Анализ переменных режимов вертикального смешивающего подогревателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

A1 + Tsaö---------------exp

• n e

siny £ =----------

l 4

l

na

exp

na

~T

(tm -T1 )

4 . п

-вШ-X! > Тзад. п I

При выполнении указанных условий зафиксировать значение п и определить размер секции: I

Г =- •

п

Проверять выполнение условий:

\2

. п „ l

sin—g1 =— exp l n

(

1 - exp

na

(T2 -T1)

\

4 . n

-sm- x > Тзад. n l

• При выполнении указанных условий зафиксировать значение п и определить размер секции:

I

Г2 =~ • п

• Из полученных значений г1 и г2 выбрать меньшее:

г = ш1п(г1; г2}.

Если г!>г2, т. е. г=г2, то желаемый результат достигнут. Колебания, в пределах допустимой амплитуды, будут совершаться относительно заданного значения выходной функции.

Если г:<г2, т. е. г=г1, то амплитуда колебаний будет в пределах допустимой, но функция, совершая колебательные движения, будет медленно убывать и через определённое время выйдет за пределы допустимого интервала относительно заданного значения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределёнными параметрами. - М.: Высшая школа, 2003. - 299 с.

2. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твёрдых тел. - М.: Высшая школа, 2001. - 550 с.

3. Першин И.М. Анализ и синтез систем с распределенными параметрами. - Пятигорск: РИА КМВ, 2007. - 244 с.

4. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. - М.: Наука, 1972. - 736 с.

Поступила 06.02.2009 г.

УДК 621.311

АНАЛИЗ ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО СМЕШИВАЮЩЕГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

Н.Н. Галашов

Томский политехнический университет Е-mail: [email protected]

Проведен анализ работы вертикального смешивающего подогревателя в переменных установившихся режимах при изменении давления пара в корпусе; расхода и температуры воды на входе в подогреватель и относительной величины отводимого выпа-ра. Показано, что основные изменения температуры нагреваемой воды в подогревателе при работе в переменном режиме происходят в первом отсеке.

Ключевые слова:

Смешивающий подогреватель, струйный отсек, нагрев, недогрев, выпар.

Подогреватели смешивающего типа нашли широкое применение на тепловых электростанциях, но до сих пор их процессы еще слабо изучены. Наибольшее внимание было уделено вопросам надежности работы подогревателей в переходных режимах при сбросах нагрузки [1, 2]. Вопросы теплообмена в смешивающих подогревателях исследованы в узком диапазоне давлений, всего до 0,13 МПа [3], в то время как существующие подогреватели работают при давлениях до 0,2 МПа, и предполага-

ется использовать их при более высоких давлениях. Имеются единичные исследования по изменению параметров в этих подогревателях при изменении режимов работы турбоустановки [4], которые не позволяют оценить влияние отдельных факторов на характеристики отсеков подогревателя, что требуется при проектировании подогревателей.

В данной работе рассматриваются вопросы изменения по греющим отсекам подогревателя нагрева воды Д/ и ее недогрева до температуры насы-

щения в при изменении давления пара в корпусе Рп; расхода 0в и температуры 4.вх воды на входе в подогреватель и относительной величины отводимого выпара йъыш (килограмм выводимого из подогревателя пара на тонну проходящей воды). Для расчета процессов теплообмена в подогревателе выбрано уравнение нагрева пучка струй при поперечном обтекании их потоком пара [5], которое используется для проектирования струйных отсеков деаэраторов и применимо для давлений от 0,1 до 0,8 МПа.

Для анализа был спроектирован смешивающий подогреватель вертикального типа, состоящий из двух струйных отсеков. Схематическая конструкция подогревателя показана на рис. 1. Вода подводится на перфорированную тарелку верхнего отсека, на которой создается уровень воды Н1. С верхней тарелки вода струями сливается через отверстия в днище на тарелку нижнего отсека, на которой создается уровень воды кг. Длина струй верхнего отсека Ц, нижнего - Ьг. Пар подводится через центральную трубу в нижний отсек и, последовательно проходя между струями нижнего и верхнего отсеков, отдает тепло воде в процессе конденсации. Небольшой расход не сконденсировавшегося пара вместе с вышедшими из воды газами отводится из подогревателя как выпар.

