Характеристики паро-паровых теплообменников

К паро-паровым теплообменникам относятся поверхностные испарители, в которых за счет теплоты греющего пара из питательной воды (как правило, химически очищенной) получается вторичный пар, который может использоваться для получения дистиллята, или для технологических нужд. На рис. 8 показан водотрубный испаритель И-250-2 энергоблока КЭС мощностью 300 МВт, служащий для восполнения потерь пара и конденсата на электростанции.

Рис. 8. Водотрубный испаритель.

1 - корпус;

2 - греющая секция;

3 - набивка из колец Рашига;

4 - водораздающее устройство;

5 - опорный дырчатый лист;

6 - дырчатый лист;

7 - опускные трубы;

8 - переливные бортики;

9 - подвод греющего пара;

10 - подвод питатель­ной воды;

11 - подвод конденсата на промывку.

Из-за отложения накипи со стороны испаряющейся воды при неправильной эксплуатации испарителя или недостаточном качестве питательной воды происходит ухудшение теплопередачи от греющего пара к кипящей воде, в результате чего либо снижается производительность испарителя (тепловая мощность) при неизменных давлениях греющего и вторичного пара, либо повышается давление греющего пара или понижается давление вторичного пара при сохранении неизменной производительности.

На рис. 9 показано изменение температур греющего теплоносителя (первичного пара) и нагреваемого теплоносителя (вторичного пара) вдоль поверхности нагрева паро-парового теплообменника (испарителя), где t_н1 - температура конденсации греющего пара (определяется давлением греющего пара р₁); t_н2 - температура испарения вторичного пара (определяется давлением вторичного пара р₂); Dt_max = t_н1 - t_н2 – температурный напор в теплообменнике.

Рис. 9. Схема изменения температур теплоносителей в испарителе.

Тепловая нагрузка испарителя, кВт, определяется выражением

(27)

где D_и1 – расход греющего пара, кг/с; h_и1 – энтальпия греющего пара, кДж/кг, которую в расчетах можно принять равной энтальпии сухого насыщенного пара при давлении р₁, т.е. h_и1 = h²(p₁); h¢_и1 – энтальпия конденсата греющего пара при давлении р₁: h¢_и1 = h¢(p₁); D_и2 – расход вторичного пара, кг/с; h_и2 – энтальпия вторичного пара, равная энтальпии сухого насыщенного пара при давлении р₂, т.е. h_и2 = h²(p₂); h¢_и2 – энтальпия конденсата греющего пара при давлении р₂: h¢_и2 = h¢(p₂); D_пр – расход продувочной воды из испарителя, кг/с; h_о.в – энтальпия очищенной воды, подаваемой на питание испарителей, которая определяется по температуре очищенной воды t_о.в .

Расход вторичного пара, кг/с, можно определить из материального баланса испарителя:

(28)

где D_о.в – расход очищенной (питательной) воды, кг/с.

Тепловую нагрузку испарителя можно определить также из уравнения теплопередачи:

(29)

где k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К); Dt_max = t_н1(р₁) - t_н2(р₂) – температурный напор в испарителе; F – площадь поверхности нагрева испарителя, м².

Задание 12.Испаритель И-250-2 имеет площадь поверхности теплообмена F = 227,5 м². При номинальном режиме работы испарителя расход греющего пара составляет D_и1 = 21 т/ч; давление греющего пара р₁ = 0,16 МПа; давление вторичного пара р₂ = 0,08 МПа. Определить тепловую мощность и коэффициент теплопередачи в испарителе при номинальном режиме работы.

Ответ: Q = 12955 кВт; k = 2876 Вт/(м²×К).

Методика решения.Находим тепловую нагрузку испарителя по выражению (27), кВт, где D_и1 – расход греющего пара, кг/с; h_и1, h¢_и1 – энтальпия пара и его конденсата, кДж/кг, при давлении р₁: h_и1 = h²(p₁), h¢_и1 = h¢(p₁).

Из (29) выражаем коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К):

(30)

где Q – тепловая мощность, Вт; Dt_max = t_н1(р₁) - t_н2(р₂) – температурный напор в испарителе, К.

Задача 13.В процессе эксплуатации испарителя И-250-2 при постоянной тепловой мощности Q = 12955 кВт (Q из предыдущей задачи) давление греющего пара составляло: р₁ = 0,2: 0,26; 0,3; 035; 0,4; 0,5 МПа. Давление вторичного пара не изменялось (р₂ = 0,08 МПа). Определить, как изменялся коэффициент теплопередачи k.

Методика решения.Определяем коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К), по формуле (30), где Q – тепловая мощность, Вт; Dt_max = t_н1(р₁) - t_н2(р₂) – температурный напор в испарителе, К; t_н1(р₁) - температура конденсации греющего пара, °С.

Задача 14.В процессе эксплуатации испарителя И-250-2 при постоянном давлении греющего пара р₁ = 0,16 МПа расход очищенной воды D_о.в составлял: 21; 16; 12; 8; 5 т/ч при доле продувки a_пр = 1 % (a_пр = 0,01). Давление вторичного пара составляет р₂ = 0,08 МПа. Температура очищенной воды составляет t_о.в = 20 °С. Определить, как изменялся расход греющего пара D_и1 и коэффициент теплопередачи k.

Методика решения.Определяется расход продувочной воды, кг/с:

где D_о.в – расход очищенной воды, кг/с.

По выражению (28) находят расход вторичного пара D_и2, кг/с.

По формуле (27) определяют тепловую мощность Q, кВт, где h_и2 = h²(p₂); h¢_и2 = h¢(p₂); h_о.в – энтальпия очищенной воды, которая определяется по температуре очищенной воды t_о.в .

Расход греющего пара, т/ч, определяется выражением:

где Q - в кВт; h_и1 – энтальпия греющего пара, кДж/кг: h_и1 = h²(p₁) – энтальпия вторичного пара, кДж/кг; h¢_и1 = h¢(p₁) – энтальпия конденсата греющего пара при давлении р₁.

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле (30), где Q – тепловая мощность, Вт; Dt_max = t_н1(р₁) - t_н2(р₂) – температурный напор в испарителе, К.