76035

Тепловой расчет подогревателя питательной воды низкого давления

Курсовая

Энергетика

Назначение регенеративных подогревателей питательной воды низкого давления и подогревателей сетевой воды – использование в качестве греющей среды пара промежуточных отборов турбин для снижения потерь теплоты в конденсаторах и повышения термического КПД тепловых электрических станций и ТЭЦ.

Русский

2015-01-28

733.5 KB

13 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Иркутский Государственный Технический Университет

Кафедра теплоэнергетики

Курсовая работа

Тепловой расчет подогревателя питательной воды низкого давления

                                 

Выполнила:

ст-ка гр. УЭСТ-08

Томшина С. С.

                                                    Проверил:

доц. Домрачев Б. П.

г. Усолье-Сибирское 2010 г.

Назначение регенеративных подогревателей питательной воды низкого давления и подогревателей сетевой воды – использование в качестве греющей среды пара промежуточных отборов турбин для снижения потерь теплоты в конденсаторах и повышения термического КПД тепловых электрических станций и ТЭЦ.

Вертикальные пароводяные теплообменные аппараты

Подогреватели питательной воды низкого давления (ПНД)

На отечественных турбоустановках используются, главным образом, поверхностные подогреватели питательной воды вертикального типа. Один из таких подогревателей (ПН-700-29-7-1) представлен на рис. 1. Маркировка подогревателей отражает следующие данные: буквенное обозначение – назначение аппарата (ПН – подогреватель питательной воды низкого давления), первое число – площадь поверхности теплообмена (), второе и третье числа – соответственно давление воды в трубах и пара в корпусе аппарата,  (29 и 7), четвертое число – модификация аппарата (1). В качестве греющей среды используется перегретый пар промежуточных отборов турбин. В некоторых случаях, при высокой максимальной температуре пара в подогревателях, предусмотрен специальный отсек для охлаждения перегретого пара (ОП). В этом отсеке, площадь поверхности теплообмена которого обычно не превышает 10-15% от всей поверхности теплообмена, пар охлаждается до температуры, превышающей температуру насыщения на 10-15 . Большая часть подогревателей состоит только из одной секции теплообмена – зоны конденсации пара (КП), где происходит охлаждение пара и его полная конденсация на наружной поверхности вертикальных труб, внутри которых движется нагреваемая питательная вода. Внутри трубной системы 4 установлены поперечные перегородки 5 для организации многоходового перекрестного движения пара.

Вода (основной конденсат) поступает по патрубку А в водяную камеру 1, которая имеет перегородки для организации многоходового движения воды. Число ходов воды в U-образных трубках 4 ПНД обычно – четыре или шесть. Концы трубок завальцованы в трубной доске 2, которая жестко прикреплена к корпусу 3 и подвешена на своде водяной камеры с помощью анкерных болтов.

Подогретая питательная вода выходит из водяной камеры по патрубку Б (на рис. 1 он показан в створе с патрубком А). Пар поступает в подогреватель по патрубку В. Давление пара в ПНД не должно превышать на ТЭС , а на АЭС – , нагреваемого конденсата на ТЭС – , а на АЭС – . Трубная система 4 набирается из U - образных трубок диаметром 16 и с толщиной стенки 1 мм. Внутри корпуса установлены промежуточные перегородки 5 для организации поперечного многоходового движения пара. На рис. 1 показан также патрубок Д для поступления дренажа из других ПНД. В расчетах по данной работе теплообмен при смешивании конденсатов не рассматривается.

Расчет выполняется по методу последовательных приближений. После определения теплового потока и среднего температурного напора в соответствии с пп. 1.1, 1.4. В первом приближении задается величина коэффициента теплопередачи и определяются площадь поверхности теплообмена, количество труб (п. 1.7) и их длина. Количество труб в дальнейшем остается неизменным.

Во втором приближении выполняется графо-аналитический расчет плотности теплового потока (п. 2.3) при условии ламинарного стекания пленки и затем вновь определяются площадь поверхности теплообмена, длина труб и уточняется величина коэффициента теплоотдачи  при конденсации. Как правило, при достаточно большой высоте труб коэффициент теплоотдачи оказывается заниженным, а высота – завышенной и расхождение с данными предыдущего расчета велико, т. к. не учитывается турбулизация течения пленки.

