凝汽器换热区间干空气量计算

摘 要：分析了空气积聚对凝汽器换热产生的影响，介绍了凝汽器漏入干空气量的确定方法，详细阐述了凝汽器热力计算算法和换热区间凝结量的求解方法；通过对实例中凝汽器各个换热区间凝结量的计算，再结合HEI标准中推荐的总的空气量数值，计算出该实例在各个换热区间的干空气量分配，为凝汽器抽空气管的设计提供了数据支持，保证了凝汽器的换热效果，提高了凝汽器的经济性。 关键词：凝汽器；空气积聚；抽空气；不凝结气体；换热系数 1 空气积聚对凝汽器换热的影响 凝汽器是电厂辅机系统中非常重要的设备，凝汽器的真空严密性是反映凝汽器性能的重要指标。由于凝汽器接口众多，在真空系统的环境中运行不可避免地会有空气漏入，而漏入的空气会影响凝汽器的传热性能。此外，空气积聚在换热管外壁周围，将使凝汽器传热阻力增加、换热系数降低，最终使排汽压力和温度升高。当凝汽器内部空气积聚到一定程度，蒸汽与换热管换热时，靠近换热管壁面会形成一层空气膜，远离换热管壁面处的蒸汽只有穿过这一层空气膜才能到达液膜表面处凝结，除凝结液热阻和相间热阻外，还有气膜热阻，而气膜热阻往往是含空气的蒸汽凝结换热的主要热阻，并随着空气含量的增大，气膜热阻占蒸汽侧总热阻的比例越来越大，传热系数迅速下降[1]，凝汽器传热系数随空气浓度变化的曲线见图1。 2 凝汽器漏入干空气量的确定 2.1 凝汽器中气体来源 凝汽器中空气和其他不凝结气体主要来源于凝汽器系统焊缝、处于低于大气压运行时的低压加热器、 通常含有氧的补充水以及其他处于真空状态下运行的管道及阀门等。 2.2 干空气量确定 漏入凝汽器内部的空气量受上述几个来源影响，计算方法有很多，但计算结果相差很大。以前我国一直采用苏联的计算方法，近年来HEI（Heat Exchange Institute ，美国热交换学会）标准规定的方法被广泛运用。 HEI标准认为，漏入空气量与机组的排汽量、排汽口数目以及凝汽器壳体数目有关，并列出了单壳体、双壳体及三壳体最小凝汽器漏入空气量和抽汽设备抽出的汽气混合物总量[2]，见第80页表1。通过查询表中的数据，可得出凝汽器运行中析出的最小空气量，根据工程经验，通常凝汽器干空气量取1.5倍余量。 3 凝汽器各换热区间凝结量的计算 将凝汽器内部管系根据支撑跨数分为若干个换热区间，每个换热区间的空冷区被换热管束包围，在这个换热区间中析出的干空气量在空冷区积聚，在每个换热区间内设置抽空气管，将本换热区间内析出的空气及其他不凝结气体抽出，保证本区间的换热系数，凝汽器换热区间示意图见图2。各个区间产生的干空气量与在各个区间凝结的蒸汽量成正比，通过对每个换热区间凝结的蒸汽量的计算，可推算出在每个换热区间析出的干空气量。 3.1 凝汽器热力计算算法 HEI标准中的凝汽器热力计算算法具有计算准确、便捷等优点，因此在全球范围内被各大凝汽器厂家普遍采用。 1）凝汽器热负荷计算公式为 Q = （HS - HW） × WS + QO .（1） Q = U × AS × LMTD .（2） 3.2 换热区间凝结量求解 当设计完成后的凝汽器在某一工况下运行时，由式（4）可知，在各个换热区间内，U1，FM，FC不变，换热系数U只与进口水温修正系数FW有关；根据水温修正系数图可知，凝汽器温升通常只有 10 ℃，水温修正系数FW变化很小，所以在换热单元计算式中可忽略不计（如，入口水温20 ℃时，水温修正系数为0.975；入口水温30 ℃时，水温修正系数为1.07），因此，可以认为凝汽器内部的每个换热区间的换热系数是相同的，将式（4）带入LMTD计算公式简化后，得到每个换热区间蒸汽凝结量的计算公式为 Q1 = c × A1 × LMTD1 .（5） 式中：c为常数；A1为单个换热区间面积；LMTD1为单个换热区间的对数平均温差。 根据凝汽器换热的热量平衡和质量守恒定律，可建立方程组 通过方程组（6）（7）可求解出Tk1，Tk2，…，Tk（n-1）及Q1，Q2，…，Qn；但手动计算非常繁琐，计算机编程可快速求解出各个换热区间的冷却水进出口温度以及蒸汽凝结量；通过每个换热区间的蒸汽量可快速求出对应区间的干空气量。下文中计算实例相关曲线见图3、第81页图4及图5。 4 某凝汽器计算实例 某凝汽器设计条件：单壳体单流程凝汽器，设计背压5 kPa，蒸汽量 400 t/h，排汽温度33.6 ℃，入口水温20 ℃，出口水温29 ℃，换热管长度16 × 600 mm。 根据方程组（6）和方程组（7）可得出各换热区间水温、蒸汽凝结量、干空气量数据，见表2。循环水温升曲线见图3，各个换热区间凝结量曲线见图4，凝汽器各个换热区间干空气量曲线见图5。 通过以上分析计算，得出了各个换热区间需要抽出的汽气混合物的详细数据，为后续凝汽器抽空气管的设计提供了必要的数据支撑。 5 结束语 通过对凝汽器各个换热区间凝结量的计算，再结合HEI标准中推荐的总的空气量数值，计算出在各个换热区间的干空气量分配，为凝汽器抽空气管的设计提供了数据支持，保证了凝汽器的换热效果，提高了凝汽器的经济性。 上一篇:角接触球轴承动刚度的计算分析