Расчет прямоточного парогенератора

 

СОДЕРЖАНИЕ

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

.РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНИВАЮЩИХСЯ СРЕД ПО УЧАСТКАМ

.1 Параметры рабочей среды

.2 Параметры теплоносителя

.ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ t-Q

.КОМПАНВОКА ЗМЕЕВИКОВ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

.1 Основные параметры змеевиковой поверхности

.2 Выбор материалов и конструктивных размеров

.3 Распределение трубок по слоям навивки

.РАСЧЕТ ЭНОМАЙЗЕРНОГО УЧАСТКА

.1 Параметры питательной воды и коэффициент теплоотдачи от стенок к питательной воде

.2 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

.3 Расчет площади поверхности нагрева

.РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

.1 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

.2 Параметры кипящей среды и коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде

.РАСЧЕТ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

.1 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

.2 Параметры перегретого пара и коэффициент теплоотдачи от стенки к пару

.3 Площадь поверхности нагрева пароперегревательного участка

.РАСЧЕТ МАССОГАБАРИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ПАРОГЕНЕРАТОРА

Список используемой литературы

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

При разработке нового парогенератора (ПГ) двухконтурной ЯППУ выполняют конструкторский расчет, который основывается на исходных данных о параметрах пара и теплоносителя, а также о паропроизводительности или тепловой мощности ПГ. Кроме того, должен быть задан или принят тип ПГ по принципу циркуляции рабочей среды.

Конструкторский расчет подразделяется на следующие этапы:

тепловой расчет;

конструкционный расчет;

гидродинамический расчет;

расчет на прочность.

Для проведения теплового расчет принимают принципиальную тепловую схему ПГ, которая дает наглядное представление о взаимном размещении элементов ПГ по ходу движения теплоносителя и рабочей среды, а также об изменении параметров сред. В результате выполнения теплового расчет определяются размеры теплопередающих поверхностей элементов ПГ.

Конструкционный расчет включает в себя выбор материала и размеров труб, формы поверхности теплообмена (змеевиковой, прямотрубной и т.п.), диаметров коллекторов, патрубков, корпуса. На этом же этапе производится компоновка трубной системы ПГ.

Гидродинамический расчет основывается на данных предыдущих этапов проектирования по конструктивным размерам элементов ПГ и по параметрам теплообменивающих сред. Результатом гидродинамического расчета являются данные об изменении давления по участками ПГ и затраты мощности на прокачку теплоносителя и рабочей среды.

В результате расчета на прочность определяются размеры деталей (в основном толщины), обеспечивающие их прочность.

В данной работе производится расчет обогреваемого водой под давлением прямоточного ПГ, со змеевиковой трубной системой и движением теплоносителя в межтрубном пространстве. Расчет прямоточного ПГ ведется по отдельным участкам: экономайзерному, испарительному и пароперегревательному.

Принципиальная тепловая схема прямоточного ПГ представлена на рис. 1

Исходные данные для расчета ПГ являются:

1.Паропроизводительность ПГ ( D,кг/с)…………….16

.Параметры генерируемого пара:

давление ( Рпп, МПа)……………………………………...3

температура (tпп, 0С) ………………………………………305

.Температура питательной воды (tпв, 0С) ……………108

.Параметры теплоносителя:

