Тепловой расчёт испарителя
Потери давления при движении воды на прямом участке, Па; ДРтр=лгр*(?но/dвн)*(сґWк2/2), где? но-высота нижнего не обогреваемого участка, м. ?но=?+(L2-L1)/2=0,25 +(3,65−3,59)/2=0,28 м, ?=0,25-уровень конденсата. Испарители могут использоваться в составе как одноступенчатых, так многоступенчатых испарительных установок для работы в технологическом комплексе тепловых электростанций. В качестве… Читать ещё >
Тепловой расчёт испарителя (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Задание По исходным данным необходимо:
— определить гидравлические потери контура циркуляции испарителя;
— определить полезный напор в контуре естественной циркуляции ступени испарителя;
— определить рабочую скорость циркуляции;
— определить коэффициент теплопередачи.
Исходные данные.
Тип испарителя — И -350
Количество труб Z = 1764
Параметры греющего пара: Рп = 0,49 МПа, tп = 168 0С.
Расход пара Dп = 13,5 т/ч;
Габаритные размеры:
L1= 2,29 м
L2= 2,36 м Д1= 2,05 м Д2= 2,85 м Опускные трубы Количество nоп = 22
Диаметр dоп = 66 мм Температурный напор в ступени t = 14 оС.
1. Назначение и устройство испарителей Испарители предназначены для получения дистиллята, восполняющего потери пара и конденсата в основном цикле паротурбинных установок электростанций, а также выработки пара для общестанционных нужд и внешних потребителей.
Испарители могут использоваться в составе как одноступенчатых, так многоступенчатых испарительных установок для работы в технологическом комплексе тепловых электростанций.
В качестве греющей среды может использоваться пар среднего и низкого давления из отборов турбин или РОУ, а в некоторых моделях даже вода с температурой 150−180 °С.
В зависимости от назначения и требований по качеству вторичного пара испарители изготавливаются с однои двухступенчатами паропромывочными устройствами.
Испаритель представляет собой сосуд цилиндрической формы и, как правило, вертикального типа. Продольный разрез испарительной установки представлен на рисунке 1. Корпус испарителя состоит из цилиндрической обечайки и двух эллиптических днищ, приваренных к обечайке. Для крепления к фундаменту к корпусу приварены опоры. Для подъема и перемещения испарителя предусмотрены грузовые штуцеры (цапфы).
На корпусе испарителя предусмотрены патрубки и штуцеры для:
— подвода греющего пара (3);
— отвода вторичного пара;
— отвода конденсата греющего пара (8);
— подвода питательной воды испарителя (5);
— подвода воды на паропромывочное устройство (4);
— непрерывной продувки;
— слива воды из корпуса и периодической продувки;
— перепуска неконденсирующихся газов;
— установки предохранительных клапанов;
— установки приборов контроля и автоматического регулирования;
— отбора проб.
В корпусе испарителя предусмотрено два люка для осмотра и ремонта внутренних устройств.
Питательная вода поступает по коллектору (5) на промывочный лист (4) и по опускным трубам в нижнюю часть греющей секции (2). Греющий пар поступает по патрубку (3) в межтрубное пространство греющей секции. Омывая трубы греющей секции, пар конденсируется на стенках труб. Конденсат греющего пара стекает в нижнюю часть греющей секции, образуя необогреваемую зону.
Внутри труб, сначала вода, затем пароводяная смесь поднимается в парообразующий участок греющей секции. Пар поднимается верх, а вода переливается в кольцевое пространство и опускается вниз.
Образующийся вторичный пар, сначала проходит через промывочный лист, где остаются крупные капли воды, затем через жалюзийный сепаратор (6), где улавливаются средние и часть мелких капель. Движение воды в опускных трубах, кольцевом канале и пароводяной смеси трубах греющей секции происходит за счет естественной циркуляции: разности плотностей воды и пароводяной смеси.
испаритель гидравлический теплопередача циркуляция Рис. 1. Испарительная установка 1 — корпус; 2 — греющая секция; 3 — подвод греющего пара; 4 — промывочный лист; 5 — подвод питательной воды; 6 — жалюзийный сепаратор; 7 -опускные трубы; 8 — отвод конденсата греющего пара.
2. Определение параметров вторичного пара испарительной установки Рис. 2. Схема испарительной установки.
