コンデンサーの性能監視（パート1）

Aug 03, 2023

この 2 部構成のシリーズの前半では、凝縮器の熱伝達の重要性の背後にある基本的な考え方を検討します。

Brad Buecker著 – Buecker & Associates, LLC

最近の電力工学の記事では、蒸気表面復水器の性能を最大 2% 向上させるためにイリノイ大学のアボット発電所で開発中の技術について説明しました。1

大したことではないように聞こえるかもしれませんが、このような改善は非常に価値があります。 2 部構成のシリーズの第 1 部では、復水器の熱伝達の重要性の背後にある基本的な考え方を検討し、第 2 部では復水器の性能を監視する簡単な方法を検討します。水側の汚れやスケール、または蒸気側過剰な空気の流入は、凝縮効率と冷却能力に重大な影響を与える可能性があります。

「熱力学」という言葉は、多くの人 (時にはこの著者も含めて) に複雑な数学のビジョンを思い起こさせます。 しかし、熱力学からの比較的単純な公式は、復水器の熱伝達を含む蒸気発生器の基本について多くを説明することができます。

熱力学は主に 2 つの法則に基づいて構築されています。 これらは、冗談めかして (第 1 法則)、「タダでは何かを手に入れることはできない」、(第 2 法則)、「損益分岐点にならない」と呼ばれることもあります。第 1 法則は、エネルギー保存則に基づいています。 それは、システム内で使用されるエネルギーは生成も破壊もされず、伝達されるだけであると述べています。 基本システム (教科書では制御量として定義) の古典的なエネルギー方程式 2、3 は次のとおりです。

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

どこ、

Q = 単位時間当たりの入熱 Ws = 単位時間当たりのタービンによるシャフト仕事など、単位時間当たりのシステムからの流出量ṁ2 = 単位時間当たりのシステムからの流出量ṁ1 = 単位時間当たりのシステムへの流入量(V22 – V12)/2 = 動力学の変化エネルギー gz2 – gz1 = 位置エネルギーの変化 u2 = 流出する流体の内部エネルギー u1 = 流入する流体の内部エネルギー P2υ2 = システムから流出する流体の流動仕事 (P = 圧力、υ = 比容積)P1υ 1 = 流体の流動仕事それはシステムに入ります dEc.v./dt = 単位時間あたりのシステム内のエネルギーの変化

この方程式は複雑に見えるかもしれませんが、いくつかの定義と単純化によってよりよく理解できます。 まず、多くのシステム、特に蒸気発生器では、位置エネルギーと運動エネルギーは他のエネルギー変化に比べて非常に小さいため、無視できます。 第 2 に、蒸気発生器などの定常流プロセスでは、システムはエネルギーを蓄積しないため、dEc.v./dt はゼロになります。 これらの項を削除すると、流体の内部エネルギー (u) とその流れ仕事量 (Pυ) が残ります。 科学者はこれら 2 つの用語を組み合わせて、アセンタルピー (h) として知られる非常に有用な特性を作りました。 エンタルピーは流体の利用可能なエネルギーの尺度であり、エンタルピーは蒸気および飽和液体の広範囲の条件に対して計算されています。 これらの値は標準的な蒸気表に記載されており、0℃の飽和水はエンタルピーがゼロであると指定されています。

これらの単純化と定義を使用すると、定常流動作のエネルギー方程式は次のようになります。

Q – Ws = ṁ(h2 – h1) 式 2

しかし、この方程式はエネルギー損失のない理想的なシナリオを表しており、ここで第 2 法則が介入します。とりわけ、第 2 法則はプロセスの方向を記述します。 キッチンテーブルに置かれた温かいコーヒーは、部屋が寒くなっても熱くなりません。 人間は老いていきます。 文字通り無限の例が考えられますが、これらの例は第 2 法則の本質を伝えています。

第 2 法則はカルノー サイクルの概念を基礎としており、構築可能な最も効率的なエンジンは高温 (TH) での入熱 (QH) と低温 (TL) での放熱 (QL) で動作するというものです。 ）、 その中で

QH/TH – QL/TL = 0 式 3

この方程式は理論的に理想的なエンジンを表します。 人間に知られているあらゆるプロセスで、ある程度のエネルギー損失が発生します。 これらは、摩擦、システムから逃げる熱、流れの乱れ、またはその他のさまざまな要因が原因である可能性があります。 科学者はエントロピーとして知られる特性を定義しました。これは最も簡単に言うと、温度に対するプロセス内の熱伝達の比 (Q/T) に基づいています。 あらゆるプロセスにおいて、システムとその周囲の全体的なエントロピー変化が増加します。