Реферат: Промышленные тепломассообменные процессы и аппараты
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
Брянский государственный технический университет
Кафедра «ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА»
Курсовой проект по дисциплине:
«Промышленные тепломассообменные процессы и аппараты»
Выполнил студент
гр.05-ПТЭ
Титмошенко О.С.
Проверил
Соченов В.Н.
Брянск 2008
Содержание
1. Расчет расходов и параметров теплоносителей в системе регенеративного подогрева ПТ-135-130
1.1 Принципиальная тепловая схема системы регенеративного подогрева ПТ-135-130
1.2 Параметры турбины ПТ-135-130 и параметры пара в отборах
1.3 Определение параметров греющего пара на входе в подогреватели
1.4 Определение параметров питательной воды
1.5 Определение расходов воды и греющего пара на подогреватели из уравнений теплового баланса
2. Расчет подогревателя ПВД-7
2.1 Схема и тепловой баланс ПВД-7
2.2 Геометрические характеристики поверхности теплообмена ПВД-7
2.3 Тепловой расчет ПВД-7
3. Расчет пикового сетевого подогревателя
3.1 Схема и тепловой баланс подогревателя
3.2 Гидравлический расчёт
Список использованной литературы
1. Расчет расходов и параметров теплоносителей в системе регенеративного подогрева ПТ-135-130
1.1 Принципиальная тепловая схема системы регенеративного подогрева ПТ-135-130
/>
1.2 Параметры турбины ПТ-135-130 и параметры пара в отборах
— номинальная мощность – 135 МВт;
— давление свежего пара – 12,75МПа;
— температура свежего пара – 555°С;
— давление отработавшего пара – 3,43 кПа;
— номинальный расход пара – 760 т/ч;
— температура питательной воды — 230°С.
Таблица 1
№ отбора
Подогреватель
Давление, МПа
Температура, °С
I
ПВД-8
3,335
375
II
ПВД-7
2,236
325
III
ПВД-6
1,49
275
III
Деаэратор
1,07
385
IV
ПНД-4
0,5
178
V
ПНД-3
0,24
127
VI
ПНД-2
0,078
92
VII
ПНД-1
0,019
59
1.3 Определение параметров греющего пара на входе в подогреватели
Определяем параметры греющего пара на входе в подогреватели: pi=(0.90…0.97)pотб. Принимая потери в магистралях подвода равными 5%, получим: pi=0.95pотб, то есть в ПВД-8 греющий пар поступает с давлением, p8=0.95·3,335=3,1683МПа, в ПВД-7 – с p7=0.95·2.236=2.1242МПа и т.д.
Результаты расчета сведены в таблице 2.
Параметры греющего пара, поступающего в деаэратор(рабочее давление деаэратора) определяется ГОСТ 16.860-77. Стандартное давление в деаэраторе турбины ПТ-135-130 pд=0,74МПа, ему соответствует температура питательной воды tд=167,2°С.
По таблицам водяного пара определяем для всех подогревателей схемы:
— энтальпию греющего пара на входе в подогреватель hi по давлению пара pi и температуре пара в отборе для ПВД-8 при и t8=349°C энтальпия равна h8=3189 кДж/кг, и т.д;
— температуру насыщения пара ts при pi для ПВД-8 при p8=3.1683МПа, ts8=236,9°С и т.д;
— энтальпию насыщенного пара hs´´ и энтальпию конденсата hs´ при той же температуре для ПВД-8 при ts8=236,9°С hs´´=2801 кДж/кг и hs´=1023 кДж/кг и т.д.;
Результаты приведены в таблице 2.
Определим температуру конденсата на входе в линию регенеративного подогрева по давлению отработавшего пара pк=3.43 кПа: при pк=3.43 кПа ts=27°С.
Таким образом, в системе регенеративного подогрева температура питательной воды повышается от ts=27°С до tд=167,2°С в линии низкого давления, включая деаэратор Д, и от tд=167,2°С до tвд=234,9°С – в линии высокого давления.
Следует отметить, что нагрев воды в деаэраторе составляет 19,3°С, что является несколько завышенным.
Таблица 2 Параметры пара в системе регенерации ПТУ ПТ-135-130
Параметры
ПВД-8
ПВД-7
ПВД-6
Д
ПНД-4
ПНД-3
ПНД-2
ПНД-1
К
1. Давление пара в отборе pотб, МПа
3,335
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--0,0034
2. Расход воды Gвд, т/ч
760
760
760
-
662,53
593,63
559,23
532,16
532,16
3. Температура воды на входе в теплообменник t΄вд, °С
213,4
193,5
167,2
147,9
122,4
89,5
55,9
27
-
4. Энтальпия воды на входе в теплообменник h΄вд, кДж/кг
919,9
831,9
718,0
-
514,8
375,9
235,2
114,5
-
5. Температура воды на выходе из зоны конденсации t΄΄вд, °С
234,9
213,4
193,5
167,2
147,9
122,4
89,5
55,9
27
6. Энтальпия воды на выходе из зоны конденсации h΄΄вд, кДж/кг
1016,9
919,9
831,9
-
623,8
514,8
375,9
235,2
113,1
1.5 Определение расходов воды и греющего пара на подогреватели из уравнений теплового баланса
ПВД-8
Расход питательной воды в первом приближении через подогреватели высокого давления одинаков и определяется из условия GПВД=Gк, где Gк=760т/ч – расход пара через паросиловую установку.
В линии ПВД-8 по тепловой схеме предусмотрено однопоточное движение питательной воды, GПВД=Gк. Тогда Gвд8=Gвд7=Gвд6=760т/ч.
По заданию температура конденсата на выходе из ПВД должна превышать t΄вд не более, чем на 10°С. Это означает, что конденсат должен переохлаждаться до tк=t΄вд+10=213,4+10=223,4°С. Энтальпия конденсата при tк=223,4°С, hк=964,7 кДж/кг.
Тогда
/>/>
/>
ПВД-7
/>
В ПВД-7 сливается конденсат из ПВД-8 в количестве Gк8. Температура слива из ПВД-7 должна быть tк=t΄вд+10=193,5+10=203,5°С. Энтальпия конденсата при tк=203,5°С, hк=875,1 кДж/кг. Уравнение баланса:
/>,откуда
/>.
ПВД-6
/>
В ПВД-6 сливается конденсат из ПВД-7 в количестве Gк7. Температура слива из ПВД-7 должна быть tк=t΄вд+10=167,2+10=177,2°С. Энтальпия конденсата при tк=177,2°С, hк=751,1 кДж/кг. Уравнение баланса:
/>, откуда
/>.
ПНД-5
ПНД-5 – это деаэратор. Он не рассчитывается.
ПНД-4
Линия ПНД – однопоточная. Расход питательной воды через ПНД-4: Gвд=Gк– ∑GкПВД, так как каскадный слив конденсата из линий ПВД производится в деаэратор, и расход уменьшен на величину этого слива. Линия ПНД – однопоточная.
Тогда
Gвд = 760 – (33,14+29,01+35,32)=662,53т/ч.
/>
Конденсат сливается при температуре tк=t΄вд+10=122,4+10=132,4°С. Энтальпия конденсата при tк=177,2°С, hк=751,1 кДж/кг. Уравнение баланса:
/>.
ПНД-3
/>
В ПНД-3 сливается конденсат из ПНД-4 в количестве Gк4. Температура слива из ПНД-3 должна быть tк=t΄вд+10=89,5+10=99,5°С. Энтальпия конденсата при tк=99,5°С, hк=419,1 кДж/кг. Уравнение баланса:
/>,
продолжение--PAGE_BREAK--
/>,
/>.
ПНД-2
/>
Конденсат сливается при температуре tк=t΄вд+10=55,9+10=65,9°С. Энтальпия конденсата при tк=65,9°С, hк=275,9 кДж/кг. Уравнение баланса:
/>, отсюда
/>,
/>.
