Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Калинин Александр Юрьевич

Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе
<
Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Калинин Александр Юрьевич. Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе: диссертация ... кандидата технических наук: 05.14.14 / Калинин Александр Юрьевич;[Место защиты: Всероссийский дважды ордена Трудового Красного знамени теплотехнический научно-исследовательский институт - ОАО ВТИ].- Москва, 2016.- 130 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Краткий обзор работ, посвящённых конденсации пара 8

1.1 Конденсация неподвижного пара 8

1.2 Конденсация движущегося пара 18

1.3 Конденсация пара из паровоздушной смеси 23

1.4 Условия теплообмена для оребрённых труб 25

1.5 Основные типы схем воздушно-конденсационных установок 30

1.6 Конденсации пара в параллельных каналах 34

1.7 Выводы. Постановка задачи исследования 37

Глава 2 Расчетно-теоретический анализ процесса конденсации в параллельных каналах 38

2.1 Физическая модель 38

2.2 Математическая модель 39

2.2.1 Краткий обзор основных программных комплексов для расчёта теплофизических процессов 39

2.2.2 Описание математической модели конденсации пара в аппаратах воздушного охлаждения 40

2.3 Вычислительный эксперимент 49

2.4 Выводы вычислительного эксперимента 55

Глава 3. Экспериментальная установка. Методика проведения опытных исследований и обработки данных 56

3.1 Описание экспериментальной установки 56

3.1.1 Назначение экспериментальной установки 56

3.1.2 Комплектность. Схема установки 57

3.1.3 Технические данные 58

3.1.4 Устройство и работа установки и составных частей 61

3.1.5 Состав электрооборудования 67

3.2 Методика проведения эксперимента 68

3.2.1 Подготовка к работе 68

3.2.2 Проведение измерений 69

3.3. Методика обработки экспериментальных данных 70

3.5 Определение погрешностей измерений 71

Глава 4 Результаты экспериментального исследования 74

4.1 Влияние расхода охлаждающего воздуха на работу ВКУ 74

4.2 Влияние тепловой нагрузки на работу ВКУ 78

4.3 Распределение расхода пара между параллельными трубками теплообменника ВКУ 82

4.4 Влияние тепловой нагрузки на эффективность конденсации в теплообменных трубках 89

4.5 Оценка зоны неэффективной работы теплообменника в зависимости от тепловой нагрузки и расхода охлаждающего воздуха 92

4.6 Выводы экспериментального исследования 96

Глава 5 Экспериментальное исследование температурного состояния элементов промышленной воздушно-конденсационной установки 97

5.1 Технические характеристики и тепловая схема 97

5.2 Измерение параметров 103

5.3 Анализ полученных результатов. Сопоставление экспериментальных и расчётно-теоретических данных 106

Заключение 109

Приложение 1.Часть текста программы 111

Литература 115

Введение к работе

Актуальность темы. В настоящее время в энергетике всё большее внимание при разработке новых технологий уделяется вопросам экологии. В этом плане большой интерес вызывают воздушно-конденсационные установки (ВКУ) для тепловых электростанций. В отличие от традиционных конденсационных установок, охлаждаемых водой, они имеют важные преимущества:

независимость от наличия воды (что позволяет осуществлять строительство электростанций в местах с ограниченными водными ресурсами);

уменьшение выбросов водяных паров в атмосферу (что обеспечивает благоприятный микроклимат в районе электростанции для населения);

уменьшение платы за водопользование, стоимость которого быстро растёт. Об этом свидетельствуют многочисленные сообщения о строительстве ВКУ и сухих градирен в различных странах мира, в том числе, в России.

С развитием методов исследования и вычислительной техники стало возможным рассмотрение численных решений многих задач, которые ранее можно было получить лишь экспериментально. Однако при всей мощи современной техники, подробное моделирование процессов теплообмена является сложной и порой практически невыполнимой задачей.

Имеется большое количество работ, посвящённых конденсации пара внутри труб и каналов. Как правило, рассматривается отдельная труба без учёта взаимовлияния параллельных каналов. Вместе с тем, исследования воздушно-конденсационных установок выявили важные многорядные конструкции, указывающие на необходимость более глубокого анализа их работы (трубных пучков при конденсации пара внутри труб).

Целью диссертационной работы являются:

расчётно-экспериментальное изучение работы теплообменных аппаратов с конденсацией пара внутри труб при неравномерном теплосъёме;

выявление на основе полученных данных зон неэффективной работы воздушных конденсаторов;

создание компьютерной модели, обеспечивающей корректную оценку эффективности работы ВКУ.