Давление вторичного пара в испарителе определяется температурным напором ступени и параметрами потока в греющем контуре.
При Рп = 0,49 МПа,
tп = 168 оС,
hп = 2785 КДж/кг Павраметры при давлении насыщения Рп = 0,49 МПа,
tн = 151 оС,
h'п= 636,8 КДж/кг; h
" п = 2747,6 КДж/кг;
Давление вторичного пара определяется по температуре насыщения.
tн1 = tн — ?t = 151 — 14 = 137 оС где? t = 14 оC.
При температуре насыщения tн1 = 137 оС давление вторичного пара Р1 = 0,33 МПа; Энтальпии пара при Р1 = 0,33 МПа h'1= 576,2 КДж/кг; h" 1 = 2730 КДж/кг;
3. Определение производительности испарительной установки Производительность испарительной установки определяется потоком вторичного пара из испарителя
Dиу = Di
Количество вторичного пара из испарителя определяется из уравнения теплового баланса
Dni •(hni -hґni)?з = Di •hiЅ+ б? Di •hiґ - (1+б)?Di •hпв ;
Отсюда расход вторичного пара из испарителя:
D = Dn•(hn — hґn)з/((hЅ1 + бh1ґ - (1 + б)?hпв)) = 13,5•(2785 — 636,8)0,98/((2730+0,05•576,2 -(1+0,05)•293,3)) = 11,54 т/ч.
где энтальпии греющего пара и его конденсата
hn = 2785 КДж/кг, hґn = 636,8 КДж/кг;
Энтальпии вторичного пара, его конденсата и питательной воды: hЅ1=2730 КДж/кг; hґ1= 576,2 КДж/кг;
Энтальпии питательной воды при tпв = 70 оС: hпв= 293,3 КДж/кг;
Продувка б = 0,05; т. е. 5%. КПД испарителя, з = 0,98.
Производительность испарителя: Dиу = D = 11,54 т/ч;
4. Тепловой расчёт испарителя Расчёт производится методом последовательного приближения.
Тепловой поток
Q = (D /3,6)•[hЅ1 + бhґ1 — (1+б)?hпв] = (11,54/3,6)•[2730 +0,05•576,2 — (1+ 0,05)•293,3] = 7856,4 кВт;
Коэффициент теплопередачи
k = Q/ДtF = 7856,4/14•350 = 1,61 кВт/м2?С = 1610 Вт/м2?С ,
где Дt=14?C; F= 350 м2;
Удельный тепловой поток
q =Q/F = 7856,4/350 = 22,4 кВт/м2;
Число Рейнольдса
Rе = q? H/r?с'?н = 22,4•0,5725/(2110,8•915•2,03•10-6) = 32,78;
где высота теплообменной поверхности
H = L1/4 = 2,29 /4 = 0,5725 м;
Теплота парообразования r = 2110,8 кДж/кг;
Плотность жидкости с' = 915 кг/м3 ;
Коэффициент кинематической вязкости при Рп= 0,49 МПа, н =2,03•10-6 м/с;
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке при Rе = 32,78 < 100
б1н=1,01?л?(g/н2)1/3Rе-1/3 = 1,01•0,684•(9,81/((0,203•10-6)2))1/3•32,78-1/3 = 13 378,1 Вт/м2?С;
где при Рп = 0,49 МПа, л = 0,684 Вт/м•?С;
Коэффициент теплоотдачи с учётом окисления стенок труб б1=0,75?б1н=0,75•13 378,1 = 10 033,6 Вт/м2?С;
5. Определение скорости циркуляции Расчёт проводится графо-аналитическим методом.
Задаваясь тремя значениями скорости циркуляции W0 = 0,5; 0,7; 0,9 м/с рассчитываем сопротивление в подводящих линиях? Рподв и полезный напор? Рпол. По данным расчета строим график ДРподв.=f (W) и ДРпол.=f (W). При этих скоростях зависимости сопротивления в подводящих линиях? Рподв и полезный напор? Рпол не пересекаются. Поэтому заново задаемся тремя значениями скорости циркуляции W0 = 0,8; 1,0; 1,2 м/с; рассчитываем сопротивление в подводящих линиях и полезный напор заново. Точка пересечения этих кривых соответствует рабочему значению скорости циркуляции. Гидравлические потери в подводящей части складываются из потерь в кольцевом пространстве и потерь на входных участках труб.
