Расчет подогревателя высокого давления ПВ-500-230-50

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ТЭС

Расчетно-пояснительная записка к контрольной работе:

«Расчет подогревателя высокого давления ПВ-500-230-50»

Выполнил:

студент группы Т-1-17

Кукаркин М.Р.

Проверил:

Грибков А.М.

Казань 2021



Глава 1. Расчет подогревателя высокого давления пв-500-230-50

1.1 Исходные данные

1.1.1 Греющий пар из отбора турбины

Давление рп = 4,13 МПа.

Температура tп = 400,02 °С.

Энтальпия hп = 3212,14 кДж/кг.

Температура насыщения tн = 250 °С.

Энтальпия конденсата греющего пара hк = 1085,7 кДж/кг.

1.1.2 Питательная вода

Расход питательной воды Gпв = 132,86 кг/с.

Давление на входе р'пв = 16,85 МПа.

Давление на выходе р"пв = 16,35 МПа.

Температура на входе t'пв = 222 °С.

Температура на выходе t"пв = 249 °С.

Энтальпия на входе h'пв = 957,15 кДж/кг.

Энтальпия на выходе h"пв = 1081,4 кДж/кг.

1.1.3 Дренаж ПВД

Температура дренажа tдр = 232 °С.

Энтальпия дренажа hдр = 999,79 кДж/кг.



1.2 Расчетная схема подогревателя

Рис. 1.1. Схема движения воды в поверхностях нагрева

Расход пара на подогреватель:

Температуру остаточного перегрева пара принимаем на 25 градусов выше температуры насыщения:

tоп = tн + 15 = 250 + 25 = 275 °С,



тогда энтальпия пара на выходе из охладителя пара: hоп = 2785,1 кДж/кг. гидравлический теплоотдача пар дренаж

Тепловая нагрузка ОП:

кВт.

Тепловая нагрузка СП:

кВт.

Зададимся расходом воды через зону СП пропорционально прототипу:

кг/с.

Энтальпия воды на выходе из СП:

кДж/кг.

Температура воды на выходе из СП:

рв = (16,35 + 16,85) / 2 = 16,6 МПа;

°С.

Недогрев до насыщения составляет:

°С.

Тепловая нагрузка ОД:

Расход воды через ОД:

кг/с.

Энтальпия воды на выходе из ОД:

кДж/кг.

Температура воды на выходе из ОД:

рв = (16,35 + 16,85) / 2 = 16,6 МПа

°С.

Суммарная тепловая нагрузка подогревателя:

кВт.

Доля тепловой нагрузки:

ОП: Qоп / Q = 3154 • 100% / 16347 = 19,29%

СП: Qсп / Q = 12552 • 100% / 16347 = 76,78%

ОД: Qод / Q = 640,9 • 100% / 16347 = 3,92%

Для уменьшения гидравлического сопротивления подогревателя через ОП можно пропускать не весь поток воды, а лишь его часть. Расход воды через ОП можно принимать пропорциональным его тепловой нагрузке, т.е. в нашем случае 3,5%. Зададимся для большей сходимости 7,0%.

Расход воды через ОП:

Gоп = 25,62 кг/с.

Расход воды через обвод ОП:

кг/с.

Энтальпия воды, проходящей через ОП перед смесителем:

кДж/кг.

Температура воды, проходящей через ОП перед смесителем:

°С.

Проверка:

Энтальпия совпала с заданной.



1.3 Тепловой расчет собственно подогревателя

1.3.1 Температурный напор

Температура воды за СП:

°С.

Температура воды перед СП:

°С.

Температура насыщения tн = 250 °С.

Средний логарифмический температурный напор:

°С.

1.3.2 Теплоотдача от пара к стенке

Средняя температура питательной воды в СП



°С.

Средняя температура на наружной поверхности стенки

°С.

Температура пленки конденсата:

°С.

Коэффициент, зависящий от температуры пленки конденсата:

Тепло выделяемое 1 кг пара в СП:

кДж/кг.

Трубки поверхности нагрева изготовлены из горизонтальных двойных спиралей (6 спиралей в каждой из шести секций между перегородками), поэтому число трубок по вертикали между перегородками n = 12.

Наружный диаметр трубок dн = 32 мм.

Так как трубки горизонтальные (С = 0,725), коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке будет следующим:



Расчетный коэффициент теплоотдачи для стальных трубок:

1.3.3 Теплопроводность через стенку

Удельный тепловой поток через стенку:

.

Принимаем коэффициент теплопроводности для стали лст = 46,6 Вт/(м•К), а толщину стенки трубок дст = 5 мм, получим:

,

где: ,

? средняя температура на внутренней поверхности стенки.

1.3.4 Теплоотдача от стенки к воде

Удельный тепловой поток

.

.



Принимаем скорость воды в трубках:

wж = (1 - 3 м/с) = 1,8 м/с.

Внутренний диаметр трубок:

мм.

Количество параллельных трубок N для обеспечения заданной скорости воды:

.

На каждую из 6 секций приходится по Nc = 39 трубки.

Уточняем скорость воды в трубках:

м/с.

Коэффициент теплоотдачи б2:

Вт/м2•К.

Поправка на увеличение теплоотдачи в спиралях:

о = 1 + 1,77 • dвн / R



В качестве радиуса змеевика (R) принимаем радиус спирали Rср = 264,7 мм, тогда:

о = 1 + 1,77 • 22 /264,7 = 0,15

Расчетный коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

Вт/м2•К.

Удельный тепловой поток

.

Итак, имеем:

Выражаем температурные напоры:

Задаемся удельными тепловыми потоками и строим таблицу:



Таблица 3.1. Зависимость температурных напоров от удельного теплового потока

q	20•103	30•103	40•103	50•103	60•103
Дt1	6,96	11,95	17,53	23,61	30,1
Дt2	2,146	3,219	4,292	5,365	6,438
Дt3	8,612	12,918	17,224	21,53	25,836
Дt	17,724	28,097	39,068	50,529	62,412

Строим график. Из графика получаем, что удельный тепловой поток при Дtср = 13,84 °С в СП равен q = 16072,3 Вт/м2.

Коэффициент теплоотдачи для СП:

k = q /Дtср = 16072,3 / 13,84 = 1160,48 Вт/(м2•К).

Необходимая поверхность нагрева СП:

м2.

Длина двойных спиралей:

м.



Рис. 3.2. Зависимость Дt = f(q)

Каждая секция имеет по высоте 39Ч2 = 78 трубок. Шаг трубок по высоте выбирается равным S1 = 36 мм. Общая высота трубной системы:

hсп = 78 • 36 + 40 = 2848 мм.

Внутренний радиус витка Rвн:

м.

Наружный радиус:

мм.

Средний радиус:



мм

Отклонение от заданного радиуса (264,7 мм) менее 2%, поэтому коэффициент о можно не уточнять.

Определяем частные температурные напоры

°С

°С

°С

Уточняем температуру стенки:

°С

°С < 2 % (расчет можно не уточнять).

1.4 Тепловой расчет охладителя пара

1.4.1 Температурный напор



Средний логарифмический температурный напор:

°С.

1.4.2 Теплоотдача от пара к стенке

Тепловая нагрузка Qоп = 3154 кВт.

Средняя температура пара в межтрубном пространстве:

°С.

Давление в межтрубном пространстве pп = 4,13 МПа.

Удельный объем пара Vп = 0,0709 м3/кг.

Число Прандтля Pr = 0,9910.

Коэффициент теплопроводности л = 0,0585 Вт/м•К.

Динамическая вязкость м = 244,04•10-7 кг/м•с.

Учитывая, что коэффициент теплопередачи в ОП примерно в 2 раза меньше СП, принимаем, что количество трубок в ОП составляет примерно 5% от количества трубок в СП, т.е. N = 0,2 • 232 = 46. Для каждой секции Nс = 46 / 6 = 7,8. Принимаем Nс = 8 двойных спиралей.

Высота ОП составит:

м.



Ширина одного хода пара а составит:

a = (Nв ? 1) • 0,036 + 0,040 = 0,256 м.

Nв = 7 - число витков спирали.

Площадь живого сечения для прохода пара:

Смоченный периметр сечения одного хода пара:

Эквивалентный диаметр:

м

Скорость пара в межтрубном пространстве:

м/с

Критерий Рейнольдса:

Поскольку Re > 104 и Pr > 0,7, коэффициент теплоотдачи б1 определяем по формулам:

Вт/(м2•К).

1.4.3 Теплоотдача от стенки к воде

Средняя температура воды в ОП:

tв = (tспв2 + tопв) / 2 = 256,8 °С.

Давление воды pв = 16,35 МПа.

Удельный объем воды Vв = 0,001246 м3/кг.

Плотность воды св = 802,52 кг/м3.

Динамическая вязкость м = 1065,9•10-7 кг/ м•с.

