Minimalizacja generacji entropii w celu określenia optymalnej średnicy rurki skraplacza typu „church window”

• Autorzy: Laskowski R. , Rusowicz A.

Warianty tytułu

EN

Minimization of entropy generation in order to determine an optimum diameter of a “church window” type steam condenser tube

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Skraplacze typu „church window” są jednym z nowszych rozwiązań konstrukcyjnych, stosowanych w celu kondensacji pary w klasycznych blokach parowych. W artykule przeprowadzono analizę doboru optymalnej średnicy rurki tego typu skraplacza uwzględniając zmianę strumienia ciepła od wartości 948 W/m do 2520 W/m na podstawie minimalizacji generacji entropii. Z przeprowadzonej analizy wynika, że istnieje możliwość zmniejszenia sumarycznej generacji entropii dla analizowanego skraplacza. W rozważaniach uwzględniono generację entropii na skutek przepływu ciepła i oporów przepływu od strony wody. Na podstawie minimalnej wartości sumarycznej generacji wyznaczono optymalną wartość liczby Reynoldsa i wartość wewnętrznej średnicy rurki. W wyniku przeprowadzonej analizy okazało się, że dla znamionowych parametrów pracy skraplacza wewnętrzna średnica może być mniejsza o około 2-3 mm od aktualnej średnicy wynoszącej 22 mm, co pozwala zmniejszyć powierzchnię wymiany ciepła, a więc koszt budowy wymiennika. Zmniejszenie średnicy wewnętrznej rurki powoduje wzrost średniej prędkości wody chłodzącej, co prowadzi do wzrostu liczby Nusselta i współczynnika przejmowania ciepła od strony wody i zmniejszenia generacji entropii na skutek przepływu ciepła. Oprócz pozytywnych skutków zwiększenia średniej prędkości wody w rurkach występuje również negatywne zjawisko w postaci zwiększenia oporów przepływu.

EN

Condensers of a “church window” type are one of the more recent constructional solutions used for steam condensation in classical steam power units. Conducted is an analysis of the selection of such condenser tube optimum diameter taking into consideration the change of a heat flux varying from 948 W/m to 2520 W/m on the basis of entropy generation minimization. The analysis shows that there is a possibility to reduce the total entropy generation for the analysed condenser. Taken into consideration is the entropy generation caused by heat flux and water side flow resistance. On the basis of the minimum total generation value determined is the optimum Reynolds number value and the value of the tube inner diameter. The analysis shows that for a condenser operation rated parameters the inner tube diameter can be roughly 2-3 mm less than the actual diameter value equalling 22 mm that allows to reduce the heat exchange surface and in the same time the cost of building a condenser. Reduction of a tube inner diameter causes the increase in the cooling water average velocity that in turn leads to the increase of the Nusselt number and the water side heat transfer coefficient as well as to the reduction of entropy generation as the result of a heat flux. Alas, apart from the positive aspects of the increase in the cooling water average velocity there is also a negative one in the form of the flow resistance growth.

Słowa kluczowe

PL

siłownie cieplne; skraplacze; optymalizacja średnicy rurki skraplacza

EN

thermal power plant; condenser; optimization of a condenser tube diameter

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 8
• Strony: 526--530
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Laskowski R.

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Cieplnej

autor

Rusowicz A.

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Cieplnej

Bibliografia

• [1] Bejan A. Second-law analysis in heat transfer and thermal design, Adv Heat Transfer 1982,15, pp. 1 -58.
• [2] Bejan A.: The concept of irreversibility in heat exchanger design: counterflow heat exchangers for gas-to-gas applications, J. Heat Transfer Trans. ASME 99 (3) (1977) pp. 374-380.
• [3] Chmielniak Т., Trela M.(red): Diagnostics of New-Generation Thermal Power Plants, Gdańsk 2008.
• [4] Gardzilewicz A., Marcinkowski S., Sobera H., Banasiewicz J., Pomiar ciśnienia w kondensatorach turbin parowych. Energetyka nr 10/11 (2002), s. 743-751.
• [5] Grzebielec A., Rusowicz A., Thermal Resistance of Steam Condensation in Horizontal Tube Bundles, Journal of Power Technologies, Vol. 91, No 1 (2011), pp. 41-48.
• [6] Kolenda Z., Analiza egzergetyczna a metoda minimalizacji generowania entropii. Analiza możliwości poprawy niedoskonałości termodynamicznej procesów zaopatrzenia w elektryczność, Wyd. PAN (red. Ziębik A., Szargut J., Stanek W.), 2006.
• [7] Krzyżanowski J.A., Głuch J., Diagnostyka cieplno-przepływowa obiektów energetycznych, Gdańsk 2004.
• [8] Laskowski R., Smyk A., Analiza warunków pracy skraplacza energetycznego z wykorzystaniem pomiarów i modelu aproksymacyjnego, Rynek Energii 1 (110) 2014.
• [9] McClintock, F.A.: The Design of Heat Exchangers for Minimum Irreversibility, ASME Paper No. 51-A-108, 1951.
• [10] Prigogine, I.: Introduction to Thermodynamics of Irreversible Processes, 3rd ed., Wiley, New York, pp. 76–77, 1967.
• [11] Rusowicz A., Grzebielec A.: The numerical modeling of a church window power plant condenser, Rynek Energii 6 (109) 2013, pp. 137-141.
• [12] Rusowicz A.: Zagadnienia modelowania matematycznego skraplaczy energetycznych, rozprawa habilitacyjna, Politechnika Warszawska, 2013.
• [13] Salij A., Stępień J. C.: Praca skraplaczy turbinowych w układach cieplnych bloków energetycznych. KAPRINT, Warszawa 2013.
• [14] Szargut, J., Problems of thermodynamics optimization, Archives of Thermodynamics, 19 (1998), No 3/4, pp. 85-94.
• [15] Zbroińska-Szczechura E., Dobosiewicz J.: Diagnostyka materiałowa i cieplna skraplaczy, Energetyka nr 3 (2000), s. 122-124.
• [16] Zeng H., Meng J., Li Z.: Numerical study of a power plant condenser tube arrangement, Applied Thermal Engineering, 40 (2012), pp. 294-303.