Тепловой расчёт испарителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

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: Р_п = 0,49 МПа, t_п = 168 ⁰С.

Расход пара D_п = 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 n_оп = 22

Диаметр d_оп = 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 одно- и 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 Р_п = 0,49 МПа,

t_п = 168 ^оС,

h_п = 2785 КДж/кг

Павраметры при давлении насыщения Р_п = 0,49 МПа,

t_н = 151 ^оС,

h'_п= 636,8 КДж/кг; h

"_п = 2747,6 КДж/кг;

Давление вторичного пара определяется по температуре насыщения.

t_н1 = t_н - ?t = 151 - 14 = 137 ^оС

где ?t = 14 ^оC.

При температуре насыщения t_н1 = 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

D_иу = D_i

Количество вторичного пара из испарителя определяется из уравнения теплового баланса

D_ni •(h_ni -hґ_ni)?з = D_i •h_iЅ+ б?D_i •h_iґ - (1+б )?D_i •h_пв ;

Отсюда расход вторичного пара из испарителя:

D = D_n•(h_n - hґ_n )з/((hЅ₁ + бh₁ґ - ( 1 + б)?h_пв)) = 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

h_n = 2785 КДж/кг, hґ_n = 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 t_пв = 70 ^оС: h_пв= 293,3 КДж/кг;

Продувка б = 0,05; т.е. 5 %. КПД испарителя , з = 0,98.

Производительность испарителя: D_иу = D = 11,54 т/ч;

4. Тепловой расчёт испарителя

Расчёт производится методом последовательного приближения.

Тепловой поток

Q = (D /3,6)•[hЅ₁ + бhґ₁ - (1+б)?h_пв] = (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 Р_п= 0,49 МПа, н =2,03•10^-6 м/с;

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке при Rе = 32,78 < 100

б_1н=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 = 13378,1 Вт/м²?С;

где при Р_п = 0,49 МПа , л = 0,684 Вт/м•?С;

Коэффициент теплоотдачи с учётом окисления стенок труб

б₁=0,75?б_1н=0,75•13378,1 = 10033,6 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 ?Р_подв и полезный напор ?Р_пол. По данным расчета строим график ДР_подв.=f(W) и ДР_пол.=f(W). При этих скоростях зависимости сопротивления в подводящих линиях ?Р_подв и полезный напор ?Р_пол 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

F_к=0,785•[(Д₂²-Д₁²)-d²_оп •n_оп]=0,785[(2,85² - 2,05²) - 0,066² •22] = 3,002 м²;

Эквивалентный диаметр

Д_экв=4•F_к/(Д₁+Д₂+n•d_оп) р =4*3,002/(2,05+2,85+ 22•0,066)3,14= 0,602 м;

Скорость воды в кольцевом канале

W_к=W₀•(0,785•d²_вн •Z/F_к) =0,5•(0,785•0,027² •1764 /3,002) = 0,2598 м/с;

где внутренний диаметр труб греющей секции

d_вн=d_н - 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	770578,44	1078809,8	1387041,2
3.	Коэффициент трения в кольцевом канале лтр=0,3164/Rе0,25	0,0106790	0,0098174	0,0092196
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
10	Тепловой поток , кВт/м2 ; gвн=kДt= 1,08•10= 10,8	22,4	22,4	22,4
11	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
12	Повышение энтальпии воды в кольцевом канале , КДж/кг ; Дhк=Qк/(0,785•dвн2Z?W?с')	0,8922	0,6373	0,4957
13	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
14	Потери на экономайзерном участке , Па ; ДРэк=л??эк?(с'?W2)/2	1,7758	4,4640	8,8683
15	Общее сопротивление в подводящих линиях , Па ; ДРподв=ДРоп+ДРно+ДРэк	68,32	134,13	222,35
16	Количество пара в одной трубе, кг/с Д"1=Q/z•r	0,00137	0,00137	0,00137
17	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
18	Средняя приведённая скорость, WЅпр=WЅок/2= =1,677/2=0,838 м/с	0,42	0,42	0,42
19	Расходное паросодержание, вок=WЅпр/(WЅпр+W)	0,454	0,373	0,316
20	Скорость всплытия одиночного пузыря в неподвижной жидкости, м/с Wпуз=1,5 4?gG(сґ-сЅ/(сґ))2	0,2375	0,2375	0,2375
21	Фактор взаимодействия Швз=1,4(сґ/сЅ)0,2(1-(сЅ/сґ))5	4,366	4,366	4,366
22	Групповая скорость всплытия пузырей, м/с W* =WпузШвз	1,037	1,037	1,037
23	Скорость смешивания, м/с Wсм.р=Wпр"+W	0,92	1,12	1,32
24	Объёмное паросодержание цок=вок/(1+W*/Wсм.р)	0,213	0,193	0,177
25	Движущий напор, Па ДРдв=g(с-сЅ)цокLпар , где Lпар=L1-?но-?эк=3,59-0,28-?эк ;	1049,8	-40,7	-934,5
26	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
27	Потери на выходе из трубы ДРвых=овых (сґW2/2)[(1+(WпрЅ/W)(1-(сЅ/сґ)]	342,38	543,37	780,96
28	Потери на ускорение потока ДРуск=(сґW)2(y2-y1) , где y1=1/сґ=1/941,2=0,00106 при x=0; ц=0 у2=((x2к/(сЅцк))+((1-xк)2/(сґ(1-цк)	23,851 0,00106 0,00151	38,36 0,00106 0,00144	54,06 0,00106 0,00139
29	Wсм=WЅок+W вк=WЅок/(1+(WЅок/Wсм)) цк=вк/(1+(WЅок/Wсм)) хк=(сЅWЅок)/(сґW)	1,33 0,62 0,280 0,00068	1,53 0,54 0,242 0,000592	1,73 0,48 0,213 0,000523
30	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;

ДР_подв.=f(W) и ДР_пол.=f(W) ,

Число Рейнольдса :

Rе = (W_рd_вн)/н = (0,58•0,027)/(0,203•10^-6) = 77142,9;

Число Нуссельта :

N_и = 0,023•Rе^0,8•Рr ^0,37 = 0,023•77142,9^0,8•1,17^0,37 = 2302,1 ;

где число Рr = 1,17;

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде

б₂ = Nuл/d_вн = (2302,1•0,684)/0,027 = 239257,2 Вт/м²•?С

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде с учётом оксидной плёнки

бґ₂=1/(1/б₂)+0,000065=1/(1/239257.2)+0,000065= 1983 Вт/м²•?С;

Коэффициент теплопередачи

K = 1/(1/б₁)+(d_вн/2л_ст)*?n*(d_н/d_вн)+(1/бґ₂)*(d_вн/d_н) = 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 л_ст = 60 Вт/м•^оС.

Отклонение от ранее принятого значения

д = (k-k₀)/k₀•100%=[(1741 - 1603)/1741]*100 % = 7,9 % < 10%;

Литература

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.

Размещено на Allbest.ru