Научная новизна выполненного исследования заключается в следующем:

разработана математическая модель многорядной воздушно-конденсационной установки, проведено численное моделирование работы воздушного конденсатора;

проведены экспериментальные исследования и получены зависимости параметров модели воздушно-конденсационной установки от режимных параметров, выполнена верификация программы;

проведён анализ полученных теоретических и экспериментальных данных,

выявлены зоны неэффективной работы воздушного конденсатора и разработана методика их расчёта.

Достоверность и обоснованность научных положений подтверждается применением в процессе вывода расчётных зависимостей фундаментальных физических законов и их математического описания, корректными измерениями с использованием точных приборов, практическим подтверждением результатов исследований.

Основные положения диссертации проверены экспериментально.

Практическая значимость работы заключается в следующем: теоретически и экспериментально подтверждено существование зон пониженной эффективности воздушно-конденсационных установок, разработана математическая модель и программа расчёта ВКУ. Полученные результаты могут быть использованы в конструировании теплообменных аппаратов, основанных на конденсации пара в параллельных каналах, охлаждаемых воздухом.

Апробация работы. Результаты докладывались и обсуждались на семинарах кафедры физики КГУ им. К.Э. Циолковского, семинарах кафедры теплофизики и тепловых двигателей МГТУ им. Н.Э. Баумана (Калужский филиал), конференциях аспирантов КГУ, на XVI школе-семинаре молодых учёных и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, шестой российской национальной конференции по теплообмену (РНКТ-6).

На защиту выносятся:

результаты теоретического и экспериментального исследования конденсации пара в параллельных трубах воздушно-конденсационных установок при неравномерном теплосъёме;

математическая модель и программа расчёта ВКУ с определением зон пониженной эффективности, результаты её верификации на основе сопоставления с экспериментальными данными;

экспериментальное исследование работы воздушно-конденсационных установок на промышленной энергоустановке.

Личный вклад автора заключается в самостоятельной разработке математической модели воздушно-конденсационной установки, наладке исследовательского стенда, разработке программы и методики измерений, обработке и обобщении данных.

Публикации. По материалам диссертационной работы имеется четыре публикации, одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ в государственном реестре.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из списка используемых обозначений, введения, пяти глав, заключения, одного приложения и библиографического списка из 79 наименований; содержит 123 страницы, включая 31 рисунок.

Условия теплообмена для оребрённых труб

В энергетической практике применяются три типа схем ВКУ (рисунок 1.1) [19]. Первый тип схем (рисунок 1.1, а) – с конденсацией отработавшего пара внутри труб с наружным оребрением, охлаждаемых окружающим воздухом. Отработавший пар из турбины 1 по трубопроводу поступает в коллектор 2 воздушно-конденсационной установки. К коллектору присоединены модули ВКУ 3 с поверхностью теплообмена трубчатого типа с наружным оребрением. Охлаждающий воздух обдувает оребрённую поверхность, отводя тепло конденсирующегося пара в окружающую среду. Конденсат пара поступает в нижний коллектор 4 и сливается в конденсатосборник 5. Конденсатный насос 6 подаёт конденсат в схему паротурбинной установки (ПТУ). Неконденсирующиеся газы удаляются воздухоудаляющим устройством 7.

Второй тип (рисунок 1.1, б) – с использованием конденсаторов смесительного типа и охлаждением воды окружающим воздухом в оребрённой поверхности теплообмена.

В этом случае отработавший пар ПТУ конденсируется не на внутренней поверхности труб 3, а на струях воды в смесительном конденсаторе 5. Конденсатный насос 6 подаёт часть конденсата в схему ПТУ, а остальное – в узел воздушного охлаждения, где температура его снижается за счёт передачи тепла воздуху. Охлаждённый конденсат поступает в смесительный конденсатор 5 через гидротурбину (схема Геллера) или дроссель 8, назначение которых - обеспечить избыточное давление во всей теплообменной системе (кроме смесительного конденсатора). Гидротурбина позволяет уменьшить затраты энергии на прокачку конденсата; неконденсирующиеся газы удаляются воздухоудаляющим устройством 7.

Третий тип (рисунок 1.1, в) предполагает использование обычных поверхностных конденсаторов, для которых охлаждающая вода подаётся из теплообменника, охлаждаемого воздухом.

В этой схеме отработавший пар поступает в поверхностный конденсатор 5, где конденсируется на поверхности, охлаждаемой водой, тепло от которой отводится в узле воздушного охлаждения. Циркуляция охлаждающей воды обеспечивается насосом 8, избыток воды находится в расширительном бачке 9. Конденстор 5 оснащён воздухоудаляющим устройством 7 и конденсатным насосом 6.

По способу подачи охлаждающего воздуха ВКУ разделяют на схемы с принудительной циркуляцией (рисунок 1.2, а, б) и естественной тягой (рисунок 1.2, в).

В варианте а) поверхность теплообмена находится под наддувом вентилятора, расположенного в нижней части ВКУ. В варианте б) аналогичный вентилятор располагается в верхней части ВКУ, а поверхность теплообмена работает под небольшим разряжением. В варианте б) температура воздуха перед вентилятором на 20-300С выше за счёт его нагрева в поверхности теплообмена. Вариант а) обеспечивает большую массовую производительность вентилятора, чем б), так как температура воздуха на входе в а) ниже, а следовательно, плотность его выше. Вариант в) предполагает наличие высокой башни 3, играющей такую же роль побудителя движения, как и в мокрых градирнях. а) – с воздушным конденсатором (1 – паровая турбина; 2- коллектор входной; 3 – поверхность теплообмена; 4 – коллектор входной; 5 – конденсатосборник; 6 – конденсатный насос; 7 – воздухоудаляющее устройство); б) – со смесительным конденсатором (1 – паровая турбина; 2- коллектор входной; 3 – поверхность теплообмена; 4 – коллектор входной; 5 – смесительный конденсатор; 6 – конденсатный насос; 7 – воздухоудаляющее устройство; 8 – циркуляционный насос; 9 – расширительный бак);

В [39] рассматривается физическая модель процесса для случая конденсации пара в параллельных каналах, а также математическая модель для 2-х параллельных каналов. Выполнен расчет, показывающий, что до 30% поверхности не участвуют в теплообмене. Это происходит из-за того, что пар с примесями неконденсирующихся газов, поступающий в первые по ходу воздуха трубки, конденсируется лишь на части поверхности. Следствием будет менее эффективное использование поверхности теплообменника и заметное переохлаждение конденсата на выходе из первых труб, а также опасность замерзания конденсата при отрицательных значениях температуры. На практике более актуально решение задачи для четырёх параллельных каналов.

На рисунке 1.3 показана качественная картина изменения средней температуры охлаждающей среды по мере движения ее в теплообменнике-конденсаторе. Пренебрегая зависимостью температуры насыщения tS от изменения давления, можно увидеть, что температурный напор, определяющий теплосъем с данной трубы, при прочих равных условиях уменьшается от первой до последней . Следовательно, расход и скорость пара в четвертой трубе должны быть меньше, чем в первой. Тогда возникает противоречие: перепад давления пара в первой трубе должен быть больше, чем в четвертой, тогда как в действительности перепад одинаков во всех трубах.

Краткий обзор основных программных комплексов для расчёта теплофизических процессов

Важнейшая часть расчёта – распределение теплосъёма по длине труб с вычислением зон неэффективной работы. После завершения расчёта, кроме численных значений длин участков конденсации, на главном окне программы отображается рисунок (схема рабочего ВКУ), на котором показаны зоны неэффективной работы (рисунок 2.2).

Также предусмотрена возможность увеличения точности расчета (задания «разбиения» трубок), уменьшения времени работы программы (задание изначального диапазона поиска расходов пара), расчёта процесса переохлаждения конденсата. При этом в случае возможного замерзания конденсата выводится соответствующее сообщение во время расчёта.

После нажатия на кнопку «Пересчёт» программа считывает исходные данные, на их основе формирует начальные массивы данных, подбирает наиболее вероятные значения расходов пара, переходит к расчёту первой, по ходу охлаждающего воздуха трубке.

