи теплоносителей, но и от их соотношения между собой. Величина коэффициента теплопередачи не может быть больше меньшего из коэффициентов теплоотдачи.

Величина нагрева воды в аппарате также характеризует эффек­тивность работы теплообменного аппарата. Это относится и к подогревателям питательной воды системы регенеративного подогрева ПТУ, и к конденсаторам, в которых за счет отвода теплоты конденсирующегося пара, происходит нагрев охлаждающей воды. Нагрев воды в конденсирую­щем аппарате определяется из уравнения теплового баланса

(3)

Оценка тепловой эффективности поверхностных конденсирующих аппаратов ПТУ производится также по величине недогрева воды до температуры насыще­ния пара при соответствующем его давлении:

𝛿t = t_н t_2в. (4)

Недогрев питательной воды до температуры насыщения (𝛿t) имеет место в по­верхностных теплообменных аппаратах вследствие наличия термического сопро­тивления переносу теплоты через стенки трубок поверхности теплообмена между конденсирующимся паром и нагреваемой водой. На величину недогрева влияет также загрязнение трубок поверхности теплообмена, наличие в паре неконденсирующихся газов, увеличивающих термическое сопротивление переносу теплоты через стенку. Недогрев в поверхностном аппа­рате определяется по выражению

(5)

где t_1в, t_2в температура воды на входе и выходе аппарата соответственно, °С;

G_в расход воды, кг/с;

с_{р в} теплоемкость воды, кДж/(кг К);

К коэффициент теплопередачи в аппарате, Вт/(м² К);

F поверхность теплообмена, м².

Величина недогрева характеризует эффективность использования теплоты, по­ступающей с паром, т.е. термодинамическое совершенство аппарата. Недогрев зависит от величины коэффициента теплопередачи в аппарате, и любая интенсификация теплообмена, приводящая к увеличению коэффициента теплопе­редачи, влечет за собой снижение недогрева. Оптимальный недогрев в аппарате определяется технико-экономическими расчетами, так как снижение не­догрева приводит к повышению тепловой экономичности ПТУ и к экономии топ­лива на электростанции, но, как правило, сопровождается ростом затрат металла и стоимости. Обычно рекомендуемая величина недогрева для подогревателей ВД и НД совре­менных конструкций не превышает 1,5...5,0°С, а в конденсаторах современных турбин недогрев обычно составляет 3..10°С.