Пример теплового расчета подогревателя низкого давления
Описание расчета в модуле "Теплообменные аппараты ТЭС"
Электронной энциклопедии энергетики - см.
www.trie.ru
Исходные данные для расчета (подправьте их и в конце нажмите кнопку Recalculate)
1. Параметры греющего пара
-
давление в собственно подогревателе:
2. Параметры нагреваемого
конденсата
-
температура на входе в подогреватель:
3. Дополнительные данные
-
недогрев до температуры насыщения:
-
коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду:
-
принятый коэффициент теплопередачи в подогревателе:
-
критическое значение числа Рейнольдса:
-
теплопроводность металла труб:
4. Основные размеры подогревателя
-
внутренний диаметр трубок:
-
коэффициент заполнения трубной доски:
-
скорость движения воды в трубках:
-
активные длины труб в отсеках подогревателя:
1. Определение параметров воды и пара в подогревателе
1.1. Энтальпия греющего пара
где:
1.2. Температура насыщения пара в подогревателе
где:
1.3. Энтальпия конденсата греющего пара
где:
1.4. Температура основного конденсата за подогревателем
где:
1.5. Энтальпия основного конденсата на выходе из подогревателя
где:
1.6. Энтальпия основного конденсата на входе в подогреватель
где:
1.7. Средняя температура (расчетная) основного конденсата в подогревателе
где:
1.8. Параметры основного конденсата в подогревателе при средней температуре
где:
1.9. Параметры воды/пара при температуре насыщения греющего пара
-
динамическая вязкость воды на линии насыщения:
-
удельная теплота парообразования:
-
удельная теплопроводность воды на линии насыщения:
-
кинематическая вязкость воды на линии насыщения:
где:
2. Общий расчет подогревателя
2.1. Расход греющего пара, поступающего в подогреватель
Определяем из уравнения теплового баланса подогревателя:
где:
-
расход основного конденсата:
-
энтальпия основного конденсата за подогревателем:
-
энтальпия основного конденсата на входе в подогреватель:
-
энтальпия греющего пара на входе в подогреватель:
-
энтальпия конденсата греющего пара:
-
кпд теплообменника:
2.2. Количество теплоты, передаваемое греющим паром в подогревателе
где:
-
расход греющего пара:
-
энтальпия греющего пара на входе в подогреватель:
-
энтальпия конденсата греющего пара:
-
кпд теплообменника:
2.3. Среднелогарифмический температурный напор
где:
-
температура насыщения греющего пара в подогревателе:
-
температура основного конденсата на входе в подогреватель:
-
температура основного конденсата на выходе из подогревателя:
2.4. Требуемая площадь поверхности подогревателя
При принятом коэффициенте теплопередачи в подогревателе и исходных данных необходимая площадь поверхности теплообмена определяется как:
где:
-
количество переданной теплоты:
-
принятый коэффициент теплопередачи:
-
среднелогарифмический температурный напор:
С учетом рассчитанной площади поверхности теплообмена принимаются основные размеры подогревателя и его тип:
-
ПНД с одной трубной доской;
-
U-образные латунные трубки;
-
шахматное расположение труб.
2.5. Число параллельных труб по ходу воды
Определяется из условия пропуска всего потока основного конденсата при принятом внутреннем диаметре труб и скорости движения воды. Должно быть целым числом, поэтому округляем:
где:
-
расход основного конденсата через подогреватель:
-
удельный объем основного конденсата в подогревателе:
-
принятая скорость воды в трубках:
-
внутренний диаметр труб:
2.6. Общее число трубных концов, развальцованных в трубной доске
При принятом четырехходовом движении воды:
где:
-
число параллельных труб по ходу воды:
2.7. Площадь трубной доски, занятая трубами
где:
-
общее число трубных концов, развальцованное в трубной доске:
-
наружный диаметр труб:
-
принятый коэффициент заполнения трубной доски:
2.8. Средняя длина труб
где:
-
рассчитанная требуемая площадь поверхности теплообмена:
-
число параллельных труб по ходу воды:
-
наружный диаметр труб:
2.9. Средняя активная длина труб
Рассчитываемый подогреватель имеет несколько отсеков, длина труб в каждом из которых различная. Для дальнейших расчетов необходимо знание средней активной длины труб в отсеках.
где:
-
активные длины труб в отсеках подогревателя:
2.10. Число Рейнольдса для пленки конденсата на нижней кромке поверхности
где:
-
количество переданной теплоты:
-
рассчитанная требуемая площадь поверхности теплообмена:
-
средняя активная длина труб в отсеках подогревателя:
-
теплота парообразования при температуре насыщения греющего пара:
-
динамическая вязкость пленки конденсата:
2.11. Средний коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке
Рассчитанное число Рейнольдса для пленки конденсата: 
. Полученное значение меньше критического 
, поэтому режим течения – ламинарный и коэффициент теплоотдачи:
где:
-
теплопроводность конденсата:
-
ускорение свободного падения:
-
кинематическая вязкость конденсата:
-
число Рейнольдса для пленки конденсата:
2.12. Число Рейнольдса для основного конденсата
где:
-
принятая скорость движения основного конденсата в трубках подогревателя:
-
внутренний диаметр стенок подогревателя:
-
кинематическая вязкость основного конденсата:
2.13. Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к основному конденсату
Рассчитанное число Рейнольдса для течения основного конденсата: 
. Полученное значение больше критического 
, поэтому режим течения – турбулентный и число Нуссельта:
где:
-
число Рейнольдса для течения основного конденсата в трубках:
-
число Прандтля для воды при средней температуре основного конденсата:
. Средняя температура стенки примерно равна температуре основного конденсата, поэтому при расчете числа Нуссельта использовалось число Прандтля для средней температуры основного конденсата.
2.14. Средний коэффициент теплоотдачи от стенки труб к основному конденсату
где:
-
число Нуссельта для основного конденсата:
-
теплопроводность воды при средней температуре основного конденсата:
-
внутренний диаметр труб:
2.15. Коэффициент теплопередачи от греющего пара к основному конденсату
-
коэффициент теплоотдачи от конденсата греющего пара к стенке:
где:
-
толщина стенок труб:
-
теплопроводность металла труб:
-
внутренний диаметр труб:
-
наружный диаметр труб:
-
коэффициент теплоотдачи от стенки к основному конденсату:
Расхождение с ранее принятым:
где:
3. Результаты расчета
3.1. Тепловая нагрузка подогревателя
3.2. Площадь поверхности нагрева
3.3. Среднелогарифмический температурный напор
3.4. Коэффициенты теплопередачи
3.5. Температурный график
Список литературы
-
Стерман Л.С., Лавыгин В.М., Тишин С.Г. Тепловые и атомные электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1996.
-
Кутепов A.M., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М.: Высшая школа, 1983.
-
Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1998.
Copyright (c) 2000 Konstantin Orlov & Valery Ochkov
