Типовой расчет по курсу: «Энергосиловое оборудование промышленных предприятий»

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра ЭПП

Типовой расчет

по курсу:

«Энергосиловое оборудование промышленных предприятий»
Студент: Миронов И.В.

Группа: ЭЛ-08-03

Преподаватель: Быстрицкий Г.Ф.
Москва, 2007 г.
Задание №1.
На основании исходных данных произвести тепловой расчет пароводяного подогревателя и определить основные конструктивные размеры.

Исходные данные на расчет приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Тип подогревателя	Пароводяной
Температура воды t^//_в/t^/_в	152/72
Давление пара, МПа	1,4
Энтальпия пара, кДж/кг	2788
Температура пара, С	194
Тепловая мощность аппарата, кВт	18500

Расчет задания №1.

Для аппаратов с изменением агрегатного состояния одного из теплоносителей (пароводяных) уравнение теплового баланса имеет вид:

, где

Q — тепловая производительность аппарата, Q = 18 500 кВт;

D — расход теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние (пара), кг/с;

i₁ — энтальпия пара, кДж/кг;

i_k –– энтальпия конденсата, кДж/кг;

— коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду (для

теплообменников = 0,97).

Из уравнения теплового баланса определим расход пара:

Энтальпия конденсата равна:

, где

— температура конденсата, = = 194°С;

— теплоемкость конденсата, определяем по данным таблицы 3 [1],

для = 194°С ; = 4,506;

Определим расход пара:

кг/с.

Для расчета поверхности нагрева подогревателя необходимо определить температурный напор :

, где

— наибольший перепад температур,

= 194 – 72 = 122°С;

— наименьший перепад температур,

= 194 – 152 = 42°С.

Отношение / = 122/42 = 2,9 > 2, следовательно, воспользоваться

упрощенной формулой для расчета температурного напора мы не можем.

Рассчитаем по приведенной выше формуле:

°С.

Термическое сопротивление загрязнений, отлагающихся на поверхности нагрева с обеих сторон:

, где

— толщины слоев загрязнений (м);

— коэффициенты теплопроводности слоев загрязнений

Для стальных труб с теплоносителями «пар — сетевая вода» термическое

сопротивление загрязнений равно:

(м²К)/Вт.

Температура стенки трубы со стороны пара:

, где

— температура насыщенного пара при расчетном давлении в

подогревателе, = 194 °С; — среднеарифметическое значение температуры воды в трубах, = (152 + 72)/2 = 112°С.

°С.

Средняя температура пленки конденсата:

°С.

По таблице 2.2 [1] и средней температуре пленки = 173 °С найдем

значения коэффициентов А, В, С, D:

А = 11418; В = 39820;

С = 10160; D = 0,007105.

Для определения фактической температуры стенки трубы необходимо

знать характер течения пленки конденсата. Его можно определить из

соотношения и . Величина определяется:

= 395 D/h, где

D — коэффициент (см. выше), D = 0,007105;

h — высота трубного пучка (длина трубки между трубными досками), h = 3 м;

= 0,007105/3 = 0,935°С.

Разность температур между стенкой трубы и паром = 42°С > = 0,935°С, следовательно характер течения пленки конденсата – смешанный.

Определим коэффициент внешней теплоотдачи от пара к стенке. Для

расчета этого коэффициента в подогревателях с трубами из углеродистой стали вводится коэффициент 0,8, который учитывающий шероховатость труб, увеличивающую толщину конденсатной пленки и снижающую коэффициент теплоотдачи.

, где

В, С — коэффициенты, выражающие значение комплекса величин и являющиеся

функциями от температуры пленки конденсата (см. выше);

h — высота трубного пучка (длина трубы между трубными досками);

— разность температур между паром и стенкой трубы,

= 194 – 153 = 41°С.

Коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны стенки рассчитывается по следующей формуле:

,где

В — коэффициент, определяемый по зависимости, представленной на стр. 22 [1],

В = 12,2;

— скорость воды в трубах, = 1 м/с;

— плотность воды при температуре 112°С, находим из таблицы 3 [1],

= 950,9 кг/м³;

d — внутренний гидравлический диаметр, d = 0,016 м.

Уточним температуру стенки трубы с учетом и .

°С.

Определим погрешность между найденными температурами стенки:

= 3,5% < 5%, то есть расхождение между предварительным и найденным значением не превышает допустимой погрешности, и новый расчет проводить не требуется.

Определим общий коэффициент теплопередачи:

, где

— коэффициенты теплоотдачи с двух сторон трубы;

— толщина стенки трубы,

= 0,002 м;

— коэффициент теплопроводности стальной трубы,

= 58 Вт/(м

);

— термическое сопротивление слоя загрязнений, отлагающихся на

поверхности нагрева с обеих сторон, = 0,00026 (м²·К)/Вт.

Вт/(м²

Из уравнения теплопередачи найдем поверхность нагрева пароводяного подогревателя:

Н = Q/(К), где

Q — тепловая производительность аппарата Q= 18500 кВт;

К — общий коэффициент теплопередачи, К = 1695 Вт/(м²);

— температурный напор, = 75,02 °С.

Н = 18500000/(1695·75,02) = 145,49 м².

Расход воды:

, где

Q — тепловая производительность аппарата, Q = 18500 кВт;

— теплоемкость воды при t = 112 °С, С₂ = 4,275 кДж/(кг К);

— начальная и конечная температура воды,

= 72°С,

= 152°С.

кг/с

Найдем объемный расход воды:

V = G/ = 54,1/950,9 = 0,0569 м³/с

Суммарное сечение труб:

F = V/, где

V — объемный расход воды, V = 0,0569 м³/с;

— скорость воды в трубах,

= 1 м/с;

F = 0,0569/1=0,0569 м².

Сечение одной трубы:

м².

Число труб:

;

Примем n = 612/2 = 306 шт. при ромбическом расположении труб, число ходов трубок z = 2.

Наружный диаметр трубки:

мм.

Шаг трубок:

мм.

Относительное значение диаметра трубной решетки в зависимости от числа трубок:

мм.

Внутренний диаметр корпуса:

,где

R=150 мм — кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом.

мм

Длина трубок:

, где

H — поверхность нагрева, м²;

d_ср— средний диаметр трубки, d_ср = (0,020-0,016)/2=0,018 м;

n — число трубок в одном ходу;

z — число ходов.

м.

Соотношение , такое значение вполне допустимо

и рассчитанный пароводяной подогреватель может использоваться в любой

водогрейной отопительной котельной.

Задание №2.
На основании заданного вида топлива произвести тепловой баланс котельного агрегата и определить КПД котла.

Исходные данные представлены в табл.2 и табл.3.

Таблица 2.

Параметр	Значение
Вид топлива	Г1 (табл.4[1])
Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах,	1,35

Таблица 3.

Наименование газопровода	Объемный состав газа, %							Теплота сгорания низшая ,мДж/м³	Плотность , кг/м³
Наименование газопровода	СH₄	С₂H₆	С₃H₈	С₄H₁₀	С₅H₁₂ и более тяжелые углеводороды	N₂	СO₂	Теплота сгорания низшая ,мДж/м³	Плотность , кг/м³
Саратов-Москва	78,2	4,4	2,2	0,7	0,2	14,2	0,1	34,2	0,879

Расчет задания №2.

По формулам, представленным в таблице 3.1 [1], определим объемы

воздуха и продуктов полного сгорания. Влагосодержание воздуха примем

d =10 г/м³, коэффициент избытка воздуха = 1,2-1,25 — принимаем = 1,2.

Расчет параметров продуктов сгорания.

Теоретически необходимое количество воздуха:

, где:

d_В– 10 г/м³- влагосодержание воздуха;

=8,8825 нм³/ нм³.

Действительное количество воздуха:

, где:

– коэффициент избытка воздуха;

нм³/ нм³

Количество продуктов полного сгорания:

=1,116 нм³/ нм³;

=1,963 нм³/ нм³;

=0,373 нм³/ нм³;

=8,563 нм³/ нм³.

Полный объем продуктов сгорания:

= 12,015 нм³/ нм³.

Процентный состав продуктов сгорания:

;

;

;

.

Энтальпии уходящих газов по приложению 6[1] стр.43, (температура уходящих газов принимается равной 150^оС):

;

Энтальпии продуктов сгорания:

=2493,5 кДж/нм³.
Тепловой баланс котельного агрегата.

Уравнение теплового баланса котельного агрегата, в качестве топлива для которого используется природный газ:

, где

— располагаемая теплота;

— теплота, полезно воспринятая в котельном агрегате;

— потери тепла с уходящими газами;

— потери от химического недожога топлива;

— потери тепла в окружающую среду;

При составлении уравнения теплового баланса не учитывались составляющие — потери от механического недожога топлива и Q₆ — потери с физическим теплом жидкого шлака, т.к. они равны нулю для котельного агрегата на газообразном топливе.

По таблице приложения 5[1] для газа Г1:

кДж/м³,

где — низшая теплота сгорания, =34,2·10³кДж/кг

ρ — плотность газа, ρ=0,879 кг/ м³

Приняв располагаемое рабочее тепло за 100%, представим уравнение

теплового баланса в виде:

100% = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ = q₁ + .

Потери тепла от химической неполноты сгорания q₃ определим по таблице 3.2[1] для камерной топки на природном газе:

q₃ = 1%

Потеря тепла с уходящими газами определяется следующим образом:

где

–– энтальпия уходящих газов, = 2493,5 кДж/нм³;

— коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, = 1,38;

— энтальпия холодного воздуха, проникающего в топку и газоходы из-за разности давлений, = , энтальпия сухого воздуха, по табл. 6 [1]:

= 26кДж/м³,

=8,8825= 230,95кДж/кг;

%.

Потери тепла котельным агрегатом в окружающую среду q₅ найдем по

графику рис.3.2 из [1], при паропроизводительности D = 9,966 кг/с (см. выше):

q₅= 1%.

Далее определим брутто коэффициент полезного действия котельного

агрегата:

= q₁ = 100 –

= 100 –

= 100 – (7,235 + 1 + 1) = 90,77%

Выбор котельного агрегата.

Выберем котельный агрегат по следующим параметрам (табл. 7 [1]):

Параметры

Расчетные

Стандартные

Давление пара, МПа

1,4

1,4

Энтальпия, кДж/кг

2788

2788

Температура пара,

194

194

Темп. питательной воды,

112

100

Паропроизводительность, кг/с

9,966

9,72

Выбираем котельный агрегат марки Е – 35 – 14.

А-А

Поверхность нагрева Н = 145,49 м²;

Число труб в одном ходу в теплообменнике n = 306;

Число ходов z = 2;

Наружный/внутренний диаметр трубки d = 20/16 мм.
Рис.2. Кожухотрубчатый теплообменник.
Список литературы

«Энергоснабжение промпредприятий», учебное пособие, Быстрицкий Г.Ф., М.: МЭИ, 1984г.
«Энергосиловое оборудование промышленных предприятий»,

Г.Ф. Быстрицкий, М.: Издательский центр «Академия», 2003г.

скачать