Тепловой расчет сетевого подогревателя.

Задание

Перегретый пар с давлением р_оотбирается из турбины при температуре t_о и поступает в горизонтально расположенный кожухотрубный теплообменный аппарат (сетевой подогреватель), на трубках которого пар конденсируется при постоянном давлении (рис.6). Трубки выполнены из латуни (  = 85,5 Вт/(м·К)). Внутренний диаметр трубок d₁, мм, внешний d₂, мм. Количество трубок в теплообменнике N = 1600 штук. Расположение трубок в теплообменном аппарате шахматное (рис.7). Количество рядов трубок по вертикали   Z = 40. Внутри трубок протекает вода со скоростью . Число ходов по воде n = 2. Температура сетевой воды на входе в подогреватель = 40 ^оС. Переохлаждение конденсата отсутствует.

Коэффициент полезного действия теплообменного аппарата 0,98.

Рассчитать поверхность теплообмена сетевого подогревателя.

Рис. 6. Конденсатор паротурбинной установки

Рис. 7. Схема расположения труб в конденсаторе

Порядок теплового расчета сетевого подогревателя

1. При расчете принять, что теплофизические величины воды (n, m, l) в узком интервале температур линейно зависят от температуры. Их значения находятся по таблице (Приложение 3).

2. Записать уравнение теплопередачи через среднеинтегральный температурный напор. Выразить из этого уравнения искомую поверхность теплообмена. Для ее расчета следует найти тепловой поток, коэффициент теплопередачи и среднеинтегральный температурный напор.

3. Величину теплового потока Q_тд взять  из термодинамического расчета.

4. Для расчета среднеинтегрального температурного напора изобразить график изменения температуры теплоносителей по поверхности теплообменника.

Температура воды на выходе из сетевого подогревателя (t ₂ ^” ) находится из уравнения теплового баланса. При его записи необходимо учесть количество всех трубок в сетевом подогревателе и КПД теплообменного аппарата. Из термодинамических таблиц по давлению, которое задано, определяется температура насыщенного пара и скрытая теплота парообразования.

5. Массовый расход воды M_в находится по заданной скорости.

6. Так как (d₂/d₁)<<2, то коэффициент теплопередачи можно рассчитывать по приближенной формуле для плоской стенки.

7. Для расчета коэффициента теплоотдачи (a₁) от пара к внешней поверхности пучка труб необходимо воспользоваться формулой теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальной трубе с учетом поправки на утолщение пленки конденсата на нижележащих трубах пучка. Учесть теплоту перегрева пара. Величину теплоемкости пара брать из таблицы (Приложение 4).

Температурой стенки трубы необходимо задаться. В качестве первого приближения t_c = (t_s + t₂)/2, где t_s – температура насыщения пара, а t₂ = (t₂’ + t₂’’)/2.

8. Для нахождения коэффициента теплоотдачи (a₂) от стенки трубы к протекающей в ней воде, необходимо определить режим течения воды по величине безразмерного числа Рейнольдса, а затем, используя соответствующую формулу, рассчитать безразмерное число Нуссельта, а из него найти a₂.

9. Зная a₁ и a₂, рассчитать коэффициент теплопередачи.

10. С целью проверки правильности выбора температуры стенки вычислить плотность теплового потока (q_a) по формуле теплоотдачи и сравните с плотностью теплового потока (q_k), рассчитанного через среднеинтегральный температурный напор и коэффициент теплопередачи. Если , то значение температуры стенки выбрано правильно.

При невыполнении неравенства задаться новым значением температуры стенки трубы и выполнить расчет снова. Так до тех пор, пока неравенство выполнится. Этот процесс лучше делать с помощью персонального компьютера.

11. Зная тепловой поток, коэффициент теплопередачи и среднеинтегральный температурный напор, найти поверхность теплообмена.

12. Зная поверхность теплообмена, рассчитать общую длину труб (L).

13. Разделив общую длину труб на общее количество труб, найти длину одной трубы.