Расчёт теплообмена в трубке происходит с последовательным вычислением параметров процесса на отдельных её участках (частоту разбиения задаёт пользователь) с применением множества рекурсий, вложенных друг в друга. С их помощью вычисляется температура насыщения пара (для первой трубки), температура стенки, коэффициент теплоотдачи со стороны пара и в итоге количество образовавшегося конденсата, расход пара на выходе из участка, температура воздуха после его прохождения. После удачного выполнения расчёта участка происходит переход к следующему. Этот процесс продолжается до окончания длины трубки. В случае удачного расчёта первой трубки (весь пар сконденсировался на длине, не большей длины трубки), происходит переход ко второй, по ходу движения охлаждающего воздуха, трубке. В противоположном случае, происходит корректировка начального для рассмотренной трубки расхода пара. Перед началом расчёта следующей трубки программе уже известен массив расхода охлаждающего воздуха, вероятный расход пара. Таким образом, просчитывается все четыре трубки. Результат считается успешным, если длина конденсации в последней трубке будет равной длине самой трубки, суммарный расход сконденсировавшегося пара равен начальному общему расходу, соблюден тепловой баланс. После завершения расчёта пользователь получает: ь температуру насыщения и давление пара; ь количество пара, сконденсировавшегося в каждой трубке; ь длины участков активной конденсации; ь график температур воздуха на выходе. Общий вид главного окна программы сразу после завершения расчёта представлен на рисунке 2.3-а.

При нажатии на кнопку «Построить график температур» на экран выводится форма для печати с изображённым на ней графиком температур воздуха после прохождении каждой из трубок. Кроме того, на форме дублируются исходные и полученные в ходе вычисления данные (рисунок 2.3-б).

На рисунке 2.4-а представлена зависимость температуры насыщения от начального расхода пара при различных температурах охлаждающего воздуха, построенная по результатам расчёта на ЭВМ. Расчёт производился при фиксированном расходе охлаждающего воздуха (0,9 кг/с) на один ряд труб по глубине, коэффициента теплоотдачи от воздуха (50 Вт/м2К) и геометрических характеристик теплообменных труб (длина 5 м, диаметр 383 мм, коэффициент оребрения 15). Здесь использованы геометрические параметры ВКУ производства Калужского турбинного завода для компрессорной станции «Чаплыгин» Первомайского управления ООО «Мострансгаз». В случае практически полной конденсации уменьшение температуры охлаждающего воздуха при неизменном расходе пара влечёт за собой изменение температуры насыщения пара в меньшую сторону. В рассмотренном диапазоне значений зона недостаточной эффективности составила около 18% от общей площади поверхности теплообменных труб (для каждого из графиков).

На рисунке 2.4-б представлена зависимость температуры насыщения от начального расхода пара при различных расходах охлаждающего воздуха для случая фиксированной температуры охлаждающего воздуха (100С), коэффициента теплоотдачи от воздуха (50 Вт/м2К) и геометрических характеристик (длина 5 м, диаметр 383 мм, коэффициент оребрения 15). Из графиков следует, что увеличение расхода охлаждающего воздуха влечёт за собой изменение температуры насыщения в меньшую сторону. При этом зона недостаточной эффективности при наибольших расходах пара (около 14 г/с) составила около 18% при любом из рассмотренных расходов охлаждающего воздуха. Однако при большем расходе пара (около 24 г/с) наблюдалось уменьшение неэффективной зоны до 14% (рисунок 2.5-а).

На рисунке 2.4-в представлена зависимость температуры насыщения от начального расхода пара при различных длинах теплообменных труб. При этом температура, расход охлаждающего воздуха, коэффициент теплоотдачи от воздуха и геометрические характеристики фиксированы (температура 10 0С, расход 0,9 кг/с, коэффициент теплоотдачи от воздуха 50 Вт/м2К, диаметр 383 мм, коэффициент оребрения 15). Из графиков следует, что уменьшение температуры охлаждающего воздуха при неизменном расходе пара влечёт за собой изменение температуры насыщения пара в меньшую сторону. Это в достаточнй степени объясняется равенством теплового баланса.

При этом зона недостаточной эффективности увеличилась от 16% до 21% (при изменении длины труб от 4 м до 6 м соответственно) (рисунок 2.5-б).

На рисунках 2.6-а, 2.6-б представлены аналогичные зависимости, построенные по результатам расчёта на ЭВМ для экспериментальной установки (длина труб 1,2 м, диаметр труб 142 мм). Графики на рисунке 2.6-а построены при фиксированном расходе охлаждающего воздуха (0,08 кг/с), заданном коэффициенте теплоотдачи от воздуха (50 Вт/м2К) и различных расходах пара для случаев температуры охлаждающего воздуха 100С и 00С соответственно. Как и в аналогичном случае (для параметров ВКУ «Чаплыгин») получено уменьшение температуры насыщения при уменьшении температуры охлаждающего воздуха. При этом зона недостаточной эффективности составила около 8% от общей площади теплообменной поверхности.