Методика проектирования подогревателя описана в [6]. Подогреватель спроектирован на следующие параметры: давление пара в корпусе Рп=0,2 МПа; расход воды в подогреватель 0=200 кг/с; температура воды на входе /в.вх=80 °С; относительная величины отводимого выпара Свып=0,5 кг/т. Принято, что в первом отсеке вода не догревается до температуры насыщения на в=5,6 °С, а на втором на в2=0,2 °С. КПД подогревателя п=0,99. Диаметр отверстий в тарелках с1=6 мм. Отверстия располагаются в шахматном порядке по равностороннему треугольнику. Шаг между центрами отверстий /=20 мм. При проектировании подогревателя учитывалось, что во всем диапазоне изменения варьируемых параметров не наступит предельных режимов работы отсеков.

В результате проектирования были получены следующие характеристики отсеков подогревателя.

Первый отсек (верхний): диаметр окружности пучка струй на входе отсека Свх1=2049 мм, на выходе отсека Свых1=950 мм; длина струи Х1=700 мм; число отверстий не тарелке N=7468; гидростатический уровень воды на верхней тарелке ^=80 мм; скорость выхода воды из отверстий тарелки ов1=0,98 м/с; средняя скорость пара в отсеке юп1=0,87 м/с.

Второй отсек (нижний): диаметр окружности пучка струй на входе отсека Свх2=900 мм, на выходе отсека Свых2=2088 мм; длина струи Х2=645 мм; число отверстий не тарелке N=8040; гидростатический уровень воды на верхней тарелке Л2=83 мм; скорость воды в отверстиях тарелки ов2=0,99 м/с; средняя скорость пара в отсеке оп2=6,67 м/с.

Для анализа работы подогревателя в переменном режиме в пакете Microsoft Offise Excel была составлена программа расчета отсеков подогревателя. Параметры воды и пара определялись на основе программы «WaterStreamPro». Принято, что в подогреватель в любых режимах поступает сухой насыщенный пар.

Расчеты производятся по следующему алгоритму:

По Рп определяем температуру насыщения t, удельный объем и" и энтальпию h" насыщенного пара. По Рп и 4.вх определяем удельный объем ив1 и энтальпию ^.вх1 воды на входе первого отсека. Расчет верхнего струйного отсека.

1. Принимаем недогрев воды до температуры насыщения в первом отсеке 01П.

2. Находим температуру воды на выходе отсека 4.Вых1+4-0ш и по Рю 4.^1 энтальпию воды на выходе ^.вых1. Расход пара на выходе отсека ^=«/1000. Определяем расход конденсирующегося в отсеке пара по формуле Ак1 ^в.иЛ.вых—^.вх!)/^"-^.^!)/п. Расход пара на входе отсека ^п.вх1=^п.вых1+^пк1. Нагрев воды в отсеке At^t^-t^.

3. Находим скорость воды в отверстиях тарелки а>11=401Жи11/(т12N1) и высоту гидростатического уровня воды на верхней тарелке h1+aI{/(2g^,2), где g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; ^=0,776 - коэффициент расхода в отверстиях тарелки.

5.

6.

Определяем площади сечений для прохода пара на входе и выходе струйного отсека по формулам: ^=¿1 пСВХ1 (1- С//); ^БЫХ1=Х!пСБЫх1 (1-С//) и скорости пара в этих сечениях по формулам:

® вх1 ^п.вх1и /^вх1; ®вых1 Dп.Бых1U /^вых1'

Средняя скорость пара в отсеке определяется

как д1^~( вх1 ^^вых1)/1п( ^^вх1/^^вы^1).

Из формулы нагрева пучка струй [5] находим расчетную температуру воды на выходе из отсека tБ.Быхlр=ts-(ts-tБ.Бхl)/(10^¿l(щ-l/“■l)0,3/С0,7), где А определяем по [5. рис. 3.12] в зависимости от Рп.

7. Расчетный недогрев воды до температуры насыщения в первом отсеке

8. Определяем относительную погрешность между принятым и расчетным недогревом воды в отсеке 5в1=(|в1П-в1Р|100)/в1П, если 5в1<0,5 %, то расчет отсека заканчиваем, если больше, то принимаем в1П=в1Р и расчет повторяем с пункта 2. Расчет нижнего струйного отсека производится

по тому же алгоритму, что и для верхнего.

С помощью программы были проведены расчеты для давлений пара Рп в интервале 0,1...0,3 МПа; для расходов воды 0в.вх в интервале 100...300 кг/с; для температур воды на входе /в.вх в интервале 60... 100 °С и для относительного расхода выпара Свып в интервале 0,001...1 кг/т.

