Расчет основных параметров подогревателей высокого давления

Контрольная работа - Физика

Другие контрольные работы по предмету Физика

р9=1065,9 кДж/кг, расход его Dп9=28,841 кг/с.

Расход пара в подогреватель:

 

Dп(i/п-iдр)?=Gп.в.(ic.п.-iв)

 

Энтальпия воды на выходе из собственно подогревателя при р=32 МПа и температура tс.п.=t//с.п.-?. При ?=4,5 0С имеем tс.п.=248-4,5=243,5 0С; iс.п.=1051,9 кДж/кг.

Расход пара в подогреватель:

Dп=420*(1051,9-834,4)*0,99/(2802-897,7))=47,491 кг/с;

Определим температуру воды на выходе из охладителя конденсата, на входе в собственно подогреватель и на выходе из охладителя пара. Из уравнения теплового баланса для охладителя конденсата:

 

Dп(i//с.п.-iдр)+Gп.в.(iдр9.-iдр)=Gо.д..(iо.д.-iв)

Имеем: iо.д.=iв+Dп(i//с.п.-iдр)+Gп.в.(iдр9.-iдр)?/ Gо.д.=834,4+47,491*(1076,1-897,7)*0,99/60+28,841 (1065,9-897,7)*0,99/60=1056,5 кДж/кг и tо.д.=244 0С;

Энтальпия воды на входе в собственно подогреватель:

 

i/о.д.=iв+Gо.д.(iо.д.-iв)/Gп.в.=834,4+60*(1056,5-834,4)/420=866,1 кДж/кг;

 

Температура воды на входе в собственно подогреватель: i/о.д.=203 0С;

Энтальпия воды на выходе из пароохладителя при расходе Gо.п.=0,7*Dп=

=33,24 кг/с: iп.о.=iс.п.+Dп(iп-i/п)?/Gо.п.=1051,9+47,491 (2945-2802)*0,99/33,24=1254,17 кДж/кг.

А температура: tп.о.=283,5 0С.

Тепловая нагрузка:

охладитель конденсата:

 

Qо.д.=Dп(i/п-iдр)?=47,491*(1051,9-834,4)*0,99=13326 кВт;

 

охладитель пара:

 

Qо.п.=Dп(iп-iо.п.)?=47,491*(2945-2802)*0,99=6723,5 кВт;

 

собственно подогреватель:

 

Qс.п..=Dп(i/п-iс.п.)?=47,491*(2802-1051,9)*0,99=81964 кВт;

 

2.Расчёт собственно подогревателя

 

Средняя логарифмическая разность температуры в подогревателе:

?tср=((t//c.п.-t/о.д.) - (tнс.п. - tс.п.))/(ln (t//c.п.-t/о.д.)/(tнс.п. - tс.п.))= ((248-203) - (248-243))/

/(ln (248-203)/(248-243,5))=17,6 0С;

 

Для определения коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде необходимо установить режим движения её. Скорость воды в трубах принимается в пределах 1,3-1,8 м/с.

Для скорости 1,5 м/с и соответственно средней температуре воды

 

?tт=(tс.п.+t/о.д.)/2=(243,5+203)/2=223,25 0С;

 

Соответствующие параметры:

 

?=1,47*10-7 м2/с;

?=0,6411 Вт/м*K;

Pr=0,885

Re=32.65*104

 

Коэффициент теплоотдачи ?2 для этих условий определяется:

 

?2=0,023*?*Re0.8*Pr0.4/d=0.023*0.6411*(32.65*104)0.8*(0.885)0.4/0.032=17632 Вт/м2*К.

 

Термическое сопротивление стенки труб:

 

Rст=?ст/?ст=5,36*10-5

При tсрст=0,5*(tн+ ?tт)=0,5*(248+223,25)=235,6 0С;

 

Значение коэффициента b=7932;

Отсюда: ?t= ?t1+ ?t2+ ?t3=(q/b)4/3+Rст*q+q/?2=6.5*10-6*q4/3+5.36*10-5* *q+5.67*10-5*q

 

При различных значениях q, строим зависимость ?t=f(q):

При ?t=17,6 0С; q=52 000 Вт/м2;

 

 

Коэффициент теплоотдачи в собственно подогревателе в этих условиях:

 

к= q/?tcр=52*103/17,6= 2954 Вт/м2*К

F=81964,7*103/(2 954*17.6)=1576 м2

 

Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счёт возможности загрязнений поверхности, коррозии и т.п. Принимаем Fс.п.=1584.

При принятой скорости воды в трубах, число спиралей собственно подогревателя:

N=Gп.в.*?/(0,785*?*dвн2)=420*0,001215/(0,785*1,5*0,0222)=895

 

Практически число спиралей принимается кратным произведению числа секции и числа рядов в каждой секции, т.е. 6*12=72, тогда N=864 шт.

Длина спирали в этом случае:

 

l=1584/(864*?*0.032)=Fс.п./(N*?*dн)=18 м

 

3.Тепловой расчёт охладителя пара

 

Тепловая нагрузка охладителя пара Qо.п.=6723 кВт, расход пара 47,491 кг/с, а расход питательной воды Gп.в.=33,24 кг/с.

Если размеры спиралей охладителей пара такие же как и в собственно подогревателе, тогда сечение для прохода пара: F=l*0.004* ? =18*0.004* 0.98=0.071 (м2).

(здесь ?=0,98 учитывает часть длины труб, участвующих в теплообмене, а 0,004 - расстояние между трубами).

При двух потоках скорость пара в охладителе:

 

?п=Dп*?/(2*F)=47,491*0.05889/(2*0.071)=19.7 м/с

 

? - средний удельный объём пара при его средней температуре.

Эквивалентный диаметр:

 

dэ=4*F/U=4*0.071/2=0.142 м.

 

Число Рейнольдса:

 

Re=?п*dэ/?п=19,7*0,142/(8,37*10-7)=3,34*106

т.е. значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб следует определять из выражения:

 

?1=0,027*?п*Re0.84*Pr0.4/dэ=0,027*0,0548*(3,34*106)0,84*(1,157)0,4/0,142=

=5260 Вт/м2 К.

 

При tср=(tп.о.+tc.п.)/2=(283,5+243,5)/2=263,5 0С и рп.в.=32 МПа.

 

Скорость воды в трубах при двухпоточной схеме принимаем равной

,5 м/с, а диаметр трубок 32*6 мм.

Тогда: Re=1,5*0,02/(0,63*10-6)=184 040 и отсюда следует, что:

?2=0,023*0,599*(184 040)0,8*(1,05)0,4/0,02=11580 Вт/м2 К.

Коэффициент теплоотдачи:

к=Вт/м2 К

Средний температурный напор в охладителе пара:

?t=0С;

Поверхность нагрева охладителя пара:

Fо.п.=6723,5*103/(18,1*1 336)=278 м2

Число змеевиков охладителя пара с учётом ?:

 

N=F/(?*l*?*dн)=278/(0.98*18*3.14*0.032)=182

 

4.Расчёт охладителя конденсата

 

Тепловая нагрузка охладителя конденсата Qо.д.=13326 кВт.

Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве:

t кср=((28,841*245,8+47,491*248)/76,332+210,1)*0,5=228,6 0С.

Сечение для прохода конденсатора в охладителе принимается таким же, как и в охладителе пара, т.е. 0,071 м2. Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:

?к=(76,332*0,001302)/0,071=1,39 м/с

Значение числа Рейнольдса при найденной скорости равно 84859, а коэффициент теплоотдачи:

?1=0,023*0,598*(84859)0,8*(0,87)0,4/0,142=11459,68 Вт/м2 К

Средняя разность температур в трубах охладителя:

tсро.д.=(195,6+203)/2=199,3 0С

Значение коэффициента теплопередачи от стенки к воде определяется при скорости ?в=2 м/с и температуре tсро.д.=199,3 0С:

?2=0,023*0,601*(2*0,02/(0,158*10-6))0,8*(0,93)0,4/0,02=15654 Вт/м2 К

Коэффициент теплопередачи в охладителе конденсата:

Ко.д.=Вт/м2 К

Средний температурный напор в охладителе:

?tср=0С;

Поверхность теплообмена охладителя конденсата:

Fо.д.=(13326*103)/(3152*22,3)=189,5 м2

 

5.Схема движения теплообменивающихся сред в ПВД

 

Р