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蒸汽冷凝装置的设计计算

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蒸汽冷凝装置的设计计算

中山大学力学系鄞金基.邢浩旭

广东英龙水泥厂张康治王国基陈敏健丁K2乒.

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(摘要)本文阐述不同压力下二次蒸汽的冷凝装置的传热机理,列出

直接接触式冷凝器

的传热方程,状态方程和连续性方程.导出蒸汽与冷凝水回收温度的

关系.讨论饱和蒸汽与

过热蒸汽的Rankine循环图.最后给出应用实例.

蒸汽冷凝器在二次蒸汽余热回收和蒸汽喷射泵的级问耦合已有广

泛的应用.蒸汽冷凝

热交换装置有直接接触式和问接接触式及其他传热装置.本文着重

讨论直接接触式的冷凝器

的理论计算问题.

一

,

直接接触式冷凝器与Rankine循环图

工业上大量使用过的蒸汽包括饱和蒸汽和过热蒸汽,简称二次蒸汽.

直接接触式冷凝器

是二次蒸汽热能回收的重要装置.其结构特点是蒸汽与冷凝器内通

人的介质(例如水或玲空

气)直接接触.进行热交换.不必借助金属结构(例如排管)进行换热,常

见液体(水)

为介质的冷凝器.如图44(a),),(c)所示.图44(a)为液柱式冷凝器,蒸汽

由下侧人

口.水由上而下,在冷凝器的内部安装多孔塔板.为的是增大冷却水和

蒸汽的接触面积,经

过冷凝后产生的热水或过热水由下方排出;图44(b)为液膜式冷凝器,

液体由上方的孔喷射

形成液膜,使蒸汽与液体表面积能更充分地接触:图44(c)是喷射式冷

凝器,从喷瞒喷出的

雾化冷却水使蒸汽冷凝,同时引射不凝性气体从扩压管流出,因而具

有抽出不凝性气体的优

点.

w—水入口s—蒸汽入口st一不凝气体出口

圈44直接接触式燕汽砖凝器

一

4I一

P

豳45理想引擎的Rankine循环图

为了说明冷凝器在二次蒸汽热能回收中的作用.我们通过理想引擎

Rankine循环来说

明.图45表示压力P与比容V,温度T与熵S之间关系的Rankine循

环图蒸汽从状态

1流出蒸汽锅炉,在理想引擎内(即不考虑损失)等熵膨胀至状态2,(见

图45(a),(b)卜一2

线)其总输出功为输人与输出流体焙之差值.即

WII=ht-h2

式中,hL——理想引擎输人节流时之焙,h广理想引擎输出之焓.

由状态2输人冷凝器.若冷凝器以水为介质,则按图45(a)(b)2--3线在

3处使蒸汽冷凝

为饱液.冷凝器热量的变化引起熵s的减;流体所做的功用焓表示:

W【2=h2-h3

式中,h3——冷凝器输出饱和液体的焙.

冷凝器输出的饱和液.由状态3等熵泵入蒸汽锅炉至B处.即在图

45(a)(b)之3一B

线,再加热至温度t:使t{,,在l处蒸发成蒸汽.而开始循环.循环曲线为

l23

一B一4—1.如果蒸汽在流出锅炉前梭过热.其循环曲线为e—f+3一

B一-4-～c.

从理想引擎输出至冷凝器的蒸汽(状态2)为二次蒸汽.若冷凝器是以

气体为介质,二

救蒸汽在等压条件下冷却.如果二次蒸汽是过热汽,在其冷却过程进

行大量的热交换.使过

热汽的温度降低至该压力下的饱和温度.称此温度为露点.此时,过热

汽成为饱和蒸汽.饱

和蒸汽在等压条件下,与混合汽热交换的继续,其温度降低在露点温

度以下,如图45的牡

态3处,出现饱和液.随着蒸汽的大量输入.在等压条件饱和液体可以

大量出现.

冷凝器不论是以水或气体为介质.由状态2输入的二次蒸汽在等压

条件下成为饱和液

体由于该压力(等压)高于大气压力,例如绝对压力为2Kg/cm.则在此

压力下饱和液

(水)的沸点温度为l19℃.饱和液成为过热水.水温可达l】9”C,二次蒸

汽糸热回收新技术

是以此为理论依据进行节能的,将在另文阉述.

二,液柱式冷凝器的传热计算

二次蒸汽向冷凝器传热的机理,由于蒸汽与液体界而的切应力小.所

以{瘦体内部的速度

榔度可以被忽略,使冷凝的热量梭液体吸收,温度迅速上升.现以液柱

式}i}艟器为例说明其

传热的计算.

液柱式冷凝器如图46所示.液体(水)从上而下,蒸汽从下而上流动.:

凝气体从上

恻.(过)热水从底部排出.在进行理论分析时.假没:①液柱直径等于多

孔饭的孔径:②冷

一

42一

盛一jt暑/一.

一一