Расчет прямоточного парогенератора

КурсоваяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Змеевиковая поверхность нагрева образуется путем последовательной один на другой навивки слоев, образуемых одной или несколькими параллельно и одновременно навиваемыми трубками. Каждый слой навивки состоит из одинаковых по размеру трубок, изогнутых по винтовой линии с одинаковыми шагом навивки и в целом образующих цилиндрическую поверхность (см. рис. 3). Для проведения теплового расчет принимают… Читать ещё >

Расчет прямоточного парогенератора (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНИВАЮЩИХСЯ СРЕД ПО УЧАСТКАМ

2.1 Параметры рабочей среды

2.2 Параметры теплоносителя

3. ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ t-Q

4. КОМПАНВОКА ЗМЕЕВИКОВ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

4.1 Основные параметры змеевиковой поверхности

4.2 Выбор материалов и конструктивных размеров

4.3 Распределение трубок по слоям навивки

5. РАСЧЕТ ЭНОМАЙЗЕРНОГО УЧАСТКА

5.1 Параметры питательной воды и коэффициент теплоотдачи от стенок к питательной воде

5.2 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

5.3 Расчет площади поверхности нагрева

6. РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

6.1 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

6.2 Параметры кипящей среды и коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде

7. РАСЧЕТ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

7.1 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

7.2 Параметры перегретого пара и коэффициент теплоотдачи от стенки к пару

7.3 Площадь поверхности нагрева пароперегревательного участка

8. РАСЧЕТ МАССОГАБАРИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ПАРОГЕНЕРАТОРА Список используемой литературы

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

При разработке нового парогенератора (ПГ) двухконтурной ЯППУ выполняют конструкторский расчет, который основывается на исходных данных о параметрах пара и теплоносителя, а также о паропроизводительности или тепловой мощности ПГ. Кроме того, должен быть задан или принят тип ПГ по принципу циркуляции рабочей среды.

Конструкторский расчет подразделяется на следующие этапы:

— тепловой расчет;

— конструкционный расчет;

— гидродинамический расчет;

— расчет на прочность.

Для проведения теплового расчет принимают принципиальную тепловую схему ПГ, которая дает наглядное представление о взаимном размещении элементов ПГ по ходу движения теплоносителя и рабочей среды, а также об изменении параметров сред. В результате выполнения теплового расчет определяются размеры теплопередающих поверхностей элементов ПГ.

Конструкционный расчет включает в себя выбор материала и размеров труб, формы поверхности теплообмена (змеевиковой, прямотрубной и т. п.), диаметров коллекторов, патрубков, корпуса. На этом же этапе производится компоновка трубной системы ПГ.

Гидродинамический расчет основывается на данных предыдущих этапов проектирования по конструктивным размерам элементов ПГ и по параметрам теплообменивающих сред. Результатом гидродинамического расчета являются данные об изменении давления по участками ПГ и затраты мощности на прокачку теплоносителя и рабочей среды.

В результате расчета на прочность определяются размеры деталей (в основном толщины), обеспечивающие их прочность.

В данной работе производится расчет обогреваемого водой под давлением прямоточного ПГ, со змеевиковой трубной системой и движением теплоносителя в межтрубном пространстве. Расчет прямоточного ПГ ведется по отдельным участкам: экономайзерному, испарительному и пароперегревательному.

Принципиальная тепловая схема прямоточного ПГ представлена на рис. 1

Исходные данные для расчета ПГ являются:

1. Паропроизводительность ПГ (D, кг/с)…16

2. Параметры генерируемого пара:

— давление (Рпп, МПа)…3

— температура (t_пп, ⁰С) …305

3. Температура питательной воды (t_пв, ⁰С) …108

4. Параметры теплоносителя:

— давление (Р_т, МПа)…14

— температура на входе в ПГ (t^/_т, ⁰С)…325

— температура на выходе из ПГ (t^//_т, ⁰С)…295

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНИВАЮЩИХСЯ СРЕД ПО УЧАСТКАМ

2.1 Параметры рабочей среды


№ п/п	Наименование величины	Обоз-ние	Размерность	Формула или источник	Числовое значение
	Гидравлическое сопротивление ПГ	Др_пг	МПа	Принять в пределах 0,3−0,6	0.3
	Гидравлическое сопротивление пароперегревательного участка	Др_пп	МПа	(0,5−0,6) Др_пг	0.175
	Гидравлическое сопротивление испарительного участка	Др_ис	МПа	(0,4−0,45) Др_пг	0.126
	Гидравлическое сопротивление экономайзерного участка	Др_эк	МПа	(0,01−0,02) Др_пг	0.0012
	Давление на выходе из испарительного участка		МПа	р_пп+ Др_пп	3.175
	Давление на входе в испарительный участок		МПа	+ Др_ис	3.3
	Давление на входе в парогенератор	р_пв	МПа	+ Др_эк	3.3022
	Температура на выходе испарительного участка		⁰С	t_s () [I]… 3]	235.9
	Температура на входе в испарительный участок		⁰С	t_s () [I]… 3]
	Энтальпия перегретого пара	Я_пп	кДж/кг	Я (t_пп, р_пп) [2]… 3]
	Энтальпия насыщенного пара		кДж/кг	() [I]… 3]
	Энтальпия насыщенной воды		кДж/кг	() [I]… 3]
	Энтальпия питательной воды	Я_пв	кДж/кг	(t_пв,р_пв) [2]… 3]	455.5
	Тепловая мощность ПГ	Q_пг	кДж/с
	Тепловая мощность экономайзерного участка	Q_эк	кДж/с
	Тепловая мощность испарительного участка	Q_ис	кДж/с
	Тепловая мощность пароперегревательного участка	Q_пп	кДж/с
	Удельный объем питательной воды на входе в ПГ	V_пв	м³/кг	[2]… 3]	0.10 503

2.2 Параметры теплоносителя


№ п/п	Наименование величины	Обозн.	Размерность	Формула или источник	Числовое Значение
	Энтальпия на входе в парогенератор		кДж/кг	[2]… 3]
	Энтальпия на выходе из парогенератора		кДж/кг	[2]… 3]
	Коэффициент удержания тепла		;	Принимаем в пределах 0,98…0,99	0.98
	Расход теплоносителя		кг/с		233.08
	Энтальпия на выходе из пароперегревателя		кДж/кг		1477.8
	Энтальпия на выходе из испарителя		кДж/кг		1353.3
	Температура на выходе из пароперегревателя		⁰С	[2]… 3]	323.4
	Температура на выходе из испарителя		⁰С	[2]… 3]
	Удельный объем на входе в парогенератор		м³/кг	[2]… 3]	0.151

3. ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ t-Q

Диаграмму t-Q строим по результатам ранее выполненных расчетов параметров теплообменивающихся сред для отдельных участков парогенератора. Эта диаграмма дает представление о распределении тепловой мощности парогенератора по отдельным участкам, о температурных напорах между теплообменивающимися средами, а также о средних температурах той и другой среды на отдельных участках теплообмена. Данную t-Q диаграмму будем использовать при вычислении температурных напоров.

Рис. 2. Диаграмма t-Q

змеевиковый конструктивный теплоотдача кипящий

4. КОМПАНОВКА ЗМЕЕВИКОВ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

4.1 Основные параметры змеевиковой поверхности

Рис. 3 цилиндрическая змеевиковая поверхность нагрева.

Из таких цилиндрических поверхностей, имеющих различные диаметры и расположенных концентрически относительно друг друга, образуется змеевиковая поверхность нагрева.

