Розрахунок підігрівача змішування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти и науки України

Одеський Національний Політехнічний Університет

Кафедра «Технології води та палива»

Курсова робота

з дисципліни «Тепломасообмінні процеси та апарати»

на тему: «Розрахунок підігрівача змішування»

Виконав:

Ст. гр. ТТ-1607 Змунчилов Є.О.

Перевірив:

доц. Кардасевич О.О.

Одеса 2019

Зміст

Вступ

1. Розрахунок витрат, пару та конденсату

2. Розрахунок першої струмино утворюючої тарілки

3. Розрахунок другого відсіку

4. Розрахунок третього відсіку

5. Баланс потоків пари

6. Розрахунок деаерації підігрівачі змішування

Висновок

Вхідні данні

Параметри пари, що нагріває:

тиск = 0,031 МПа;

Х = 0,95;

Вихідна температура °С;

Витрати конденсату ;

Висота розміщення тарілок відносно центра ПЗ;

м, м, м;

Діаметр підігрівача змішування Д=1,9 м;

Довжина L=5 м;

Концентрація кисню в конденсаті .

Вступ

Підігрівач змішування за організацією процесів схожий з деаератором. Однак для ПЗ основною задачею є нагрівання води, у той час як видалення газів - супроводжувальний допоміжний процес.

підігрівач змішування пара конденсат

1. Розрахунок витрат пари, випару та конденсату

Витрати пари. Вони визначаються на основі сумісного розв'язання рівнянь матеріального та енергетичного балансів ПЗ. Якщо знехтувати теплообміном з навколишнім середовищем, то можливо отримати:

де , ,- відповідно ентальпії потоків конденсатів на вході та виході із ПЗ, а також граючої пари;

- питомий випар розглядуваного підігрівача;

- питомий випар (відтяжка) вищестоячого підігрівача.

У тому випадку, коли випари на усіх ступенях, рівняння спрощується

Витрати випару визначаються за прийнятою часткою випару:

Витрати конденсату на виході з підігрівача:

3. Розрахунок першої струминноутворюючої тарілки

Швидкість витікання води із отворів

де а - коефіцієнт витрат, який залежить від якості виготовлення отворів його можна приймати в інтервалі 0,7;

- висота рівня води най струминноутворюючій тарілці, приймається з кресленням прототипу як висота граничного виступу струминноутворюючої тарілки. Наближенно можно приймати =0,06м.

Необхідне число отворів

= 9169 шт.

де - отворів, приймається в інтервалі 6…10мм;

v- питомий об'єм конденсату.

Площа першої тарілки при шаховому розміщенні отворів визначається за формулою, що враховує крок розміщення отворів:

F = n sin ,

F = 9169*0,021*0,021*0,886 = 3,5 м,

де - подовжній та поперечний кроки розміщення отворів, можна приймати .

Геометричні розміри тарілки

Ширина тарілки пригоризонтальному розміщенні ПЗ розраховується за рівнянням

b = 2 -2 д= 2 -2*0,25=1,2 м

де r- радіус корпусу ПЗ;

- висота розміщення тарілки відносно центра ПЗ (див.рис.1).

Довжина тарілки визначається площею тарілки та її можливо шириною:

L = F / b= 3,5 / 1,2 = 2,92 м.

Знайдена довжина зіставляється зі загальною довжиною підігрівача, і на основі цього зіставлення вирішується питанням про можливість розміщення тарілки у ПЗ. Якщо ця довжина дорівнює або більше загальної довжини підігрівача, то необхідно повернутися до розрахунку кількості отворів, змінити крок їхнього розміщення та уточнити розрахунок ширини тарілки.

При боковій подачі гріючої пари розрахунковий периметр підведення пари:

= b + 2L=1,2+2*2,92 = 7,01 м.

Кількість пари, що конденсується у першому відсікові

Цей розрахунок базується на енергетичному балансі першого відсіку. Однак його можна скласти тільки, якщо спочатку задатися величиною нагріву конденсату у відсікові з наступним уточненням цієї величини за умовами теплообміну шляхом послідовних наближень. При виборі нагріву у ступені орієнтовно для першого наближення можна прийняти:

Для першого та другого ступенів :

Дt = 0,48* Д= 0,48*42,85 = 20,57°C ,

де Д - загальний підігрів у ПЗ;

°C

Для третього ступеня 0,04 … 0,06 від загального підігріву.