Площадь кольцевого сечения
Fк=0,785•[(Д22-Д12)-d2оп •nоп]=0,785[(2,852 — 2,052) — 0,0662 •22] = 3,002 м2;
Эквивалентный диаметр
Дэкв=4•Fк/(Д1+Д2+n•dоп) р =4*3,002/(2,05+2,85+ 22•0,066)3,14= 0,602 м;
Скорость воды в кольцевом канале
Wк=W0•(0,785•d2вн •Z/Fк) =0,5•(0,785•0,0272 •1764 /3,002) = 0,2598 м/с;
где внутренний диаметр труб греющей секции
dвн=dн — 2? д = 32 — 2•2,5 = 27 мм = 0,027 м;
Число труб греющей секции Z = 1764 шт.
Расчёт ведём в табличной форме, таблица 1
Таблица 1. Расчёт скорости циркуляции.
№ | Наименование, формула определения, единица измерения. | Скорость, W0, м/с | |||
0,5 | 0,7 | 0,9 | |||
1. | Скорость воды в кольцевом канале: Wк=W0*((0,785*dвн2 z)/Fк), м/с | 0,2598 | 0,3638 | 0,4677 | |
2. | Число Рейнольса: Rе =Wк•Дэкв / н | 770 578,44 | 1 078 809,8 | 1 387 041,2 | |
3. | Коэффициент трения в кольцевом канале лтр=0,3164/Rе0,25 | 0,106 790 | 0,98 174 | 0,92 196 | |
4. | Потери давления при движении в кольцевом канале, Па: ДРк=лтр*(L2/Дэкв)*(сґWк2/2) ; | 1,29 | 2,33 | 3,62 | |
5. | Потери давления на входе из кольцевого канала, Па; ДРвх=(овх+овых)*((с'?Wк2)/2), где овх=0,5;овых=1,0. | 46,32 | 90,80 | 150,09 | |
6. | Потери давления на входе в трубы греющей секции, Па; ДРвх.тр.=овх.тр.*(с'?Wк2)/2, где овх.тр.=0,5 | 15,44 | 30,27 | 50,03 | |
7. | Потери давления при движении воды на прямом участке, Па; ДРтр=лгр*(?но/dвн)*(сґWк2/2), где ?но-высота нижнего не обогреваемого участка, м. ?но=?+(L2-L1)/2=0,25 +(3,65−3,59)/2=0,28 м, ?=0,25-уровень конденсата | 3,48 | 6,27 | 9,74 | |
8. | Потери в опускных трубах, Па; ДРоп = ДРвх+ДРк | 47,62 | 93,13 | 153,71 | |
9. | Потери в не обогреваемом участке, Па; ДРно=ДРвх.тр.+ДРтр. | 18,92 | 36,54 | 59,77 | |
Тепловой поток, кВт/м2; gвн=kДt= 1,08•10= 10,8 | 22,4 | 22,4 | 22,4 | ||
Общее количество теплоты подаваемое в кольцевом пространстве, КВт; Qк=рД1L1kДt=3,14?2,5?3,59?2,75?10= 691,8 | 330,88 | 330,88 | 330,88 | ||
Повышение энтальпии воды в кольцевом канале, КДж/кг; Дhк=Qк/(0,785•dвн2Z?W?с') | 0,8922 | 0,6373 | 0,4957 | ||
Высота экономайзерного участка, м; ?эк=((-Дhк— -(ДРоп+ДРно)•(dh/dр)+gс'?(L1-?но)•(dh/dр))/ ((4gвн/с'?W?dвн)+g?с'?(dh/dр)), где (dh/dр)==Дh/Др=1500/(0,412*105)=0,36 | 1,454 | 2,029 | 2,596 | ||
Потери на экономайзерном участке, Па; ДРэк=л?эк?(с'?W2)/2 | 1,7758 | 4,4640 | 8,8683 | ||
Общее сопротивление в подводящих линиях, Па; ДРподв=ДРоп+ДРно+ДРэк | 68,32 | 134,13 | 222,35 | ||
Количество пара в одной трубе, кг/с Д" 1=Q/z•r | 0,137 | 0,137 | 0,137 | ||
