Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Введение……………………………………………………………………………………………….. 3
1. Теплообменные аппараты …………………………………………………………………3
1.1. Классификация теплообменных аппаратов………………………………..3
1.2. Схемы движения теплоносителей……………………………………………….4
1.3 Средний температурный напор…………………………………………………...5
1. 4. Порядок теплового расчета ТА…………………………………………………….6
1. 5. Гидромеханический расчет ТА…………………………………………………….7
2. Сетевые подогреватели……………………………………………………………………….9
2. 1. Назначение и схемы включения……………………………………............9
2. 2. Конструкция сетевых подогревателей…………………………………….10
3. Задание ……………………………………………………………………………………………….15
4. Расчёт ПСВ …………………………………………………………………...........................16
4.1.Тепловой расчёт подогревателя……………………………………………………16
4.2. Гидродинамический расчёт …………………………………………….............19
Заключение……………………………………………………………………...........................21
Список литературы…………………………………………………………………………………22
Введение
Теплообменными аппаратами принято называть устройства, предназначенные для передачи тепла от одних тел к другим. В теплообменных аппаратах могут происходить различные тепловые процессы: изменение температуры, испарение, кипение, конденсация, расплавление, затвердевание и, наконец, более сложные, комбинированные процессы. Количество тел, участвующих в этих процессах, может быть больше двух, а именно: тепло может передаваться от одного тела к нескольким другим телам или, наоборот, от нескольких тел к одному. Эти тела, отдающие или воспринимающие тепло, принято называть теплоносителями.
1. Теплообменные аппараты.
1.1.Классификация теплообменных аппаратов
По принципу работы ТА делятся на поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и контактные.
В рекуперативных поверхностных ТА обменивающиеся теплотой среды протекают одновременно и передача теплоты происходит через разделяющую их поверхность.
В регенеративных ТА поверхность теплообмена по очереди омывается то греющим, то нагреваемым теплоносителем.
В контактных ТА передача теплоты от греющего теплоносителя к нагреваемому происходит при непосредственном их контакте. Контактные ТА делят на смесительные и барботажные. В аппаратах смесительного типа нагреваемый и греющий теплоносители перемешиваются. В барботажных аппаратах греющий теплоноситель прокачивается через нагреваемый, или наоборот, не смешиваясь с ним.
По роду теплоносителей различают ТА : жидкость-жидкость, пар-жидкость, газ-жидкость, пар-пар, пар-газ, газ-газ.
В зависимости от изменения агрегатного состояния теплоносителей ТА делят: без изменения агрегатного состояния ; с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя ; с изменением состояния обоих теплоносителей.
По характеру движения теплоносителей относительно теплопередающей поверхности ТА делят на три типа: с естественной циркуляцией; с принудительной циркуляцией; с движением жидкости под действием сил гравитации.
По роду теплового режима ТА могут быть со стационарными и не стационарными процессами теплообмена. Рекуперативные ТА в основном работают в установившемся стационарном режиме, а регенеративные – в нестационарном режиме.
1.2. Схемы движения теплоносителей
По схемам тока теплоносителей рекуперативные ТА можно разделить на три группы: с постоянной температурой ( и ) обоих теплоносителей, равной температуре и ; с постоянной температурой одного теплоносителя; с переменной температурой обоих теплоносителей.
В зависимости от взаимного направления потоков теплоносителей в последней, наиболее распространенной группе ТА, различают прямоток, противоток, перекрестный ток, смешанный ток, а также сложные схемы тока.