Таким чином, з рівняння енергобалансу першого ступеня отримуємо для витрат пари

де - витрати конеденсату на підігрівач, кг/ с;

-ентальпії відповідно пари та конденсату на вході і виході із ступеня,остання величина визначається за температурою =55 °C

Швидкість пари на виході із ступеня (відсіку)

== 0,799

де - випар із підірігрівача, кг/с;

- питомий об'єм сухої насиченої парипри тиску у ПЗ;

- довжина струменів у першому ступені. Це конструктивна характеристика, яка вибирається за прототипом підігрівача. Орієнтовно можна приймати її в інтервалі 0,4…0,6 м;

- периметр відведення пари із струминного пучка. Для першого ступеня його можна приймати дорівнюючим вхідному у відсік

Швидкість пари на вході у відсік

== 15,67

Середня швидкість пари у відсіку

=

Витрати неконденсуючих газів у першому відсікові

Неконденсуючі гази поступають у підігрівач з парою , виділяються у процесі деаерації при нагріві конденсату , проникають із повітрям внаслідок нещільності корпусу підігрівача, що працює під вакуумом.

Концентрація газу у парі може бути визначена за відношенням

=

=0,02+0,09+(5,8*1*(0,01+(1/0,11))

концентрація кисню, мг/кг. При визначенні цієї величини виходимо з таких наближених значень.

- це допустима норма вмісту кисню у живильній воді 15* мг/кг.

- кисень,що виділився у процесі нагріву конденсату. Його можна прирівняти концентрації кисню у конденсаті, яка знаходиться в інтервалі 50* мкг/кг.

- це присоси кисню з повітрям через нещільності

= 5,8

де - коефіцієнт,що приймає значення 1 при відмінній щільності, 2- при добрій щільності,3- при задовільній щільності.

-концентраія вуглекислого газу;

= =0,044*((2*0,001)+0,95*(0,045/23))

Тут = 1* мг-екв/кг - загальна жорсткість конденсату,вона залежить від параметрів блока, =1 доля бікарбонату натрію у складі води,оцінюється за гіпотетичною складовою домішок у природній воді,яка використовується для підготовки додаткової води.

мг/кг- можлива концентрація натрію у живильній воді котлів;

можлива концентрація аміаку у живильній воді котлів. Рекомендується вибрати 100мкг/кг.

Концентрація газів у парі на виході(у відтяжці)

де наближено коефіцієнти розподілу домішок між парою та водою складають: для кисню

Сумарна концентрація газів у відтяжці ,де сума береться по усіх газах; повітрю, вуглекислому газу та аміаку.

Для кисню: мг/кг;

Для вуглекислого газу:

Для аміаку:

Середня концентрація:

 = 25,81 мг/кг

або у частинах П==

Розрахункова температура струменя на виході із першого відсіку

Розрахункове

язання в явному вигляді відносно вихідноЇ температури

,де

- відповідно температури насичення при тиску в підігрівачі вхідна та вихідна температури конденсату у відсіву;

l - довжина струменів, м;

П - частка неконденсуючих газів у випарі;

Рr - число Прандтля при середній температурі конденсату ;

- відповідно середня швидкість пари та швидкість конденсату в отворах;

у - поверхневий натяг при середній температурі конденсату;

p- густина пари;

- діаметр отворів.

Дt=(58,8- 55)/58,8*100%=6,5%

3. Розрахунок другого відсіку

Витрати конденсату, що надходить на другий ступінь

=320+11,9 = 331,9

Швидкість витікання води із отворів другої тарілки

Розраховується за (22) , однак рівень води на тарілці у цьому
відсікові приймається у два рази менший, ніж для першої тарілки.

Розрахунок числа отворів на другій тарілці , площі тарілки ,
можливої ширини тарілки здійснюють за (23), (24). (25). Однак у цих
розрахункових рівняннях використовуються дані про витрати , швидкості тощо, шо належать до другої тарілки.

Необхідне число отворів

,

де - отворів,приймається в інтервалі 6…10мм;

v - питомий об'єм конденсату.

Площа першої тарілки при шаховому розміщенні отворів визначається за формулою, що враховує крок розміщення отворів:

F= n sin ,

де - подовжній та поперечний кроки розміщення отворів,можна приймати .

F=13751*0,021*0,021*0.866=5,25 м

Геометричні розміри тарілки

Ширина тарілки пригорізонтальному розміщенні ПЗ розраховується за рівнянням

b =

Можлива ширина другої тарілки визначається довжиною хорди на рівні розміщення тарілки:

,

де - відстань від осі до тарілки, приймається за конструктивними даними прототипу.

Конструктивно друга тарілка, як правило, виконується (див. рис. 2) у вигляді двох симетричних частин. Якщо прийняти , що бокові проходи повинні бути не менше ніж д= 0,25 м, знаходимо ширину тарілки:

Довжина другої тарілки:

Довжина твірної для підведення пари:

2*4,385+1,197 = 9,967 м

Довжина твірної для виходу пари:

2*4,385 = 8,77 м

Кількість пари, що конденсується у другому відсіку

Як і дія першого відсіку, ця кількість визначається послідовними наближеннями. Кінцева температура конденсату за другим відсіком

Вхідною температурою для другого відсіку є вихідна температура першого відсіку.

За кінцевою температурою знаходимо ентальпію конденсату на виході з другого ступеня та розраховуємо витрати пари на другий ступінь:

Кількість пари на виході із відсіку

У зв'язку з тим , що перший та другий відсіки не мають чіткої границі та не ізольовані один від одного, припустимо, що через другий відсік частина пари йде транзитом, тим часом як її витрати мають місце у першому відсікові. За рекомендаціями ЦКТІ ця кількість пари складає 30% пари першого відсіку. Таким чином,

Витрати пари на вході у відсік

Швидкість пари на виході у відсік одержуємо використовуючи рівняння суцільності

== 11,58

де - довжина струменів другого відсіку, а =0,6

Швидкість пари не виході з відсіку

== 3,27

Середня швидкість пари у струминному пучку

Розрахункова температура конденсату на виході з другого відсіку

У другому відсікові вплив неконденсуючих газів незначний і ним можна знехтувати, тобто прийняти, що П = 0 .

=

Pr = 1,849

у = 0.05985

Тоді

= 68,13°C

Розраховану температуру зіставляє з прийнятою, тобто

*100% = 3,1%.

4. Розрахунок третього відсіку

Витрати конденсату на третій тарілці

=331,9+10,81 = 342,71

Швидкість води в отворах тарілки

Число отворів:

=15757 шт.

Для третього ступеня

Кількість пари, що конденсується у відсікові

З рівняння енергобалансу витрати пари на відсік:

м/с

Витрати пари на виході з відсіку

При визначенні цих витрат враховуємо за рекомендацією ЦКТІ, що через цей ступінь транзитом проходить 70% пари першого відсіку.

=0,7

Витрати пари на вході у відсік

F = 15757*0,866*0,021*0,021 = 6,02 м2;

b = 1,16 м;

L = 6,02/1,16 = 5,19 м;

м;

м;

Довжина струменів у цьому відсікові приймається з конструктивним міркувань в інтервалі 0,3…0,8 м

Середня швидкість пари

Розрахункова температура конденсату на вході з третього відсіку

Вплив неконденсуючих газів на теплообмін незначних, тому величина П=О

При

=

Pr = 1,6 та у = 0,0572

Тоді = 69,55 °C

Температура майже досягла температуру насичення

5. Баланс потоків пари

Знаходимо сумарні витрати пари на підігрівач

кг/с

ДD=(26,49-25,87)/26,49*100%=2,34%

6. Розрахунок деаерації у підігрівачі змішування

Концентрація кисню після першого відсіку

Оскільки процес нагріву у відсікові відбувається під вакуумом, то справедливе рівняння

-вхідна концентрація кисню у конденсаті

l -довжина струменів конденсату у ступені l = 0,4 м

-діаметр отворів тарілки м

коефіціент,що враховує теплофізичні властивості конденсату.

Знаходимо з графіка:

Тоді =0,087

Вихідна концентрація кисню після другого відсіку, при

тоді=0,087

Вхідна концентрація кисню після третього відсіку, при

0,070

Отже, можна зробити висновок, що підігрівач змішування не ефективний як деаератор, тому що вихідна концентрація кисню у деаераторі =0,047>=0,02

Висновок

Спираючись на розрахункові дані по температурам і концентраціям можна сказати, що з точки зору нагрівання конденсату підігрівач повністю справляється з цією задачею, і забезпечує його нагрів до температури насичення при заданому тиску, але процеси видалення шкідливих газів з конденсату в ньому виражені слабо, і конденсат після проходження через підігрівач потребує обов'язкової деаерації в деаераторі.

Список літератури

1.Тепловые и атомные электрические станции: Справочник/ Под общ. ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина.- Кн.3.-М.: Энергоатомиздат, 1989.- 603 с.

2. Рихтер Л.А и др. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций.- М.: Энергоатомиздат , 1987 . - 216 с.

3. Елизаров Л.П. Теплоэнергетические установки электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 264 с.

4.Теплотехнический справочник.-М.: Госэнергоиздат , 1957.т.1. - 364 с.

5. Ильченко 0.Т. и др. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. - Вища шк. Изд-во при Харьк.ун-те, 1985. - 384 с.

6. Оликер И.И., Пермяков В.А.Термическая деаэрация воды на тепло-вых электростанциях. - Л.:Энергия , 1971.- 186 с.

7. Кутепов А.М. и др. Гидродинамика и теплообмен при парообра-зовании.- М.:Высш. шк., 1977.-351 с.

Размещено на Allbest.ru

...