Мониторинг производительности конденсатора (Часть 1)

В первой половине этой серии из двух частей рассматриваются основные идеи, лежащие в основе важности теплопередачи конденсатора.

Брэд Бюкер ​​– Buecker & Associates, LLC

В недавней статье в области энергетики обсуждалась технология, разрабатываемая Университетом Иллинойса на электростанции Эббот для повышения производительности поверхностного конденсатора пара до 2%.1

Это может показаться не таким уж большим, но такое улучшение может быть очень ценным. В этой первой части серии, состоящей из двух частей, мы рассмотрим основные идеи, объясняющие важность теплопередачи конденсатора, а во второй части мы рассмотрим простые методы мониторинга производительности конденсатора. Загрязнение или накипь на стороне воды или на стороне пара Избыточная утечка воздуха может серьезно повлиять на эффективность конденсатора и холодопроизводительность.

Слово «термодинамика» вызывает у многих людей (включая иногда и этого автора) представления о сложной математике. Тем не менее, относительно простые формулы термодинамики могут многое объяснить в основах парогенератора, включая теплообмен в конденсаторе.

Термодинамика в основном построена на двух законах. Их иногда в шутку называют (первый закон): «Невозможно получить что-то просто так» и (второй закон): «Невозможно выйти на уровень безубыточности». Первый закон основан на сохранении энергии. Он гласит, что энергия, используемая в системе, не создается и не уничтожается, а только передается. Классическое уравнение энергии для фундаментальной системы (определяемой в учебниках как контрольный объем)2,3:

Q – Ws = ṁ2[V22/2 + gz2 + u2 + P2υ2] – ṁ1[V12/2 + gz1 + u1 + P1υ 1] + dEc.v./dt Уравнение 1

Где,

Q = подвод тепла в единицу времениWs = работа вала, например, совершаемая турбиной, в единицу времениṁ2 = расход из системы в единицу времениṁ1 = поток в систему в единицу времени (V22 – V12)/2 = изменение кинетики энергияgz2 – gz1 = Изменение потенциальной энергии u2 = Внутренняя энергия выходящей жидкости u1 = Внутренняя энергия входящей жидкости P2υ2 = Работа потока жидкости при выходе из системы (P = давление, υ = удельный объем) P1υ 1 = Работа потока жидкости как она поступает в систему dEc.v./dt = Изменение энергии внутри системы в единицу времени

Хотя это уравнение может показаться сложным, его можно лучше понять с помощью нескольких определений и упрощений. Во-первых, во многих системах, и особенно в парогенераторах, потенциальная и кинетическая энергии очень незначительны по сравнению с другими изменениями энергии, и ими можно пренебречь. Во-вторых, в процессе установившегося течения, например в парогенераторе, система не накапливает энергию, поэтому dEc.v./dt равно нулю. Удаление этих членов оставляет внутреннюю энергию жидкости (u) плюс ее работу потока (Pυ). Ученые объединили эти два термина в очень полезное свойство, известное как энтальпия (h). Энтальпия является мерой доступной энергии жидкости, и энтальпии рассчитываются для широкого диапазона условий пара и насыщенной жидкости. Эти значения можно найти в стандартных таблицах пара, где насыщенная вода при 0°C обозначена как имеющая нулевую энтальпию.

Используя эти упрощения и определения, уравнение энергии для режима установившегося потока сводится к:

Q – Ws = ṁ(h2 – h1) Ур. 2

Но это уравнение представляет собой идеальный сценарий без потерь энергии, и именно здесь вступает в действие второй закон. Помимо прочего, второй закон описывает направление процесса. Теплая чашка кофе, поставленная на кухонный стол, не становится горячее, пока в комнате становится холоднее. Человечество стареет. Примеров можно привести буквально бесконечное множество, но эти примеры передают суть второго закона.

В основе второго закона лежит концепция цикла Карно, который гласит, что наиболее эффективный двигатель, который только можно построить, работает с подводом тепла (QH) при высокой температуре (TH) и тепловым сбросом (QL) при низкой температуре (TL). ), в котором

QH/TH – QL/TL = 0 Ур. 3

Это уравнение представляет собой теоретически идеальный двигатель. В каждом процессе, известном человеку, происходят некоторые потери энергии. Это может быть связано с трением, утечкой тепла из системы, нарушениями потока или множеством других факторов. Ученые определили свойство, известное как энтропия (s), которое, проще говоря, основано на отношении теплопередачи в процессе к температуре (Q/T). В каждом процессе общее изменение энтропии системы и ее окружения увеличивается.