Расчет зоны воздухоохладителя

Зона воздухоохладителя чаще всего представляет собой часть трубного пучка конденсатора и размещается последней по тракту движения парового потока в конденсаторе. Конструктивно зона воздухоохладителя выделяется при помощи паровых щитов, см. рис. 3, поз. 12. Ориентировочно площадь поверхности теплообмена в зоне воздухоохладителя принимается равной 10-15% от всей поверхности теплообмена.

Расход пара на входе в зону воздухоохладителя принимается 2-3% от ^.

Количество воздуха, поступающего в конденсатор вместе с паровым потоком, определяется по зависимости ВТИ:

(55)

где – расход пара из турбины, ;

G_вс.м. – расход пара вспомогательных механизмов, , (ориентировочно данная величина находится в пределах 5% от ).

Расход паровоздушной смеси на входе в зону воздухоохладителя:

(56)

Относительное содержание воздуха в паре на входе в зону воздухоохладителя:

(57)

. (58)

Парциальные давления пара и воздуха в паровоздушной смеси на входе в зону воздухоохладителя находятся из системы уравнений:

(59)

(60)

(61)

(62)

По парциальному давлению пара определяется температура насыщения пара в ядре потока на входе в зону воздухоохладителя.

Температура насыщения пара на выходе из воздухоохладителя определяется парциальным давлением пара в паровоздушной смеси. Последнее в свою очередь определяется относительным содержанием воздуха в паре ε". Относительное содержание воздуха в паре на выходе из воздухоохладителя зависит от конструкции конденсатора, режима работы ПТУ, от начальной температуры охлаждающей воды и других факторов и находится в диапазоне ε" = 0,5…0.7.

Расход пара на выходе из воздухоохладителя (потери пара) определяется из соотношения:

(63)

Расход паровоздушной смеси на выходе из воздухоохладителя:

(64)

Количество теплоты, выделившееся при конденсации пара в зоне воздухоохладителя:

(65)

Вся эта теплота, пренебрегая потерями, передается охлаждающей воде. Расход охлаждающей воды через зону воздухоохладителя пропорционален площади поверхности теплообмена и числу ходов воды:

= (0,1…0,15) ∙ z ∙ G_в. (66)

Температура воды на выходе из зоны воздухоохладителя определяется из уравнения теплового баланса:

(67)

Нагрев охлаждающей воды в зоне воздухоохладителя:

(68)

Средняя температура воды в зоне воздухоохладителя:

(69)

Парциальное давление пара на выходе из зоны воздухоохладителя находится из системы уравнений (аналогичной системе уравнений для параметров на входе в воздухоохладитель, см. (59) – (62)):

(70)

(71)

(72)

(73)

По давлению определяется температура насыщения пара на выходе из воздухоохладителя

Среднее относительное содержание воздуха в паре:

(74)

Среднее парциальное давление воздуха:

(75)

Среднее парциальное давление пара: (76)

Расчет теплообмена в зоне воздухоохладителя осложняется не только наличием постоянно возрастающего относительного содержания воздуха в паровоздушной смеси (отрицательный фактор), но и диффузионным переносом пара вследствие возрастающей разности концентраций пара в паровом объеме и у поверхности теплообмена (положительный фактор). Общее количество теплоты, передаваемое от паровоздушной смеси поверхности теплообмена, равно сумме теплоты конвективного переноса и теплоты, переносимой диффундирующей массой. После определения коэффициента теплоотдачи для чистого пара и коэффициента массоотдачи в [1,9] общий коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к трубчатой поверхности находится по формуле:

(77)

где t_гр и p_{п. гр} – параметры (температура и давление) насыщения пара на границе раздела фаз – паровоздушной смеси и пленки конденсата;

t_ст – температура стенки;

p_п–парциальное давление пара в ядре паровоздушной смеси;

α_п – коэффициент теплоотдачи для чистого пара;

β_р – коэффициент массоотдачи;

r– теплота фазового превращения.