Схемы однократного и многократного перекрестного тока можно выделить в три группы в зависимости от наличия градиента температуры теплоносителя в сечениях ТА, нормальных к направлению движения теплоносителя. Если, например, жидкость протекает внутри труб, а газообразный теплоноситель движется перпендикулярно к трубному пучку и может свободно перемешиваться в межтрубном пространстве, то его температура в сечении, нормальном к направлению движения газа, выравнивается. Поскольку жидкость проходит внутри труб отдельными не перемешиваемыми между собой потоками, в сечении пучка всегда имеет место градиент температур. В рассмотренном примере газообразный теплоноситель считается идеально перемешанным, а жидкость в трубах абсолютно не перемешанной. С этой точки зрения возможны следующие три случая: оба теплоносителя идеально перемешаны и градиенты их темперетур в поперечном сечении равны нулю; один из теплоносителей идеально перемешан, другой не перемешан; оба теплоносителя абсолютно не перемешаны.
1.3.Средний температурный напор
Широко распространенные методы теплового расчета ТА базируются на их моделях с сосредоточенными параметрами. Изменяющиеся в общем случае в результате изменения температур теплоносителей теплофизические свойства теплоносителей, коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, а также температурный напор в моделях с сосредоточенными параметрами принимают равномерно распределенными во всем объеме аппарата. Это допущение позволяет использовать уравнение, согласно которому средний температурный напор:
Ниже приведены уравнения для расчета в ТА с различными схемами тока.
Противоток:
Прямоток:
Однократный перекрестный ток:
1.4. Порядок теплового расчета ТА
Заданными являются площадь поверхности теплопередачи и любая пара температур из набора
1. Задают значение еще одной концевой температуры; например: если заданы , то задают значение по условиям эксплуатации или технологий.
2. Определяют значение неизвестной концевой температуры из
уравнения теплового баланса:
3.Рассчитывают средний температурный напор противоточной схемы тока для заданных значений температур.
4.Находят коэффициенты теплоотдачи: от греющего теплоносителя
к стенке, разделяющей теплоносители, и от стенки к нагреваемому теплоносителю, а также коэффициент теплопередачи.
5.По уравнению теплопередачи определяют требуемую для обеспечения температур площадь поверхности теплопередачи
а затем коэффициент запаса
Если > 1, то расчет заканчивают, если < 1, то назначают новые, скорректированные по результатам выполненного расчета значения концевых температур и расчет повторяют вновь до получения > 1.
Корректировка заключается в уменьшении перепадов температур
и .
1.5. Гидромеханический расчет ТА
Между теплопередачей и потерей давления существует тесная физическая и экономическая связь. Чем больше скорости теплоносителей, тем выше коэффициент теплопередачи и тем компактнее для заданной тепловой производительности теплообменник, а следовательно, меньше капитальные затраты. Но при этом растет сопротивление потоку и возрастают эксплуатационные затраты. При проектировании теплообменных аппаратов необходимо решать совместно задачу теплообмена и гидравлического сопротивления и найти наивыгоднейшие характеристики.
Основной задачей гидромеханического расчета теплообменных аппаратов является определение потери давления теплоносителя при прохождении его через аппарат. Так как теплообмен и гидравлическое сопротивление неизбежно связаны со скоростью движения теплоносителей, то последняя должна выбираться в некоторых оптимальных пределах, определяемых, с одной стороны, стоимостью поверхности теплообмена аппарата данной конструкции, а с другой - стоимостью затрачиваемой энергии при эксплуатации аппарата.
Гидравлическое сопротивление в теплообменных аппаратах определяется условиями движения теплоносителей и особенностями конструкции аппарата.
Из сказанного следует, что данные гидромеханического расчета являются важным фактором в оценке рациональности конструкции теплообменных аппаратов.
Опыты указывают на то, что даже в самых простых теплообменных аппаратах структура потока теплоносителя очень сложна. В силу этого в подавляющем большинстве случаев гидравлическое сопротивление в ТА можно рассчитать только приближенно.