ПНД-1
/>
Конденсат сливается при температуре tк=t΄вд+10=27+10=37°С. Энтальпия конденсата при tк=37°С, hк=155 кДж/кг. Уравнение баланса:
/>, отсюда
/>,
/>
2. Расчет подогревателя ПВД-7
2.1 Схема и тепловой баланс ПВД-7
Конструкция ПВД-7 принята вертикально-разборной с поверхностью нагрева из спиральных труб, соединенных с системой коллекторов. Подогреватель имеет встроенные в общий корпус зоны ОП и КП. Схема подогревателя приведена на рисунке 1.
/>
Рисунок 1 Схема ПВД-7
Температурная схема ПВД-7 приведена на рисунке 2.
/>
Рисунок 2 Температурная схема ПВД-7
Зона ОП размещена над трубным пучком зоны КП в отдельном кожухе. Кожухи, охватывающие пучки спиральных труб,и соединенные последовательно перепускные коробы в соответствии с принципиальными схемами потоков перегретого пара и конденсата, позволяют выполнить многоходовое движение греющей среды в межтрубном пространстве перпендикулярно плоскостям спиральных труб. Соединение трубных пучков зон по питательной воде выполнено параллельным, при четырехколлекторной компоновке ПВД поверхности нагрева расположены в четырех вертикальных колоннах спиральных труб.
Поверхность нагрева подогревателей составляют двухплоскостные спиральные трубы. Спирали навиваются из труб диаметром 32х5 мм из материала Ст20. К верхней части коллекторов подключены трубопроводы для выпуска воздуха при заполнении трубной системы питательной водой. Предусмотрен дренаж из корпусов и трубных систем.
На корпусе ПВД имеется фланцевый разъем с мембранным уплотнением, а на съемной части корпуса приварены специальные монтажные штуцеры для строповки при подъеме корпуса.
Определим тепловые потоки в зонах ПВД-7:
/>
Тепловой поток в зоне ОП составляет более 5%Qкп, значит расчет этой зоны необходим. Тепловой поток в зоне ОК составляет менее 5%Qкп, значит расчет этой зоны не нужен.
Рассчитаем нагрев воды в зонах, предполагая, что через них проходит полный расход питательной воды Gвд=760т/ч:
/>
Становится очевидной нерациональность решения: поверхность в зоне ОП практически не нагревает воду (но должна пропускать полный расход воды Gвди содержать большое число спиралей). Общепринятым является перепуск основной части воды в обход зоны ОП.
Расход воды через зону ОП подбирается из условий:
1. Заданный теплосъем Qопреализуется при температурных напорах не менее 10°С.
2. Скорость воды в элементах подогревателей не превышающая 2 м/с.
В первом приближении принимаем нагрев воды в зоне ОП δtвд, равным 12°С.
Тогда расход в зоне ОП:
/>
Температурный напор в зоне ОП (противоток):
/>
Найдем ориентировочно число спиралей в зонах, принимая скорость воды в трубах wвд=2м/с(при dвн=22мм):
/>
Число колонн в ПВД принимается равным N=4 чтобы обеспечить приемлемую высоту теплообменника. Принимаем nкратным 12: nкп=276; nоп=60.
2.2 Геометрические характеристики поверхности теплообмена ПВД-7
продолжение--PAGE_BREAK--
Результаты расчета геометрических характеристик поверхности теплообмена представлены в таблице 4.
Таблица 4 Геометрические характеристики поверхности теплообмена
Наименование и ед. изм.
Обозначение
Расчетная формула или способ определения
КП
ОП
Наружный диаметр трубы, м
dн
Принято
0,032
0,032
Внутренний диаметр трубы, м
dвн
Принято
0,022
0,022
Тип спиральной трубы
-
Принято nпл=2
Двухплоскостная
Внутренний диаметр спирали, м
Dвн
Принято
0,200
0,200
Шаг спирали, м
S
dн+0,004
0,036
0,036
Число витков спирали
nв
Принято
6
6
Наружный диаметр спирали, м
Dн
Dвн+(2nв-1)S
,596
0,596
Длина спиральной трубы, м
lсп
/>
15,0
15,0
Наружная поверхность спиральной трубы, м
Fн
πdнlсп
1,51
1,51
Внутренний диаметр кожуха, м(b=0,01м)
Dк
Dн+dн+2b
,648
0,648
Число спиральных труб в зоне, шт
N
Из п.2.1.
