Расчёт тепловых процессов паросиловой установки

 

 где  теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг жидкого топлива, ;

(ct)_в - энтальпия 1м³ воздуха ,

рассчитано раннее;(сt)_в выбирается для каждой температуры из таблицы 13 по [1];

_при

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

 

Затем вычисляется энтальпия  теоретического объёма продуктов сгорания в указанном выше диапазоне температур в камерной топке:

где объём трёхатомного газа, ;

энтальпия 1м³ трёхатомного газа,

теоретический объём азота, ;

энтальпия теоретического объёма азота

теоретический объём водяного пара, ;

энтальпия водяного пара,

рассчитанный раннее; рассчитанный раннее; рассчитанный раннее;

  принимается согласно принятой температуре газов топке из таблицы 13 по [1].

_при

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

Энтальпии избыточного  количества воздуха :

 

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

_{Энтальпия продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха} (и при любом α>1)

;

  энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания в камерной топке при соответствующей температуре , ;

 энтальпия избыточного количества воздуха, ;

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

_при 

 

H_зл - энтальпия золы

          _{Т.к. вид используемого топлива - мазут, то} .

          _{По  найденным  значениям  энтальпии  и  температуры  продуктов}

_{сгорания  строим  кривую ( рисунок 1.1).  Откладывая  значение  Нг= Q^рр ,}

_{найдем  на пересечении с  кривой, построенной для выбранного значения αт , соответствующую температуру горения tг=1990 ⁰С.} 

 

 

 

Рисунок 1.4 - Зависимость энтальпии от температуры

 

           _{В большинстве случаев принимают Q^рр =Q^рн}

Энтальпия уходящих дымовых газов рассчитывается по формулам, приведённым ниже, для заданных α_ух=1,21 и t_ух=170⁰С;

 

 

 

 

_{1.8 Расчёт теплового баланса, КПД брутто и расхода топлива}

 

_{Тепловой  баланс котлоагрегата  имеет вид:}

_{или в процентах располагаемой  теплоты:}

  где количество теплоты, затраченное на получение пара.

Потеря теплоты с уходящими  газами , определяется по формуле:

 

 где энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, определяется при температуре _{по формуле:}

 

 

 потеря теплоты и  от химической и механической неполноты сгорания принимаются из таблицы Б3 [1] . Потеря теплоты в окружающую среду , _{определяется по рис. 5.5. [1]:}

      _{Потеря теплоты с физической теплотой шлака т.к. при сгорании мазута зола не образуется.}

      КПД брутто котельного агрегата , % рассчитывается из уравнения теплового баланса:

_{Расход  топлива определяется по уравнению:}

 

- расход выработанного перегретого пара,

энтальпия перегретого пара при температуре   и давлении, ,

энтальпия питательной воды при температуре  , ;

- процент продувки, %;

энтальпия кипящей воды в барабане котла при температуре насыщения

_{дано по условию; по данным справочника[3] таблица  ; по данным справочника[3]; дано по заданию;}

Расход условного топлива:

 

  теплота сгорания условного топлива,

 

 

 

2. Расчёт теплообменного аппарата

 

 

2.1 Конструктивные характеристики конденсатора

 

Конденсатор - пароводяной теплообменник, используется для конденсации пара на выходе из турбины и отвода теплоты охлаждающей водой. Поверхностные конденсаторы в общем случае конструктивно включают в себя корпус, внутри которого расположены конденсаторные трубки, водяные камеры, отделенные от парового пространства трубными досками, конденсатосборник.

Выбор расположения оси  конденсатора определяется как конструктивными, так и (главным образом) эксплуатационными соображениями. Эксплуатационные преимущества горизонтального расположения конденсаторных трубок состоят в следующем: при горизонтальном расположении исключаются большие толщины пленок на поверхности трубок; конденсат, стекающий с вышерасположенных трубок на нижерасположенные в виде капель или струек, способствует срыву пленки с нижележащих трубок, что приводит к увеличению среднего коэффициента теплопередачи.

