расчет ПНД. Исходные данные

Название	Исходные данные
Дата	03.06.2018
Размер	140 Kb.
Формат файла
Имя файла	расчет ПНД .doc
Тип	Документы #45792

_{Расчет подогревателя низкого давления}
_{1. Тепловой расчет}
_{ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ}

_{Назначение теплообменника - Подогреватель низкого давления, марка
ПН-130-6М}
_{Расход и параметры греющей среды:}

_{температура на входе 215°С}
_{давление на входе 0,468 МПа}

_{1.3. Расход и параметры нагреваемой среды}

_{массовый расход 87.627 кг/с}
_{давление на входе 1.471 МПа}

_{1.1. Выбор и обоснование конструктивного типа теплообменника}

_{Согласно [6], по принципу действия теплообменники делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные. Рекуперативными называются теплообменники, у которых передача тепла от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их стенку. Регенеративными называются теплообменники, у которых греющий теплоноситель передает тепло твердому телу (керамиковой или металлической насадке); в последующий период в соприкосновение с твердым телом приводится нагреваемый теплоноситель, который воспринимает аккумулированное тепло. Смесительными называют теплообменники, у которых передача тепла от одного теплоносителя к другому осуществляется при непосредственном их соприкосновении и сопровождается полным или частичным смешением.}

_{К рекуперативным аппаратам поверхностного типа относятся: кожухотрубчатые аппараты, змеевиковые, спиральные, а также теплообменники с ребристыми и гофрированными пластинчатыми поверхностями нагрева. Кожухотрубчатые теплообменники применяются различных типов в зависимости от назначения, свойств теплоносителей и др.: с подвижными решетками открытого и закрытого типов, с жестким креплением трубных досок, с усаженными трубками, с U-образными трубками и др.}

_{Регенеративные подогреватели предназначаются для ступенчатого подогрева питательной воды и конденсата за счет использования скрытого тепла при конденсации пара, отбираемого из промежуточных ступеней турбины. По месту в тепловой схеме турбоустановки различают подогреватели высокого и низкого давления. Подогреватели низкого давления (ПНД) располагаются между конденсатором турбины и питательным насосом. Движение воды в них происходит под давлением конденсатного насоса. По принципу организации использования теплоты регенеративные подогреватели делятся на поверхностные и смешивающие (контактные). Подогреватели смешивающего типа позволяют более полно использовать теплоту греющего пара, что повышает тепловую экономичность турбоустановки. Однако применение такого типа подогревателей вносит ряд существенных усложнений в систему регенеративного подогрева питательной воды.}

_{Регенеративные подогреватели выполняют в основном поверхностными и вертикальными. Подогреватели, используемые в регенеративной системе турбоустановки, бывают двух типов: поверхностные и смешивающие. В данном случае (в регенеративной схеме турбоустановки ПТ-60/90-13) применены поверхностные подогреватели низкого давления. В поверхностных подогревателях греющий пар и нагреваемая среда (конденсат или питательная вода) разделены металлом стенок трубок. Нагрев воды осуществляется за счет конденсации греющего пара в межтрубном пространстве и передачи теплоты через металл трубок. В смешивающих (контактных) подогревателях греющий пар и нагреваемая среда вступают в непосредственный контакт и смешиваются; при этом происходит конденсация пара.}

_{Принцип работы подогревателей ничем не отличается от принципа работы конденсатора: для успешной работы необходима определенная разность температур греющего пара и нагреваемой среды и постоянное удаление из парового пространства неконденсирующихся газов, затрудняющих теплообмен.}

_{На рис. Нагреваемый конденсат поступает в водяную камеру, разделенной вертикальной перегородкой на две половины. Водяная камера отделена от парового пространства подогревателя U-образными трубками, поступает во вторую половину водяной камеры и оттуда – в следующий подогреватель.}

_{Греющий пар, омывая трубки, конденсируется и стекает вниз. Для лучшего теплообмена пучок трубок снабжен специальными перегородками. Для нормальной работы подогревателя из его парового пространства необходимо постоянно откачивать неконденсирующиеся газы подобно тому, как это производиться из конденсатора. Поэтому паровое пространство подогревателя соединяют трубопроводом или с паровым пространством подогревателя с меньшим давлением, или с паровым пространством конденсатора.}

_{Водяной объем конденсата, образующегося в нижней части подогревателя (конденсат греющего пара), соединен либо с водяным объемом соседнего подогревателя с меньшим давлением, либо со всасывающей полостью дренажного насоса, подающего конденсат в линию основного конденсата. Кроме того, в корпусе имеется штуцер для приема конденсата из подогревателя с большим давлением пара.}

_{Для расчета выбираю регенеративный подогреватель низкого давления №4 поверхностного типа, входящий в состав тепловой схемы с турбоагрегатом типа ПТ-60-90/13.}

_{2. Тепловой расчет теплообменного аппарата}
_{Тепловой расчет теплообменного аппарата выполнен в соответствии с [8]}

_{2.1 Определение недостающих параметров}

_{Уравнение теплового баланса}

_{где Q -поток теплоты, передаваемой нагреваемой среде в подогревателе, кВт;}

_G_n_и_G_B_{- расходы пара и воды, кг/с;}

_t_в1_,_t_в2_{- температуры нагреваемой воды на входе и выходе подогревателя;}

_с_рв_{- изобарная теплоемкость воды, принимаем с}_рв_{=4,2 кДж/(кг*К);}

_i_n_и_i_K_{- удельные энтальпии греющего пара на входе в подогреватель и конденсата греющего пара (дренажа) на выходе из подогревателя соответственно, кДж/кг.}

_{Определяем недостающие параметры:}

_{Энтальпия греющего пара}_i_n_{= 2886.9 кДж/кг (из}_i_-_S_{диаграммы по Р}_п_{=0.468 МПа}_и_t_n_=215°_C_).

_{Принимаем недогрев воды в подогревателе до температуры насыщения греющего пара равным 4 °С. Тогда температура воды на выходе из}_{подогревателя t}_в2₌_t_K_-2.

_{Энтальпия конденсата греющего пара}_i_K_{=620.1 кДж/кг; температура конденсата греющего пара}_t_K_{=148 °С.}

_{Тогда температура}_t_в2_{=148-4=144 °}_C_.

_{Расход греющего пара в подогреватель:}_G_П_{=2.39 кг/с}

_{Температура на входе воды в подогреватель:}_t_в1_{=127°С (известно из расчета тепловой схемы т/а ПТ-60-90/13), тогда:}

_Q_{=2.39(2886.9-620,1)=2.27}_₁₀³_кВт
_{2.2. Расчет средне логарифмической разности температур и определение теплопередающей поверхности}
_{Требуемая поверхность теплообмена может быть определена из уравнения теплопередачи:}

_где_F_{- поверхность теплообмена, м}²_;

_k_{- коэффициент теплопередачи, Вт/( м}²__°С);

_{- средне логарифмический температурный напор, °С;}

_{Значение температурного напора при принятых исходных данных равно:}

_{Для перекрестного тока}

_{где - температурный напор для прямотока;}

_{- поправочный коэффициент, принимаем равным 1;}

_Тогда

_где__t₆_и__t_M_{- большие и меньшие разности температур.}

_{Так как пар приходит в подогреватель в состоянии насыщения, то}

_{Принимаем в первом приближении значение коэффициента теплопередачи:}

_{для подогревателей с латунными трубами равным 3,7 кВт/(м}²__{°С). Требуемая поверхность в этом случае составит:}

_F_=2.27_₁₀³_/(3.7__{10.25)=61.35 м}²

_{2.3. Выбор конструктивных параметров}

_{С учетом принятой поверхности предварительно принимаем основные размеры подогревателя.}

_{Подогреватель выполняется с одной трубной доской с}_U_{-образными латунными трубами диаметром 0,016x0,0145 м., число труб равно}_Z_{=536, исходя из паспортных данных, тогда приняв с коэффициентом заполнения трубной доски}__{=0,6 и скорость движения воды в трубах}_w_B_=0,7м/_c_{мы можем найти площадь трубной доски:}

_{Средняя длина труб:}

_{Принимаем число секций 4, тогда средняя активная длина труб для отдельных отсеков подогревателя будет равна}

_{H = l/4 = 1.14/4 =0.285 м}
_{2.4. Расчет коэффициентов теплоотдачи и коэффициента теплопередачи}

_{Для определения коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке труб устанавливаем режим движения пленки конденсата.}

_{Значение числа Рейнольдса для пленки конденсата на нижней кромке поверхности:}

_где_r_{- удельная теплота конденсации пара, находим по таблице для t}_К_{= 148°С г=2142 кДж/кг;}

_{ρ- плотность воды в состоянии насыщения, кг/м}³_{; ρ=950 кг/м}³

_{υ- коэффициент кинематической вязкости, м}²_{/с, в состоянии насыщения; υ=0.22}_ּ₁₀^-6_м²_/с

_{λ=0.7 Вт/(мּ˚С)}

_{Так как}_Re_<_Re_кр_{= 100 , то средний коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам труб:}

_Вт/м²_ּ_˚С

_{где λ – коэффициент теплопроводности конденсата пара, Вт/м}²_ּ_˚С

_{Физические параметры конденсата, движущегося внутри труб, принимаются при значении температуры, равном:}

_˚С

_υ_ж_=0.215_ּ₁₀^-6_м²_/с

_λ_ж_{=0.66 Вт/(м}_ּ_˚С)

_{Число Рейнольдса в этом случае будет равен:}

_где_W_ж_{=0,7 – скорость движения воды в трубах м/с;}

_Re_ж_>_Re_кр_{, т.е. режим движения конденсата турбулентный.}

_При_t_ж_≈_t_ст_≈135.5_˚С,_Pr_ст_≈_Pr_ж_{≈1.1, а ε}_в_{=1, тогда:}

_{Средний коэффициент теплоотдачи от стенки труб к конденсату:}

_Вт/м²_ּ_˚С

_{Коэффициент теплопередачи:}

_Вт/(м²__°С)

_{Отличие полученного значения k от принятого составляет 1%, что допустимо.}
_{Диаметр трубной доски:}

_где_t_{– шаг труб при размещении их в трубной доске. При закреплении труб вальцовкой величина}_t_{принимается равной (1,25-1,3)}_ּ_d_вн

_м

_м

_{Обычно при выборе исходят из соотношения}

_{=2…3, в нашем случае}

_{=1.14/0.56=2.036, что соответствует рекомендуемому.}
_{3. Гидравлический расчет}
_{Гидравлический расчет теплообменного аппарата выполнен в соответствии с [9].}

_{Для любого элемента или участка подогревателя гидравлическое сопротивление определяется выражением:}

_где

_{- гидравлические потери, возникающие при движении теплоносителя за счет трения о стенки труб.}

_{- гидравлические потери при движении теплоносителя, вызванные местными сопротивлениями (поворотами, сужениями или расширениями и т.п.)}

_{Значение коэффициента сопротивления трения λ зависит от шероховатости стенок труб Δ и от режима движения теплоносителя, определяемого числом Re.}

_{где Δ для латунных труб равна 0,01 мм.}

_{Коэффициенты местного сопротивления принимаем для различных элементов подогревателя:}

_{Вход и поворот во входной и выходной камерах 1,5}

_{Поворот потока на 180° в трубах 0,5}

_Па

_{Потери давления в межтрубном пространстве подогревателя при конденсации пара незначительны, и ими в большинстве случаев можно пренебречь.}

_{ЗАКЛЮЧЕНИЕ}

_{Поверхность нагрева ПНД состоит из U-образных трубок диаметром 16х14,5мм в количестве 536 штук, концы которых закреплены в трубной доске диаметром 0.56 м, установленной между фланцами водяной камеры и цилиндрического корпуса. Греющий пар подводится в верхнюю часть корпуса (под трубной доской) и омывает трубки снаружи. Для улучшения условий передачи теплоты в корпусе установлены перегородки, обеспечивающие многоходовое поперечное движение пара. Конденсат греющего пара собирается в нижней части корпуса, Заданный уровень конденсата в подогревателе поддерживается регулятором уровня. Для осуществления «каскадного» слива конденсата регенеративных подогревателей на их корпусах предусматривают штуцера для подвода конденсата из подогревателя более высокого давления, а также штуцера для отсоса воздуха, выделяющегося из конденсирующегося пара. Для контроля за уровнем конденсата и его регулирования в корпусе в нижней части его имеются штуцера присоединения водомерного стекла и импульсных трубок регулятора. Спроектированный теплообменник способен передать 2.27 МВт теплоты, нагревать воду от температуры 127°С до температуры 144°С. Гидравлическое сопротивление по нагреваемой воде составляет 1.329 кПа.}