Для расчета массоотдачи рекомендуется зависимость, разработанная ВТИ на основе обобщения многочисленных опытов по исследованию массоотдачи при конденсации на горизонтальных трубках пара из движущейся паровоздушной смеси:

Nu_D = β_р∙ d_н / D_p = 0,82∙Re_см ^0,5 ∙ П_D ^-0,33 ∙ ε_об ^-0,55 , (78)

где Nu_D– диффузионное число Нуссельта;

П_D=Δр/р_см – величина, учитывающая влияние разности парциальных давлений пара в ядре паровоздушной смеси p_п и на поверхности пленки p_{п. гр} (Δр = p_п – p_{п. гр}) и общего давления смеси;

d_н – определяющий размер (наружный диаметр трубки);

D_p – коэффициент молекулярной диффузии;

ε_об = ͞p_взд / p_см – отношение среднего парциального давления воздуха и давления паровоздушной смеси.

Для нахождения коэффициента массоотдачи β_р требуется определить диффузионное число Нуссельта Nu_Dи коэффициент диффузии D_p.

Число Рейнольдса для паровоздушной смеси Re_см = w∙d_н / ν_см находят по ее средней скорости в зоне воздухоохладителя и параметрам в ядре потока.

Рекомендуемая скорость на входе в зону воздухоохладителя составляет 40…60 м/с. Конструктивно зона воздухоохладителя выполняется таким образом, что скорость на входе в нее в 2…3 раза ниже скорости парового потока на входе в конденсатор. Принимаем = 40 м/с.

Скорость паровоздушной смеси на выходе из зоны воздухоохладителя определяется из уравнения неразрывности:

(79)

Средняя скорость паровоздушной смеси:

(80)

Средняя температура паровоздушной смеси в воздухоохладителе:

(81)

По этой температуре определяются физические свойства компонентов паровоздушной смеси.

Кинематическая вязкость смеси:

(82)

Число Рейнольдса: Re_см = ͞w ∙ d_н / ν_см .

Отношение : ε_об = ͞p_взд / p_см .

Парциальное давление пара на поверхности пленкиp_п.гр находится следующим образом:

- средняя температура стенки ͞t_ст = + Δt_в;

- общий температурный напор между стенкой трубки и паровоздушной смесью Δt =͞t_н - ͞t_ст распределяется с учётом того, что термическое сопротивление со стороны смеси в среднем в 4 раза больше сопротивления конденсатной пленки. Поэтому Δt_см = 0,8∙ Δt;

- средняя температура поверхности пленки: t_гр = ̅t_н - Δt_см.

По этой температуре определяется среднее парциальное давление пара на поверхности плёнки ͞p_п.гр .

Далее вычисляются:

–разность давленийΔр= ͞p_п - ͞p_п.гр ,

– фактор П_D = Δр / р_см ,

– диффузионное число Нуссельта Nu_D .

Коэффициент диффузии D_pвычисляют по зависимости Эккерта:

(83)

Коэффициент массоотдачи β_р:

(84)

Коэффициент теплопередачи К в зоне воздухоохладителя по классической формуле (c учетом теплоотдачи обоих теплоносителей) определяется по формуле (2).

Коэффициент теплоотдачи с водяной стороны – по формуле (34). Физические свойства для воды определяются по средней температуре воды t_в^ср .

Коэффициент теплоотдачи с паровой стороны через конденсатную пленку определяется по критериальной зависимости Нуссельта (формула 35). Физические свойства конденсата определяются по средней температуре пленки конденсата:

͞t_пл =(͞t_гр +͞t_ст ) / 2 . (85)

Далее последовательно вычисляются:

- число Галилея

- число фазового перехода

где Δt_п =͞t_н - ͞t_ст ;

- число Нуссельта ;

- коэффициент теплоотдачи при неподвижном паре

Скоростной коэффициент КТЗ (по формуле 42):

Действительное значение коэффициента теплоотдачи пара через конденсатную пленку: α_п= β_ск∙ α_Nu .

Коэффициент теплоотдачи с учетом наличия в паровом объеме воздуха по методике КТЗ (47):

Коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси с учетом процесса массоотдачи α'_см по формуле (77):

Коэффициент теплопередачи в зоне воздухоохладителя (по формуле (2)):

Необходимая площадь поверхности воздухоохладителя:

(86)

Оценка занимаемой воздухоохладителем части теплообменной поверхности всего конденсатора:

(87)