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
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО
ПОДОГРЕВАТЕЛЯ СЕТЕВОЙ ВОДЫ
Подогреватели сетевой воды горизонтального типа ПСГ-1300 имеют большую производительность и работают в блоке с мощными теплофикационными турбинами Т-100-130 и Т-50-130 как основные подогреватели для подогрева воды от 70 до 120 оС.
Нами для расчёта выбран подогреватель ПСГ-1300 второй ступени по тепловой схеме, предназначенный для подогрева сетевой воды от 95 до 120 оС.
Целью поверочного расчёта является определение при заданных расходах и изменении температур теплоносителей расчётной площади поверхности теплообмена и сравнение её с паспортной поверхностью теплообмена данного аппарата при номинальном расчётном тепловом потоке. При этом необходимо учесть влияние перегрева и скорости греющего пара и рассчитать площадь поверхности теплообмена, на которой происходит охлаждение пара до температуры насыщения. В дальнейшем эта верхняя зона пучка труб ПСГ-1300 будет называться “Охладитель пара” (ОП), а нижняя зона – “Конденсатор пара” (КП).
1. Исходные данные
Горизонтальный подогреватель сетевой воды ПСГ-1300-3-8-II. Расчётный тепловой поток Q2 = 64 МВт. Греющая среда: пар промежуточного отбора турбины Т-50-130 с давлением Р = 0,3 МПа и температурой t= 250 оС. Нагреваемая среда: сетевая вода с давлением Р = 0,8 МПа и температурой на входе t= 95 оС и на выходе t= 120 оС. Конструктивные данные: площадь поверхности нагрева F = 1300 м2, число ходов воды m= 4, количество трубок N = 3440, длина l = 5,2 м, наружный диаметр dн = 0,024 м, внутренний диаметр dвн= 0,022 м, материал трубок – латунь Л68, теплопроводность l = 108 вт/(м), в поперечном сечении пучка трубки расположены в шахматном порядке по вершинам равносторонних треугольников с межцентровым расстоянием s = 1,3 dн.
Определение параметров теплоносителей по таблицам [1]
Греющая среда - пар: температура насыщения при Р = 0,3 МПа tн = 133,5оС, средняя температура перегретого пара = (t + tн)/2 = (250 + 133,5)/2 = 192 оС; при этих параметрах: энтальпия пара на входе, h= 2967,9 кДж/кг, энтальпия сухого насыщенного пара, hснп= 2724,9 кДж/кг, энтальпия конденсата h=561,5 кДж/кг; удельный объём v = 0,703 м3/кг, теплопроводность l = 0,0334 Вт(м.К), динамический коэффициент вязкости m = 15,9.10-6 Па.с, кинематический коэффициент вязкости n = m.v= 15,9.10-6.0,703 = 11,2.10-6 м2/с, число Прандтля Pr = 1.
Нагреваемая среда - сетевая вода: при средней температуре 107,5 оС её физичеcкие характеристики: удельная изобарная теплоёмкость, cp = 4230 Дж/(кг.К), плотность, r = 953 кг/м3, теплопроводность, l = 0,685 Вт/(м.К), ки-
нематический коэффициент вязкости, n = 0,265.10-6 м2/с, число Прандтля, Pr = 1,64.
2. Расчёт
2.1. Определение расходов теплоносителей
Теплота, отдаваемая паром с учётом тепловых потерь с поверхности корпуса подогревателя Qп= 0,01Q2, где Q2 – теплота, воспринимаемая водой, МВт,
Q1= Q2/h = 64/0,99 = 64,65
Расход пара, кг/c G1 = Q1/( h- h) = 64,65.106/( 2967,9 - 561,5)103 = 26,87
Определение расхода воды, кг/c
G2 = Q2/ cp(t- t) = 64.106/4230(120 – 95) = 605,2
2.2. Расчёт площади поверхности зоны охлаждения перегретого пара (ОП)
Определение коэффициента теплопередачи в (ОП)
Определение коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде
Скорость воды трубках, м/с
Число Рейнольдса
Режим течения турбулентный
Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К)
Определение коэффициента теплоотдачи от пара к трубкам в зоне ОП
Определение скорости пара при поперечном обтекании труб.
Скорость пара определяется из уравнения неразрывности потока
,
где f – площадь проходного сечения между трубами в пучке. Если представить пучок из N труб в форме бруса длиной l, то площадь проходного сечения определится по формуле f = n(s - dн)l =0,3.ndн.l. Количество труб по стороне сечения бруса
тогда fм2,
скорость пара, м/c
режим течения пара в пучке смешанный
коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К)
коэффициент теплопередачи, отнесённый к наружной поверхности, Вт/(м2К) Определение температурного напора в ОП, оС
Схема движения греющего пара и нагреваемой сетевой воды в ПСГ перекрест-
ная с общим противотоком, т.к. общее направление потока пара - сверху вниз, а общее направление потока воды – снизу вверх. Искомой в данном случае является температура воды на выходе из зоны КП и на входе в зону ОП t2x (см. рис. ) Энтальпия воды при этой температуре и давлении 0,8 МПа определяется из уравнения теплового баланса ОП, кДж/кг
При Р = 0,8 МПа и h2x = 493,5 кДж/кг температура воды t2x = 117,5 оС.
Температурный напор в ОП, оС
Площадь поверхности зоны охлаждения пара (ОП), м2
Fоп= G1(h - hснп)h/(kопDtоп) = 26,87(2967,9 - 2724,9)103.0,99/696,5
Таким образом, при использовании перегретого пара при максимальной температуре 250 оС, вследствие низкой интенсивности теплоотдачи и теплопередачи (= 174, kоп=170) температура воды повышается всего лишь на 2,5 оС при площади поверхности теплообмена ОП Fоп = 697 м2, а пар отдает на этой поверхности лишь около 10 % теплосодержания.