Теплопроводность воды лв = 0,625 Вт/ м•К.

Площадь поперечного сечения для прохода воды:

м2.

Скорость воды в трубках:

м/с.

Параметр:



Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

С учетом поправки на увеличение теплоотдачи в змеевиках расчетный коэффициент теплоотдачи:

Вт/м2•К.

Коэффициент теплопередачи от пара к воде:

Площадь поверхности нагрева охладителя пара:

м2.

Площадь поверхности нагрева одной спирали (спираль как и в СП):

м2.

Необходимое количество спиралей:

Округляем до ближайшего целого, кратного шести, т.е. 37. На одну секцию 37/6 = 6 спирали. Расхождение между принятым (8) и полученным количеством спиралей в ОП не более 2, поэтому расчет можно дальше не уточнять

Действительная площадь поверхности нагрева ОП составит:

Fоп = 1,88 • 37 = 69,56 м2.

Термические сопротивления:

м2•К/Вт

м2•К/Вт

м2•К/Вт

Удельный тепловой поток в пароохладителе:

Вт/м2.

Находим температуру стенки tcт:

Температура стенки выше температуры насыщения (250 °С). Расчет ОП является оконченным.



1.5 Тепловой расчет охладителя дренажа

1.5.1 Тепловая нагрузка и температурный напор

Принимаем, что количество трубок в ОД составляет 20% от количества трубок в СП, т.е. N = 0,2 • 232 = 46,4. Для каждой секции Nс = 46,4 / 6 = 7,73=8. Принимаем Nс = 8 двойных спиралей. Расположение трубок принимаем таким же, как в ОП.

Средний логарифмический температурный напор:

°С.

1.5.2 Теплоотдача от конденсата к стенке

Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве:

°С.

Удельный объем конденсата Vдр = 0,001211 м3/кг.

Динамическая вязкость м = 1141•10-7 кг/м•с.

Теплопроводность конденсата лдр = 0,643 Вт/м•К.

Число Прандтля Pr = 0,82.

Высота ОД составит:

м.

Ширина одного хода конденсата а составит:

a = (Nв ? 1) • 0,036 + 0,04 = 0,256 м.

Площадь живого сечения для прохода конденсата:

м2

Смоченный периметр сечения одного хода конденсата:

Эквивалентный диаметр:

м

Скорость конденсата пара в межтрубном пространстве:

м/с



Критерий Рейнольдса:

Поскольку Re > 104 и Pr > 0.7, коэффициент теплоотдачи б1 определяем по формулам:

Вт/(м2•К).

1.5.3 Теплоотдача от стенки к воде

Средняя температура питательной воды в трубках

Площадь для прохода воды:

м2

Скорость воды в трубках:

м/с

Критерий Рейнольдса:



Поскольку Re > 104 и Pr > 0,7, коэффициент теплоотдачи б1 определяем по формулам:

Вт/(м2•К).

С учетом поправки на увеличение теплоотдачи в змеевиках расчетный коэффициент теплоотдачи:

Вт/м2•К.

Коэффициент теплопередачи от пара к воде:

Вт/м2•К.

Площадь поверхности нагрева ОД:

м2.

Площадь поверхности нагрева одной спирали (спираль как и в СП):

м2.

Необходимое количество спиралей:



Округляем до ближайшего целого, кратного шести, т.е. 54. На одну секцию 54/6 = 9 спиралей.

Таким образом, ОП должен иметь 8 спирали в каждой секции, ОД - 8 спиралей и СП - 39 спирали.

Площадь поверхности:

м2;

м2;

м2;

Суммарная площадь поверхности нагрева:

м2.

Принимая расстояние между трубами соседних спиралей и между спиралями и корпусом Д = 80 мм найдем внутренний диаметр корпуса:

мм.

Высота корпуса подогревателя:

мм.

1.6 Сравнение с прототипом

Сравнение с прототипом приведено в табл. 3.2.



Таблица 3.2. Сравнение расчетных параметров с прототипом

Величина	Расчет	Прототип	Разница
F, м2	624,16	500	24,8%
Fоп, м2	86,48	42	105,9%
Fод, м2	101,52	83,5	21,58%
Нк, мм	6564,2	8000	-17,95%
Dк, мм	2556,2	1772	44,25%



Выводы

В данной главе произведен тепловой расчет подогревателя высокого давления № 1 для турбоустановки ПТ-80/100-130/13, определена величина поверхности нагрева и основные конструктивные размеры.

Размещено на Allbest.ru