Расчет основных параметров подогревателей высокого давления

 

Введение


Подогреватели высокого давления

Подогреватели высокого давления предназначены для регенеративного подогрева питательной воды за счет охлаждения и конденсации пара.

Конструктивно все подогреватели высокого давления выполняются вертикальными, коллекторного типа. Поверхность теплообмена набирается из свитых в плоские спирали гладких труб наружным диаметром 32 мм, присоединенных к вертикальным раздающим и собирающим коллекторным трубам. Основными узлами подогревателя являются корпус и трубная система. Все элементы корпуса выполняются из качественной углеродистой стали 20К. Верхняя объемная часть корпуса крепится фланцевым соединением к нижней части. Гидравлическая плотность соединения обеспечивается предварительной приваркой к фланцам корпуса и днища мембран, которые свариваются между собой по наружной кромке и другими методами. Само фланцевое соединение крепится шпильками. Конструкция трубной системы включает в себя четыре или шесть коллекторных труб для распределения и сбора воды. В нижней части корпуса устанавливаются специальные развилки и тройники для соединения коллекторных труб с патрубками подвода и отвода питательной воды.

После входного патрубка поток питательной воды разветвляется по раздающим коллекторам. Диафрагмы, установленные в этих коллекторах, разделяют потоки в зонах охладителя конденсата и пара. После нагрева части потока в зоне охладителя конденсата происходит смешение его с основным потоком питательной воды. Весь поток питательной воды поступает в собирающие коллекторы, откуда одна часть ее поступает непосредственно в выходной патрубок, а другая пройдя через трубы охладителя пара.

Греющий пар подводится через паровой штуцер. При нижнем подводе паровая труба, соединяющая этот штуцер с охладителем пара, помещается

в отдельном кожухе, защищающем ее от переохлаждения. Спиральные элементы теплообменной поверхности охладителя конденсата и пара располагаются в специальных кожухах, в которых с помощью системы промежуточных перегородок в межтрубном пространстве создается направленное движение потоков пара и конденсата.

В корпусе охладителя пара перегретый пар омывает трубный пучок в несколько ходов и передает питательной воде теплоту перегрева. Из охладителя пара поток пара поступает в подогреватель и распределяется по всей высоте его поверхности. Конденсат пара с помощью перегородок, установленных в межтрубном пространстве, отводится за пределы трубного пучка и вдоль стенок корпуса стекает в охладитель конденсата. Над верхним днищем кожуха охладителя устанавливается специальная перфорированная труба, через которую из подогревателя отводятся неконденсирующиеся газы.

У ПВД горизонтального типа поверхность теплообмена представляет собой два разделенных направленных в противоположные стороны U-образных трубных пучка. В центре корпуса расположена общая цилиндрическая водяная камера с двумя трубными досками. В подогревателе отсутствует охладитель перегрева, а поверхность охладителя конденсата выделена в нижней части трубных пучков. Греющий пар поперечным потоком омывает горизонтально расположенные трубки и конденсируется на их поверхности. Конденсат пара отводится в кожух охладителя конденсата, где передает теплоту питательной воде при продольно-встречном омывании трубок.

Все подогреватели высокого давления помимо автоматического устройства регулирования уровня конденсата в корпусе, которым оснащены и ПНД, имеют также автоматическое защитное устройство. Назначение этого устройства - защита турбины от попадания воды в случае превышения уровня ее в корпусе в результате разрыва труб, появления свищей в местах сварки и других причин.

Поддержание нормального уровня конденсата в корпусе каждого из подогревателей в заданном диапазоне осуществляется регулирующим клапаном путем изменения количества конденсата, каскадно сбрасываемого в подогреватель более низкого давления. При превышении допустимого нормального уровня открывается клапан аварийного сброса конденсата. При дальнейшем повышении уровня сверх так называемого первого аварийного предела приборы защиты дают команду на включение клапана с электромагнитным приводом, закрывающего доступ питательной воды к ПВД и направляющего ее по байпасному трубопроводу в котельный агрегат. При достижении уровнем конденсата второго аварийного предела приборы защиты дают команду на отключение питательных насосов и останов энергоблока.

Защитное устройство предусматривает одно на группу ПВД. Однако подача импульсов по уровню конденсата на него предусмотрена от каждого корпуса подогревателя. При срабатывании защиты все ПВД отключаются по питательной воде.


1.Расчёт основных параметров ПВД

подогреватель давление охладитель конденсат

Параметры греющего пара: давление рп=38,9 бар; температура tп=295 0С; энтальпия iп=2945 кДж/кг;

Давление пара в собственно подогревателе: р/п=38,4 бар; температура насыщения tнс.п.=248 0С; энтальпия конденсата за собственно подогревателем iнс.п.=1076,1 кДж/кг; энтальпия пара поступающего в собственно подогреватель i/п=2802 кДж/кг; температура пара t/п=262,2 0С.

Параметры питательной воды: давление pп.в.=32 МПа; температура на входе в охладитель конденсата tв=195,6 0С; энтальпия воды на входе в охладитель конденсата

iв=834,4 кДж/кг; температура конденсата на выходе из охладителя tдр=210,10С; энтальпия

iдр=897,7 кДж/кг.

Энтальпия конденсата ПВД 9 iдр9=1065,9 кДж/кг, расход его Dп9=28,841 кг/с.

Расход пара в подогреватель:


Dп(i/п-iдр)?=Gп.в.(ic.п.-iв)


Энтальпия воды на выходе из собственно подогревателя при р=32 МПа и температура tс.п.=t//с.п.-?. При ?=4,5 0С имеем tс.п.=248-4,5=243,5 0С; iс.п.=1051,9 кДж/кг.

Расход пара в подогреватель:

Dп=420*(1051,9-834,4)*0,99/(2802-897,7))=47,491 кг/с;

Определим температуру воды на выходе из охладителя конденсата, на входе в собственно подогреватель и на выходе из охладителя пара. Из уравнения теплового баланса для охладителя конденсата:


Dп(i//с.п.-iдр)+Gп.в.(iдр9.-iдр)=Gо.д..(iо.д.-iв)

Имеем: iо.д.=iв+Dп(i//с.п.-iдр)+Gп.в.(iдр9.-iдр)?/ Gо.д.=834,4+47,491*(1076,1-897,7)*0,99/60+28,841 (1065,9-897,7)*0,99/60=1056,5 кДж/кг и tо.д.=244 0С;

Энтальпия воды на входе в собственно подогреватель:


i/о.д.=iв+Gо.д.(iо.д.-iв)/Gп.в.=834,4+60*(1056,5-834,4)/420=866,1 кДж/кг;


Температура воды на входе в собственно подогреватель: i/о.д.=203 0С;

Энтальпия воды на выходе из пароохладителя при расходе Gо.п.=0,7*Dп=

=33,24 кг/с: iп.о.=iс.п.+Dп(iп-i/п)?/Gо.п.=1051,9+47,491 (2945-2802)*0,99/33,24=1254,17 кДж/кг.

А температура: tп.о.=283,5 0С.

Тепловая нагрузка:

охладитель конденсата:


Qо.д.=Dп(i/п-iдр)?=47,491*(1051,9-834,4)*0,99=13326 кВт;


охладитель пара:


Qо.п.=Dп(iп-iо.п.)?=47,491*(2945-2802)*0,99=6723,5 кВт;


собственно подогреватель:


Qс.п..=Dп(i/п-iс.п.)?=47,491*(2802-1051,9)*0,99=81964 кВт;


2.Расчёт собственно подогревателя


Средняя логарифмическая разность температуры в подогревателе:

?tср=((t//c.п.-t/о.д.) - (tнс.п. - tс.п.))/(ln (t//c.п.-t/о.д.)/(tнс.п. - tс.п.))= ((248-203) - (248-243))/

/(ln (248-203)/(248-243,5))=17,6 0С;


Для определения коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде необходимо установить режим движения её. Скорость воды в трубах принимается в пределах 1,3-1,8 м/с.

Для скорости 1,5 м/с и соответственно средней температуре воды


?tт=(tс.п.+t/о.д.)/2=(243,5+203)/2=223,25 0С;


Соответствующие параметры:


?=1,47*10-7 м2/с;

?=0,6411 Вт/м*K;

Pr=0,885

Re=32.65*104


Коэффициент теплоотдачи ?2 для этих условий определяется:


?2=0,023*?*Re0.8*Pr0.4/d=0.023*0.6411*(32.65*104)0.8*(0.885)0.4/0.032=17632 Вт/м2*К.


Термическое сопротивление стенки труб:


Rст=?ст/?ст=5,36*10-5

При tсрст=0,5*(tн+ ?tт)=0,5*(248+223,25)=235,6 0С;


Значение коэффициента b=7932;

Отсюда: ?t= ?t1+ ?t2+ ?t3=(q/b)4/3+Rст*q+q/?2=6.5*10-6*q4/3+5.36*10-5* *q+5.67*10-5*q


При различных значениях q, строим зависимость ?t=f(q):

При ?t=17,6 0С; q=52 000 Вт/м2;



Коэффициент теплоотдачи в собственно подогревателе в этих условиях:


к= q/?t=52*103/17,6= 2954 Вт/м2

F=81964,7*103/(2 954*17.6)=1576 м2


Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счёт возможности загрязнений поверхности, коррозии и т.п. Принимаем Fс.п.=1584.

При принятой скорости воды в трубах, число спиралей собственно подогревателя:

N=Gп.в.*?/(0,785*?*dвн2)=420*0,001215/(0,785*1,5*0,0222)=895


Практически число спиралей принимается кратным произведению числа секции и числа рядов в каждой секции, т.е. 6*12=72, тогда N=864 шт.

Длина спирали в этом случае:


l=1584/(864*?*0.032)=Fс.п./(N*?*dн)=18 м


3.Тепловой расчёт охладителя пара


Тепловая нагрузка охладителя пара Qо.п.=6723 кВт, расход пара 47,491 кг/с, а расход питательной воды Gп.в.=33,24 кг/с.

Если размеры спиралей охладителей пара такие же как и в собственно подогревателе, тогда сечение для прохода пара: F=l*0.004* ? =18*0.004* 0.98=0.071 (м2).

(здесь ?=0,98 учитывает часть длины труб, участвующих в теплообмене, а 0,004 - расстояние между трубами).

При двух потоках скорость пара в охладителе:


?п=Dп*?/(2*F)=47,491*0.05889/(2*0.071)=19.7 м/с


? - средний удельный объём пара при его средней температуре.

Эквивалентный диаметр:


dэ=4*F/U=4*0.071/2=0.142 м.


Число Рейнольдса:


Re=?п*dэ/?п=19,7*0,142/(8,37*10-7)=3,34*106

т.е. значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб следует определять из выражения:


?1=0,027*?п*Re0.84*Pr0.4/dэ=0,027*0,0548*(3,34*106)0,84*(1,157)0,4/0,142=

=5260 Вт/м2 К.


При tср=(tп.о.+tc.п.)/2=(283,5+243,5)/2=263,5 0С и рп.в.=32 МПа.


Скорость воды в трубах при двухпоточной схеме принимаем равной

,5 м/с, а диаметр трубок 32*6 мм.

Тогда: Re=1,5*0,02/(0,63*10-6)=184 040 и отсюда следует, что:

?2=0,023*0,599*(184 040)0,8*(1,05)0,4/0,02=11580 Вт/м2 К.

Коэффициент теплоотдачи:

к=Вт/м2 К

Средний температурный напор в охладителе пара:

?t=0С;

Поверхность нагрева охладителя пара:

Fо.п.=6723,5*103/(18,1*1 336)=278 м2

Число змеевиков охладителя пара с учётом ?:


N=F/(?*l*?*dн)=278/(0.98*18*3.14*0.032)=182


4.Расчёт охладителя конденсата


Тепловая нагрузка охладителя конденсата Qо.д.=13326 кВт.

Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве:

t кср=((28,841*245,8+47,491*248)/76,332+210,1)*0,5=228,6 0С.

Сечение для прохода конденсатора в охладителе принимается таким же, как и в охладителе пара, т.е. 0,071 м2. Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:

?к=(76,332*0,001302)/0,071=1,39 м/с

Значение числа Рейнольдса при найденной скорости равно 84859, а коэффициент теплоотдачи:

?1=0,023*0,598*(84859)0,8*(0,87)0,4/0,142=11459,68 Вт/м2 К

Средняя разность температур в трубах охладителя:

tсро.д.=(195,6+203)/2=199,3 0С

Значение коэффициента теплопередачи от стенки к воде определяется при скорости ?в=2 м/с и температуре tсро.д.=199,3 0С:

?2=0,023*0,601*(2*0,02/(0,158*10-6))0,8*(0,93)0,4/0,02=15654 Вт/м2 К

Коэффициент теплопередачи в охладителе конденсата:

Ко.д.=Вт/м2 К

Средний температурный напор в охладителе:

?tср=0С;

Поверхность теплообмена охладителя конденсата:

Fо.д.=(13326*103)/(3152*22,3)=189,5 м2


5.Схема движения теплообменивающихся сред в ПВД


Рис. 2 а















Рис. 2 б

Схемы а) изменения температур в подогревателе,

б) движения теплообменивающихся сред в ПВД

Принципиальная схема движения теплообменивающихся сред в зонах ПВД представлена на рис. 2, б. Через охладитель конденсата проходит весь поток питательной воды или ее часть, ограничиваемая установкой шайбы.

Включение зоны охлаждения пара может быть различным. Например, возможно включение охладителя пара всех или какого-либо отдельного подогревателя параллельно по ходу воды всем или некоторым подогревателям.

Смешение потока воды, проходящего через каждый охладитель пара, с потоком питательной воды происходит на входе в паровой котел. Такая схема включения носит название схемы Рикара-Никольного. Может быть использована другая схема, когда охлаждение пара происходит потоком воды, направляемым в паровой котел после всех подогревателей (схема Виолен). Может быть применена последовательная схема включения всех зон, и возможна комбинированная схема.

Во всех случаях через охладитель пара пропускается только часть питательной воды, а другая ее часть байпасируется помимо охладителя с помощью ограничивающей шайбы.


6. Сравнение полученных результатов со справочными данными


Согласно справочным данным полная площадь поверхности теплообмена ПВД равна 1898 м2. После расчета полная площадь поверхности теплообмена ПВД получилась 2051,5 м2. Разница не очень значительна, и появилась в результате погрешностей в определении параметров пара и воды.


Введение Подогреватели высокого давления Подогреватели высокого давления предназначены для регенеративного подогрева питательной воды за счет охлажден

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