Поэтому в третьем приближении определяется приведенная длина  и коэффициент теплоотдачи  при комбинированном стекании пленки конденсата (п. 3.2). Коэффициент теплоотдачи от трубы к воде остается неизменным. Коэффициент теплопередачи определяется в соответствии с п. 3.3, далее уточняются площадь поверхности теплообмена и длина труб. Если расхождения с расчетными данными предыдущего расчета велики, то выполняется расчет в четвертом приближении и т.д. В этом случае перед расчетом приведенной длины  и коэффициента теплоотдачи  разность температур между температурой насыщения и температурой стенки со стороны конденсата уточняется по формуле

.

Расчет можно считать законченным, когда расхождения расчетных данных последнего и предыдущего расчетов не превышают 5%.

Условие.

Питательная вода при давлении  и с расходом  и скоростью  подается в подогреватель низкого давления (ПНД) с температурой  и, совершив по латунным трубам (латунь Л68, , диаметр )  ходов, выходит из аппарата с температурой . Греющей средой является перегретый пар с давлением  и температурой , который проходит в межтрубном пространстве и конденсируется на наружной поверхности труб.

 

Задание.

Определить площадь поверхности теплообмена подогревателя, количество и длину труб, диаметр корпуса аппарата. Теплопотери с наружной поверхности подогревателя  принять равными 1% теплоты, отдаваемой паром . Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Дополнительные задания.

Произвести уточненный расчет подогревателя с учетом зоны охлаждения перегретого пара (ОП).


Таблица 1

Задание 2. Исходные данные для расчета подогревателей питательной воды низкого давления

Вариант

Греющая среда – перегретый пар

Нагреваемая среда – питательная вода

ДЗ

,

,

,

,

,

,

,

17

0,6

200

2,5

311

1,8

129

154

4

1

Конструктивный тепловой расчет.

1-е приближение.

1. Вычисляем тепловой поток, получаемый  водой, .

Средняя температура воды, .

.

Физические свойства воды при :

плотность ,

массовая изобарная теплоемкость ,

коэффициент теплопроводности ,

коэффициент динамической вязкости ,

коэффициент кинематической вязкости ,

число Прандтля .

.

2. Вычисляем тепловой поток, отдаваемый  паром, .

Принимаем, коэффициент, учитывающий тепловые потери на наружной поверхности аппарата .

.

3. Массовый расход пара, .

Физические свойства перегретого пара при :

энтальпия на входе в аппарат .

При  температура насыщения пара .

Физические свойства конденсата при :

энтальпия на выходе из аппарата .

.

4. Определяем среднелогарифмический температурный напор, .

.

5. Принимаем коэффициент теплопередачи .

6. Площадь поверхности теплообмена, .

.

7. Число труб в теплообменнике, .

Число труб в одном ходе, .

Внутренний диаметр трубы, .

.

.

Округлим до целого .

8. Определяем высоту труб, .

.

2-е приближение.

Графо-аналитический метод расчета.

1. Определяем коэффициент теплоотдачи воды, .

Вычисляем число Рейнольдса воды.

.

, течение воды турбулентное.

Вычисляем число Нуссельта.

.

.

2. Константы графо-аналитического метода, .

Физические свойства пара при :

плотность ,

массовая изобарная теплоемкость ,

коэффициент теплопроводности ,

коэффициент динамической вязкости ,

коэффициент кинематической вязкости ,

число Прандтля ,

теплота парообразования .

Т. к. неизвестна температура стенки трубы  со стороны конденсата, поэтому определяем свойства конденсата по температуре .

Физические свойства конденсата при :

плотность ,

массовая изобарная теплоемкость ,

коэффициент теплопроводности ,

коэффициент динамической вязкости ,

коэффициент кинематической вязкости ,

число Прандтля .

.

.

.

Массив плотностей тепловых потоков

Таблица 2

Зависимость температурных напоров от плотности теплового потока

,

,

10

20

30

40

50

60

70

1,0806

2,7228

4,6753

6,8611

9,2386

11,7809

14,4691

0,1017

0,2035

0,3052

0,4070

0,5087

0,6104

0,7122

0,8134

1,6269

2,4403

3,2537

4,0671

4,8806

5,6940

1,9957

4,5532

7,4208

10,5218

13,8144

17,2719

20,8753

3. Находим плотность теплового потока, .

Искомая плотность теплового потока .

4. Вычисляем температурный напор между паром и стенкой, .

.

Температурный напор между поверхностями стенки, .

.

Температурный напор между стенкой и питательной водой, .

.

Температура стенки со стороны пара, .

.

5. Определяем коэффициент теплоотдачи пара, .

.

6. Находим коэффициент теплопередачи, .

.

Площадь поверхности теплообмена равна, .

.

Определяем высоту труб, .

.

3-е приближение.

1. Находим приведенную длину, .

Средняя температура конденсата, .

.

