Тепловые расчеты регенеративных подогревателей выполняются 2-х типов: конструктивный и поверочный. При конструкторском расчете определяются поверхность нагрева и конструктивные размеры подогревателя. При поверочном расчете определяется температура одного из теплоносителей или величины подогрева.

В этой работе разберем методику конструкторского теплового расчета. Исходные данные определяются из расчета тепловой схемы или по справочным данным. К ним относятся расход и параметры греющей среды (пара), расход нагреваемой среды (ОК или ПВ), их давление и температуры на входе в подогреватель.

При выполнении тепловых расчетов количество передаваемой теплоты в отдельных элементах подогревателей оценивается по температурам греющей и нагреваемой сред. Так, температура среды на выходе из охладителя конденсата оценивается по формуле:

T_др = tв'+(5ч10) єC, где t_в' - температура воды (ОК, ПВ) на входе в подогреватель.

Рис.6. Схема движения сред в ПВД (а) и график изменения температур теплоносителей (б).

ОК - охладитель конденсата;

СП - собственно подогреватель

Из рис.6 видно, что для уменьшения габаритов (размеров) охладителя конденсата через него пропускается только часть воды, проходящей через ПВД (10-20 %).

Минимальный температурный напор в собственно подогревателе, равно как и минимальный температурный напор в охладителе дренажа, выбираются на основании технико-экономического обоснования.

ПВД7

Расход греющего пара D_п7=61,61кг/с

давление пара p_п7=2,409 МПа

расход питательной воды G_пв=1882,5 кг/с

температура питательной воды на входе t_вх^пв= 198 ?С

температура питательной воды на выходе t_вых^пв=215 ?С

доля питательной воды, проходящей через охладитель дренажа D_пв^од=20% G_пв

давление питательной воды p_пв= 8 МПа

диаметр и толщина стенок трубок d_в* д=24*4 мм

наружный диаметр трубок dн= 32 мм

материал трубок - сталь 20.

Расход слива ПП2 D_пп2= 75,5 кг/с

энталпия слива ПП2 h_пп2=1195.7 кДж/кг

Расход греющей среды D_п=D_п7+D_пп2=137,1 кг/с

коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду з_тп= 0.98

Параметры сред в п 7:

Греющий пар:

t_п= 222 °С

h_n= 2773,6 кДж/кг

h_k= 952,9 кДж/кг

Питательная вода:

h_вх^пв= 846,2 кДж/кг

h_вых^пв=922,5 кДж/кг

Определим энтальпию ПВ в точке смешения двух потоков ПВ (ОД + СП)

h_c=h_вых^пв-[(D_n7.(h_п-h_k)+D_пп2.(h_пп2-h_k))з_тп/G_пв]= 854,6 кДж/кг

t_c= 199,89 °С

Параметры переохлажденного конденсата определим по УТБ составленного для «черного ящика» (см. схему), в который входят потоки ОК и конденсата греющего пара, а выходят поток ОК с температурой смеси и слив (дренаж) греющего пара П7. Сделано это для того, чтобы избежать решение системы 2-3 уравнений ТБ (в зависимости от числа неизвестных параметров.

h_др=h_к-[G_пв(h_с-h_вх^пв)/(D_п.з_тп)]= 929,4 кДж/кг

t_др= 216,9 °С

Расход питательной воды через охладитель дренажа:

G_од= 375,5 кг/с

Параметры питательной воды на выходе из охладителя дренажа определяем по уравнению ТБ для этого элемента:

h_вых.од^пв=h_вх^пв+[D_n.(h_к-h_др)/G_од]= 854,7 кДж/кг

t_вых.од^пв= 199,93 °С

Расчет собственно подогревателя:

Тепловой поток:

Q_сп=G_пв.(h_вых^пв-h_с)= 127903,8 кВт

Среднелогарифмический температурный напор:

Дt_б=t_п-t_c= 22,1 °С

Дt_м=t_п-t_вых^пв= 7 °С

Дt_ср=(Дt_б-Дt_м)/ln(Дt_б/Дt_м)= 13,1 °С

Принимаем скорость движения воды в трубках по рекомендациям (1,5...2,5 м/с)

W= 1.5 м/с

Средняя температура питательной воды:

t_в.ср=0.5(t_вых^пв+t_с)= 207,4 °С

Теплофизические параметры для ПВ при ее средней температуре:

н=f(p_пв,t_в.ср)= 1,52.10^-07 м²/с

л=f(p_пв,t_в.ср)= 0,664Вт/(м.К)

м=f(p_пв,t_в.ср)= 1,31.10^-04 Па.с

Pr=f(p_пв,t_в.ср)= 0.886

Число Re: Re=W.d_в/н=2,37.10⁺⁰⁵

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

б₂=0,023л.Re^0,8.Pr^0,4/d_в= 12081,8 Вт/(м².К)

Теплопроводность стенки трубы (Ст 20) : л_{ст 20К}= 48 Вт/(м.К)

Теплофизические константы для конденсата греющего пара

л_к=f(p_п,x=0)= 0,646 Вт/(м.К)

с_к=f(p_п,x=0)= 837,7 кг/м³

с_п=f(p_п,x=1)= 12,1 кг/м³

м_к=f(p_п,x=0)= 1,20.10^-04 Па.с

В регенеративных подогревателях теплообмен между паром и трубами происходит при практически неподвижном паре. В этом случае главными условиями теплообмена являются скорость стекания и толщина пленки конденсата, образующегося на трубах.