Комплектность. Схема установки

Значение k (по 3.6) следует признать объективным показателем интенсивности теплообмена при значительных расходах пара, когда имеет место парение из всех труб. Однако в случае конденсации не по всей длине эта величина весьма условна.

Определение погрешностей измерений Расчёт погрешностей произведён на основе [40, 41]. Количество образовавшегося конденсата определялся объёмным способом. Учитывая что класс точности используемой мензурки составляет 2,5 (в данном случае является абсолютной погрешностью измерения, не зависящей от полученного на приборе показания), а верхний предел шкалы составляет 100 мл, получим:

Следовательно, абсолютная погрешность определения объёма образовавшегося конденсата не превышает значение 2,5 (мл).

Согласно паспорту термометров, используемых для определения температуры охлаждающего воздуха на входе и выходе из рабочего участка, постоянной остаётся относительная погрешность, которая в нашем случае равна 2% (от полученного на приборе значения). Погрешность определения температуры воздуха (без учёта погрешности цены деления) определим как:

Приняв за показание прибора максимальное значение, получим: Приняв приборную погрешность секундомера для опредления времени заполнения ёмкостей конденсатом равной 0,1с (ввиду того, что приборная погрешность не указана в паспорте и класс точности определить не удалось), а погрешность цены деления равной 0,1с, получим:

Из правила вычисления погрешностей результатов косвенных измерений методом вероятностной оценки [40] запишем для оценки количества конденсата, образовавшегося в трубе:

На рисунках 4.1 приведены графики изменения нагрева воздуха в теплообменнике (tвыхвх) по высоте (h) при фиксированных тепловых нагрузках и различных расходах охлаждающего воздуха. Из графиков видно, что расход охлаждающего воздуха оказывает более существенное влияние на процесс теплообмена при малых тепловых нагрузках (менее 1,8кВт, рисунок 4.1-а – 4.1-б). При больших тепловых нагрузках выраженная разница в температурах при разных расходах охлаждающего воздуха проявляется лишь в нижней части выходного участка (более 1,8кВт, что соответствует рисункам 4.1-в – 4.1-е). Это происходит потому, что там происходит конденсация по всей длине каждой из теплообменных труб. Температурный напор в случае больших тепловых нагрузок отличается менее существенно. Расслоение в нижней части труб объясняется наличием неконденсирующихся газов, доля и влияние которых на коэффициент теплопередачи на рассматриваемом участке заметно увеличивается.

На рисунках 4.2 приведены графики зависимости нагрева воздуха в теплообменнике (tвыхвх) по высоте (h) при фиксированных расходах охлаждающего воздуха и различных тепловых нагрузках. Из графиков видно, что тепловая нагрузка оказывает существенное влияния на характер распределения температур охлаждающего воздуха на выходе из теплообменника. Перегиб графика, соответствующий малым тепловым нагрузкам, характеризует высоту, на которой резко уменьшается коэффициент теплопередачи (соответствует изменению толщины пленки конденсата внутри теплообменных труб). С ростом тепловой нагрузки перегиб становится более плавным, а зависимость стремится к линейной, что говорит о малом изменении коэффициента теплопередачи по длине трубы.

На рисунках 4.3 представлена зависимость количества сконденсированного по трубам пара при постоянной тепловой нагрузке и различных расходах охлаждающего воздуха. В данном случае нет выраженной зависимости, особенно в случае больших нагрузок.

На рисунках 4.4 представлена зависимость количества сконденсированного по трубам пара при постоянном расходе охлаждающего воздуха при различных тепловых нагрузках. На всех графиках прослеживается рост массового расхода конденсата с ростом тепловой нагрузки, причем приращение массового расхода конденсата с ростом тепловой нагрузки для всех труб, не зависимо от их расположения меняется не существенно.

Распределение расхода пара между параллельными трубками теплообменника ВКУ

На рисунках 4.5 приведены зависимости массового расхода конденсата в первой и четвертой трубах от тепловой мощности парогенератора Qпг. Величина Qпг характеризует количество пара, поступающего в рабочий участок, когда парогенератор выходит на режим установившегося кипения. Часть этого пара конденсируется Gк, часть уходит на нагрев стенок и прочее. Точка перегиба на графике для четвертой трубы характеризует момент, когда пар конденсируется по всей длине предыдущих труб, а часть его проходит в трубах без конденсации.

