Расчет охладителя конденсата пара

Министерство образования Российской Федерации

Архангельский государственный технический университет

Факультет промышленной энергетики, III-2

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Курсовой проект по курсу:

«Тепломассобменное оборудование предприятий»

Расчет охладителя конденсата пара

Архангельск 2007

1. Краткое описание конструкции аппарата

Установка охладителя конденсата греющего пара какого-либо подогревателя, приводит к уменьшению количества отбираемого из турбины пара на этот подогреватель и соответствующему увеличению расхода пара из отбора с меньшим давлением. Это несколько увеличивает тепловую экономичность установки. С другой стороны, увеличивается стоимость устанавливаемого оборудования. Таким образом, определение поверхности нагрева охладителя (минимальной разности температур теплообменивающихся сред), как, впрочем, и поверхности нагрева собственно подогревателя, является технико-экономической задачей.

Охладители конденсата предназначены так же для уменьшения вскипания в трубопроводах (за регулирующим клапаном), по которым конденсат подогревателя более высокого давления перепускается в подогреватель с более низким давлением.

Охладители конденсата чаще всего устанавливаются по ходу обогреваемой воды перед подогревателем, конденсат греющего пара которого в нём охлаждается. В ряде случаев через охладитель дренажа пропускают не весь поток питательной воды; при этом другая часть байпасируется через перепускную диафрагму, сопротивление которой рассчитывается по необходимому расходу.

Горизонтальные кожухотрубчатые конденсаторы имеют широкое применение, особенно в установках средней и крупной производительности.

Схема теплообменного аппарата приведена на рисунке 1.1. горизонтальный, двухходовой по конденсату пара и воды на ХВО. Движение потоков в охладителе применяется противоточное. Конденсата движется в межтрубном пространстве, вода на ХВО-в трубном.

Горячий агент (конденсат) поступает в обечайку (1) через входной патрубок (9) и заполняет межтрубное пространство. Выводится конденсата через выходной патрубок(10).Вода на ХВО входит в водяную камеру (4) через входной патрубок (7), проходит по теплообменным трубкам (3), совершает поворот и возвращается обратно в водяную камеру и выводится через выходной патрубок (8).Необходимое число ходов в аппарате создаётся за счёт перегородки в водяной камере (6) и перегородки в межтрубном пространстве (5).

2. Расчет недостающих параметров в аппарате

Определяем теплофизические свойства теплоносителей по их средним температурам.

Средняя температура греющего теплоносителя:

;

где oC находим по таблице 12 [1] при Р=0,4 МПа;

oC,

oC.

Средняя температура нагреваемого теплоносителя:

;

где oC;

oC,

oC.

По таблице 11 [1] определяем теплофизические свойства теплоносителей и сводим их в таблицу 1.

Таблица 1. Теплофизические свойства теплоносителей

Недостающие параметры определяем из уравнения теплового баланса:

,

где Q – тепловая нагрузка аппарата (тепловая производительность), кВт;

G1 - расход греющего теплоносителя (конденсат пара), кг/с;

G2 – расход нагреваемого теплоносителя (вода на ХВО), кг/с;

, - теплоемкости греющего и нагреваемого теплоносителей соответственно, взятые по средним температурам, кДж/(кг K);

, - температуры на входе и выходе из аппарата греющего теплоносителя соответственно, oC;

,- температуры на входе и выходе из аппарата нагреваемого теплоносителя соответственно, oC;

- коэффициент удержания теплоты изоляцией;

так как теплоносители не изменяют своё агрегатное состояние, то уравнение теплового баланса оставляем в вышеприведенной форме. Определяем тепловую нагрузку аппарата, используя правую часть уравнения теплового баланса:

,

где ,

,

oC,

oC,

принимаем равным 0,98,

.

Определяем расход греющего теплоносителя, используя левую часть уравнения теплового баланса:

,

где,

,

oC,

oC,

Определяем среднелогарифмическую разность температур:

,

где - наибольшая и наименьшая разница температур.

oC

oC

из этих двух значений выбираем наибольшее и наименьшее

oC

oC

oC

Определяем температуру стенки

,

oC

по этой температуре определяем Prст=2,851 по таблице 11 [1].

3. Сравнение поверхностей теплообмена по энергетическим характеристикам

Необходимо выбрать оптимальную поверхность теплообмена из гладких труб (; ) и труб с кольцевыми выступами (d/D=0,94; t/D=0,5 ст. 375 [2]).

Рисунок 2. Труба с кольцевыми выступами и гладкая труба

Расчет теплообменника с гладкими трубами.

Принимаем скорость нагреваемого теплоносителя , равной 2 м/с.

Необходимое сечение канала можно определить из уравнения сплошности:

,

где G2 – расход греющего теплоносителя, кг/с;

-принятая скорость нагреваемого теплоносителя, м/с;

- плотность греющего теплоносителя, взятая по средней температуре, oC.

Тогда необходимое сечение канала будет:

,

где G2=121,5 кг/с;

м/с;

кг/м3

м2.

Определяем приблизительное число труб в одном ходу:

,

где м2;

м, внутренний диаметр труб.

шт.

Найдем общее число трубок:

,

где число ходов в аппарате.

шт.

Т.к. аппарат водоводяной то выбираем компоновку по концентрическим окружностям.

Точное число трубок определяем исходя из табл. 23.1 [6] шт.

Окончательное число труб принимаем:

,

где шт., количество трубок на диаметре, которое вычитается за счет перегородки.

шт.

Определяем приблизительный внутренний диаметр обечайки:

,

где S шаг разбивки труб в трубной решетке, т. к. трубы крепятся в решетке развальцовкой то

мм

коэффициент заполнения площади трубной решетки трубами (зависит от числа ходов по трубному пространству), т. к. то .

мм

Конечно диаметр принимаем по табл. 15.1 [6] Dвн=650 мм.

Далее уточняем скорость нагреваемого теплоносителя:

,

где количество труб в одном ходу

,

шт.

м/с.

Определяем площадь межтрубного сечения для греющего теплоносителя:

,

где мм толщина перегородки в межтрубном пространстве, принятая конструктивно.

м2.

Определяем скорость греющего теплоносителя в межтрубном пространстве:

,

м/с.

Определяем смоченный периметр по греющему теплоносителю:

,

мм.

Определяем эквивалентный диаметр по греющему теплоносителя:

,

мм.

В результате перерасчета задаемся другой температурой стенки oC по этой температуре определяем Prст=3,848 по таблице 11 [1].

Определим число Рейнольдса для нагреваемого теплоносителя:

,

.

Определим число Рейнольдса для греющего теплоносителя:

,

.

Определим числа Нуссельта для греющего и нагреваемого теплоносителей по формуле Михеева, так как режим течения турбулентный :

,

где - число Прандтля, принимается по таблице 1;

;

.

Определим коэффициент теплоотдачи для греющего теплоносителя:

,

Вт/(м2К).

Определим коэффициент теплоотдачи для нагреваемого теплоносителя:

,

Вт/(м2К).

Проверяем температуру стенки:

,

oC.

Полученная температура незначительно отличается от предварительно принятой.

Определим коэффициент теплопередачи:

,

где Вт/(мК) коэффициент теплопроводности трубки по табл. 7 [1],

м, толщина стенки трубки,

коэффициент загрязнения.

Вт/(м2К).

Определим расчетную поверхность теплообмена аппарата;

,

м2.

Определим активную длину трубок:

,

где средний диаметр,

м.

м.

Определим конструктивность аппарата:

,

условие соблюдается.

Принимаем скорость нагреваемого теплоносителя , равной 1 м/с.

Необходимое сечение канала можно определить из уравнения сплошности:

,

где G2 – расход греющего теплоносителя, кг/с;

-принятая скорость нагреваемого теплоносителя, м/с;

- плотность греющего теплоносителя, взятая по средней температуре, oC.

Тогда необходимое сечение канала будет:

,

где G2=121,5 кг/с;

м/с;

кг/м3

м2.

Определяем приблизительное число труб в одном ходу:

,

где м2;

м, внутренний диаметр труб.

шт.

Найдем общее число трубок:

,

где число ходов в аппарате.

шт.

Т.к. аппарат водоводяной то выбираем компоновку по концентрическим окружностям.

Точное число трубок определяем исходя из табл. 23.1 [6] шт.

Окончательное число труб принимаем:

,

где шт., количество трубок на диаметре, которое вычитается за счет перегородки.

шт.

Определяем приблизительный внутренний диаметр обечайки:

,

где S шаг разбивки труб в трубной решетке, т. к. трубы крепятся в решетке развальцовкой то

мм

коэффициент заполнения площади трубной решетки трубами (зависит от числа ходов по трубному пространству), т.к. то .

мм

Конечно диаметр принимаем по табл. 15.1 [6] Dвн=900 мм.

Далее уточняем скорость нагреваемого теплоносителя:

,

где количество труб в одном ходу

,

шт.

м/с.

Определяем площадь межтрубного сечения для греющего теплоносителя:

,

где мм толщина перегородки в межтрубном пространстве, принятая конструктивно.

м2.

Определяем скорость греющего теплоносителя в межтрубном пространстве:

,

м/с.

Определяем смоченный периметр по греющему теплоносителю: