1 Тепловий розрахунок парогенератора
1.1 Тепловий баланс парогенератора
Теплова потужність:
- економайзерної ділянки:
,
де - величина продувки; - ентальпія води на лінії насичення робочого тіла; - ентальпія живильної води ;
- випарної ділянки:
,
де - теплота пароутворення;
- загальна теплова потужність парогенератора:
.
Витрата теплоносія:
,де
- ентальпія теплоносія на вході в ПГ;
-ентальпія теплоносія на виході з ПГ; - ККД парогенератора.
Ентальпія робочого тіла на вході в міжтрубний простір поверхні нагріву:
- кратність циркуляції.
Температура робочого тіла на вході в міжтрубний простір поверхні нагріву:
.
Ентальпія теплоносія на виході з випарника:
- ентальпія теплоносія на вході в випарник.
Температура теплоносія на виході з випарника:
Рисунок 1.1 – t-Qдіаграма
1.2 Теплообмін зі сторони теплоносія.
1.2.1.Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від теплоносія до стінки труби
Коефіцієнт тепловіддачі з боку теплоносія розраховується за емпіричними залежностями. Для випадку течії однофазного середовища в трубах,
де λ-коеф.теплопровідності води,
d н і δ ст – відповідно зовнішній діаметр і товщина стінки труб, м
Число Рейнольдса
де wρ-масова швидкість теплоносія,
μ-динамічна в'язкість води, Па · с
Розглянемо 3 опорні точки теплової діаграми:
вхід теплоносія в випарну ділянку (вхід в ПГ)
вхід теплоносія в економайзерну ділянку (вихід з випарного)
вихід теплоносія з економайзерної ділянки (вихід з ПГ)
Для вказаних перерізів поверхні нагріву за заданими значеннями тиску та температури теплоносія визначимо питомий об'єм, динамічну в'язкість, коефіцієнт теплопровідності та число Прандтля:
вхід теплоносія у випарну ділянку
вхід теплоносія в економайзерну ділянку
вихід теплоносія з економайзерної ділянки
Масова швидкість теплоносія через постійність прохідного перерізу залишається постійна по всій довжині труби поверхні нагріву, тому її можна розрахувати по відомим значенням параметрів у вхідному перерізі:
Число Рейнольдса в розрахункових перерізах:
вхід теплоносія у випарну ділянку:
вхід теплоносія в економайзерну ділянку:
вихід теплоносія з економайзерної ділянки:
- зовнішній діаметр труб поверхонь нагріву; - товщина стінки труб поверхонь нагріву.
Коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки труби:
вхід теплоносія в випарну ділянку:
вхід теплоносія в економайзерну ділянку:
вихід теплоносія з економайзерної ділянки:
1.2.2.Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від труб робочому тілу
Для визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки труби до робочого тіла необхідно знати коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби, який залежить від температури стінки, яка у першому наближенні для розрахункових перерізів:
Коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби поверхонь нагріву, що залежить від температури :
вхід теплоносія в випарну ділянку:
,
,
.
вихід теплоносія з випарної ділянки:
,
,
.
Термічний опір оксидних плівок приймаємо: .
Для знаходження густини теплового потоку q та коефіцієнта тепловіддачі α2 необхідно задати k, для цього приймаємо, що α2=30 . За допомогою ітерацій ми уточнюємо величину коефіцієнта тепловіддачі з боку робочого тіла α2 та густини теплового потоку. Розрахунок вважається завершеним,коли відхилення значень питомого теплового потоку, отриманих в останніх двох ітераціях, не перевищує відхилення у 5%.
На першому ітераційному кроці коефіцієнт тепловіддачі від труб до киплячого робочого тіла:
вхід теплоносія у випарну ділянку при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:
вихід теплоносія з випарної ділянки при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на виході з випарної ділянки:
На другому ітераційному кроці коефіцієнт тепловіддачі від труб до киплячого робочого тіла:
вхід теплоносія в випарну ділянку, при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:
Розбіжність значень питомого теплового потоку:
вихід теплоносія з випарної ділянки, при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку
Розбіжність значень питомого теплового потоку:
На третьому ітераційному кроці коефіцієнт тепловіддачі від труб до киплячого робочого тіла:
вхід теплоносія в випарну ділянку, при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:
Розбіжність значень питомого теплового потоку:
вихід теплоносія з випарної ділянки, при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:
Розбіжність значень питомого теплового потоку:
Як випливає з приведених в таблиці 1.1 результатів, умова виконується вже на третьому ітераційному кроці. Отже, значення коефіцієнтів тепловіддачі від труб киплячому робочому тілу в розрахункових перерізах визначається величинами, що отриманні на цих ітераційних кроках.
Таблиця 1.1 – Результати розрахунку коефіцієнта тепловіддачи.
Номер ітераційного кроку |
Вхід теплоносія в випарну ділянку |
Вихід теплоносія з випарної ділянки |
|||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
||
|
30 |
59,73 |
64,83 |
30 |
34,47 |
35,16 |
|
|
6,62 |
7,44 |
7,52 |
6,63 |
6,82 |
6,85 |
|
|
318,4 |
357,9 |
361,7 |
145,2 |
149,36 |
150,2 |
|
|
|
0,11 |
0,01 |
|
0,028 |
0,006 |
|
|
59,73 |
64,83 |
65,31 |
34,47 |
35,16 |
35,3 |
Таким чином коефіцієнти тепловіддачі від труб робочому тілу на вході і виході з випарної ділянки відповідно дорівнюють ; .
Число труб поверхні нагріву при відомому внутрішньому діаметрі труб,
швидкості та параметрах теплоносія на вході в ці труби визначиться на основі рівняння нерозривності струменя:
1.3 Розрахунок площі поверхні нагріву та довжини труб
1.3.1 Випарна ділянка
Площа нагріву випарної ділянки розраховується як:
.
Коефіцієнт теплопередачі в розрахункових перерізах:
вхід теплоносія у випарну ділянку
вихід теплоносія з випарної ділянки
.
Усереднений коефіцієнт теплопередачі на випарній ділянці
.
Більший температурний напір
.
Менший температурний напір
.
Температурний напір на випарній ділянці
.
Розрахункова площа нагріву випарної ділянки
,
враховуючи коефіцієнт запасу
,
Довжина труб випарної ділянки
,
тут .
1.3.2 Економайзерна ділянка
Теплофізичні властивості робочого тіла визначаються в залежності від його тиску та температури:
вхід робочого тіла в економайзерну ділянку ( ; ; )
:
коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби (сталь Х18Н10Т)
,
коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби (сталь Х18Н10Т)
,
Більший температурний напір
.
Менший температурний напір
.
Температурний напір на економайзерній ділянці
.
Орієнтовно оцінюємо площу поверхні економайзерної ділянки
Приймаємо: ;
Орієнтовна площа нагріву економайзерної ділянки
,
враховуючи коефіцієнт запасу
;
Орієнтовна довжина труб економайзерної ділянки
.
Площа поверхні міжтрубного простору (з ескізу)
.
Масова швидкість робочого тіла
;
Число Рейнольдса в розрахункових перерізах:
вхід робочого тіла в економайзерну ділянку
.
При поперечному омиванні трубного пучка потоком однофазного робочого тіла коефіцієнт тепловіддачі від труби до робочого тіла дорівнює:
- при коридорному розташуванні труб
Коефіцієнт теплопередачі:
,
Розрахункова площа нагріву економайзерної ділянки
,
враховуючи коефіцієнт запасу
.
Похибка розрахунку
;
, тому довжина труб економайзерної ділянки
.
Середня довжина труб парогенератора