Курсовая на печать. Термодинамический расчет цикла паротурбинной установки с отбором пара на теплофикацию. Тепловой и гидрогазодинамический расчет сетевого подогревателя

• Название: Термодинамический расчет цикла паротурбинной установки с отбором пара на теплофикацию. Тепловой и гидрогазодинамический расчет сетевого подогревателя
• Дата: 10.10.2018
• Размер: 458.91 Kb.
• Имя файла: Курсовая на печать.docx
• Тип: Пояснительная записка; #52988
• страница: 5 из 6

ЧАСТЬ 2. КОНСТРУКТОРСКИЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА

Задание.

Выполнить конструкторский тепловой расчет и определить габаритные размеры конденсатора (см. тепловую схему установки из термодинамического расчета).

Тип теплообменника: горизонтальный трубчатый двухходовой (по охлаждающей воде) пароводяной теплообменник (принципиальная схема представлена ниже).

Исходные данные (из термодинамического расчета): расход отработавшего в турбине пара в конденсатор D_К,Д, кг/с, его параметры на входе в конденсатор: давление р₂, = р_К, бар, его температура t₂, ⁰С, энтальпия h_2,Д, кДж/кг, степень сухости пара х_2,Д; на выходе из конденсатора (параметры конденсата): давление р₃, бар, его температура t₃ = t₂ ⁰С, энтальпия h₃, кДж/кг, х₃ = 0; действительный тепловой поток передаваемый отработавшим в турбине паром в конденсаторе Q_К,Д, МВт. Эти данные берутся из термодинамического расчета цикла паросиловой установки.

В качестве охлаждающей среды используется циркуляционная вода, движущаяся внутри латунных труб (λ = 104,5 Вт/(м·К)) диаметром d₁/d₂ со скоростью w₂, м/с и температурой на входе в конденсатор , ⁰С. В случае одноходовых конденсаторов нагрев охлаждающей воды составляет = 6÷7 ⁰С, двухходовых = 8÷9 ⁰С, трехходовых = 10÷12 ⁰С.

Недогрев охлаждающей воды в конденсаторе порядка = 5÷10 ⁰С.

Простейшая схема пароводяного конденсатора

Здесь 1 – корпус конденсатора; 2 – трубные доски; 3 – крышки водяных камер; 4 – конденсаторные трубки; 5 – конденсатосборник; 6 и 7 – входной и выходной патрубки для охлаждающей воды.

Данные из термодинамического расчета

QК,Д, МВт	DК,Д, кг/с	р2 = р3, бар	t2 = tH, 0С,	t3, 0С,	х2,Д	x3
272,8	170	0,06	36,2	36,2	0,880	0

Вариант 4
Дополнительные данные для теплового расчета конденсатора

		d1/d2, мм	w2, м/с.
15,0	23	23/21	1,5

Содержание проекта.

Расчет расхода циркуляционной воды, числа трубок в одном ходе конденсатора, среднелогарифмического температурного напора, коэффициентов теплоотдачи со стороны холодного и горячего теплоносителей, линейного коэффициента теплопередачи; определение длины трубки в одном ходе и искомой поверхности теплообмена, проверка сделанных предположений и оценка габаритных размеров теплообменного аппарата.

При конструкторском тепловом расчете искомой величиной является поверхность теплообменника. В основе расчета лежат два уравнения: уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса с привлечением целого ряда других уравнений. Искомую величину – поверхность теплообменника F можно найти из уравнения теплопередачи. Ввиду того, что теплота в конденсаторе передается через стенку трубок, то уравнение теплопередачи следует записать в цилиндрических координатах:



_{где ℓ - длина трубки в одном ходе; n – число трубок в одном ходе; z2 – число ходов в конденсаторе.}

Тогда искомая поверхность конденсатора найдется:

.
Порядок проведения расчета.

1. Определяем число параллельно включенных трубок n в одном ходе. Его можно найти из уравнения для расхода циркуляционной воды по уравнению:



а) В свою очередь расход можно найти из уравнения теплового баланса записанного для циркуляционной воды:


Для нахождения физических параметров введем определяющую температуру для циркуляционной воды:



Из таблицы для физических свойств воды с учетом интерполирования получаем: тогда:



б) Число трубок в одном ходе составит:



2. Определяем средний температурный напор, предварительно выяснив характер изменения температур теплоносителей (рис. 2).



В данном теплообменнике температура горячего теплообменника (влажного пара при конденсации) практически не изменяется (переохлаждением конденсата пренебрегаем). Температура циркуляционной воды возрастает. Следовательно, изменение температуры одного из теплоносителей мало по сравнению с температурным напором, а это значит, что средний температурный напор не зависит от схемы движения теплоносителей. Поэтому считаем, что схема движения прямоточная. Тогда средний температурный напор можно рассчитать по уравнению:



;

.

3. Определяем линейный коэффициент теплопередачи. Строго говоря, его нужно записать с учетом загрязнений, как со стороны пара, так и со стороны циркуляционной воды. Однако в данном расчете загрязнения не будем учитывать. Тогда получаем:



где и коэффициенты теплоотдачи со стороны пара при его пленочной конденсации и со стороны циркуляционной воды соответственно.

4. Проводим расчет коэффициента теплоотдачи α₂ как для случая вынужденного движения жидкости внутри трубы. При этом используются эмпирические уравнения подобия, вид которых зависит от режима движения жидкости в трубе, характеризуемого числом Рейнольдса:



Физические параметры, необходимые для расчета, находятся из таблицы физических свойств воды при . Получаем с учетом интерполяции: коэффициент кинематической вязкости коэффициент теплопроводности число Прандтля



Тогда: следовательно, режим турбулентный. В этом случае расчетное уравнение имеет вид:



Для определения необходимо задаться температурой стенки. Выберем ее из следующих физических соображений. В данном расчете коэффициенты α₁ и α₂ одного порядка, поэтому среднюю температуру стенки можно принять равной:



Тогда при этой температуре из таблицы физических свойств воды находим Кроме того, считаем, что, поэтому . После подстановки получаем:





В свою очередь число Нуссельта равно: отсюда



5. Определяем коэффициент теплоотдачи α₁ по формулам при пленочной конденсации пара на горизонтальном шахматном пучке труб.

а). Принимаем, что давление пара и температура насыщения в конденсаторе не изменяются по высоте. В этом случае можно использовать следующую формулу для пучка в целом:




где половина числа рядов по вертикали (для шахматного пучка труб); ε – коэффициент конденсации, равный:



где расход пара на входе и на выходе из теплообменника. В данном случае происходит полная конденсация пара, поэтому тогда ε = 1.

Принимаем, что число рядов в конденсаторе по высоте

Тогда для шахматного пучка

б). Определяем величину α_N – коэффициент теплоотдачи по формуле Нуссельта для горизонтальной трубы без учета влияния скорости пара на входе в конденсатор:



Для определения физических параметров конденсата вводим определяющую температуру:



При этой температуре из таблицы физических свойств воды (конденсата) и водяного пара находим:

плотность конденсата

коэффициент теплопроводности конденсата

коэффициент динамической вязкости

теплоту парообразования

а также

Тогда получаем:



в). Окончательно:



6. С учетом полученных значений коэффициентов α₁ и α₂ можно рассчитать линейный коэффициент теплопередачи:



7. Из уравнения теплопередачи определяем длину трубки конденсатора в одном ходе (



8. Проверка сделанных предположений.

а) Определяем отношение поэтому , как и было принято.

б) Рассчитаем температуру на наружной поверхности трубки конденсатора (со стороны пара):





в) Находим температуру на внутренней поверхности трубки конденсатора (со стороны циркуляционной воды):





г) Тогда средняя температура стенки трубки будет равна:


Сравнение с принятой ранее температурой стенки показывает, что отклонение полученного значения средней температуры лежит в пределах допустимой погрешности. Следовательно, уточняющих расчетов не требуется.

9. Определяем искомую поверхность конденсатора:

( горизонтальный трубчатый двухходовой)



где (со стороны меньшего коэффициента ).

Ответ: