курсач теплач. Расчет подогревателей мазута
 Скачать 135.51 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Кафедра «Промышленная теплоэнергетика» Отчёт по курсовому проекту по дисциплине «Основы термодинамики и теплопередачи» на тему «Расчет подогревателей мазута» Вариант 14 Выполнил: ст.гр. БМР-16-01 __________ Р.С. Нургалин Проверил: доцент, к.т.н. ___________ Е.В. Бурдыгина Уфа 2018СОДЕРЖАНИЕ
мазутоподогревателей…………………………………………………. 3
2.1 Исходные данные………………………………………………….. 8 2.2 Расчет………………………………………………………………. 8 Список используемой литературы………………………………………… 16 1 Теоретическая часть 1.1 Назначение, классификация и характеристики мазутоподогревателей В стационарных паротурбинных установках достаточно широко применяется жидкое органическое топливо, основным видом которого является нефтяной мазут. В небольших количествах в качестве жидкого топлива используются также остаточные жидкие продукты полукоксования углей и горючих сланцев, называемые соответственно угольным и сланцевым (сланцевым маслом) мазутами. Нефтяные мазуты в зависимости от области применения подразделяют на флотский мазут, мазут – печное топливо и топочный мазут – котельное топливо. На электростанциях и в промышленных котельных используют топочные мазуты (котельное топливо). Нефтяные мазуты получают на нефтеперерабатывающих заводах в процессе производства других нефтепродуктов, например, масел, бензина, керосина и т.п. В зависимости от технологических условий (давления, температуры), переработка нефти может быть неглубокой (разгонка) и глубокой (крекинг-процесс). При неглубокой переработке нефть разделяется на узкие фракции по температурам кипения без разрушения молекулярной структуры фракций. Крекинг-процесс или глубокая переработка нефти образуют новые соединения с меньшей молекулярной массой, но наряду с ними образуются сложные и тяжелые жидкие соединения (гудрон и полугудрон), в также твердые вещества. Мазут, получаемый при неглубокой переработке нефти, называют прямогонным, при глубокой – крекинг-мазутом. В зависимости от вязкости существует несколько марок нефтяных мазутов. В основу маркировки их положена величина так называемой условной вязкости, представляющая собой отношение времени истечения определенного объема мазута при заданной температуре ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при 20  . Мазут, полученный при переработке нефти и предназначенный для электростанций, транспортных и стационарных котлов, а также технологических установок, разделяется на: флотский марок Ф5, Ф12; топочный высшего качества марок: 40В, 100В и топочный марок М40, М100. Флотские мазуты относятся к категории легких топлив, топочные мазуты марок М40В и М40 - к категории средних топлив, топочные мазуты марок М100В и М100 - к категории тяжелых топлив. Флотский мазут предназначен для судовых котлов, газовых турбин и двигателей. Топочный мазут состоит в основном из тяжелых крекинг-остатков. Мазут марки М40 используется в судовых котлах, промышленных печах и котельных, реже на электростанциях. Мазут марки М100 предназначен, в основном, для электростанций. Топочные мазуты этой марки подразделяются в зависимости от содержания серы в них: малосернистые (  ), сернистые ( ), высокосернистые ( ).Важнейшей характеристикой жидких органических топлив и, в частности, мазутов является вязкость. От значения вязкости мазута зависят затраты энергии на транспортировку по трубопроводам, длительность сливных и загрузочных процедур, эффективность работы форсунок в камерах горения топлива, скорость осаждения и отстаивания примесей. Именно высокая вязкость топочных мазутов и является той основной причиной, по которой топливное (мазутное) хозяйство электростанций обязательно включает в себя подогреватели мазута. Подготовка мазута к сжиганию заключается в его подогреве с целью получения необходимой вязкости, очистки от механических примесей, обработки присадками и диспергирования влаги. Назначение подогревателей мазута в технологических схемах стационарных паротурбинных установок – подогрев мазута для обеспечения необходимого температурного режима и вязкости по всему топливному тракту, начиная от резервуаров – хранилищ мазута до форсунок топки котла. Таким образом, система высокоэффективного и экономичного режима сжигания высоковязких мазутов состоит из следующих основных элементов: 1) Теплообменников – подогревателей мазута; 2) Оборудования смешения части подогретого мазута с мазутом, находящихся в расходных емкостях – резервуарах. 1.2 Типы кожухотрубчатых теплообменников По ГОСТ 9929–82 стальные кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих типов: 1. Н – с неподвижными трубными решетками; Теплообменники типа Н отличаются простым устройством и сравнительно дешевы, однако им присущи два крупных недостатка. Во-первых, наружная поверхность труб не может быть очищена от загрязнений механическим способом, а теплоносители в некоторых случаях могут содержать примеси, способные оседать на поверхности труб в виде накипи, отложений и др. Слой таких отложений имеет малый коэффициент теплопроводности и способен весьма существенно ухудшить теплопередачу в аппарате. Во-вторых, область применения теплообменных аппаратов типа Н ограничена возникновением в кожухе и трубах аппарата так называемых температурных напряжений. Это явление объясняется тем, что кожух и трубы теплообменника при его работе претерпевают разные температурные деформации, так как температура кожуха близка к температуре теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве, а температура труб – к температуре теплоносителя с большим коэффициентом теплоотдачи. Разность температурных удлинений возрастает, если кожух и трубки изготовлены из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. Возникающие при этом напряжения в сумме с напряжениями от давления среды в аппарате могут вызвать устойчивые деформации и даже разрушение конструкций. 2. К – с температурным компенсатором на кожухе; В этих аппаратах для частичной компенсации температурных деформаций используют специальные гибкие элементы (расширители и компенсаторы), расположенные на кожухе. Преимущество этой конструкции – эффективность теплообмена вследствие исключения застойных зон в межтрубном пространстве. Для кожухотрубчатых теплообменников особенно характерно образование таких зон вблизи трубных решеток, поскольку штуцера ввода и вывода теплоносителя расположены на некотором расстоянии от решеток. Для ликвидации застойных зон в аппарате с частичной компенсацией температурных расширений предусмотрен распределитель, который обеспечивает равномерное распределение теплоносителя по межтрубному пространству. Введение линзового компенсатора или расширителя допускает гораздо больший температурный перепад, чем в теплообменниках типа Н, однако при этом возрастает стоимость аппарата. 3. П – с плавающей головкой; В теплообменниках с плавающей головкой теплообменные трубы закреплены в двух трубных решетках, одна из которых неподвижно связана с корпусом, а другая имеет возможность свободного осевого перемещения; последнее исключает возможность температурных деформаций кожуха и труб. 4. У – с U-образными трубками; Считаются технологичными в производстве, менее дорогими и надежными в эксплуатации за счет свободного перемещения трубного пучка в корпусе аппарата. В подогревателях с U-образными трубами нагреваемое топливо движется в межтрубном пространстве, а греющий пар – внутри труб. В кожухотрубчатых аппаратах этой конструкции обеспечивается свободное удлинение труб, что исключает возможность возникновения температурных напряжений. Преимущество конструкции аппарата типа У – возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки. 2 Задание Произвести расчет мазута марки – М40 сернистый. Расход мазута G, т/ч, начальная температура мазута  , конечная температура мазута  , давление греющего пара  , температура насыщенного пара  , материал труб сталь – теплопроводность материала труб  . Подобрать тип ТОА по ГОСТ по количеству труб и площади проходного сечения трубок, рассчитать коэффициенты теплоотдачи со стороны пара, со стороны мазута. Рассчитать площадь поверхности ТОА так, чтобы погрешность в сравнении с подобранным ТОА лежала в пределах 3-5%. Температура стенки трубы со стороны конденсирующегося пара  , температура стенки со стороны мазута  должны быть в пределах 3-5% от принятых. 2.1 Исходные данные
 2) Находим теплофизические характеристики мазута. Теплофизические характеристики мазута М40 сернистого рассчитываются при средней температуре его в подогревателе по следующим формулам:      3) Количество теплоты, получаемое мазутом или тепловая производительность мазутоподогревателя равна:  4) Задаемся коэффициентом теплопотерь в окружающую среду  5) Расход греющего пара:   – удельная теплота парообразования [2].  6) Из уравнения сплошности:   скорость движения среды в трубках (принимается 3 м/с)7) Количество трубок в одном ходе:   принимается для труб по ГОСТ 20 мм
По ГОСТ 15122-79 и полученным данным по площади проходного сечения трубок и количеству трубок выбираем ТОА с неподвижными трубными решетками и с температурным компенсатором на кожухе.  Рис.1 – ТОА с неподвижными трубными решетками и с температурным компенсатором на кожухе Диаметр кожуха  L = 2 м F = 32 м2 N = 204 шт f = 0,018 Z = 2 - число ходов 8) Внутренняя итерационная процедура 9) Задаемся значением температурного напора пар-стенка  и находим :  10) Коэффициент теплоотдачи со стороны пара:     – поправочный коэффициент на число труб в горизонтальном пучке,  . соответственно теплопроводность, динамическая вязкость и плотность конденсирующегося пара [2].   11) Значение температуры стенки труб со стороны мазута:   В случае учета теплоты перегретого пара будет иметь такое же значение.12) Средний коэффициент теплоотдачи со стороны мазута:  Где   коэффициент объемного расширения мазута, определяемый как  плотности мазута при температурах     разность между температурой стенки со стороны мазута и средней температурой мазута  в подогревателе    число ходов трубного пространства число труб  динамическая вязкость мазута при температуре   кинематическая вязкость и плотность мазута при температуре    Тогда, cредний коэффициент теплоотдачи со стороны мазута:  13) Определяется коэффициент теплопередачи   рекомендуемое значение  14) Независимо от конструктивной схемы организации потоков нагреваемой и греющей среды средний логарифмический температурный напор при нагревании конденсирующимся паром:    15) Площадь поверхности теплообмена  16) Погрешность расчета   принятая поверхность теплообмена по ГОСТ для данного типа аппарата17) Температура стенки трубы со стороны конденсирующегося пара  : 18) Температура стенки со стороны мазута  : ; ;19) Температура стенки трубы со стороны конденсирующегося пара , температура стенки со стороны мазута должны быть в пределах 3-5% от принятых.   Расчет считается оконченным. Вывод: подобрали по ГОСТ ТОА с неподвижными трубными решетками и с температурным компенсатором на кожухе. Площадь поверхности ТОА рассчитана верно с учетом погрешности в 3-5%, как и температуры tст1 и tст2. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1 Мазутные хозяйства ТЭС / Ю. Г. Назмеев . – М. : Изд-во МЭИ, 2002 . – 612 с. 2 Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара / Александров А. А., Григорьев Б. А. Изд-во: МЭИ, 2006 . – 168 с. |
