Тепловий розрахунок пароохолодника котла

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки,

молоді та спорту України

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ університет

“Харківський політехнічний ІНСТИТУТ”

Кафедра парогенераторобудування

КУРСОВА РОБОТА

на тему “Тепловий розрахунок пароохолодника котла”

з курсу “Тепломасообмін”

Студент Кузін В.О.

Керівник Тютюник Л.І.

Харків, 2012



ЗАВДАННЯ ДО КУРСОВОЇ РОБОТИ

Виконати тепловий перевірочний розрахунок поверхневого пароохолодника котла паропродуктивністю D, кг/с при тиску перегрітої пари Рп.п, кгс/см2, який встановлено в “розсічку” пароперегрівника. Пара охолоджується живильною водою. Температура живильної води на вході у пароохолодник tж.в, витрата живильної води Dж.в , і температура перегрітої пари на вході у пароохолодник tп.п задаються. При охолодженні пари відбувається часткова її конденсація. Довжина трубного U-образного пучка, який бере участь у теплообміні, , м, задається.

Переріз для проходження пари через пароохолодник

f = 0,15 м2 на 1 погонний метр трубного пучка. Трубний пучок складається із стальних труб із зовнішнім діаметром dзов = 0,025 м і товщиною стінки м = 0,0025 м. Коефіцієнт теплопровідності стінки м = 40 ккал/(м г оС).

Тепловий розрахунок пароохолодника виконати методом послідовних наближень. Попередньо необхідно задатись значенням теплосприймання пароохолодника i. Після визначення коефіцієнта теплопередачі k, площі поверхні теплообміну Н і температурного напору t необхідно знайти дійсне значення теплосприймання пароохолодника

і порівняти його з прийнятим значенням i. Якщо розходження становить більше 10 %, то необхідно задатись новим значенням i і розрахунок повторити.



ЗМІСТ

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ОПИС КОНСТРУКЦІЇ ПАРООХОЛОДНИКА

ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ПАРООХОЛОДНИКА

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ



ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ОПИС КОНСТРУКЦІЇ ПАРООХОЛОДНИКА

пароохолодник тепловий теплопровідність

Поверхневі пароохолодники (рисунок 1) являють собою трубчасті теплообмінники, у яких охолодження пари проводиться живильною або котловою водою. Живильна вода проходить по горизонтальних трубках, а між ними проходить пара, що частково конденсується. Введення й вивід води проводиться в головці пароохолодника, розділеною перегородкою на дві частини. Сорочка, що перебуває в камері пароохолодника біля головки, запобігає надмірному охолодженню пари в торцевих змійовиках пароохолодника. Регулювання перегріву в пароохолоднику здійснюється зміною кількості води, яка подається в нього. Якщо температура за якимись причинами знижується, то зниження перегріву пари збільшується. Але в той же час зниження температури живильної води підвищує температуру пари в конвективному пароперегрівнику, тому що при цьому збільшується його теплосприйняття внаслідок збільшення витрати палива. У результаті спільного впливу цих факторів зміна температури живильної води звичайно не викликає необхідності зміни подачі живильної води в пароохолодник. Схема руху теплоносіїв у пароохолоднику представлено на рисунку 2.

Поверхневі пароохолодники, включені в розсiчку, можуть працювати й на котловій воді. Істотною перевагою таких пароохолодників є відсутність конденсату в парі за пароохолодником, у наслідку чого усувається температурна нерівномірність, пов'язана з розподілом двофазного середовища по змійовиках пароохолодника. Недоліком таких пароохолодників є збільшення їх розмірів у порівнянні з пароохолодниками, що працюють на живильній воді, через менший температурний напір. Крім того, вони вимагають ретельного контролю якості перегрітої пари за пароохолодником, внаслідок можливості проникнення охолоджувальної котлової води в парову частину котла.



ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ПАРООХОЛОДНИКА

Відомо, що для теплового розрахунку теплообмінного апарата необхідне спільне розв'язання двох рівнянь: рівняння теплового балансу і рівняння теплообміну. У курсовій роботі тепловий розрахунок пароохолодника здійснюється шляхом розв'язання вищезазначених рівнянь за методикою, викладеною в нормативному методі, що зумовлено необхідністю знайомства на більш ранньому етапі навчання з нормативними документами, які використовуються для теплових розрахунків котельних агрегатів.

У зв'язку з тим, що в нормативному методі, розробленому у 1973 році і діючому до теперішнього часу в Україні, використовуються одиниці фізичних величин, виражені у кілограм-силі і калорії, тепловий розрахунок пароохолодника потрібно виконувати в цих одиницях, з наступним переводом кінцевих результатів обчислювань в систему одиниць СІ.

Використовуючи вихідні дані до курсової роботи за допомогою табл. ХХІІІ, необхідно визначити параметри пари і води на лінії насичення при заданому тиску:

, - температура насиченої пари, оС;

, - питомий об'єм живильної води, м3/кг;

, - питомий об'єм насиченої пари, м3/кг;

, - ентальпія живильної води, ккал/кг;

, - ентальпія насиченої пари, ккал/кг;

, - теплота паротворення, ккал/кг.

Для визначення температур живильної води і пари на виході з пароохолодника необхідно скласти рівняння теплового балансу:

,(1)

де , - ентальпії пари на вході і виході пароохолодника, ккал/кг;

, - ентальпії живильної води на вході і виході пароохолодника, ккал/кг;

- паропродуктивність котла, кг/с;

- витрати живильної води, кг/с.

З рівняння теплового балансу маємо:

, (2)

де - теплосприймання пароохолодника, яким необхідно попередньо задатися, ккал/кг.

Звичайно пароохолодників знаходиться в межах 15 25 ккал/кг, приймаємо .

Ентальпія живильної води на вході в пароохолодник визначається згідно з тиском і температурою живильної води за допомогою табл. ХХІV, .

Тиск живильної води залежить від аеродинамічного опору економайзера і пароперегрівника. У зв'язку з тим, що в завданні задається тиск перегрітої пари , то тиск живильної води повинен бути збільшений порівняно з тиском перегрітої пари на 10-15 %, тобто

Але через те, що залежність ентальпії живильної води від тиску незначна, у розрахунках замість можна використовувати значення без великої похибки, тобто можна припустити, що .

Після визначення за рівнянням (2) ентальпії живильної води на виході з пароохолодника шляхом інтерполяції за табл. ХХІV необхідно знайти температуру живильної води ,

Відповідно до завдання необхідно визначити дійсне теплосприймання пароохолодника і порівняти його з прийнятим значенням і. Для визначення використовується рівняння

(4)

де Q - кількість теплоти, яка передається парою живильній воді в пароохолоднику, ккал/ с.

Визначення Q здійснюється шляхом розв'язання рівняння теплообміну

(5)

де k - коефіцієнт теплопередачі, ккал/(м2 г оС);

Н - поверхня теплообміну, м 2;

t - температурний напір, оС.

Якщо відношення діаметрів трубного пучка dзов і dвн менше 1.8, то коефіцієнт теплопередачі можна визначати за формулою, яка застосовується для плоскої стінки, тобто

(6)

де = 0.9 - коефіцієнт використання поверхні нагріву;

1 - коефіцієнт тепловіддачі при поперечному обтіканні труб парою для горизонтально розташованих пучків, ккал/(м2 г оС);

м - товщина стінки труби, м;

м - коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби, ккал/(м г оС);

2 - коефіцієнт тепловіддачі при протіканні живильної води в трубному пучку, ккал/(м2 г оС);

Відповідно до методики коефіцієнт тепловіддачі 1 визначається за формулою

(7)

де - коефіцієнт, що враховує вплив руху пари на тепловіддачу;

- теплопровідність конденсату при температурі насичення , ккал/(м г оС); визначається за табл.VI;

- теплота пароутворення при заданому тиску , ккал/кг; визначається за табл.XXIII;

- щільність конденсату на лінії насичення при , кг/м3; та визначається за формулою:, де - питомий об'єм живільної води, м3/кг, який визначається за табл.XXIII;

- коефіцієнт динамічної в'язкості конденсату при , кгс с/м2; визначається за табл.V;

- перепад температур «пара-стінка», оС (задається);

dзов - зовнішній діаметр труб (додаток 3).

У формулі (7) враховується, що на поверхні трубного пучка має місце локальна конденсація водяної пари.

Коефіцієнт тепловіддачі 1 визначається методом послідовних наближень. З цією метою необхідно спочатку задатися значенням t, розрахувати коефіцієнт теплопередачі k (6) і здійснити перевірку за формулою

(8)

де tж.в - середня температура живильної води, оС, яка знаходиться згідно з формулою

(9)

Якщо прийняте значення t відрізняється від розрахункового t1 більш ніж на 25 %, то задається нове значення t і здійснюється друге наближення. Орієнтовно значення t знаходиться в межах 20 - 40 С.

Для оцінки слушності визначення коефіцієнта тепловіддачі 1 (7) необхідно знайти значення 1 за допомогою номограми 33:

(10)

де - коефіцієнт тепловіддачі за умови, що пара не рухається, ккал/(м2 г 0С).

Для визначення коефіцієнта тепловіддачі 1 (10) необхідно знайти швидкість руху пари у пароохолоднику за формулою

(11)

де н.п - питомий об'єм насиченої пари, м3/кг (визначався раніше);

- площа поперечного перерізу трубного пучка для проходу пари, м2;

(12)

де і задані.

Приймаємо .

За допомогою номограми 33 знаходимо значення о.

Визначивши добуток , по лівій частині номограми 33, знаходимо коефіцієнт

Розраховуємо 1 за допомогою формули (10):

Розраховуємо 1 за допомогою формули (7):

Похибка в розрахунках коефіцієнта тепловіддачі 1 (7) і (10) звичайно не перебільшує 5 %.

Коефіцієнт тепловіддачі 2 при подовжньому обтіканні труб водою визначається за формулою

(13)

де Nu - критерій Нуссельта;

- коефіцієнт теплопровідності живильної води, визначений за даними табл. VІ при заданих тиску Рп.п і температурі tж.в, Вт/(м С);

dвн - внутрішній діаметр труби, м,, де d зов та м задані.

