EBSILON®Professional Online Documentation
本主题中
    热交换器概述
    本主题中

    常用热交换器的通用信息

     

    定义

    两种流体的所有规格和结果值都是以端口号作为标号来命名的。

    较冷的液体(需加热),以前是主侧):

    较热的液体(需冷却,以前是次侧):

    辅助凝结水进口(并非所有热交换器都有):标号5(端口5,连接点5)

    例如:T3:较热流体的进口温度

     

    换热器可按并流或按对流原理运行。

    并流中,两种液体以相同的方向流动,在对流中,两种液体以相反的方向流经换热器(也包括方向相互垂直的交叉流动)。

    对流原理中,温度图的最大终端温差既可以出现在温度图表的右侧,也可以出现在温度图表的左侧。这总是取决于流体的水值(m*cp,cp为流体的比热)。

      

    并流和对流中的热交换器终端温度差

    术语"上、下终端温差"总是指冷流量(以前:主要侧)。

    下端温差总是指冷流量进口侧的温差,上端温差总是指冷流量出口侧的温差。

    并流中,两个流向都在同一侧进入,这里

    下端温差 T3-T1 为"进口端温差",

    上端温差 T4-T2 为"出口端温差"。


    对流流动中,

    下端温差 T4-T1 为两对流流体冷侧的温差,

    上端温差 T3-T2 为两对流流体热侧的温差。

     

     

    以下换热器有许多共同的方程式,因此非常相似。下面将进一步描述通用的方程式,然后将简要比较不同组件的关键区别。

     

    蒸汽轮机凝汽器(组件 7)

    给水预热器 / 加热凝汽器(组件 10)

    空气预热器(组件 25)

    省煤器 / 蒸发器 / 过热器(带特性线)(组件 26)

    后冷却器(二次冷却机)(组件 27)

    减温器(组件 43)

    高温热交换器(组件 51)

    通用热交换器(组件 55)

    省煤器 / 蒸发器 / 过热器(带指数)(组件 61)

    双向热交换器(组件 62)

    热交换器(直流本森锅炉)(组件 71)

    省煤器 / 蒸发器 / 过热器(翅片管)(组件 73)

     

    基础:

    与本节所述的所有热交换器一样,计算模块基于六个方程式:

     

    - 质量流量                M1   = M2                                      (1)

                                     M3 + M5   = M4                            (2)

    - 压力                       P1   = P2    + DP12                        (3)

                                     P3   = P4    + DP34                       (4a)

                                     P5   = P3                                       (4b)

    - 焓                           (k*A)*LMTD = M2*H2 - M1*H1                                 (5)

                                     (k*A)*LMTD = M3*H3 + M5*H5 - M4*H4 -QLOSS    (6)

     

     

    对于方程(1)和(2),必须指定质量流量

     

    - M1 或 M2, 或

    - M3, M5 或 M4 

     

    未指定的质量流量被计算出来。对于公式(3)和(4),必须指定压力

     

    - P1 或 P2 和

    - P3 或 P2 

     

    未指定的压力被计算出来

    焓的基本方程(5)和(6)可以用两种方法:

     

    设计:

     

    默认的焓值规格

     

    - H1 或 H2, 和

    - H3 或 H4 

     

    未指定的焓可通过终端温差等确定。此外,还可以计算出(k*A)。

     

    非设计:

     

    默认的焓值规格

     

    - H1 或 H2, 和

    - H3 或 H4

     

    未指定的焓值由(k*A)输入定义。终端温差也被计算出来。

     

    在不将换热器从模式中移除的情况下,停用换热器的最简单方法是将规格值 FFU 设置为"关闭"。但是,压力损失仍然要继续考虑。

     

    辐射损失可以通过损失系数来定义。

     

    当使用复杂循环布置换热器时,往往很难成功地跟踪所有终端温差的设置。由于不运行的热交换器会导致其它热交换器出现错误,经常会出现一系列的错误信息。为了避免这种情况的发生,可以输入(k*A)代替终端温差,并在局部非设计状态下计算组件。(k*A)的输入总能得到物理上可能的结果。所需的结果可以通过不同的(k*A)值的迭代计算来确定。

     

    大多数换热器的特征线都可以用适配多项式或内核表达式来进行修正或替换。

     

    如果发生相变,用户不仅要保证进口和出口处存在物理上合理的温度。而且,传热必须发生在合适的温度水平上。 由于在蒸发或冷凝过程中温度保持恒定,即使从整体平衡的角度来看是可能的,也可能发生相应传热总量无法符合进口和出口条件的情况("违反夹点",或局部温度交叉)。在这种情况下,Ebsilon 会将传热降低到一个物理上合理的水平。变量 PINPMIN(最小夹点)的输入决定了这个"合理水平"。传热的减少导致 KA 值降低。在这种情况下,会发出一条警告信息("KA 减小以避免违反夹点")。可以调整 KA 的非设计特性或指数,以避免该警告。

    用于水/蒸汽循环的热交换器是

    组件 7
    组件 10
    组件 27
    组件 43

    这些热交换器用于水/蒸汽循环中,蒸汽或水需要被冷却的地方(即在次要侧使用)。
    其他两相流体可以代替水/蒸汽作为工作流体,例如有机朗肯(Rankine)循环(ORC)。
    在主要侧(流体被加热的地方),所有的流体都可以使用。


    烟气路径的热交换器采用的是

    组件 25
    组件 26
    组件 27
    组件 61

    如果水需要被加热(即在主要侧),或对于没有相变的流体,则使用这些热交换器。
    组件 25、26、27 适用于性能监测(通过特征而容易适配非设计工况)。
    建议余热锅炉(HRSG)采用组件61。

    组件 7  (蒸汽轮机凝汽器 ):

    该组件分别模拟水冷或风冷凝汽器。它基于相同的基本方程,同时假设离开的冷凝水是饱和的(h4=h')。这使得计算另外的量值成为可能。通常,在设计模式下,指的是冷却剂流量 M1,在非设计模式下,是排气蒸汽压力 P3,其中,M1 被假定为已知。

    组件 10  (给水预热器 / 加热凝汽器):

    该组件模拟给水预热器或加热凝汽器。它基于相同的基本方程,同时假设离开的冷凝水是饱和的(h4=h')。这些附加信息使得在设计和非设计模式下可以计算出加热蒸汽 M3 所需的质量流量。

      

    组件 25 (空气预热器):

    该组件基于相同的基本公式。唯一不同的是,对于非设计模式(k*A)是根据不同的计算规格的特征线计算的。

    组件 26 (省煤器 / 蒸发器 / 过热器(带特性线)):

    该组件基于相同的基本公式。唯一不同的是,对于非设计模式(k*A)是根据不同的计算规格的特征线计算的。

    组件 27 (后冷却器(二次冷却机)):

    该组件基于相同的基本方程。唯一不同的是,在非设计模式下,(k*A)是计算出来的,即必需要定义特征线。

      

     组件 43 (减温器):

    该组件基于相同的基本方程。唯一不同的是,在非设计模式下,(k*A)是计算出来的,即必需要定义特征线。在设计情况下,指定的是减温器蒸汽温度与出口饱和温度之间的差值,而不是终端温差。

     

    组件 51 (高温热交换器):

    该组件基于相同的基本方程。唯一的区别是考虑了辐射和热传导对(k*A)的影响。此外,(k*A)也可以通过控制输入来定义。

     

    组件 55 (通用热交换器):

    该组件基于与组件 51 类似的物理学和用户输入值,但它不考虑辐射和热传导。所有的流体组合都是可能的。

     

    组件 61 (省煤器 / 蒸发器 / 过热器(带指数)):

    该组件的开发目的与组件 26 相同。不同的是它使用(k*A)修正关系代替特征线。

     

    组件 62 (双向热交换器):

    该组件的开发目的与组件 61 相同。一个重要的区别是,它可以模拟双向热交换器。

    组件 71 (热交换器(直流本森锅炉)):

    组件 71 可用于模拟直流本森(Benson)锅炉,由一个省煤器、一个蒸发器和一个过热器组成。

     

    组件 73 (省煤器 / 蒸发器 / 过热器(翅片管)):

    该组件的开发目的与组件 26 和 61 相同。不同的是,73 号组件考虑了翅片效率。