Основные характеристики змеевиковой поверхности нагрева представлены на рис.4

Рис. 4 Основные геометрические параметры змеевиковой поверхности нагрева В расчет принимаем следующие обозначения:


d	наружный диаметр трубки
z	число слоев навивки
D_i	средний диаметр i-го слоя навивки
n_i	количество параллельных трубок в i-го слое навивки
D₁	средний диаметр i-го слоя навивки
D_вн	внутренний диаметр слоя проточной части
S₁	шаг между слоями навивки
S₂	шаг между смежными трубками в слое навивки
h	высота поверхности нагрева
D_ср	средний диаметр поверхности нагрева

4.2 Выбор материалов и конструктивных размеров Для расчет змеевиковой поверхности теплообмена выбираем материал и размеры трубок, образующих эту поверхность. Размер труб принимаем из данных, приведенных в приложении 4.


№ п/п	Наименование величины	Обозн.	Размерность	Формула или источник	Числовое Значение

	Наружный диаметр трубки	d	М	Выбирается	0.018
	Толщина стенки трубки	_ст	М	Выбирается	0.002
	Внутренний диаметр трубки	d_вн	М	d-2_ст	0.014
	Площадь проходного сечения	f_np	м²	0,785 d_вн²	1.5386*10^-4
	Скорость питательной воды в трубке	W_пв	м/с	Принимаем 0,4…0,6	0.6
	Проходное сечение ПГ по питательной воде	F_пг	м²		0.028
	Число трубок ПГ	n_тр	шт.	F_пг / f_np
	Шаг между слоями навивки	S₁	М	d+(0.002…0.004)	0.02
	Шаг между трубками в слое навивки	S₂	М	d+(0.001…0.002)	0.02
	Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве	W_TH	м/с	Принимаем в диапазоне 4…6	5.73
	Коэффициент		;
	Количество слоев навивки	z	шт.
	Диаметр первого слоя навивки	D₁	М	D₁(10…12)d	0.22
	Диаметр последнего слоя навивки	D_z	М	D₁+2(z-1)S₁	1.34
	Внутренний диаметр проточной части	D_вн	М		0.201
	Наружный диаметр проточной части	D	М		1.359
	Количество параллельных трубок в среднем слое	n_cp	шт.
	Средний диаметр навивки	D_cp	м²		0.78
	Минимальное проходное сечение межтрубного пространства	F^Т_пр	м²		0.158

4.3 Распределение трубок по слоям навивки Общее число параллельных трубок ПГ распределяется по слоям навивки с учетом ряда условий. Первое из них имеет вид:

Число трубок, образующих слой навивки, принимается таким образом, чтобы длины всех параллельных трубок, образующих ПГ были одинаковы, так как при этом обеспечивается равномерное распределение рабочей среды по всем трубкам. Второе условие выполняется если число трубок в i — слое навивки определять по отношению:

Т.е. количество трубок в слое навивки возрастает по мере увеличения диаметра навивки. В каждом слое количество трубок будет равно n_i и отлично от количества трубок в других слоях. Однако, поскольку количество трубок в слое навивки конкретного i-го змеевика должно быть равно целому числу и в целях упрощения технологии изготовления общее количество змеевиков z разделяется на группы в каждой из которых будет по 3−4 смежных змеевика, имеющих одинаковое количество параллельных трубок. Эту процедуру будем выполнять в табличной форме, где n_i вычисляется по формуле:


Номер слоя навивки, i	Диаметр слоя, D_i, м	Расчетное число трубок в слое	Принятое число трубок в слое, n_i
	0.22	1.69
	0.26
	0.30	2.3
	0.34	2.6
	0.38	2.9
	0.42	3.2
	0.46	3.53
	0.50	3.8
	0.54	4.15
	0.58	4.46
	0.62	4.76
	0.66	5.07
	0.70	5.38
	0.74	5.69
	0.78
	0.82	6.3
	0.86	6.61
	0.9	6.9
	0.94	7.2
	0.98	7.53
	1.02	7.8
	1.06	8.15
	1.10	8.46
	1.14	8.76
	1.18	9.07
	1.22	9.3
	1.26	9.69
	1.3
	1.34	10.3
	Итого:172

5. РАСЧЕТ ЭКОНОМАЙЗЕРНОГО УЧАСТКА

5.1 Параметры питательной воды и коэффициент теплоотдачи от стенки к питательной воде


№ п/п	Наименование величины	Обозн.	Размер	Формула или источник	Числовое значение

	Средняя температура	t_эк^ср	⁰С	(t_пв+t_s)/2
	Среднее давление	р_эк^ср	МПа	(р_пв+р_s)/2	3.301
	Критерий Прандтля	Рr_эк	;	Рr (р_эк^ср, t_эк^ср)	1.04
	Удельный объем	V_эк	м³/кг	V (р_эк^ср, t_эк^ср) [2], [3]	0.112
	Коэффициент кинематической вязкости	н_эк	м²/с	н (р_эк^ср, t_эк^ср)	0.181*10^-6
	Коэффициент теплопроводности	л_эк	Вт/(м⁰С)	л (р_эк^ср, t_эк^ср)	0.678
	Скорость	w_эк	м/с	DV_эк/F_пг	0.64
	Критерий Рейнольдса	Re_эк	;	w_экd_вн/ н_эк
	Коэффициент теплопередачи	б_эк	Вт/(м⁰С)

5.2 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке


№ п/п	Наименование величины	Обозн.	Размерность	Формула или источник	Числовое Значение
	Средняя температура	t_T^ср_эк	⁰С	(t_т+t_т ив)/2	298.5
	Критерий Прандтля	Pr^T_эк	;	Рr (p_т, t_т^ср_эк)	0.91
	Удельный объем	V^T_эк	м³/кг	V (p_т, t_т^ср_эк) [2], [3]	0.1 376
	Коэффициент кинематической вязкости	н^Т_эк	м²/с	н (p_т, t_т^ср_эк)	0.128*10^-6
	Коэффициент теплопроводности	л^Т_эк	Вт/(м⁰С)	л (p_т, t_т^ср_эк)	0.56
	Скорость	w^T _эк	м/с	G V^T_эк/F^T_пр	2.02
	Критерий Рейнольдса	Re^T _эк	;	w^T _экd/ н^Т_эк
	Коэффициент учитывающий влияние относительного шага поперечного обтекания труб		;		0.984
	Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке	б^T _эк	Вт/(м⁰С)		179 007.8

5.3 Расчет площади поверхности нагрева


№ п/п	Наименование величины	Обознач.	Размерность	Формула или источник	Числовое Значение
	Средняя температура стенки	t^эк_ст	⁰С
	Коэффициент теплопроводности материала стенки	л^ст_эк	Вт/(м⁰С)	л (t^эк_ст)	18.6
	Термическое сопротивление стенки	R^ст_эк	(м^{2 0}С)/Вт	д_ст/ л^ст_эк	1.075*10^-4
	Термическое сопротивление окисных пленок	R_ок	(м^{2 0}С)/Вт	д_ок/л_ок	0.8*10^-5
	Коэффициент теплопередачи	K_эк	Вт/(м^{2 0}С)		3485.7
	Больший температурный напор	Дt^б_эк	⁰С	t_т-t_s
	Меньший температурный напор	Дt^м_эк	⁰С	t_тис-t_s
	Средний температурный напор	Дt^ср_эк	⁰C		114.7
	Площадь нагрева поверхности	Н_эк	м²		22.8

Примечание: величина R_ок на трубах, находящихся в контакте с водой или водяным паром, зависит от материала труб:

— для углеродистых сталей R_ок = (5…15)10^-5 (м^{2 0}С)/Вт;

— для нержавеющих сталей R_ок 110^-5 (м^{2 0}С)/Вт.

6. РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

6.1 Параметры теплоносителя и коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к стенке


№ п/п	Наименование величины	Обозн.	Размерность	Формула или источник	Числовое значение

	Средняя температура	t_T^ср_ис	⁰С	(t_тис+t_т пп)/2	312.7
	Критерий Прандтля	Pr^T_ис	;	Рr (p_т, t_т^ср_ис)	0.1 441
	Удельный объем	V^T_ис	м³/кг	V (p_т, t_т^ср_ис)[2], [3]	0.128*10^-6
	Коэффициент кинематической вязкости	н^Т_ис	м²/с	н (p_т, t_т^ср_ис)	0.53
	Коэффициент теплопроводности	л^Т_ис	Вт/(м⁰С)	л (p_т, t_т^ср_ис)
	Скорость	w^T _ис	м/с	G V^T_ис/F^T_пр	2.12
	Критерий Рейнольдса	Re^T _ис	;	w^T _исd/ н^Т_ис
	Коэффициент учитывающий влияние относительного шага поперечного обтекания труб		;		0.984
	Коэффициент теплоотдачи	б^T _ис	Вт/(м ^{2 0}С)		27 247.1

6.2 Параметры кипящей среды и коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде


№ п/п	Наименование величины	Обознач.	Размерность	Формула или источник	Числовое Значение
	Среднее давление	Р_S	МПа	(р_s+p_s)/2	3.237
	Средняя температура		⁰С	[1], [3]
	Для расчета коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящей воде необходимо предварительно оценить величину удельного теплового потока на испарительном участке и в дальнейшем вести расчет методом последовательных приближений по пп. 4−16
	Температура стенки	t^ст_ис	⁰С
	Коэффициент теплопроводности	л^ст_ис	Вт/(м⁰С)		18.3
	Термическое сопротивление стенки		(м^{2 0}С)/Вт		1.1*10^-4
	Термическое сопротивление окисных пленок	R_ok	(м^{2 0}С)/Вт	См. примечание к п. 5.3.	0.8*10^-4
	Удельный тепловой поток		Вт/м²
	Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде		Вт/(м² ⁰С)
	Коэффициент теплопередачи		Вт/(м^{2 0}С)		3712.5
	Больший температурный напор	Дt^б_ис	⁰С		87.5
	Меньший температурный напор	Дt^м_ис	⁰С		85.4
	Средний температурный напор	Дt^ср_ис	⁰С		86.4
	Удельный тепловой поток		Вт/м²
	Отношение		;
	Если выполняется условие 0,95/ 1,05, то расчет заканчивается. В противном случае расчет повторяется, начиная с п. 4 при
	Площадь поверхности нагрева	Н_ис	м²	Q_ис 10³/q_ис	45.5

7. РАСЧЕТ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

7.1 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке


№ п/п	Наименование величины	Обозна.	Размерность	Формула или источник	Числовое Значение
	Средняя температура	t_т ^ср_пп	⁰С	(t_т+t_тпп)/2	324.2
	Критерий Прандтля	Pr_пп	;	Pr (р_т, t_т^ср_пп)	0.151
	Удельный объем	V^т_пп	м³/кг	V (р_т, t_т^ср_пп)[2], [3]	0.127*10^-6
	Коэффициент кинематической вязкости	н^т_пп	м²/с	н (р_т, t_т^ср_пп)	0.502
	Коэффициент теплопроводности	л^т_пп	Вт/(м⁰С)	л (р_т, t^ср_тпп)	1.11
	Скорость	w^т_пп	м/с	GV^т_пп/F^т_пр	2.22
	Критерий Рейнольдса	Re^т_пп	;	w^т_пп d/н^т_пп
	Коэффициент учитывающий влияние относительного шага поперечного обтекания труб		;		0.984
	Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке	б^т_пп	Вт/(м ^{2 0}С)