Критерій Нуссельта при турбулентному режимі течії води в трубному пучку відповідно визначається в такий спосіб:

(14)

де Re - критерій Рейнольдса;

Pr=1,18 - критерій Прандтля, що визначається за даними табл. VII при Рп.п и tж.в;

Ct, Cd, C - коефіцієнти:

Ct = 1, тому що в'язкість води слабко залежить від температури;

Cd = 1, тому що в пароохолоднику має місце двосторонній обігрів труб;

C = 1, якщо /d 50.

Критерій Рейнольдса визначається за формулою

(15)

де wж.в - швидкість руху живильної води в трубах, м/с;

ж.в - коефіцієнт кінематичної в'язкості живильної води, м2/с.

Швидкість руху живильної води визначається за формулою

(16)

де- питомий об'єм води при середній температурі tж.в і заданому тиску Рп.п , м3/кг, що визначається за табл. ХХIII;

fж.в- площа живого перетину трубного пучка для проходу живильної води, м2:

(17)

де n - кількість U-образних труб з однієї сторони пароохолодника, n = 17 шт.

Коефіцієнт кінематичної в'язкості живильної води визначається за формулою

(18)

де - коефіцієнт динамічної в'язкості води, кгс·с/м2, що визначається по середній температурі живильної води tж.в при заданому тиску за допомогою табл. V.

Визначаємо площу живого перетину трубного пучка для проходу живильної води за формулою (17)

Визначаємо швидкість руху живильної води за формулою (16)

Розрахуємо критерій Рейнольдса (15)

Розрахуємо критерій Нуссельта (14)

Тепер можемо перейти до розрахунку б2 (13)

Після розрахунку коефіцієнта тепловіддачі 2 (13) підтвердилася його слушність за допомогою номограми 16. При користуванні номограмою слід припустити, що dек = dвн. Це дає можливість оцінити порядок величини 2, тобто переконатися у відсутності помилок у розрахунках.

Термічний опір теплопровідності стінки труби становить

де м - товщина стінки труби, м;

м - коефіцієнт теплопровідності металу, з якого виготовлена труба, ккал/м2·г·оС.

Для визначення коефіцієнта теплопередачі k (6) необхідно використовувати розрахункові значення коефіцієнтів тепловіддачі 1 і 2, визначені згідно з формулами (7) і (13).

Зробимо перевірку, завдання дt:

Похибка не перевищує 25%, що підтверджує правильнисть завдання дt.

Температурний напір визначається за формулою

(19)

де і - відповідно більша і менша різниці температур на вході і виході пароохолодника, С.

(20)

(21)

Реально у пароохолоднику має місце перехрестний двоходовий рух теплоносіїв, тому для визначення температурного напору використовується формула:

(22)

де - коєфіцієнт перерахунку від протитечійної схеми до більш складної, який можна визначити за допомогою номограми 31 1, стор. 272 та формул:

(23)

(24)

У зв'язку з тим, що пара у процесі її охолодження конденсується на поверхнях трубного пучка, при розрахунку ?tб і ?tм варто брати замість температур пари на вході і виході пароохолодника температуру насиченої пари tн.п.

Площа поверхні пароохолодника, що бере участь у теплообміні, визначається за формулою

(25)

де dср - середній діаметр труби, м;

n - кількість труб у пучку, шт;

l - довжина трубного пучка, м.

Для розрахунку поверхні теплообміну необхідно брати середній діаметр труби, тому що коефіцієнти тепловіддачі 1 і 2 мають однаковий порядок величин:

(26)



Отже площа поверхні пароохолодника становить:

Визначимо кількість теплоти, яка передається парою живильній воді в пароохолоднику за формулою (5)

Дійсне теплосприймання пароохолодника:

Похибка:

Оскільки похибка становить менше 10% то розрахунок є вірним.

За табл. ХХV при заданих значеннях тиску Рп.п і температури пари на вході в пароохолодник tп.п знаходять ентальпію іп.п ;

Попередньо прийнявши значення і, розраховуємо ентальпію іп.п за формулою:

(2.3)

Відповідно до іп.п і Рп.п визначаємо за вищевказаною таблицею температуру пари tп.п..



СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) /Под ред. Н.В. Кузнецова, В.В. Митора, И.Е. Дубовского, Э.С. Карасиной. - М.: Энергия, 1973. - 296 с.

2. Резников М.И., Липов Ю.М. Паровые котлы тепловых электростанций: Учеб. для вузов. - М.: Энергоиздат, 1981.- 240 с.

3. Рабинович О.М. Котельные агрегаты.- М.-Л.: Машгиз, 1963. - 460 с.

4. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий.- М.: Энергоатомиздат, 1988.- 527 с.

5. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.- М.: Энергия, 1977.- 344 с.

6. СТВУЗ-ХПІ-3.01-2006 Текстові документи у сфері навчального процесу.- Харків НТУ «ХПІ», 2006.

7. СТВУЗ-ХПИ-2.01-2007 Дипломные проекты и дипломные работы.- Харьков НТУ «ХПИ», 2007.

Размещено на Allbest.ru

...