По результатам расчетов построены зависимости Д/ и в для первого и второго отсеков от изменяемых параметров, рис. 2-9.

Рп, МПа

Рис. 2. Зависимость нагрева воды в отсеках от давления

■ 01 ■ 02

Рп, МПа

Рис. 3. Зависимость недогрева воды! в отсеках от давления

Из рис. 2 и 3 видно, что при росте давления пара в подогревателе и постоянных остальных параметрах основной прирост нагрева и недогрева воды происходит в первом отсеке. Это объясняется большим температурным напором в первом отсеке по сравнению со вторым.

40

30

20

10

- Д(1

- Д?2

200 Ов, кг/с

Рис 4. Зависимость нагрева водыы в отсеках от расхода водыы

■ 01 ■ 02

200

кг/с

250

Рис. 5. Зависимость недогрева водыы в отсеках от расхода водыы

- Д?1 ■ Д?2

Рис. 6. Зависимость нагрева водыы в отсеках от температурыы воды на входе

.01

■02

^в.вх. °с

Рис. 7. Зависимость недогрева воды! в отсеках от температуры воды на входе

40

35-

30

25

20

15

10

5

0

■ Д?1 - Д?2

Рис. 8.

I 0,25 0,5 0,75 1

^ВЬП кг/г

Зависимость нагрева воды! в отсеках от относительного расхода вы/пара

0

100

150

300

250

150

■ 01 ■ 02

^ВЫП. КГ/Т

Рис. 9. Зависимость недогрева воды! в отсеках от относительного расхода вы/пара

Рис. 4 и 5 показывают, что при изменении только расхода воды в подогреватель нагрев и недогрев воды в обоих отсеках остаются постоянными. Объясняется это тем, что остается постоянным отношение скоростей воды и пара в отсеке.

При увеличении температуры воды на входе подогревателя происходит сильное падение нагрева в первом отсеке и небольшое во втором (рис. 6), что объясняется большим снижением температурного напора в первом отсеке и небольшим во втором. Этот же фактор объясняет существенное измене-

ние недогрева в первом отсеке и слабое во втором (рис. 7).

Выпар существенно начинает влиять при относительной величине ниже 0,1 кг/т (рис. 8, 9). При этом происходит быстрое падение скорости пара в первом отсеке и сильно растет недогрев воды (рис. 9), что ведет к снижению нагрева в отсеке (рис. 8). Во втором отсеке скорость пара снижается мало, поэтому недо-грев растет слабо, но из-за снижения температуры воды на входе температурный напор увеличивается, а это приводит к увеличению нагрева. Таким образом, увеличение недогрева в первом отсеке компенсируется увеличением нагрева во втором.

Выводы

Показано, что основные изменения нагрева и недогрева воды в смешивающем подогревателе при работе в переменном режиме происходят в первом отсеке. Наибольшее влияние на нагрев и недогрев оказывают изменение давления пара в подогревателе и температуры воды на входе; изменение расхода воды не влияет на нагрев и недогрев, а выпар начинает влиять при относительном расходе меньше 0,1 кг/т.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ермолов В.Ф., Пермяков В.А., Ефимочкин Г.И., Вербицкий В.Л. Смешивающие подогреватели паровых турбин. - М.: Энергоиздат, 1982. - 208 с.

2. Ефимочкин Г.И. Бездеаэраторные схемы паротурбинных установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 232 с.

3. Ефимочкин ГИ. К расчету смешивающих подогревателей с безнапорным струйным водораспределением // Теплоэнергетика. - 1982. - № 11. - С. 43-45.

4. Ефимочкин Г.И., Вербицкий В.Л., Шипилов С.Г. Статические испытания системы регенерации турбоустановки 300 МВт со смешивающими подогревателями низкого давления // Электрические станции. - 1975. - № 11. - С. 36-38.

5. Рихтер Л.А., Елизаров Д.П. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. - М.: Энергия, 1987. - 216 с.

6. Шаклеина Е.В., Галашов Н.Н. Исследование зависимости конструктивных характеристик вертикальных смешивающих подогревателей от параметров пара и расхода воды на входе // Современные техника и технологии: Труды XII Междунар. на-учно-практ. конф. молодых ученых. - Томск, 2006. - Т. 2. -С. 421-423.

Поступила 08.10.2008 г.