На рисунке 4.6 это же явление рассмотрено с точки зрения нагрева воздуха в верхней t1 и нижней t6 точках теплообменника при двух значениях расхода воздуха. Совпадение кривых на графике характеризует процесс конденсации, когда работают все трубки по всей длине. Полученные зависимости соответствует представленным выше. Так при разности давлений воздуха на входе и выходе из теплообменника 35 мм.вод.ст. и тепловой нагрузке 3,5 кВт наблюдается совпадение кривых на рисунке 4.6-а и наличие точки перегиба для четвёртой трубы рисунка 4.5-б.

Как уже отмечалось ранее, в конденсаторе при определенных условиях может складываться ситуация захолаживания нижней части первых по ходу воздуха труб, что существенно уменьшает эффективность работы теплообменника в целом. В данном случае мы можем произвести оценку зоны неэффективной работы теплообменника в зависимости от тепловой нагрузки и расхода охлаждающего воздуха.

Методика оценки зоны пониженной эффективности: 1. Определить максимальную разность температур на выходе и входе в теплообменник tmax=tвыхвх. 2. Определить границу эффективной зоны как ktmax, где коэффициент k для сравнения будем брать 0,5; 0,75. 3. По ранее полученным графикам изменения температуры охлаждающего воздуха по высоте теплообменника получим длину, определяющую границу зоны неэффективности (см. рисунок 4.7.). 4. По полученным координатам построим графики зависимости размера зоны пониженной эффективности от тепловой нагрузки Q (при фиксированном расходе G) (рисунок 4.8) и от разности давлений на входе и выходе из теплообменника (при фиксированной тепловой нагрузке Q) (рисунок 4.9).

В ходе исследования работы экспериментальной установки было выявлено влияние расхода охлаждающего воздуха на работу ВКУ при фиксированных тепловых нагрузках. Выяснилось, что расход охлаждающего воздуха оказывает более существенное влияние на теплообмен при малых тепловых нагрузках. Выявлено влияние неконденсирующихся газов в паре, проявляющееся в расслоении в нижней части труб.

Рассмотрен теплообмен при фиксированном расходе охлаждающего воздуха и различной тепловой нагрузке. В этом случае, с ростом тепловой нагрузки зависимость стремится к линейной, что является следствием уменьшения изменения по длине труб коэффициента теплоотдачи.

Исследована зависимость распределения расхода пара между трубками при постоянной тепловой нагрузке и различных расходах охлаждающего воздуха, а также при различных тепловых нагрузках и постоянном расходе охлаждающего воздуха. Выяснилось, что рост расхода конденсата происходит при увеличении тепловой нагрузки для всех труб.

Исследовано влияние тепловой нагрузки на эффективность конденсации в теплообменных трубках. Получено условие, когда пар конденсируется по всей длине.

Разработана методика оценки зоны неэффективной работы теплообменника в зависимости от тепловой нагрузки и расхода охлаждающего воздуха.

Большой интерес представляет сопоставление полученных экспериментальных и расчётно-теоретических данных с промышленным экспериментом. С этой целью было проведено исследование работы действующей воздушно-конденсационной установки энергокомплекса БУТЕК – 0,5 на компрессорной станции «Чаплыгин» Первомайского управления ООО «Мострансгаз». Технический проект БУТЕК-0.5 разработан ЗАО НПВП «Турбокон», постановка оборудования производилась российскими заводами КТЗ и Белэнергомаш.

Тепловая схема энергокомплекса БУТЕК - 0.5 представлена на рисунке 5.1. Выхлопные газы ГТУ агрегата ГПА-4-6,3 с температурой 340-360 С поступают в котел-утилизатор, в котором охлаждаются до 220 С. Тепло газов используется для выработки 11,2 т/ч водяного пара с температурой 200С и давлением 0,99 МПа. Пар поступает на турбину типа «Кубань - 0,75» (ТГ 0,75/04 Р 13/2), работающую на пониженных параметрах пара, производит 500 кВт электрической мощности и конденсируется в воздушноконденсационной установке при атмосферном давлении. Конденсат пара из конденсатосборника конденсатно-питательным насосом откачивается в котел - утилизатор и цикл замыкается. В схеме предусмотрена система охлаждения для обеспечения работы охладителя генератора, маслоохладителя и эжектор отсоса из уплотнений турбины. Маневровые качества энергокомплекса обеспечивается байпасированием ТГУ «Кубань-0,75» с использованием редукционно-охлаждающей установки.