Режим течения пленки определяется критерием Рейнольдса.

Здесь q = Q/F - средняя плотность теплового потока через поверхность нагрева, кВт/м²; l - высота участка труб между соседними перегородками, м; _к - коэффициент динамической вязкости пленки конденсата, Нс/м²; r - удельная теплота конденсации пара, кДж/кг.

b=1.13е_r[л_к³с_к(с_к-с_п)gr/lм_к]^0.25

Здесь _к, _к - коэффициент теплопроводности и плотность конденсата; _п - плотность пара; _r - поправка на шероховатость труб (для латунных и нержавеющих труб _r = 1, для стальных цельнотянутых труб _r = 0,8); t₁ - средний перепад температур в пограничном слое со стороны греющего пара (t₁ = t_н - t_сп,ср )

r=1848,7кДж/кг

е_r=0.8

b=1.13е_r[л_к³с_к(с_к-с_п)gr/lм_к]^0.25=8277,62

Выражение для плотности теплового потока можно записать в виде

q = b t₁^0,75

Отсюда t₁ = (q/b)^4/3. Значение t_ст = (_ст/_ст)q, а t₂ = q/₂

Получаем для общего t = t₁ + t_ст + t₂ = (q/b)^4/3 + (_ст/_ст)q + q/₂

Дt_ср=(q/b)^4/3+д_стq/л_ст+q/б₂

Дt_ср=5,97.10^-06. q^4/3+1,66.10^-04q

При определении ₁ важным значением является температура стенки поверхности нагрева. Она определяется графоаналитическим методом. Суть метода сводится к решению уравнения для плотности теплового потока через стенку трубы.С помощью выражения Дt_ср для ряда произвольно заданных значений q строим кривую t = f(q)

Используя эту зависимость для найденного t_ср определяем величину q

Зная q, легко определить t₁, t_ст, t₂ и КТО, а затем и КТП и F.

По этому графику при Дt_ср=13,1 °С получим q=36000 Вт/м²

Коэффициент теплопередачи:

k_сп=q/Дt_ср= 2740,0 Вт/(м².К)

Площадь поверхности теплообмена:

F_ст=Q_сп/(k_сп.дt_сп)= 3552,9 м²

Расчет охладителя дренажа:

Тепловая нагрузка охладителя дренажа:

Q_од=G_од.(h_вых.од^пв-h_вх^пв)= 3227,6 кВт

Число спиралей собственно подогревателя:

N=G_пв/(с-F_тр.W)= 2774,1 шт

Принимаем число спиралей кратное произведению числа секций и числа рядов в каждой секции. N= 2774 шт (при 12 рядах в секции из однорядной спирали)

Расчетная длинна трубок:

L=F_ст/(N.р.d_н)= 12,74 м

Сечение для прохода пара:

F=L.l.в= 0,050 м²

где в=0.98 - учитывает часть длины труб, участвующих в теплообмене.

Средняя температура конденсата:

t_k.ср=0.5(t_п+t_др)= 219,4°С

Скорость конденсата в межтрубном пространстве:

W_к=D_п*v/F= 3,28 м/с

где v=0.001194 м³/кг

Эквивалентный диаметр:

d_э=4F/U= 0,10м

где U=2

Параметры конденсата при средней температуре

н=f(p_пв,t_к.ср)= 1,46.10^-07 м²/с

л=f(p_пв,t_к.ср)= 0,654 Вт/(м.К)

м=f(p_пв,t_к.ср)= 1,23.10^-04 Па.с

Pr=f(p_пв,t_к.ср)= 0,860

Re=W.d_э/н=2,25.10⁺⁰⁶

Коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке:

б₁=0,023л.Re^0.8.Pr^0.4/d_э= 17102,7 Вт/(м².К)

Средняя температура питательной воды в ОД:

t_в.ср=0.5(t_вых.од^пв+t_вх^пв)= 199,0 °С

Параметры ПВ при температуре t_в.ср

н=f(p_пв,t_в.ср)= 1,57.10^-07м²/с

л=f(p_пв,t_в.ср)= 0,670Вт/(м.К)

м=f(p_пв,t_в.ср)= 1,37.10^-04Па.с

Pr=f(p_пв,t_в.ср)= 0,909

Re=W.dв/н=2,29.10⁺⁰⁵

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

б₂=0,023л.Re^0,8.Pr^0,4/d_в=11999,4 Вт/(м².К)

Коэффициент теплопередачи:

k_од=(1/б₁+д/л+1/б₂)^-1=4441,7 Вт/(м².К)

Среднелогарифмический температурный напор:

Дt_б=t_др-t_вх^пв=18,9 °С

Дt_м=t_к-t_вых.од^пв= 22,1 °С

Дt_од=(Дt_б-Дt_м)/ln(Дt_б/Дt_м)= 20,4 °С

Площадь поверхности теплообмена:

F_од=Q_од/(k_од.дt_од)= 35,5 м²

Суммарная площадь:

F=F_сп+F_од= 3588,4 м²

По F=3588,4 м² площади поверхности теплообмена, p_в=81,6 кгс/см², давлению основного конденсата и p_п=24,6 кгс/см² греющего пара, соответственно выбираем по[4] типоразмер ПНД 7:

2 подогревателя ПВ-2500-97-28А.

ПНД4