7.2 Параметры перегретого пара и коэффициент теплоотдачи от стенки к пару


№ п/п	Наименование величины	Обозн.	Размерность	Формула или источник	Числовое Значение
	Средняя температура	t^ср_пп	⁰С	(t_s+t_пп)/2	270.4
	Среднее давление	р^ср_пп	МПа	(р_пп+p_s)/2	3.087
	Критерий Прандтля	Pr_пп	;	Pr (р^ср_пп, t^ср_пп)	0.7 678
	Удельный объем	V_пп	м³/кг	V (р^ср_пп, t^ср_пп)2], [3]	1.6*10^-6
	Коэффициент кинематической вязкости	н_пп	м²/с	н (р^ср_пп, t^ср_пп)	0.45
	Коэффициент теплопроводности	л_пп	Вт/(м⁰С)	л (р^ср_пп, t^ср_пп)	1.2
	Скорость пара	w_пп	м/с	DV_пп/F_пг	43.8
	Критерий Рейнольдса	Re_пп	;	w_пп d_вн/ н_пп
	Коэффициент теплопередачи	б_пп	Вт/(м⁰С)

7.3 Площадь поверхности нагрева пароперегревательного участка


№ п/п	Наименование величины	Обозн.	Размерность	Формула или источник	Числовое значение
	Средняя температура стенки труб	t^ст_пп	⁰С
	Коэффициент теплопроводности материала стенки	л^ст_пп	Вт/(м⁰С)	л (t^ст_пп)	19.4
	Термическое сопротивление стенки	R^ст_пп	м^{2 0}С)/Вт	д_ст/ л^ст_пп	1.03*10^-4
	Термическое сопротивление окисных пленок	R_ок	м^{2 0}С)/Вт	д_ст/ л^ст_пп	0.8*10^-5
	Коэффициент теплопередачи	K_пп	Вт/(м^{2 0}С)		1717.3
	Больший температурный напор	Дt^б_пп	⁰С
	Меньший температурный напор	Дt^м_пп	⁰С
	Средний температурный напор	Дt^ср_пп	⁰C		45.6
	Площадь нагрева поверхности	H_пп	м²		42.4

8. РАСЧЕТ МАССОГАБАРИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ПАРОГЕНЕРАТОРА


№ п/п	Наименование величины	Обозн.	Размерность	Формула или источник	Числовое значение
	Суммарная поверхность нагрева ПГ	H_пг	м²	Н_эк+Н_ис+Н_пп	110.7
	Средний диаметр трубки	d_cp	м	d+d_вн/2	0.016
	Суммарная длина трубок ПГ	L _TP	м	H_пг/р d_cp
	Средняя длина одной трубки		м	L _TP/n_тр
	Поверхность теплообмена одного горизонтального ряда трубной системы	Н¹_гор	м²		4.018
	Число горизонтальных слоев навивки	z_гор	шт.	H_пг/ Н¹_гор	27.5
	Высота поверхности нагрева	h	м	z_горS₂	0.55
	Плотность материала	г_м	кг/м³	Сталь-7850 Титан -4500
	Масса трубной системы	М	кг	L _TP р г_м(d²-d²_вн)/4
	Объем пространства, занимаемого трубной системой	V_ТР.С	м³	рh (D²-D²_вн)/4	0.780
	Удельная объемная теплонапряженность ПГ		МВт/м³	Q_пг/ V_ТР.С 10³	52.42

Список используемой литературы

1. Андреев П. А., Гремлинов Д. Н. и др. Теплообменные аппараты ядерных энергетических установок. Изд.2-е переработанное и дополненное. -Л: Судостроение, 1969

2. Козлов В. И. Судовые энергетические установки. -Л: Судостроение 1975.

3. Рассохин Н. Г. Парогенераторные установки атомных электростанций. Изд.2-еМ: Атомиздат, 1980.

4. Пушкин Н. И. Котлы. -Л: Судостроение, 1984.

5. Дядик А. Н., Пейч Н. Н. Судовые паропроизводящие установки. Методические указания, расчет курсового проекта. -Л: Изд. ЛКИ, 1986.

6. Вукалович М. П. и др. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. -М: Стандарты, 1980.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой