Тепловой расчет подогревателя питательной воды низкого давления (ПНД)

Назначение регенеративных подогревателей питательной воды низкого давления и подогревателей сетевой воды. Использование в качестве греющей среды пара промежуточных отборов турбин для снижения потерь теплоты в конденсаторах. Повышение термического КПД.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Цель: овладение студентами методами расчета процессов теплоотдачи и теплопередачи в пароводяных теплообменных аппаратах. Знакомство в ходе этих расчётов с влиянием на интенсивность теплоотдачи при конденсации пара, турбулизации режима стекания плёнки конденсата на вертикальных трубах и с влиянием скорости поперечного потока пара, проходящего через пучок горизонтальных труб. В расчётах по всем трём заданиям работы применяются методы последовательных приближений и графоаналитический метод, которые широко применяются в расчётной практике. Закрепление навыков в работе со справочным материалом, в том числе с таблицами теплофизических свойств воды и водяного пара. Выполнение дополнительных заданий позволяет развить представления о влиянии различных факторов на интенсивность процессов теплообмена и о возможных направлениях их интенсификации.

Общие сведения

Назначение регенеративных подогревателей питательной воды низкого давления и подогревателей сетевой воды - использование в качестве греющей среды пара промежуточных отборов турбин для снижения потерь теплоты в конденсаторах и повышение термического КПД тепловых электрических станций и ТЭЦ.

Вертикальные пароводяные теплообменные аппараты

Подогреватели питательной воды низкого давления (ПНД)

На отечественных турбоустановках используются, главным образом, поверхностные подогреватели питательной воды вертикального типа [2, 3, 4]. Один из таких подогревателей, ПН-700-29-7-1 представлен на рис.1. Маркировка подогревателей отражает следующие данные: буквенное обозначение - назначение аппарата (ПН - подогреватель питательной воды низкого давления), первое число - площадь поверхности теплообмена (700 м2), второе и третье числа соответственно - давление воды в трубах и пара в корпусе аппарата, кгс/м2 (29 и 7), четвёртое число - модификация аппарата (1). В качестве греющей среды используется перегретый пар промежуточных отборов турбин. В некоторых случаях, при высокой максимальной температуре пара в подогревателях предусмотрен специальный отсек для охлаждения перегретого пара (ОП). В этом отсеке, площадь поверхности теплообмена которого обычно не превышает 10 - 15% от всей поверхности теплообмена, пар охлаждается до температуры, превышающей температуру насыщения на 10 - 15 °С. Большая часть подогревателей состоит только из одной секции теплообмена - зоны конденсации пара (КП), где происходит охлаждение пара и его полная конденсация на наружной поверхности вертикальных труб, внутри которых движется нагреваемая питательная вода.

Вода (основной конденсат) поступает по патрубку А в водяную камеру 1, которая имеет перегородки для организации многоходового движения воды. Число ходов воды в U-образных трубках 4 ПНД обычно - четыре или шесть. Концы трубок завальцованы в трубной доске 2, которая жёстко прикреплена к корпусу 3 и подвешена на своде водяной камеры с помощью анкерных болтов. Подогретая питательная вода выходит из водяной камеры по патрубку Б, на рис.1 он показан в створе с патрубком А. Пар поступает в подогреватель по патрубку В.

Давление пара в ПНД не должно превышать на ТЭС 0,98 МПа, а на АЭС - 1,57 МПа, а нагреваемого конденсата на ТЭС - 3,14 МПа, а на АЭС - 4,12 МПа [4]. Трубная система 4 набирается из U - образных трубок диаметром 16 и с толщиной стенки 1 мм. Внутри корпуса установлены промежуточные перегородки для организации поперечного многоходового движения пара. На рис.1 показан также патрубок Д для поступления дренажа из других ПНД. В расчётах по данной работе теплообмен при смешивании конденсатов не рассматривается.



Рис 1. Подогреватель низкого давления ПН-700-29-7-1

А, Б - вход и выход нагреваемого конденсата, В - вход греющего пара, 1 - водяная камера, 2 - трубная доска, 3 - корпус, 4 - трубы, 5 - перегородки трубной системы, Д - подвод конденсата других ПВД, Г - отвод конденсата пара.

Тепловой расчет подогревателя питательной воды низкого давления

(1 приближение)

Условие:

Питательная вода при давлении и с расходом и скоростью подаётся в подогреватель низкого давления (ПНД) с температурой и, совершив по латунным трубам (латунь Л68, , диаметр 16x1 мм) ходов, выходит из аппарата с температурой .Греющей средой является перегретый пар с давлением и температурой , который проходит в межтрубном пространстве и конденсируется на наружной поверхности труб.

Задание

Определить площадь поверхности теплообмена подогревателя, количество и длину труб, диаметр корпуса аппарата. Теплопотери с наружной поверхности подогревателя принять равными 1% теплоты, отдаваемой паром.

Дополнительное задание:

Выполнить уточненный расчет с учетом перегрева пара. Определить площади зон охлаждения и конденсации пара.

Исходные данные:

Греющая среда - пар	Нагреваемая среда - питательная вода
0,6	310	3,2	538	2,0	122	153	4

Расчет:

I) Расчет выполняем по методу последовательных приближений

1. Тепловой поток, воспринимаемый водой:

, где

- средняя массовая изобарная теплоёмкость в данном интервале изменения температуры.

в табл. 1, прил. 2 - «Физические свойства воды на линии насыщения».

2. Тепловой поток, отдаваемый паром при конденсации найдём из уравнения теплового баланса:

.

Так как в аппарат поступает перегретый пар, а из аппарата выходит конденсат при температуре насыщения , то тепловой поток, отдаваемый паром при конденсации, может быть определен по уравнению:

, где

- значение энтальпии перегретого пара при

- значение энтальпии конденсата при

3. Определим расход пара:

,

4. Средний температурный напор:

,

где - температура насыщения (находится по давлению пара в табл. 2, прил. 2 - «Физические свойства водяного пара на линии насыщения»).

5. Количество труб в одном ходе воды определяем из уравнения неразрывности потока:

,

где - плотность воды при средней температуре по табл. 1, прил. 2.

Для одного хода :

.

Для четырех ходов :

.

6. Принимаем коэффициент теплопередачи

Площадь поверхности теплообмена:

.

7. Длина труб:

.

Графо-аналитический метод расчета

(2 приближение)

Применение этого метода обусловлено тем, что температура наружной поверхности неизвестна, что затрудняет определение плотности теплового потока.

1. Плотность теплового потока можно определить по формуле:

,

где , , - константы.

Характеристики конденсата , , , найдём по табл. 1, прил. 2 физических свойств воды при температуре насыщения:

(В данной курсовой работе , , взяты при средней температуре воды )

- плотность конденсата

- теплопроводность

- кинематическая вязкость

Характеристики пара , найдём по табл. 2, прил. 2 физических свойств водяного пара на линии насыщения

- плотность водяного пара

теплота парообразования при ,

2. Принимаем . Находим константы , , и определяем значения ,,:

3. Определим коэффициент теплоотдачи:

Находим число Рейнольдса:

устойчивый турбулентный режим

Т. к. , то для расчётов используем уравнение теплоотдачи Михеева И. М. Берём поправку Михеева И. М. равной единице, так как температуры воды и стенки близки:

Подставим найденные значения в уравнение коэффициента теплоотдачи:

.

.



4. Задаемся плотностью потока с шагом 10 и получаем ряд значений частных температурных напоров ,, и суммарный температурный напор в соответствии с уравнением . Полученные данные заносим в таблицу, после чего строим график зависимости . Проектируем на кривую зависимости и получаем искомое значение плотности теплового потока.

Таблица 1

Зависимость температурных напоров от плотности теплового потока:

	30	40	50	60	70	80	90	100
	4,9572	7,2749 <... Другие файлы: Тепловой расчет вертикального подогревателя низкого давления Назначение регенеративных подогревателей питательной воды. Использование в качестве греющей среды пара промежуточных отборов турбин. Определение и рас... Расчет подогревателя низкого давления Понятие о коэффициенте теплоотдачи. Основные положения конструктивного расчёта подогревателя низкого давления. Рекомендации по проведению теплового, к... Исследование режимов работы теплофикационного энергоблока (вариант 54) Система регенерации турбины предназначена для подогрева основного конденсата и питательной воды. Она состоит из 4-х подогревателей низкого давления(ПН... Исследование режимов работы теплофикационного энергоблока (Вариант 24) Система регенерации турбины предназначена для подогрева основного конденсата и питательной воды. Она состоит из 4-х подогревателей низкого давления(ПН... Расчет подогревателя высокого давления для турбинной установки Т-110120-130 Краткое описание тепловой схемы турбины Т-110/120–130. Типы и схемы включения регенеративных подогревателей. Расчет основных параметров ПВД: греющего...