Расчет и проектирование теплообменного оборудования

       Температура конденсата на выходе  из подогревателя не должна  превышать температуру питательной воды более чем на 10 ⁰С

t_к^П3 = t’_пв^П3 + 10 =68+10=78°C. Энтальпия конденсата при t_к^П3=78°C и давлению =0,0981МПа, h_к^П3 =326,6 кДж/кг [3, стр.12].

Тепловой  баланс

Материальный  баланс

1.4.2.3 Расход пара через П₂

Схема теплового  баланса

 

 
 

 

 

рис.7 

       В П₄ сливается конденсат из П₅ в количестве

G_сл^П2=G_п^П3+ G_сл^П3=31,03+18,31=49,34 т/ч Температура слива t_сл = 78° C, энтальпия слива h_сл^П2 = 326,6 кДж/кг.

      Точное  решение затруднительно, поэтому по рекомендации [4,стр.58] температура конденсата равна температуре питательной воды на входе в подогреватель t_к^П2=t’_п.в.^П2=56^о С 

      Тепловой  баланс для подогревателя

      

      

     ₍₁₎

Материальный  баланс для подогревателя 

      

    ₍₂₎

      

      Тепловой  баланс для смешивания потоков за подогревателем

     ₍₃₎

      Где, -энтальпия питательной воды на выходе из подогревателя после смещения потоков приведенная в таблице 1.

Материальный  баланс для  смешивания потоков за подогревателем

      

    ₍₄₎

      _{Из (1) с учетом (2)}

      

        ₍₅₎

      Подставим (5) в (3) получим:

      

      

       ₍₆₎

            _{Из (6) получим:}

         ₍₇₎

         

        _{Подставив  (7) в  (4) получим:}

            ₍₈₎

         Из (8) получим:

      _{Расход питательной воды в П2} 

     
 
 
 
 

1.4.2.4 Расход  пара через П₁:

Схема теплового  баланса

 
 

                    

 
 
 
 

      Рис.8 

 

. 

      Температура конденсата на выходе из подогревателя не должна превышать температуру питательной воды более чем на 10 ⁰С

t_к^П1 = t’_пв^П1 + 10 =26,7+10=36,7 °C. Энтальпия конденсата при t_к^П1=36,7°C и давлению =0,018МПа, h_к^П1 = 153,7 кДж/кг [3, стр.12].

Тепловой  баланс

Материального баланс

 

2. Проектирование  подогревателя высокого  давления к турбине 

ПТ-80-130.

2.1 Анализ типовых конструкций

 

 Рассмотрим  разные варианты компоновки теплообменной поверхности  подогревателя высокого давления:

–  спиральные трубы

– прямые  гладкие  трубы 

– прямые трубы  с оребрением

   При использовании  оребреных труб возможно, накапливание  конденсата между ребрами , что  при последующей эксплуатации  теплообменного аппарата  может  привести к коррозии.

   При сравнении  прямых и гладких труб было установлено, что при использовании прямых труб теплообменный аппарат имеет значительно большие габариты чем при использовании спиральных труб.

 

   Рассмотрим  различные варианты компоновки  из спиральных труб. В подогревателях  высокого давления применяют одно- и двух плоскостные спирали. Спирали с большим числом плоскостей навивки не применяют из-за сложности их изготовления. При  сравнении одноплоскостных и двухплоскостных труб получаем, что одноплоскостные трубы дают меньший уровень потерь в подогревателе, чем в двухплоскостных трубах. При использовании двухплоскостных труб получаем более компактный  теплообменный  аппарат. 

  Рассмотрим  компоновку теплообменной поверхности  в 4, 6 и 8 колонн.

Компоновка в 4 колонны не подходит, так как в этом случае высота теплообменника теплообменник  превышает максимальную.

8-колонная компоновка  обеспечивает меньшую высоту. 6-ти  колонная компоновка обеспечивает  меньший  диаметр подогревателя. 

  В результате теплообменную поверхность подогревателя высокого давления П₆

набираем   из двухплоскостных спиральных труб собранных в 6 колонн.   
 

 

Схема движения питательной  воды

Рис.9 

      В зоне конденсации пара передается  примерно 80% всего тепла поэтому  через нее пускаем полный расход питательной  воды. Чтобы обеспечить меньшие габариты теплообменного аппарата пускаем через зоны охлаждения пара и конденсата не полный расход воды.  

Движение  греющего теплоносителя 

 

Рис.10 

 В зонах  охлаждения конденсата и пара со стороны греющего теплоносителя уровень коэффициента теплоотдачи  низок. Для его увеличение каждую колонну спиральных элементов заключаем в отдельный кожух и соединяем кожухи последовательно, тем самым уменьшаем площадь проходного сечения для греющего теплоносителя, что приводит к росту его скорости и коэффициента теплоотдачи с греющей стороны. В зоне конденсации пара пар не движется, поэтому применение последовательно соединения колонн нецедесообразно. 

2.2 Схема и тепловой  баланс.

      Схема движения питательной воды и пара приводится ниже. Тепловые потоки в зонах

    

     

      Тепловой  поток в зоне охлаждения конденсата составляет более 5% от теплового потока в зоне конденсации пара, поэтому зона охлаждения конденсата включается в конструкцию  теплообменника, и подлежит расчету. 

      Зона  охлаждения конденсата 

         Принимаем нагрев в зоне охлаждения конденсата, равным 15 ⁰С.

       Температура питательной воды  на выходе из зоны охлаждения конденсата:      t”_п.в= t’_пв + 15=167+15=182 ⁰ С

      Энтальпия питательной воды на выходе из зоны охлаждения конденсата: h”_п.в=781,8 [3, стр.12]

       Тепловой баланс:

       Расход питательной воды через зону охлаждения конденсата:

т/ч 

Зона  конденсации пара

          Расход питательной воды через   зону конденсации пара:

т/ч

      Энтальпия питательной воды на входе в зону конденсации пара:

     

       Что соответствует температуре:        

 Тепловой баланс:

              

  Энтальпия питательной воды на выходе из зоны конденсации

 пара:  

          Что соответствует  =185,5 ⁰ С [3, стр.12] 

Зона  охлаждения пара

          

        Принимаем нагрев в зоне охлаждения конденсата, равным 10 ⁰С

       Температура питательной воды  на выходе из зоны охлаждения  пара:

= + 10=185,5+10=195,5 ⁰ С 
 

      Энтальпия питательной воды на выходе из зоны охлаждения

пара: =840,7 [3, стр.12]

  Тепловой баланс:

       Расход питательной воды через  зону охлаждения конденсата:

т/ч

       После перемешивания:

                                                      

Температура питательной  воды на выходе из подогревателя:

      Ориентировочное число спиралей

      Найдем  ориентировочно число спиралей в  зонах, принимая скорость в трубах равной 2 м/с [4, стр.21].

      

       

      

      Чтобы обеспечить приемлемую высоту теплообменника число колон принимаем равным N=6. Принимаем n кратным 6: n_ок=72 n_кп=372, n_оп=54. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Температурная схема