Физические свойства конденсата при :

плотность ,

массовая изобарная теплоемкость ,

коэффициент теплопроводности ,

коэффициент динамической вязкости ,

коэффициент кинематической вязкости ,

число Прандтля .

Физические свойства конденсата при :

число Прандтля .

.

, комбинированное течение пленки конденсата.

2. Определяем коэффициент теплоотдачи пара, .

   .

3. Коэффициент теплопередачи равен, .

 

.

4. Плотность теплового потока, .

.

5. Площадь поверхности теплообмена, .

.

6. Вычисляем температурный напор между паром и стенкой, .

.

7. Определяем высоту труб, .

.

8. Определяем расхождение с расчетными данными второго приближения.

.

4-е приближение.

1. Находим приведенную длину, .

    .

, ламинарное течение пленки конденсата.

2. Определяем коэффициент теплоотдачи пара, .

.

3. Коэффициент теплопередачи равен, .

 

.

4. Плотность теплового потока, .

.

5. Площадь поверхности теплообмена, .

.

6. Вычисляем температурный напор между паром и стенкой, .

.

7. Определяем высоту труб, .

.

8. Определяем расхождение с расчетными данными третьего приближения.

.

5-е приближение.

1. Определяем коэффициент теплоотдачи пара, .

.

2. Коэффициент теплопередачи равен, .

 

.

3. Плотность теплового потока, .

.

4. Площадь поверхности теплообмена, .

.

5. Вычисляем температурный напор между паром и стенкой, .

.

6. Определяем высоту труб, .

.

7. Определяем расхождение с расчетными данными четвертого приближения.

.

Расчет считаем законченным, т. к. расхождение расчетных данных не превышает 5%.

Конструктивный расчет.

Внутренний диаметр кожуха, .

Межцентровое расстояние между трубами при развальцовке, .

Принимаем .

Коэффициент, учитывающий площади криволинейных треугольников между тремя смежными кругами равен .

Рассчитываем площадь поперечного сечения пучка, .

.

.

Таблица 3

Данные теплового расчета ПНД

,

,

,

,

,

,

,

,

,

33,6987

33,3617

5676,9683

14049,9326

3735,9894

13,7312

650,3313

4860

2,6635

1,7942

Уточненный расчет с учетом перегрева пара.

Расчет зоны охлаждения пара (ОП).

1. Площадь узкого сечения между трубками одного ряда, .

Число труб в одном ряду пучка труб, .

.

Округлим до целого .

.

2. Находим скорость перегретого пара в узком сечении, .

Средняя температура перегретого пара, .

.

Физические свойства перегретого пара при :

плотность ,

массовая изобарная теплоемкость ,

коэффициент теплопроводности ,

коэффициент динамической вязкости ,

коэффициент кинематической вязкости ,

число Прандтля .

.

3. Вычисляем число Рейнольдса пара.

.

4. Вычисляем число Нуссельта.

.

При , , ,

Для газов поправка  не имеет смысла.

.

5. Определяем коэффициент теплоотдачи перегретого пара, .

.

6. Коэффициент теплопередачи равен, .

 

.

7. Вычисляем тепловой поток, отдаваемый паром в зоне ОП, .

.

8. Температура воды на входе в ОП, .

.

9. Определяем среднелогарифмический температурный напор в зоне ОП, .

.

10. Площадь поверхности теплообмена в зоне ОП, .

.

11. Определяем высоту труб в зоне ОП, .

.

12. Определяем среднелогарифмический температурный напор в зоне КП, .

.

13. Площадь поверхности теплообмена в зоне КП, .

.

КП занимает 78,93% всей площади подогревателя.

14. Определяем высоту труб в зоне КП, .

.

15. Площадь поверхности теплообмена ПНД, .

.

16. Определяем высоту труб в ПНД, .

.

Таблица 4

Данные теплового расчета ОП и КП ПНД

Зона

,

,

,

,

,

,

,

,

ОП

1,4645

1,4498

502,9944

14049,9326

480,8594

19,5483

154,2387

0,6317

КП

32,2342

31,9119

5676,9683

14049,9326

3735,9894

14,785

577,7303

2,3661

Вывод: нами был рассмотрен и рассчитан поверхностный подогреватель питательной воды вертикального типа. По справочным данным в этом подогревателе площадь поверхности теплообмена зоны ОП обычно не превышает 10-15% от всей поверхности теплообмена.