В зависимости от природы возникновения движения гидравлические сопротивления движению теплоносителей различают как сопротивления трения, которые обусловлены вязкостью жидкости и проявляются лишь в местах безотрывного течения, и местные сопротивления. Последние обуславливаются различными местными препятствиями движению потока (сужение и расширение канала, обтекание препятствия, повороты и др.). Сказанное справедливо для изотермического потока, однако если движение теплоносителя происходит в условиях теплообмена и аппарат сообщается с окружающей средой, то будут возникать дополнительные сопротивления, связанные с ускорением потока вследствие неизотермичности, и сопротивление самотяги. Сопротивление самотяги возникает вследствие того, что вынужденному движению нагретой жидкости на нисходящих участках канала противодействует подъемная сила, направленная вверх.
Таким образом, полный перепад давления, необходимый при движении жидкости или газа через теплообменник, определится формулой:
где - сумма сопротивления трения на всех участках поверхности теплообмена (каналов, пучков труб, стенок и др);
- сумма потерь давления в местных сопротивлениях;
- сумма потерь давления, обусловленных ускорением потока;
- суммарная затрата давления на преодоление
2. Сетевые подогреватели
2. 1. Назначение и схемы включения
Сетевые подогреватели служат для подогрева паром отборов турбины сетевой воды, используемой для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения потребителей.
Рис. 3.2. Схема отпуска теплоты от турбоустановки Т-250-240:
1 - сетевой насос первого подъема; 2 - сальниковый подогреватель; 3, 4 - сетевые подогреватели нижний и верхний; 5 - сетевой насос второго подъема; 6 - конденсатные насосы сетевых подогревателей; С — слив конденсата из соленых отсеков подогревателей и сборника конденсата
Обратная сетевая вода к подогревателям подается одним из двух сетевых насосов первого подъема. За верхним сетевым подогревателем установлены насосы второго подъема, подающие сетевую воду либо в магистраль, либо предварительно в пиковый котел. Задвижки, установленные на трубопроводах сетевой воды, обеспечивают возможность отключения по воде либо обоих сетевых подогревателей, либо только верхнего. Предусмотрены также байпасы (диаметром 500 мм), позволяющие плавно регулировать расход сетевой воды через подогреватели.
Воздух из корпуса верхнего сетевого подогревателя отводится в паропровод греющего пара нижнего. Из корпуса которого воздух попадает в конденсатор турбины.
2. 2. Конструкция сетевых подогревателей
Подогреватели сетевой воды выполняются двух типов: вертикальные (ПСВ) и горизонтальные (ПСГ).
Вертикальные сетевые подогреватели с площадью поверхности нагрева 90-500 м2 выполняются двух- или четырехходовыми с прямыми трубками диаметром 19 мм из латуни. Основными узлами этих аппаратов (рис. 3.3) являются: корпус, трубная система, верхняя и нижняя (плавающая) водяные камеры.
Верхняя водяная камера крепится к фланцу верхней части обечайки корпуса. Она имеет патрубки для подвода и отвода сетевой воды и систему перегородок для создания необходимого числа ходов воды.
Верхняя трубная доска размещается между фланцами корпуса и водяной камеры. Нижние концы трубок поверхности нагрева закрепляются в нижней трубной доске, к которой присоединятся нижняя (плавающая) водяная камера. В нижней камере, как и в верхней, предусмотрены перегородки для создания необходимого числа ходов, а также выводы для опорожнения и отвода паровоздушной смеси.
Сетевая вода поступает в приемный отсек верхней водяной камеры. Для создания четырех ходов в верхней камере устанавливаются две взаимно перпендикулярные перегородки. Из приемного отсека вода попадает в трубки и в нижнюю (плавающую) камеру. Для создания четырех ходов в нижней камере устанавливается одна расположенная по диаметру перегородка. Из нижней камеры вода вновь поступает в трубки. Отвод сетевой воды производится из патрубка верхней водяной камеры.
Рис. 3.3. Вертикальный сетевой подогреватель:
1 - корпус; 2 - водяная камера; 3 - греющая секция; 4 ~ подвод пара; 5, 6 - подвод сетевой воды и отвод ее;
7- указатель уровня; 8- отвод конденсата; 9- опорожнение греющей секции; 10 - отвод паровоздушной смеси
Греющий пар омывает трубки снаружи. При этом для организации направленного потока трубная система имеет наружные перегородки. Образующийся на поверхности трубок конденсат пара стекает в нижнюю часть корпуса подогревателя. На линии отвода конденсата из подогревателя устанавливается регулирующий клапан, получающий импульс от датчика, фиксирующего положение уровня конденсата в корпусе подогревателя.
Отвод воздуха при заполнении подогревателя производится через кран-воздушник, расположенный на верхней водяной камере. Отсос паровоздушной смеси ведется через патрубок, соединенный с паровым пространством подогревателя.
Каждый типоразмер подогревателя типа ПСВ имеет свое обозначение (например ПСВ-500-3-23), в котором первые цифры показывают площадь поверхности нагрева, м2 ; вторые - максимальное рабочее давление греющего пара в корпусе, кг/ см2 ; третьи - максимальное рабочее давление сетевой воды в трубной системе, кг/ см2 .
Сетевые подогреватели теплофикационных турбин большой мощности выполняются горизонтальными, что позволяет легче компоновать их в помещении машинного зала.
На рис. 3.4 показан горизонтальный сетевой подогреватель типа ПСТ-5000-3,5-8, устанавливаемый на ТЭЦ с турбинами Т-250-240.
Поверхность трубного пучка подогревателя образована прямыми латунными трубками, концы которых развальцованы в трубных досках. Патрубки подвода и отвода подсоединяются к передней камере. В этой же камере устанавливаются перегородки для образования ходов воды. В крышке передней камеры предусмотрены лазы для осмотра и очистки внутренних поверхностей трубок. Патрубки подвода и отвода воды располагаются под углом к вертикальной оси подогревателя с целью удобства компоновки подводящих и отводящих труб диаметром 1000 -1200 мм.
Задняя (поворотная) водяная камера также имеет внутренние перегородки для образования ходов воды. Для компенсации температурных расширений трубок на корпусе подогревателя со стороны поворотной камеры установлен двойной линзовый компенсатор. Крышка задней камеры, как и передней, имеет лазы (обычно два) для осмотра и очистки внутренних поверхностей трубок.
Рис. 3.4. Горизонтальный сетевой подогреватель:
1,2- подводы пара и сетевой воды; 3, 4 - отводы сетевой воды и паровоздушной
смеси
Паропроводы к корпусу присоединяются через специальные диффузоры, внутри которых установлены концентрические рассекатели. Рассредоточение подвода пара по длине в сочетании с входными устройствами позволяет обеспечить равномерное распределение греющего пара по длине поверхности теплообмена. В первом ряду трубного пучка (по периферии) со стороны входа пара устанавливаются отбойники из стальных трубок для уменьшения эрозии поверхностей нагрева. По длине подогревателя в его паровом пространстве устанавливаются промежуточные перегородки, являющиеся дополнительными опорами для трубок. Перегородки устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга, чтобы исключить опасные с точки зрения повреждения труб формы колебаний при их вибрации.
Трубный пучок в корпусе подогревателя располагается эксцентрично, что позволяет создать внутри подогревателя в зоне, прилегающей к месту ввода пара, симметричный клиновой раздающий коллектор, охватывающий пучок. Это обеспечивает улучшение распределения парового потока по наружному контуру трубного пучка и одновременно облегчает доступ пара в глубину пучка через имеющиеся в нем специальные проходы, связанные с коллектором.
Паровоздушная смесь отводится из подогревателя через воздухоохладитель (специально выделенный трубный пучок). Конденсат греющего пара с поверхности труб сливается в нижнюю часть корпуса, а оттуда - в конденсатосборник. Конденсатосборник соединен с подогревателем трубами, в которых установлены специально спрофилированные сопла (воронки), имеющие высокий коэффициент расхода при стекании конденсата в конденсатосборник и низкий коэффициент расхода при его движении в обратную сторону. Этим ограничивается поступление в корпус подогревателя и в отбор турбины вторичного пара, образующегося в конденсатосборнике от вскипания находящегося в нем конденсата при сбросах нагрузки турбины.
Подобрать нормативный подогреватель сетевой воды вертикальный для подогрева сетевой воды. Тепловая мощность подогревателя равна 18 МВт, давление греющего пара Pп = 0,15 МПа, температура греющего пара t1 = 130 0С, температура сетевой воды на входе в подогреватель t2 = 55 0C.
Выполнить тепловой и гидравлический расчёты подогревателя.
4. Расчет ПСВ
4.1. Тепловой расчет сетевого подогревателя
Тепловой конструкторский расчет выполняется , чтобы определить коэффициент теплоотдачи аппарата, площадь поверхности нагрева и конструктивные размеры. По результатам подбирается в соответствии с ГОСТом или ОСТом марка теплообменного аппарата.
Исходные данные к расчёту: тепловая нагрузка – 18 МВт; давление и температура греющего пара Pс.п. = 0,15 МПа; tс.п. = 130 0С; температура сетевой воды на входе tс1 = 55 0С.
Принятым значениям параметров греющего пара соответствуют:
Данным параметрам греющего пара соответствует
Расход греющего пара .
Недогрев сетевой воды до температуры насыщения греющего пара в водоподогревателе принимаем νс.п. = 5 0С. Температуры насыщения греющего пара 0С.
Расход сетевой воды через подогреватель ,
где - температура воды на входе,
- температура воды на выходе, с учетом недогрева до температуры насыщения греющего пара,
.
Среднелогарифмический температурный напор
.
Средняя температура стенки трубок
.
Число Рейнольдса для пленки конденсата при принятом Н=1 м
где - плотность конденсата при температуре насыщения,
- коэффициент кинематической вязкости,
- теплота конденсации,
.
Тогда коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам трубок
где ,
,
Коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к подогреваемой воде в подогревателе при принятой скорости воды Wв = 1,5 м/с и использовании трубок из латуни с dн = 19 мм и толщиной стенки, равной 1 мм,
Коэффициент теплопередачи для подогревателя
Площадь поверхности нагрева подогревателя
Необходимая площадь живого сечения трубок
Необходимое число трубок при четырёх ходах воды
Необходимая площадь теплообмена одной трубки
Длина трубок при dрасч = dпар (так как d1 < d2)
Необходимая площадь трубной доски
Необходимый диаметр корпуса подогрева
При скорости воды в патрубках подвода и отвода Wв.п. = 3 м/с внутренний диаметр патрубков
Принимаем стандартный диаметр dнS = 203 6 мм и уточняем скорость:
.
Длину каждого патрубка (подвода и отвода сетевой воды) принимаем Для оценки гидравлического сопротивления подогревателя принимаем следующие значения коэффициентов местных сопротивлений поворот во входной и выходной камерах – 1,5;
поворот потока на 1800 – 2,5;
вход в трубки из камеры – 0,5;
выход из трубок в камеру – 1.
Число Рейнольдса для потока воды в патрубках
Значение
В этом случае коэффициент сопротивления трения:
Суммарный коэффициент сопротивления участка входа
Потеря давления сетевой воды на участке входа
Коэффициент сопротивления трения в трубках подогревателя:
Суммарный коэффициент сопротивления второго участка
Потеря давления сетевой воды на втором участке
Общее гидравлическое сопротивление подогревателя
Здесь
В результате проведённого теплового и гидравлического расчётов подогревателя были определены следующие параметры:
площадь поверхности нагрева подогревателя: F =
Наружный диаметр трубок из латуни: dн = 19 мм
Число трубок:
Внутренний диаметр патрубков:
Уточнили скорость питательной воды:
Общее гидравлическое сопротивление подогревателя:
По результатам расчета выбираем подогреватель ПСВ-200-7-15.
Литература