影響膠球清洗裝置凝汽器內壓力的確定及其影響因素？
影響膠球清洗裝置凝汽器內壓力的確定及其影響因素？
 一、膠球清洗裝置凝汽器內壓力的確定
在凝汽器內，蒸汽是在汽側壓力相應的飽和溫度下凝結。若冷卻水量和冷卻面積均為無(wú)限大時(shí)，蒸汽和冷卻水之間的傳熱端差等于零，這時(shí)，膠球清洗裝置凝汽器內的壓力就等于冷卻水溫度相對應的飽和蒸汽壓力。但實(shí)際情況是凝汽器的冷卻面積是有限的，蒸汽凝結時(shí)放出的汽化潛熱通過(guò)管壁傳 給冷卻水，必然會(huì )存在一定的溫差。同時(shí)，冷卻水量也是有限的，冷卻水吸熱后溫度將會(huì )有所提高，蒸汽凝結溫度要比冷卻水進(jìn)口溫度高。這 樣，膠球清洗裝置凝汽器中的壓力就需要根據凝汽器中蒸汽和冷卻水的溫度大小及其分布情況決定。當凝汽器中蒸汽和冷卻水的流動(dòng)近似于逆流情況時(shí)，其 溫度沿冷卻表面的分布如圖4-4所示。圖中曲線(xiàn)1表示凝汽器內蒸汽凝結溫度ts的變化，可以看出，ts在主凝結區內沿著(zhù)冷卻面積基本不變，只是在空氣冷卻區，由于蒸汽已大量凝結，蒸汽中的空氣相對含量增加，使蒸汽分壓力p's明顯低于凝汽器壓力pc，這時(shí)p's相對應的飽和蒸汽溫度將明顯下降。圖中曲 線(xiàn)2表示冷卻水從進(jìn)口到出口沿著(zhù)冷卻面積的變化，冷卻水在吸熱過(guò)程中，從進(jìn)口溫度tw1上升到出口溫度tw2，其溫升Δt=tw2-tw1。冷卻水的進(jìn)水側溫度上升要比出水側溫度上升 快，這是因為進(jìn)水測溫度較低，與蒸汽的傳熱溫差較大，單位傳熱的熱負荷較大的緣故。蒸汽凝結溫度ts與冷卻水出口溫 度tw2之差稱(chēng)為凝汽器的傳熱端差，用Δt表示，即Δt＝ts-tw2。
圖4-4蒸汽和水的溫度沿冷卻表面的分布
Ac-凝汽器總傳熱面積；A's-空氣冷卻區面積
那么，在一定的冷卻面積下，在主凝結區蒸汽的凝結溫度為
Δt＝tw1+Δt+Δt (4-1)
在主凝結區，凝汽器壓力pc與蒸汽壓力p's相差甚微，可用pc代替p's，這樣，由式(4-1)算出ts后就可求出相對應的飽和蒸汽壓力p's，也就確定了 凝汽器內的壓力pc。
二、影響膠球清洗裝置凝汽器壓力的因素 
式(4-1)是確定和分析凝汽器壓力的理論基礎，可以看出，影響凝汽器壓力久的主要因素有：
1.冷卻水進(jìn)口溫度tw1
膠球清洗裝置凝汽器的進(jìn)水溫度在冷卻水開(kāi)式供水系統中完全取決于自然條件，隨季節的變化而變化。冬季tw1較低，ts也低，相應地pc也低，即凝汽器真空變高；夏季tw1較高，ts也高，相應地pc也高，凝汽器真空變低。除此以外，水面溫度和水底溫度不一樣，可以相差2～3℃ ；水漲潮、退潮時(shí)不能讓凝汽器的進(jìn)水和排水相混，以免使tw1升高。在冷卻水閉式供水系統中，tw1還決定于冷水塔或冷卻水池的冷卻效果。
2.冷卻水溫升Δt
根據膠球清洗裝置凝汽器內傳熱的熱平衡方程，蒸汽在凝結時(shí)放出的熱量應等于冷卻水吸收的熱量，即
Q=1000Dc(hc-h'c)＝ 1000Dw(h'w2-h'w1)
�。�4187DwΔt (4-2)
式中Q--凝汽器的傳熱量(kJ/h)；
Dc、Dw--進(jìn)入凝汽器的蒸汽量與冷卻水量(t/h)；
hc、h'c--蒸汽和凝結水的比焓(kJ/kg)；
h'w2、h'w1--冷卻水出口比焓和進(jìn)口比焓，kJ/kg。
在低溫范圍內，水的比焓h'w2、h'w1在數值上約等于水溫tw2、tw1的4.18倍，則由上式可得
(4-2a)
式中：m＝Dw/Dc，為凝結1kg蒸汽所需的冷卻水量，稱(chēng)為冷卻倍率或循環(huán)倍率。增大m，則Δt減小，由式(4-1)知ts也相應減小，凝汽器就可以達到較低的壓力，但由于冷卻水量的增大，循環(huán)水泵的耗功也增大 ，冷卻水管的直徑也加大，同時(shí)由于排汽比容增大，末級葉片尺寸也相應加大，電站投資增大。因此m值的確定應通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟比較，現代凝汽 器的m值約在50～120的范圍內，一般情況下，凝汽器開(kāi)式供水或采用單流程時(shí)，m可選用較大值。
(hc-h'c)是1kg排汽凝結時(shí)放出的汽化潛熱，對于高真空下的凝汽器來(lái)說(shuō)，比焓差 (hc-h'c)變動(dòng)范圍很小，一般在2140～2220kJ/kg左右，取其平均值，則
(4-2b)
