Математическое описание динамических процессов аккумулирования пара

Как уже отмечалось ранее, ключевым элементом демпфирования пиков выработки и потребления пара в системе пароснабжения промплощадки ККЦ являются паровые аккумуляторы энергокорпуса. Кроме того, протяженные паровые сети обладают собственной аккумулирующей способностью. В этой связи рассмотрим построение математической модели динамических режимов парового аккумулятора.

Принципиальная схема аккумулятора приведена на рис. 2.3. Как видно из рисунка, паровой аккумулятор представляет собой цилиндрический бак, более чем наполовину наполненный водой. Входной пар поступает в водяное пространство аккумулятора через форсунки. Отвод пара осуществляется через паропровод в верхней части бака. Для заполнения (опорожнения) бака водой, а также поддержания уровня воды в допустимых пределах при работе аккумулятора предусмотрены подпиточные трубопроводы.

Заряд аккумулятора осуществляется входным паром с массовым расходом , [кг/с]. Поступая в воду, пар конденсируется, отдавая тепло воде и повышая ее температуру. В результате происходит увеличение температуры, давления и массы воды в аккумуляторе. При достижении температурой воды точки кипения происходит ее вскипание и в верхней части бака образуется пар. Процесс заряда аккумулятора ограничен сверху максимальным допустимым давлением (40 кгс/см²) и максимальным допустимым уровнем воды. При этом чем больше уровень (а значит, и масса) воды, тем выше заряд аккумулятора, т. е. выше накопленная в нем тепловая энергия. Из сказанного следует, что для эффективного заряда аккумулятора необходимо автоматически ограничивать давление пара до достижения максимального допустимого уровня воды в аккумуляторе.

Рис. 2.3. Принципиальная схема парового

аккумулятора

Разряд парового аккумулятора происходит путем подачи пара с расходом , [кг/с] через разрядный паропровод. При этом вследствие снижения давления в аккумуляторе происходит вторичное вскипание воды, в результате которого вновь образуется пар. Таким образом, разряд аккумулятора сопровождается снижением массы и уровня воды, а также температуры и давления вторичного пара. Поддержание уровня воды в аккумуляторе в допустимых пределах осуществляется путем подачи питательной воды , [кг/с].

В первом приближении в качестве базового уравнения моделирования течения пара может быть использовано уравнение состояния идеального газа Клапейрона – Менделеева

, (2.1)

где R= 0,411526 – удельная газовая постоянная, [кДж/(кг·К)];

р – давление теплоносителя, [Па];

ρ – плотность теплоносителя, [кг/м³ ];

Т – температура теплоносителя, [⁰С].

На основе использования уравнения (2.1) запишем систему уравнения описанных выше физических процессов в ПА:

(2.2)

где , – давление, [Па], и температура, [^оС], среды в паровом аккумуляторе;

, – масса, [кг], и объем, [м³], пара в аккумуляторе;

– масса воды в аккумуляторе, [кг];

, , , – энтальпия, [кДж/кг], воды в аккумуляторе, входящего и выходящего пара и питательной воды соответственно;

– функциональная зависимость температуры насыщенного пара, [^оС], от его давления, [Па];

– функциональная зависимость плотности воды, [кг/м³], от ее температуры, [^оС];

, , , – тепловая мощность, [кВт], входящего и выходящего пара, потерь в окружающую среду и подпитки соответственно;

– тепловая энергия накопленная в аккумуляторе, [кДж];

, – объем, [м³], и площадь, [м²], поверхности аккумулятора;

– коэффициент теплопередачи от поверхности бака в окружающую среду, [кДж/(кг ^оС)];

– температура наружного воздуха, [^оС].

Дата добавления: 2014-12-29