Приведённая скорость на выходе из труб, м/с, W" ок=Д" 1/(0,785?с" ?dвн2) =0,0043/(0,785•1,0•0,0332) =1,677 м/с; | 0,83 | 0,83 | 0,83 | ||
Средняя приведённая скорость, WЅпр=WЅок/2= =1,677/2=0,838 м/с | 0,42 | 0,42 | 0,42 | ||
Расходное паросодержание, вок=WЅпр/(WЅпр+W) | 0,454 | 0,373 | 0,316 | ||
Скорость всплытия одиночного пузыря в неподвижной жидкости, м/с Wпуз=1,5 4?gG (сґ-сЅ/(сґ))2 | 0,2375 | 0,2375 | 0,2375 | ||
Фактор взаимодействия Швз=1,4(сґ/сЅ)0,2(1-(сЅ/сґ))5 | 4,366 | 4,366 | 4,366 | ||
Групповая скорость всплытия пузырей, м/с W* =WпузШвз | 1,037 | 1,037 | 1,037 | ||
Скорость смешивания, м/с Wсм.р=Wпр" +W | 0,92 | 1,12 | 1,32 | ||
Объёмное паросодержание цок=вок/(1+W*/Wсм.р) | 0,213 | 0,193 | 0,177 | ||
Движущий напор, Па ДРдв=g (с-сЅ)цокLпар , где Lпар=L1-?но-?эк=3,59−0,28-?эк ; | 1049,8 | — 40,7 | — 934,5 | ||
Потери на трение в пароводяной линии ДРтр.пар=лтр((Lпар/dвн)(сґW2/2))[1+1,5(WпрЅ/W)(1-(сЅ/сґ)] | 20,45 | — 1,57 | — 61,27 | ||
Потери на выходе из трубы ДРвых=овых (сґW2/2)[(1+(WпрЅ/W)(1-(сЅ/сґ)] | 342,38 | 543,37 | 780,96 | ||
Потери на ускорение потока ДРуск=(сґW)2(y2-y1), где y1=1/сґ=1/941,2=0,106 при x=0; ц=0 у2=((x2к/(сЅцк))+((1-xк)2/(сґ(1-цк) | 23,851 0,106 0,151 | 38,36 0,106 0,144 | 54,06 0,106 0,139 | ||
Wсм=WЅок+W вк=WЅок/(1+(WЅок/Wсм)) цк=вк/(1+(WЅок/Wсм)) хк=(сЅWЅок)/(сґW) | 1,33 0,62 0,280 0,68 | 1,53 0,54 0,242 0,592 | 1,73 0,48 0,213 0,523 | ||
Полезный напор, Па; ДРпол=ДРдв-ДРтр-ДРвых-ДРуск | 663,4 | — 620,8 | — 1708,2 | ||
Строится зависимость: рис. 3 и находим Wр= 0,58 м/с;
ДРподв.=f (W) и ДРпол.=f (W) ,
Число Рейнольдса :
Rе = (Wрdвн)/н = (0,58•0,027)/(0,203•10-6) = 77 142,9;
Число Нуссельта :
Nи = 0,023•Rе0,8•Рr 0,37 = 0,023•77 142,90,8•1,170,37 = 2302,1 ;
где число Рr = 1,17;
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде
б2 = Nuл/dвн = (2302,1•0,684)/0,027 = 239 257,2 Вт/м2•?С Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде с учётом оксидной плёнки бґ2=1/(1/б2)+0,65=1/(1/239 257.2)+0,65= 1983 Вт/м2•?С;
Коэффициент теплопередачи
K = 1/(1/б1)+(dвн/2лст)*?n*(dн/dвн)+(1/бґ2)*(dвн/dн) = 1/(1/1983)+ (0,027/2•60)•?n (0,032/0,027) + (1/1320)•(0,027/0,032) = 1741 Вт/м2•?С;
где для Ст. 20 имеем лст = 60 Вт/м•оС.
Отклонение от ранее принятого значения д = (k-k0)/k0•100%=[(1741 — 1603)/1741]*100% = 7,9% < 10%;
1. Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции. М. 1987.
2. Кутепов А. М. и др. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М. 1987.
3. Огай В. Д. реализация технологического процесса на ТЭС. Методические указания к выполнению курсовой работы. Алматы. 2008.