У нашего аппарата  занимает почти 21%. Это можно объяснить несколькими причинами. Во-первых, небольшой температурный напор на входе в аппарат: у поступающего перегретого пара температура , у нагреваемой воды . Во-вторых, пар имеет низкие физические параметры (, ,  и другие свойства) по сравнению с водой, соответственно, и небольшой коэффициент теплоотдачи  в зоне ОП. Поэтому, в-третьих, коэффициент теплопередачи  тоже небольшой. В-четвертых, в зону ОП на охлаждение 16 кг/с перегретого пара подается 311 кг/с воды. Все это приводит к тому, что площадь зоны охлаждения пара превышает площадь зоны конденсации.

Из-за большой площади зоны ОП аппарат работает неэффективно, имеет низкие показатели работы, КПД и большие размеры. Поэтому для уменьшения площади этой зоны, можно подавать пар с большей температурой перегрева или уменьшить расход воды через аппарат.


Список использованной литературы

1. Домрачев Б. П. Тепловой расчет пароводяных теплообменных аппаратов ТЭС. МУ по выполнению курсовой работы по ТМО. – Иркутск: ИрГТУ, 2007. – 28 с.

2. Домрачев Б. П., Корнев В. В. Тепловой конструктивный расчет подогревателя питательной воды высокого давления. МУ по выполнению курсовой работы по дисциплине «Тепломассообмен». – Иркутск: ИрГТУ, 1997. – 32 с.

3. Авчухов В. В., Паюсте Б. Я. Задачник по процессам тепломассообмена: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.

4. Назмеев Ю. Г., Лавыгин В. М. Теплообменные аппараты ТЭС: Учеб. пособие для вузов. – 3-е изд., стереот. – М.: МЭИ, 2005. – 260 с.

5. Александров А. А., Григорьев Б. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД        Р-776-98 – М.: МЭИ, 1999. – 168 с.


Рис 1. Подогреватель низкого давления ПН-700-29-7-1:

А, Б – вход и выход нагреваемого конденсата; В – вход греющего пара; Г – отвод конденсата пара; Д – подвод конденсата других ПВД; 1 – водяная камера; 2 – трубная доска; 3 – корпус; 4 – трубы; 5 – перегородки трубной системы

График 1 – Графо-аналитическое определение плотности теплового потока

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5896. Вопрос морали в современной философии 116.5 KB
  Введение. Термин мораль - и по содержанию и по истории возникновения - латинский аналог термина этика. В латинском языке есть слово mos (множественное число - mores), соответствующее древнегреческому этосу и обозначающее нрав...
5897. Нивелирование трассы 85 KB
  Цель работы Задача нивелирования состоит в том, чтобы получить отметки пикетов и плюсовых точек для построения профиля земли. Исходные данные В исходные данные входит индивидуальное задание с приложением выписки из журнала нивелирования ...
5898. Английский писатель Алан Александр Милн 56.5 KB
  Вступление. Английский писатель А. А. Милн вошел в историю дошкольной детской литературы как автор сказки о плюшевом медведе Винни Пухе и ряда стихотворений. Милном были написаны и другие произведения для детей, но наибольший успех выпал на названну...
5899. Военная доктрина 79 KB
  Военная доктрина Российской Федерации, основные положения которой опубликованы в печати, является важным этапом в развитии концепции нашей национальной безопасности. Впервые в российской истории военная доктрина исходит из идеи обеспечения безопасно...
5900. Теория равноценной цены 84 KB
  Введение Альфред Маршалл (1842-1924) - одна из наиболее выдающихся фигур в истории экономической мысли. Маршалл получил математическое образование в Кембридже. Его математическая подготовка превосходила уровень всех его современников-маржиналис...
5901. Искусство воспитания. Внеклассное мероприятие 30.94 KB
  Искусство воспитания Цель занятия: выявить знания студентов по педагогике увидеть тезаурус (общее развитие) студентов, готовых к практике воспитать гуманистические, коллективистские качества студентов. Форма проведения: соревнова...
5902. Пиролиз углеводородов 105 KB
  Пиролиз углеводородов Введение Пиролиз термическое разложение органических соединений протекающий при температурах более 700...
5903. Формирование знаний и умений у учащихся педа-гогических училищ в процессе обучения художественной росписи по ткани 389.5 KB
  Ведение Актуальность темы курсовой работы обуславливается наметившимся в последние годы повышенным интересом к искусству ручной росписи, в особенности к росписи в технике батик, необходимостью обучения подрастающего поколения нашей страны в русле ...
5904. Расчет элементов транспортного терминала 305 KB
  Терминал - конечная часть некой системы, которая обеспечивает связь с внешней средой. Транспортный терминал - посадка, высадка пассажиров, погрузка и выгрузка грузов, приемка и сдача груза. Различают универсальные и специализирова...