276
60
Наружный диаметр коллекторов, м
dкол.н.
Принято
0,273
0,273
Внутренний диаметр коллекторов, м
dкол.вн.
Принято
0,189
0,189
Шаг отверстий в коллекторе, м
Sкол
Принято
0,072
0,072
2.3 Тепловой расчет ПВД-7
Расчет зоны КП
1.Средний логарифмический температурный напор
/>
2. Средняя температура питательной воды
/>
3. Удельный объем питательной воды νвд=0,0011635м3/кг;
– коэффициент динамической вязкости μвд=133,9·10-6 Па·с;
– коэффициент теплопроводности питательной воды λвд=0,660 Вт/м·град;
– число Прандтля питательной воды Prвд=0,92.
4.Скорость питательной воды в трубах
/>
wвд > 2, значит нужно увеличить число труб в зоне до nкп=336, тогда
/>
5. Число Рейнольдса для питательной воды
/>
6. Коэффициент теплоотдачи от стенки к питательной воде
/>
/>
7. Термическое сопротивление со стороны питательной воды
/>
8. Температура стенки
/>
9. Средняя температура конденсата
/>
10. Температурный напор «пар-стенка»
/>
11. При tк=212,7°С коэффициент А равен 198,5.
12. Коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенке для верхнего ряда
/>
13. Средний коэффициент теплоотдачи в пучке />, здесь n=42 – число плоскостей спиралей по ходу пара. Число труб в зоне КП принято nкп=336; число труб в ходе nкп/4=336/4=84; число плоскостей 84/2=42 (для четырехколонного ПВД).
В итоге
/>
продолжение--PAGE_BREAK--
14. Термическое сопротивление со стороны греющей среды
/>
15. Коэффициент теплопередачи (Rст=1,298·10-4 м2·град/Вт)
/>
16. Расчетная поверхность
/>
Имеющаяся поверхность в зоне КП Fкп=nкп·Fн=336·1,51=507м2 близка к расчетной.
17. Температура стенки
/>
что практически совпадает с принятым tст=209,9°С.
Расчёт зоны ОП
1. Средняя температура питательной воды
/>
2.Теплофизические свойства воды при />
/>
3. Скорость питательной воды в трубах
/>
4. Число Re для воды
/>
5. Коэффициент теплоотдачи со стороны питательной воды
/>
6. Термическое сопротивление со стороны питательной воды
/>
7.Температурный напор
/>
8. Средняя температура греющей среды
/>
9.Тепловые свойства пара при />
/>
10.Скорость пара
/>
11. Число Рейнольдса с греющей паровой стороны
/>
12.Коэффициент теплоотдачи с паровой стороны
/>
13.Термическое сопротивление
/>
14.Коэффициент теплопередачи
/>
15. Расчётная поверхность
/>
16.Имеющаяся поверхность
/>
Поверхности не хватает, увеличиваем nоп с 60 до 120, тогда
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>— расчётная поверхность;
/>— поверхность, реализуемая в зоне ОП.
Итак, общее число спиральных труб подогревателя ПВД-7:
/>
При шаге отверстий 0,072м общая высота одной колонны 17,2м, а при четырех колонной компоновке 4,32м, с учетом промежутков между зонами и необходимых дополнительных объемов высота возрастает до 5…5,5м, что приемлемо.
Общая поверхность теплообмена подогревателя:
/>
По каталогу [1] выбираем наиболее приемлемый подогреватель высокого давления: ПВ-760-230-14.
Гидравлический расчёт ПВД-7
/>
В спиралях КП:
/>/>/>
В спиралях ОП:
/>/>/>
/>
/>(так как число рядов труб вдоль коллектора больше 15).
/>(так как для стали-20 />).
Тогда:
/>
3. Расчёт пикового сетевого подогревателя
3.1 Схема и тепловой баланс подогревателя
1. Исполнение подогревателя — вертикальный с трубной системой из прямых латунных труб диаметром 23×4мм(из латуни Л68), разбивка труб по сторонам равностороннего треугольника с шагом S=26мм.
2. Число ходов по воде z=2.
3. Число подводов пара – 2.
Расход сетевой воды:
/>
Тепловой баланс подогревателя:
продолжение--PAGE_BREAK--
Тепловой поток по сетевой воде:
/>
Принимая недогрев равным 2°С, найдём минимальную температуру насыщения пара в аппарате:
/>
По схеме установки с турбиной К-210-130 выбираем для получения греющего пара отбор №4 с параметрами пара />, />. Температура насыщения пара, поступающего в подогреватель, />.
/>
рис.3. Температурная схема СП
Расход греющего пара из отбора №4:
/>
Тепловой расчёт.
1. Принимаем скорость сетевой воды в трубках />.
2. Расчётное число труб на один ход воды
/>
При />/>/>
3. Общее число отверстий в трубной доске
/>
4. Диаметр разбивки трубного пучка
/>
Принимая a=1,15 и b=0,95, получим
/>
5.Внутренний диаметр корпуса подогревателя, принимая А=0,25:
/>
Расстояние между перегородками />(конструктивно).
6. Теплофизические параметры сетевой воды при />
/>
7. Число Рейнольдса по сетевой воде
/>
8. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды
/>
9.Термическое сопротивление с водяной стороны
/>
10.Принимаем температуру стенки трубы
/>
11. Средняя температура плёнки конденсата
/>
12. Температурный напор «пар-стенка»
/>
13. Теплофизические параметры:
а)конденсата при />
/>
б)пара на входе в пучок при />
/>
14. Принимаем диаметр входного патрубка по пару D=1м, определим входную скорость пара(считая число подводов пара z=2)
/>
В узком сечении пучка скорость возрастает до 40…50 м/с(обычные значения в пароводяных подогревателях).
Считая />, рассчитываем следующие комплексы
/>
По />из таблицы берём значение А=196
15.Коэффициент теплоотдачи для труб верхнего ряда
/>
С учётом скорости движущегося пара при /> и /> ,/>:
/>
16. Средний коэффициент теплоотдачи в пучке при /> и />
/>,
где n=20 – половина числа рядов труб по ходу пара.
17. Термическое сопротивление с паровой стороны
/>
18. Термическое сопротивление стенки
/>
19. Коэффициент теплопередачи
/>
20. Температурный напор (пренебрегая перегревом)
/>
21. Расчётная поверхность трубного пучка
/>
22. Длина труб в пучке
/>
По каталогу [1] выбираем наиболее приемлемый подогреватель сетевой воды. Аналогом может служить ПСВ-500-14-23 (с.58).
3.2 Гидравлический расчёт
Потери напора по водяной стороне (в пучке и водяных камерах)
/>
При /> и /> коэффициент путевых потерь />
Коэффициенты местных сопротивлений
-поворот в водяной камере />
-вход в пучок />
-выход из пучка />
Тогда при />(в пучке)
/>
Список использованной литературы
Теплообменное оборудование паротурбинных установок: Отраслевой каталог 20-89-09.-М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ,1989,-ч.1, 110 с.; ч.2, 173 с., ил.
Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические параметры воды и водяного пара. – М.: Энергия, 1975. – 60 с.
Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с.
Теплопередача: Учебник для вузов/ В.П. Исаченко, В.А.Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергоиздат, 1981.-416с., ил.
Берман С.С. «Расчет теплообменных аппаратов». М.-Л. Госэнергоиздат, 1962., 240 с. с черт. и илл.
Теплообменные процессы и аппараты: Методические указания к курсовому проектированию для студентов специальности 100700«Промышленная теплоэнергетика».-Брянск: БГТУ, 2000.-88 с.