可以看出，冷卻水溫升Δt＝tw2-tw1的大小主要決定于循環(huán)倍率m，一般為5～10℃。當Dc一定時(shí)，若Δt變大了，則表明冷卻水量不足，這可能是因為凝汽器的管板被冷卻水帶進(jìn)的雜草、小與與魚(yú)蝦等 雜物堵塞；可能是冷卻水吸水井水位太低，吸不上水，"虹吸"破壞或"虹吸"管堵塞，也可能是循環(huán)水泵運行惡化，終都將使凝汽器真空降低 。從式.(4-2b)也可看出，在汽輪機運行狀態(tài)下，Dc是無(wú)法改變的，控制冷卻水溫升Δt的手段只能是改變冷卻水量Dw。當增大Dw時(shí)，Δt下降，在同一個(gè)Dc下，鋪草pc將降低，此時(shí)機組的經(jīng)濟性將有所提高。但應注意，此時(shí)，由于Dw的增大，使機組的廠(chǎng)用電也增大了。
3.凝汽器的傳熱端差Δt
由凝汽器的傳熱方程可知在蒸汽凝結時(shí)，傳給冷卻水的熱量為
Q＝Dc(hc-h'c)=AcKΔtm=DwΔ t (4-3)
式中K--凝汽器的總體傳熱系數[kJ/(m2h℃)]；
Ac--冷卻水管外表面總面積(m2)；
Δtm--蒸汽與冷卻水之間的平均傳熱溫差(℃)。
由圖4-4可以看出，由于空冷區傳熱面積Aa很小，一般可假設蒸汽凝結溫度ts，沿冷卻面積不變，而用冷卻水的對數平均溫 差代替平均傳熱溫差，則
(4-4)
將式(4-4)、式(4-2)和式(4-3)聯(lián)立，可得
(4-5)
可以看出，傳熱端差Δt=ts-tw2與冷卻面積、傳熱量、傳熱系數和冷卻水量有關(guān)，傳熱越強， 端差越小。一般情況下，Δt=3℃～10℃。當然，Δt越小越好。設計時(shí)，Q一定，DW主 要根據m決定，K只能按經(jīng)濟數值取定，此時(shí)，只有增大傳熱面積人才能減小Δt，從而使凝汽器體積增大，占地面積增 大，投資增大，同樣需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較。對于運行機組，Ac已定，在一定的蒸汽負荷和冷卻水量條件下，Δt的 大小主要取決于K，即凝汽器冷卻表面的清潔程度和凝汽器內積存的空氣量。膠球清洗裝置凝汽器冷卻表面結垢或變污會(huì )妨礙傳熱，引起Δt升高；當 真空系統不嚴密，或抽氣設備工作不正常時(shí)，將會(huì )使凝汽器內積存空氣，并在冷卻表面形成部分空氣膜，同樣妨礙傳熱，使Δt升高。這些都將使ts增大，使凝汽器壓力升高，在運行中，當Δt達到一定值時(shí)，就應考慮對凝汽器進(jìn)行清洗，以改善傳熱效果。
三、總體傳熱系數的確定
在膠球清洗裝置凝汽器中，汽輪機排汽與冷卻水之間的傳熱過(guò)程一般有三個(gè)階段，即蒸汽在冷卻水管外的凝結放熱，熱量由冷卻水管外表面傳至內表面，再 由冷卻水管內表面將熱量傳至管內的冷卻水。
在膠球清洗裝置凝汽器的傳熱方程式(4-3)中，關(guān)鍵是傳熱系數K的確定。如果將冷卻水管的圓形管壁傳熱近似看成平壁傳熱，則傳熱系數可表示為
(4-6)
式中α1--蒸汽向水管外壁的放熱系數；
δ--水管的壁厚；
λ--水管壁的熱導率；
α2--水管內壁對冷卻水的放熱系數。
上式中，汽側放熱系數α1的確定十分復雜，至今仍在探索之中，它與水管的排列形狀，水管排數等多種因素有關(guān)，一根管子的α1可以確定， 但對于管束就很難解決。此外，膠球清洗裝置凝汽器處于真空狀態(tài)，空氣將要漏人，含有空氣的蒸汽向管壁的放熱現象更為復雜，而且空氣的相對含量是變 化的，熱交換的條件在凝汽器內也各處不同。由于α1不能由理論公式計算出，因此也就不可能由式(4-6)計算出傳熱系數K。
考慮到上述情況，到目前為止，在進(jìn)行膠球清洗裝置凝汽器的熱力計算時(shí)；總體傳熱系數K是由根據實(shí)驗和理論分析得到的經(jīng)驗公式進(jìn)行計算。通常使用的計 算公式為
(4-6)
式中φ--冷卻表面清潔程度修正系數，即清潔系數；對于開(kāi)式供水系統，水質(zhì)清潔時(shí)φ＝0.8～0.85；對于閉式供水系統，經(jīng) 常換水時(shí)φ=0.7～0.8，冷卻水不清潔時(shí)，φ＝0.65～0.75；
φw--冷卻水流速和管徑的修正系數，可用下式計算；
cw--冷卻水在管內的流速，應根據管材、水質(zhì)、供水方式等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較后選定，一般為1.5～2.5m/s；
d1--冷卻水管內徑；
φt--冷卻水進(jìn)口水溫修正系數；
φz--冷卻水流程數z的修正系數；
φd--膠球清洗裝置凝汽器單位面積蒸汽負荷Dc，的修正系數，單位時(shí)間內在單位面積上冷凝的蒸汽量，稱(chēng)為單位熱 負荷，即Dc＝Dc/Ac。當Dc在設計值Dcd 與臨界值Dcc＝(0.9-0.012tw1)Dcd之間，即DccDc≤Dcd時(shí)，不需修正，φd＝1。當DcDcc時(shí)，需進(jìn)行修正，φd＝δ(2-δ)，δ=Dc/Dcc。 |
