Пример расчета регенеративного пвд

Пример теплового  расчета регенеративного подогревателя высокого давления №8 блока К-500-240.

Исходные данные:

Параметры греющего пара: давление =3,89 МПа; температура =295^оС. Падение давления на каждый элемент подогревателя принять равным 0,05 МПа. Температуру пара, поступающего в собственно подогреватель принять равной 262,2^оС (принята из условия исключения конденсации пара в охладителе пара).

Параметры питательной воды: давление =32 МПа; температура на входе в охладитель конденсата (дренажа) =195,6^оС; Температура конденсата на выходе из охладителя конденсата =210,1^оС. Энтальпия конденсата, поступающего из ПВД-9 =1100 кДж/кг, его расход =28,841 кг/сек.

В охладитель конденсата поступает  часть питательной воды с расходом =60 кг/сек. Через собственно подогреватель проходит вся питательная вода с расходом =420 кг/сек. Расход воды через охладитель пара принимаем равным 70% расхода пара, поступающего в подогреватель.

Трубы подогревателя диаметром 32 5 мм, материал труб — латунь.

КПД подогревателя принять  равным =0,99.

Решение:

 

Рис. Принципиальная схема регенеративного  подогревателя и графики температур нагреваемой воды и греющего пара.

 

1) Определяем по таблицам свойств воды и водяного пара параметры характерных точек:

Энтальпия греющего пара (по давлению и температуре) =2951 кДж/кг.

Температура насыщения (по давлению в собственно подогревателе) =248^оС.

Энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем =1075,7 кДж/кг.

Энтальпия пара, поступающего в собственно подогреватель (по температуре насыщения) =2802 кДж/кг.

Энтальпия воды на входе  в охладитель конденсата (по давлению и температуре) =847 кДж/кг.

Энтальпия конденсата на выходе из охладителя конденсата: =899 кДж/кг.

2) Расход пара в  подогреватель обычно известен  из расчета тепловой схемы  или определяется из уравнения  теплового баланса при заданных  параметрах (для всего или отдельных  элементов).

Уравнение теплового баланса для охладителя дренажа и собственно подогревателя:

 

Энтальпия воды на выходе из собственно подогревателя определяется при  =32 МПа и температуре , где — минимальный температурный напор в собственно подогревателе (принимаем равным 4,5^оС). Тогда имеем  и =1058,8 кДж/кг.

Расход пара в подогреватель:

 кг/сек.

Используя полученный расход пара, определяют температуру воды на выходе из охладителя конденсата, на входе в собственно подогреватель и на выходе из охладителя пара.

Уравнение теплового баланса для  охладителя конденсата (дренажа):

.

Откуда:

 

Температура воды на выходе из охладителя конденсата: .

Так как поток воды, прошедший  через охладитель дренажа, перед  поступлением в собственно подогреватель  смешивается с основным потоком  воды, то энтальпия воды на входе  в собственно подогреватель будет определяться выражением:

 

Температура воды на входе в собственно подогреватель  .

Расход воды через охладитель пара:

Уравнение теплового баланса для охладителя пара:

.

Тогда энтальпия воды на выходе из охладителя пара:

, а температура  =288,5^оС.

Энтальпия воды на выходе из всего  подогревателя:

, температура  =247^оС.

Тепловая нагрузка охладителя конденсата определяется по формуле:

.

 кВт.

Тепловая нагрузка собственно подогревателя:

 кВт.

Тепловая нагрузка охладителя пара:

 кВт.

Полный поток теплоты в подогревателе:

 кВт.

Расчет собственно подогревателя.

Определяем температурные напоры в собственно подогревателе:

Среднелогарифмическая разность температур:

Для определения коэффициента теплоотдачи  от стенок труб к воде, необходимо установить режим ее движения. Скорость воды в трубах подогревателя принимается равной 1,3…1,8 м/сек. Принимаем скорость в трубах равной 1,5 м/сек.

Средняя температура  воды . При этой температуре коэффициент кинематической вязкости воды , коэффициент теплопроводности воды ; число Прандтля .

Число Рейнольдса:

, где  — внутренний диаметр труб подогревателя.

– турбулентный режим течения, следовательно, для расчета коэффициент теплоотдачи от трубы к потоку воды используется следующее критериальное уравнение:

Сомножителем, взятым в  скобки, который характеризует дополнительную турбулизацию потока за счет его поворота, можно пренебречь ввиду его близости к единице, тогда:

Коэффициент теплоотдачи  от трубы к потоку воды равен:

Средняя температура стенки трубы:

При этой температуре коэффициент  теплопроводности латуни равен  .

Термическое сопротивление стенки трубы равно:

Теплообмен между конденсатом  пара и стенкой трубы рассматривается  как пленочная конденсация чистого  медленно движущегося пара.

Выражение для плотности  теплового потока можно записать в виде

, где  — комплекс физических величин, который зависит от коэффициента теплопроводности и плотности конденсата, от плотности пара, от коэффициента динамической вязкости конденсата, удельной теплоты конденсации пара, от расположения труб в подогревателе, от шероховатости и загрязнения внешней поверхности труб подогревателя. Для данного подогревателя это значение при средней температуре стенки экспериментально установлено и равно =7932.

Тогда выражение для коэффициента теплоотдачи от пара к трубам будет  выглядеть следующим образом:

Из выражения для плотности  теплового потока можно выразить :

, и, учитывая, что значение , а получаем:

.

Подставляя в данное уравнение  численные значения, получим следующее уравнение:

.

Принимая различные  значения , находим соответствующее значение . Результаты сводим в таблицу.

30000	9,86
35000	11,87
40000	13,94
45000	16,07
50000	18,26
55000	20,49

С помощью линейной аппроксимации  находим, что при .

Коэффициент теплопередачи  в собственно подогревателе в  этих условиях равен:

.

Поверхность нагрева  собственно подогревателя:

Практическая поверхность  нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнений поверхности, коррозии и т.п. Принимаем

При принятой скорости воды в трубах число спиралей собственно подогревателя:

шт., где  =0,00116 м³/кг — удельный объем воды.

Практически число спиралей принимается кратным произведению числа секций и числа рядов  в каждой секции, т.е. 6*12=72. Тогда N=864 шт. Длина каждой спирали в этом случае:

В заключение теплового расчета собственно подогревателя рекомендуется уточнить температуру, при которой были определены физические параметры:

Отклонение от принятого  значения равно 1,4^оС, что вполне допустимо.

Тепловой расчет охладителя пара.

Если размеры спиралей охладителя пара такие же, как и  в собственно подогревателе, тогда  сечение для прохода пара равно:

,

Где — коэффициент, учитывающий часть длины труб, участвующую в теплообмене, =0,98.

0,004 — расстояние между  трубами.

При двух потоках скорость пара в охладителе:

, где  — удельный объем пара, определяется при средней температуре пара.

=0,056226 м³/кг.

Определяем эквивалентный  диаметр для прохода пара

,

Где — смоченный периметр, для данного подогревателя =2 м.

Кинематическая вязкость пара при средней температуре  .

Число Рейнольдса:

, т.е. режим течения пара  турбулентный. Критериальное уравнение  для расчета коэффициента теплоотдачи пара будет выглядеть следующим образом:

.

Число Прандтля равно  =1,1922; коэффициент теплопроводности пара равен 0,04922 .

.

Коэффициент теплоотдачи  пара:

Средняя температура  воды:

Коэффициент кинематической вязкости воды 1,321*10^-7; число Прандтля равно 0,789.

Скорость движения воды в трубах при двухпоточной схеме  принимаем равной 1,5 м/сек.

Число Рейнольдса:

, т.е. режим движения воды  в трубах развитый турбулентный. Критериальное уравнение для  расчета теплоотдачи от стенок  труб к воде будет выглядеть  следующим образом:

 

Коэффициент теплопроводности воды равен 0,6332 .

Коэффициент теплоотдачи  от стенок к воде равен:

Средняя температура  стенки:

Коэффициент теплопроводности латуни при этой температуре равен 123,3 .

Определяем коэффициент  теплопередачи:

.

Определяем температурные  напоры в охладителе пара:

Среднелогарифмическая разность температур:

Поверхность нагрева  охладителя пара:

Число змеевиков охладителя пара:

.

Расчет охладителя конденсата.

Средняя температура  конденсата в межтрубном пространстве:

Сечение для прохода  конденсата в охладителе принимаем  таким же, как и в охладителе пара. Удельный объем конденсата при средней температуре равен 0,0012056 м³/кг. Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:

Коэффициент кинематической вязкости конденсата 1,41*10^-7 , число Прандтля равно 0,85; коэффициент теплопроводности 0,641 .

Число Рейнольдса:

.

Число Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи  пара:

Средняя температура  воды:

Коэффициент кинематической вязкости воды 1,49*10^-7; число Прандтля равно 0,843.

Скорость движения воды в трубах принимаем равной 2 м/сек.

Число Рейнольдса:

, т.е. режим движения воды  в трубах развитый турбулентный. Критериальное уравнение для расчета теплоотдачи от стенок труб к воде будет выглядеть следующим образом:

 

Коэффициент теплопроводности воды равен 0,676 .

Коэффициент теплоотдачи  от стенок к воде равен:

Средняя температура  стенки:

Коэффициент теплопроводности латуни при этой температуре равен 123,3 .

Определяем коэффициент  теплопередачи:

.

Определяем температурные напоры в охладителе дренажа:

Среднелогарифмическая разность температур:

Поверхность нагрева  охладителя дренажа:

Таким образом в результате расчета  получено:

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1.1. Произвести тепловой расчет подогревателя высокого давления блока К-500-240 (необходимые данные взять из примера) если температура греющего пара увеличится на 20^оС.

Задача 1.2. Произвести тепловой расчет подогревателя высокого давления блока К-500-240 (необходимые данные взять из примера) если увеличится энтальпия дренажа, сливаемого из вышестоящего подогревателя (ПВД-9)  =1200 кДж/кг.

Задача 1.3. Произвести тепловой расчет подогревателя высокого давления ПВД№3 блока К-500-240, при следующих исходных данных:

давление отбора – p_п=6,13 МПа;

температура пара – p_п=346 ^оС;

Падение давления на каждый элемент подогревателя принять  равным 0,05 МПа.

Параметры питательной  воды: давление =32 МПа; температура воды на выходе из охладителя пара =276 ^оС; расход питательной воды G=458 кг/с

Температура конденсата на выходе из охладителя дренажа =255^оС.

В охладитель дренажа поступает часть питательной воды =0,15G. Расход воды через охладитель пара принять равным 30% расхода питательной воды.

Трубы подогревателя  диаметром 32 5 мм, материал труб — Сталь 20.

КПД подогревателя принять  равным =0,99; стоимость топлива 15 р/т.