1
Dtбоп
tн
2 Dtм
t2x Dtбкп
Fоп Fкп
Рис. Графики изменения температуры теплоносителей в подогревателе
ПСГ-1300; 1- греющий пар, 2 – нагреваемая сетевая вода
2.3. Тепловой расчёт зоны конденсации пара (КП)
Площадь поверхности теплообмена КП, м2
Fкп= Fпсг – Fоп = 1300 – 697 = 603
Расчёт температурного напора в зоне КП.
Крайние температурные напоры в КП, оС
Dtб = tн – t= 133,5 – 95 = 38,5; Dtм = tн – tx = 133,5 – 117,5 = 16;
Средний температурный напор в КП, оС .
Тепловой поток, отдаваемый паром в КП, МВт
Qкп = G1rh = 26,87.2163,4.103.0,99 = 57,55;
плотность теплового потока, кВт/м2
qкп = Qкп/ Fкп = 57,55/603 = 95,44.
Определение коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на наружной поверхности труб, считая пар неподвижным
Используем методический подход, изложенный в [2]. Коэффициент теплоотдачи при конденсации неподвижного пара на наружной поверхности горизонтального пучка труб определяется по формуле Нуссельта
a1,
где (tн - tс1) = Dt1 – перепад температур в плёнке конденсата, является искомой величиной; nкп/2 – половина числа рядов труб по вертикали в КП, т.к. при шахматном расположении труб в пучке, конденсат стекает с 1й трубы на 3ю и т.д.
nоп = Fоп/Fряд = Fоп/(npdнl) = 697/(59.3,14.0,024.5,2) = 30,12 30
nкп/2 = (n - nоп)/2 = (59 – 30)/2 = 14,5 14.
Физические характеристики конденсата и насыщенного пара определяются соответственно по средней температуре конденсата tк и температуре насыщения tн. Приближенно можно считать, что tк = tн - /4 = 133,5 – 25,6/4 = 127,1 оС. Из таблиц [1,2] l = 0,686; n = 0,223.10-6; r’ =932; Pr =1,39; r” =1,67.
Перепад температуры в плёнке конденсата приближенно может быть определен по формуле [2]: Dt1 = (qкп/b1)1,333, где b1 – комплекс констант из формулы Нуссельта, не включающий Dt1.
b1= = 0,725 ,
Dt1 = (95440/12381)1.333 =15,2 оС,
a1кп = b1/Dt10.25 = 12381/15,20.25 = 6270.
Коэффициент теплопередачи в КП, Вт/(м2.К) Уточняем плотность теплового потока, Вт/м2
qкп = kкп. = 3951.25,6 = 101147,
площадь поверхности теплообмена КП, м2
Fкп = Qкп/ qкп =57,55.106/101,1.103 = 569.
Таким образом, рассчитанная площадь поверхности зоны конденсации неподвижного пара в ПСГ-1300-3-8-II меньше площади, расположенной в подогревателе ниже зоны ОП (603 м2).
Уточнение необходимой площади поверхности конденсации пара с учётом влияния скорости пара
Влияние скорости движения пара на интенсивность теплоотдачи может быть существенным, так как движение пара в направлении стекания плёнки приводит к ускорению стекания плёнки и уменьшению её толщины. В результате коэффициент теплоотдачи при конденсации возрастает. Влияние скорости набегающего потока следует учитывать при условии [3] , где w0 – скорость набегающего на пучок потока пара. Она равна, м/с
Т.е. = 2,62.1,67 = 8,4; таким образом, условие выполняется и в расчёт необходимо внести поправку на влияние скорости пара на теплоотдачу при конденсации. Эта поправка рассчитывается по формуле [4]
,
где - средняя по высоте пучка КП скорость насыщенного пара в узком сечении, м/с
w0пкп =
= w0пкп/2 = 7,3/2 = 3,6
Физические характеристики конденсата определяем по его средней температуре tн = 126 оС [1,2,3], l = 0,686 Вт/(м.К), m = 228.10-6 Па.с
,
коэффициент теплоотдачи при конденсации с учётом влияния скорости движения пара, Вт/(м2К) a1w= a1. = 6270.1,41 = 8841,
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К)
kкпw 4838
плотность теплового потока, Вт/м2 qкп = kкпw. =4838.25,6 =123853,
площадь поверхности зоны конденсации пара, м2
Fкп = Qкп/ qкп = 57,55.106/123853 = 464,7 465.
Рассчитанная площадь поверхности зоны конденсации меньше площади, расположенной в подогревателе ниже зоны ОП на 138 м2.
Таким образом, подогреватель сетевой воды ПСГ-1300-3-8-II 2й ступени
обеспечивает подогрев воды от 95 до 120 оС при работе с параметрами, близкими к номинальным.
Следует отметить низкую интенсивность теплообмена в зоне охлаждения перегретого пара: на площади Fоп =697 м2, т.е. больше половины всей поверхности теплообмена ПСГ, вода нагревается лишь на 2,5 оС или на 0,1 всего изменения температуры. Поэтому работа ПСГ-1300-3-8-II при максимальных параметрах (максимальном тепловом потоке) может быть обеспечена лишь при очень небольшом перегреве пара или на насыщенном паре.
Список литературы
1. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды
и водяного пара. - М.: изд-во МЭИ, 1999.
2. Домрачев Б.П. Тепловой расчёт пароводяных теплообменных аппаратов ТЭС. МУ по выполнению курсовой работы по ТМО. - Иркутск.: Изд-во ИрГТУ, 20007. - 28 с.
3. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена. М.: Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.
4. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен. Уч. пособие для вузов.-
М.: изд-во МЭИ, 2005. – 550 с.