Схема устройства поверхностного конденсатора показана на рис. 2.1. Пар из турбины поступает в корпус конденсатора 1 через горловину 14, имеющую фланец 6 для присоединения к выхлопу турбины. В цилиндрической части конденсатора расположена система прямых охлаждающих труб 5, закрепленных с обеих сторон в трубных досках 4. Трубная система располагается в корпусе 1 так, что обе стороны ее образуют камеры 15 и 16 между трубными досками и крышками корпуса 2 и 3. Охлаждающая вода по подводящей трубе 11 поступает в нижнюю часть камеры 15 (входная камера), проходит по нижнему пучку труб и поступает в другую поворотную камеру 16. Из поворотной камеры вода проходит по верхнему пучку трубок в направлении, обратном первоначальному, после чего удаляется из верхней части выходной камеры 17, отделенной перегородкой 13 от входной камеры, по трубе 12.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 - Схема двухходового поверхностного конденсатора

 1 - корпус; 2, 3 - крышки корпуса; 4 - трубные доски; 5 -трубы; 6 - фланец; 7 -патрубок выхода конденсата; 8 - патрубок для отсоса воздуха; 9 – трубная поверхность; 10 - перегородка; 11 - подводящий патрубок; 12 - отводящий патрубок; 13 - перегородка; 14 - горловина; 15, 16, 17 - входная, поворотная и выходная камеры.

 

Конденсаторы с такой  схемой движения воды в двух направлениях называют двухходовыми. Аналогично этому могут быть выполнены одноходовые, а также трех- и четырехходовые конденсаторы.

В расчете принимается, учитывая наличие продувки котла  и регенеративных отборов пара в турбине, что в конденсатор поступает насыщенный пар в количестве 0,7D(табл. А1) при давлении в конденсаторе р₂ (табл. А2, приложение А) [1].

Конденсатор выполнен в  виде горизонтального теплообменника с применением латунных трубок размером d₂/ d₁=20/18, внутри которых движется вода со скоростьюw_ж= 1,1 м/си нагревается от температуры = 17 °Сдо (табл. А6, приложение А) [1], причем температура на 5°С ниже температурыt_s.

 

 

2.2 Расчет поверхностей теплообмена.

 

Уравнение теплопередачи:

                                                

где – тепловой поток, кВт;  – коэффициент теплопередачи, кВт/(м²·К); –температурный напор, °С; F₂ – поверхность теплопереда-чи, м².

Уравнение теплового  баланса нагреваемого теплоносителя:

 

                                       

 

где G₂ – массовый расход теплоносителя, кг/с; c_p – средняя изобарная теплоемкость, кДж/(кг·К);  - температуры теплоносителя соответственно на входе в теплообменник и выходе из него, °С.

Уравнение теплового  баланса охлаждаемого теплоносителя:

 

 

где - разность энтальпии пара на входе в конденсатор и энтальпии конденсата на выходе из теплообменника, кДж/кг.

 

 

При давлении температура насыщения равна . Следовательно, температура воды на выходе из конденсатора равна: .

Среднеарифметическая  температура воды определяется по формуле:

 

                                            

 

При этой температуре  физические свойства воды равны соответственно:

; ; ; ; ; .

Число Рейнольдса для  потока воды:

 

 

где –число Рейнольдса; – характерный размер при течении потока внутри круглых труб, м; – кинематическая вязкость, м²/с.

 

 

 

Т.к. , то режим движения турбулентный, тогда число Нуссельта определяем по формуле:

 

 

где – число Прандля; - число Нуссельта.

Т.к. температура стенки трубы близка к температуре воды, полагаем Тогда формула примет вид:

 

 

 

Находим коэффициент  теплоотдачи:

 

 

 

 

 

Принимаем, что конденсируется медленно движущийся (неподвижный) пар.

Для неметаллических  жидкостей при конденсации пара на горизонтальных трубах средний коэффициент теплоотдачи (Вт/(м²·К)) определяется по формуле:

 

где – теплопроводность, плотность и кинематическая вязкость жидкой пленки при t_s; g – ускорение свободного падения; – плотность насыщенного пара; - разность энтальпий рабочего вещества на входе и на выходе из конденсатора; ; – температура насыщения; - температура стенки; – поправка на переменность физических свойств конденсата; – коэффициент, учитывающий изменение скорости пара по мере прохождения горизонтальных рядов труб и натекание конденсата с верхних рядов на нижние.

При движении пара сверху вниз

 

 

где – среднее число труб, которое находится по формуле:

 

 

где n– общее число труб;S₂ и S₂ – шаг труб по горизонтали и вертикали.

 

Общее число труб находим по формуле:

 

 

где G₁- расход воды, кг/с, который находится из формулы:

 

 

 

 

 

Тогда общее число  труб:

 

Находим среднее число  труб:

 

 

 

Вычисляем коэффициент, учитывающий изменение скорости пара по мере прохождения горизонтальных рядов труб и натекание конденсата с верхних рядов на нижние:

 

 

 

Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности  трубки при конденсации пара необходимо знать температуру поверхности стенки Т.к. значение этой величины неизвестно, то расчет проводим методом последовательных приближений. Определяем среднелогарифмический температурный напор. В конденсаторе поэтому