давление (Рт, МПа)…………………………………………14

температура на входе в ПГ (t/т, 0С)………………………..325

температура на выходе из ПГ (t//т, 0С)…………………….295

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНИВАЮЩИХСЯ СРЕД ПО УЧАСТКАМ

.1 Параметры рабочей среды

№ п/пНаименование величиныОбоз-ниеРазмерностьФормула или источникЧисловое значение1Гидравлическое сопротивление ПГ?рпгМПаПринять в пределах 0,3-0,60.32Гидравлическое сопротивление пароперегревательного участка?рппМПа(0,5-0,6) ?рпг0.1753Гидравлическое сопротивление испарительного участка?рисМПа(0,4-0,45) ?рпг0.1264Гидравлическое сопротивление экономайзерного участка?рэкМПа(0,01-0,02) ?рпг0.00125Давление на выходе из испарительного участкаМПарпп+ ?рпп3.1756Давление на входе в испарительный участокМПа+ ?рис3.37Давление на входе в парогенераторрпвМПа+ ?рэк3.30228Температура на выходе испарительного участка0Сts () [I]….[3]235.99Температура на входе в испарительный участок0Сts () [I]….[3]23810Энтальпия перегретого пара ?пп кДж/кг? (tпп, рпп) [2]….[3]301111Энтальпия насыщенного паракДж/кг() [I]….[3]280312Энтальпия насыщенной водыкДж/кг() [I]….[3]102713Энтальпия питательной воды?пвкДж/кг(tпв,рпв) [2]….[3]455.514Тепловая мощность ПГQпгкДж/с4088815Тепловая мощность экономайзерного участкаQэккДж/с9144

16Тепловая мощность испарительного участкаQискДж/с2841617Тепловая мощность пароперегревательного участкаQппкДж/с332818Удельный объем питательной воды на входе в ПГVпвм3/кг [2]….[3]0.0010503

2.2 Параметры теплоносителя

№ п/пНаименование величиныОбозн.РазмерностьФормула или источникЧисловое Значение1Энтальпия на входе в парогенераторкДж/кг [2]….[3]14922Энтальпия на выходе из парогенераторакДж/кг [2]….[3]13133Коэффициент удержания тепла-Принимаем в пределах 0,98…0,990.984Расход теплоносителякг/с233.085Энтальпия на выходе из пароперегревателякДж/кг1477.86Энтальпия на выходе из испарителякДж/кг1353.37Температура на выходе из пароперегревателя0С [2]….[3]323.48Температура на выходе из испарителя0С [2]….[3]3029Удельный объем на входе в парогенераторм3/кг [2]….[3]0.00151

3. ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ t-Q

Диаграмму t-Q строим по результатам ранее выполненных расчетов параметров теплообменивающихся сред для отдельных участков парогенератора. Эта диаграмма дает представление о распределении тепловой мощности парогенератора по отдельным участкам, о температурных напорах между теплообменивающимися средами, а также о средних температурах той и другой среды на отдельных участках теплообмена. Данную t-Q диаграмму будем использовать при вычислении температурных напоров.

Рис.2. Диаграмма t-Q

змеевиковый конструктивный теплоотдача кипящий

4. КОМПАНОВКА ЗМЕЕВИКОВ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

.1 Основные параметры змеевиковой поверхности

Змеевиковая поверхность нагрева образуется путем последовательной один на другой навивки слоев, образуемых одной или несколькими параллельно и одновременно навиваемыми трубками. Каждый слой навивки состоит из одинаковых по размеру трубок, изогнутых по винтовой линии с одинаковыми шагом навивки и в целом образующих цилиндрическую поверхность (см. рис. 3).

Рис. 3 цилиндрическая змеевиковая поверхность нагрева.

Из таких цилиндрических поверхностей, имеющих различные диаметры и расположенных концентрически относительно друг друга, образуется змеевиковая поверхность нагрева.

Основные характеристики змеевиковой поверхности нагрева представлены на рис.4

Рис.4 Основные геометрические параметры змеевиковой поверхности нагрева

В расчет принимаем следующие обозначения:

dнаружный диаметр трубкиzчисло слоев навивкиDiсредний диаметр i-го слоя навивкиniколичество параллельных трубок в i-го слое навивкиD1средний диаметр i-го слоя навивкиDвнвнутренний диаметр слоя проточной частиS1шаг между слоями навивкиS2шаг между смежными трубками в слое навивкиhвысота поверхности нагреваDсрсредний диаметр поверхности нагрева

4.2 Выбор материалов и конструктивных размеров

Для расчет змеевиковой поверхности теплообмена выбираем материал и размеры трубок, образующих эту поверхность. Размер труб принимаем из данных, приведенных в приложении 4 [4].

№ п/пНаименование величиныОбозн.РазмерностьФормула или источникЧисловое Значение1234561Наружный диаметр трубкиdМВыбирается0.0182Толщина стенки трубкиdстМВыбирается0.0023Внутренний диаметр трубкиdвнМd-2dст0.0144Площадь проходного сеченияfnpм20,785 dвн21.5386*10-45Скорость питательной воды в трубкеWпвм/сПринимаем 0,4……0,60.66Проходное сечение ПГ по питательной водеFпгм20.0287Число трубок ПГnтршт.Fпг / fnp1828Шаг между слоями навивкиS1Мd+(0.002…..0.004)0.029Шаг между трубками в слое навивкиS2Мd+(0.001…..0.002)0.0210Скорость теплоносителя в межтрубном пространствеWTHм/сПринимаем в диапазоне 4……….65.7311Коэффициентy-512Количество слоев навивкиzшт.2913Диаметр первого слоя навивкиD1МD1³(10….12)d0.2214Диаметр последнего слоя навивкиDzМD1+2(z-1)S11.3415Внутренний диаметр проточной частиDвнМ0.20116Наружный диаметр проточной частиDМ1.35917Количество параллельных трубок в среднем слоеncpшт.618Средний диаметр навивкиDcpм20.7819Минимальное проходное сечение межтрубного пространстваFТпрм20.158

.3 Распределение трубок по слоям навивки

Общее число параллельных трубок ПГ распределяется по слоям навивки с учетом ряда условий. Первое из них имеет вид:

Число трубок, образующих слой навивки, принимается таким образом, чтобы длины всех параллельных трубок, образующих ПГ были одинаковы, так как при этом обеспечивается равномерное распределение рабочей среды по всем трубкам. Второе условие выполняется если число трубок в i - слое навивки определять по отношению:

Т.е. количество трубок в слое навивки возрастает по мере увеличения диаметра навивки. В каждом слое количество трубок будет равно ni и отлично от количества трубок в других слоях. Однако, поскольку количество трубок в слое навивки конкретного i-го змеевика должно быть равно целому числу и в целях упрощения технологии изготовления общее количество змеевиков z разделяется на группы в каждой из которых будет по 3-4 смежных змеевика, имеющих одинаковое количество параллельных трубок. Эту процедуру будем выполнять в табличной форме, где ni вычисляется по формуле:

Номер слоя навивки, iДиаметр слоя, Di, мРасчетное число трубок в слое Принятое число трубок в слое, ni10.221.69220.262230.302.3240.342.6350.382.9360.423.2370.463.53480.503.8490.544.154100.584.464110.624.765120.665.075130.705.385140.745.696150.7866160.826.36170.866.617180.96.97190.947.27200.987.538211.027.88221.068.158231.108.468241.148.769251.189.079261.229.39271.269.6910281.31010291.3410.310Итого:172

5. РАСЧЕТ ЭКОНОМАЙЗЕРНОГО УЧАСТКА

.1 Параметры питательной воды и коэффициент теплоотдачи от стенки к питательной воде

№ п/пНаименование величиныОбозн.РазмерФормула или источникЧисловое значение1234561Средняя температураtэкср0С(tпв+ts)/21732Среднее давлениерэксрМПа(рпв+рs)/23.3013Критерий ПрандтляРrэк-Рr(рэкср, tэкср)1.044Удельный объемVэкм3/кгV(рэкср, tэкср) [2], [3]0.001125Коэффициент кинематической вязкости?экм2/с?(рэкср, tэкср)0.181*10-66Коэффициент теплопроводности?экВт/(м0С)?(рэкср, tэкср)0.6787Скоростьwэкм/сDVэк/Fпг0.648Критерий РейнольдсаReэк-wэкdвн/ ?эк502769Коэффициент теплопередачи?экВт/(м0С)6534

5.2 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

№ п/пНаименование величиныОбозн.РазмерностьФормула или источникЧисловое Значение1Средняя температураtTсрэк0С(tт+tт ив)/2298.52Критерий ПрандтляPrTэк-Рr(pт,tтсрэк)0.913Удельный объемVTэкм3/кгV(pт,tтсрэк) [2], [3]0.0013764Коэффициент кинематической вязкости?Тэкм2/с?(pт,tтсрэк)0.128*10-65Коэффициент теплопроводности?ТэкВт/(м0С)?(pт,tтсрэк)0.566СкоростьwT экм/сG VTэк/FTпр2.027Критерий РейнольдсаReT эк-wT экd/ ?Тэк2840628Коэффициент учитывающий влияние относительного шага поперечного обтекания труб-0.9849Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке?T экВт/(м0С)179007.8

.3 Расчет площади поверхности нагрева

№ п/пНаименование величиныОбознач.РазмерностьФормула или источникЧисловое Значение1Средняя температура стенкиtэкст0С2942Коэффициент теплопроводности материала стенки?стэкВт/(м0С)? (tэкст)18.63Термическое сопротивление стенкиRстэк(м2 0С)/Вт?ст/ ?стэк1.075*10-44Термическое сопротивление окисных пленокRок(м2 0С)/Вт?ок/?ок0.8*10-55Коэффициент теплопередачиKэкВт/(м2 0С)3485.76Больший температурный напор?tбэк0Сtт-ts1877Меньший температурный напор?tмэк0Сtтис-ts648Средний температурный напор?tсрэк0C114.79Площадь нагрева поверхностиНэкм222.8

Примечание: величина Rок на трубах, находящихся в контакте с водой или водяным паром, зависит от материала труб:

для углеродистых сталей Rок = (5…..15)×10-5 (м2 0С)/Вт;

для нержавеющих сталей Rок <1×10-5 (м2 0С)/Вт.

6. РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

.1 Параметры теплоносителя и коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к стенке

№ п/пНаименование величиныОбозн.РазмерностьФормула или источникЧисловое значение1234561Средняя температураtTсрис0С(tтис+tт пп)/2312.72Критерий ПрандтляPrTис-Рr(pт,tтсрис)0.0014413Удельный объемVTисм3/кгV(pт,tтсрис)[2], [3]0.128*10-64Коэффициент кинематической вязкости?Тисм2/с?(pт,tтсрис)0.535Коэффициент теплопроводности?ТисВт/(м0С)?(pт,tтсрис)16СкоростьwT исм/сG VTис/FTпр2.127Критерий РейнольдсаReT ис-wT исd/ ?Тис2981258Коэффициент учитывающий влияние относительного шага поперечного обтекания труб-0.9849Коэффициент теплоотдачи?T исВт/(м 2 0С)27247.1

.2 Параметры кипящей среды и коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде

№ п/пНаименование величиныОбознач.РазмерностьФормула или источникЧисловое Значение1Среднее давлениеРSМПа(рs+ps)/23.2372Средняя температура0С[1], [3]2383Для расчета коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящей воде необходимо предварительно оценить величину удельного теплового потока на испарительном участке и в дальнейшем вести расчет методом последовательных приближений по пп. 4-164Температура стенкиtстис0С2505Коэффициент теплопроводности?стисВт/(м0С)18.36Термическое сопротивление стенки(м2 0С)/Вт1.1*10-47Термическое сопротивление окисных пленокRok(м2 0С)/ВтСм. примечание к п. 5.3.0.8*10-48Удельный тепловой потокВт/м218235989Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей водеВт/(м2 0С)13597110Коэффициент теплопередачиВт/(м2 0С)3712.511Больший температурный напор?tбис0С87.512Меньший температурный напор?tмис0С85.413Средний температурный напор?tсрис0С86.414Удельный тепловой потокВт/м2182359815Отношение-116Если выполняется условие 0,95£/ £1,05, то расчет заканчивается. В противном случае расчет повторяется, начиная с п.4 при 17Площадь поверхности нагреваНисм2Qис 103/qис45.5

7. РАСЧЕТ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

.1 Параметры теплоносителя и коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

№ п/пНаименование величиныОбозна.РазмерностьФормула или источникЧисловое Значение1Средняя температураtт српп0С(tт+tтпп)/2324.22Критерий ПрандтляPrпп-Pr(рт, tтсрпп)0.001513Удельный объемVтппм3/кгV(рт, tтсрпп)[2], [3]0.127*10-64Коэффициент кинематической вязкости?тппм2/с?(рт, tтсрпп) 0.5025Коэффициент теплопроводности?тппВт/(м0С)?(рт, tсртпп)1.116Скоростьwтппм/сGVтпп/Fтпр2.227Критерий РейнольдсаReтпп-wтпп d/?тпп3146458Коэффициент учитывающий влияние относительного шага поперечного обтекания труб-0.9849Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке?тппВт/(м 2 0С)27529

.2 Параметры перегретого пара и коэффициент теплоотдачи от стенки к пару

№ п/пНаименование величиныОбозн.РазмерностьФормула или источникЧисловое Значение1Средняя температураtсрпп0С(ts+tпп)/2270.42Среднее давлениерсрппМПа(рпп+ps)/23.0873Критерий ПрандтляPrпп-Pr(рсрпп, tсрпп)0.076784Удельный объемVппм3/кгV(рсрпп, tсрпп)2], [3]1.6*10-65Коэффициент кинематической вязкости?ппм2/с?(рсрпп, tсрпп)0.456Коэффициент теплопроводности?ппВт/(м0С)?(рсрпп, tсрпп)1.27Скорость параwппм/сDVпп/Fпг43.88Критерий РейнольдсаReпп-wпп dвн/ ?пп3832509Коэффициент теплопередачи?ппВт/(м0С)2338

.3 Площадь поверхности нагрева пароперегревательного участка

№ п/пНаименование величиныОбозн.РазмерностьФормула или источникЧисловое значение1Средняя температура стенки трубtстпп0С2982Коэффициент теплопроводности материала стенки?стппВт/(м0С)?(tстпп)19.43Термическое сопротивление стенкиRстппм2 0С)/Вт?ст/ ?стпп1.03*10-44Термическое сопротивление окисных пленокRокм2 0С)/Вт?ст/ ?стпп0.8*10-55Коэффициент теплопередачиKппВт/(м2 0С)1717.36Больший температурный напор?tбпп0С877Меньший температурный напор?tмпп0С208Средний температурный напор?tсрпп0C45.69Площадь нагрева поверхностиHппм242.4

8. РАСЧЕТ МАССОГАБАРИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ПАРОГЕНЕРАТОРА

№ п/пНаименование величиныОбозн.РазмерностьФормула или источникЧисловое значение1Суммарная поверхность нагрева ПГHпгм2Нэк+Нис+Нпп110.72Средний диаметр трубкиdcpмd+dвн/20.0163Суммарная длина трубок ПГL TPмHпг/? dcp21884Средняя длина одной трубкимL TP/nтр125Поверхность теплообмена одного горизонтального ряда трубной системыН1горм24.0186Число горизонтальных слоев навивкиzгоршт.Hпг/ Н1гор27.57Высота поверхности нагреваhмzгорS20.558Плотность материала?мкг/м3Сталь-7850 Титан -450078509Масса трубной системыМкгL TP ? ?м(d2-d2вн)/4275110Объем пространства, занимаемого трубной системойVТР.См3?h(D2-D2вн)/40.78011Удельная объемная теплонапряженность ПГМВт/м3Qпг/ VТР.С 10352.42

Список используемой литературы

1.Андреев П.А., Гремлинов Д.Н. и др. Теплообменные аппараты ядерных энергетических установок. Изд.2-е переработанное и дополненное. -Л: Судостроение, 1969

.Козлов В.И. Судовые энергетические установки. -Л: Судостроение 1975.

.Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций. Изд.2-е -М: Атомиздат, 1980.

.Пушкин Н.И. Котлы. -Л: Судостроение, 1984.

.Дядик А.Н., Пейч Н.Н. Судовые паропроизводящие установки. Методические указания, расчет курсового проекта. -Л: Изд. ЛКИ, 1986.

.Вукалович М.П. и др. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. -М: Стандарты, 1980.

СОДЕРЖАНИЕ 1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ .РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНИВАЮЩИХСЯ СРЕД ПО УЧАСТКАМ .1 Параметры рабочей среды .2 Параметры т

Больше работ по теме: