Расчет теплообменного аппарата
Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет
Кафедра энергетики
Курсовая работа по теме
«Расчет теплообменного аппарата»
Выполнил:
студентка группы 2530
Фомина А.С.
Проверил:
Проценко Г.В.
Санкт-Петербург
Введение
В данной работе приводятся расчеты, которые необходимы для определения тепловых, газодинамических и геометрических характеристик элементов судового утилизационного котла, предназначенного для подогрева воды, поступающей в котел, за счет продуктов сгорания.
Утилизационный котел представляет собой теплообменник, составленный из труб, согнутых в горизонтальные змеевики, и скомпанованных в пакеты. Схема расположения пакетов выбрана коридорная, так как при таком устройстве лучше обеспечивается ремонт и техническое обслуживание.
1. Исходные данные
1.Мощность двигателя Nе=1000 кВт
2.Удельный расход топлива bе=0,2 кг/кВт·ч
.Коэффициент избытка воздуха за двигателем ? = 2,5
.Элементарный состав топлива по рабочей массе:
Ср = 85,6%, Нр = 11,9%, Sр = 0,2%, Ор = 0,4%, Nр = 0,4%, Wр = 1%, Ар = 0,5%
5.Температура продуктов сгорания при выходе из двигателя V1=350º
6.Газодинамическое сопротивление УК ?h=33,3 кПа
.Производительность УК - 3000 КГ/ч
.Температура перегретого пара tпп=140ºС
.Температура питательной воды tпв=85ºС
Рис. 1 Принципиальная схема
(1-масляный насос, 2- питательный насос, 3 - насос системы охлаждения)
. Расчет параметров потоков продуктов сгорания и пароводяной среды
Теоретически необходимое количество сухого воздуха для сжигания 1 кг топлива:=0,0889·(Ср+0,375·Sр)+0,267·Нр-0,0333·Ор=0,0889·(85,6+0,375·0,2)+0,267·11,9-0,0333·0,4 = 10,78 мн3/кг
Теоретический объем азота:
=0,79·V0+8·10-3·Nр=0,79·10,78+8·10-3·0,4=8,52 мн3/кг
Объем сухих трехатомных газов СО2 и SО2:
=1,866·10-2(Ср+0,375·Sр)=1,866·10-2(85,6+0,375·0,2)=1,595 мн3/кг
Теоретический объем паров воды:
=0,111·Нр+0,0124·Wр+0,0161·V0=0,111·11,9+0,0124·1+0,0161·10,78=1,51 мн3/кг
Избыточный объем воздуха:
И = (?-1)·V0=(2,5-1)·10,78=16,17 мн3/кг
Действительный объем паров воды:
=+0,0161(?-1)·V0=1,51+0,0161(2,5-1)·10,78=1,77 мн3/кг
Объем кислорода:
=0,21(?-1)·V0=0,21(2,5-1)·10,78=3,39 мн3/кг
Действительный объем азота:
=+0,79·V0(?-1)=8,52+0,79·10,78(2,5-1)=21,295 мн3/кг
Объем продуктов сгорания
= 1,595+21,295+1,77+3,39=28,05 мн3/кг
Объемная доля:
сухих трехатомных газов СО2 и SО2
паров воды
азота
кислорода
Проверка:
0,057+0,063+0,759+0,121=1
Кажущаяся молекулярная масса продуктов сгорания:
44·0,057+28·0,759+18·0,063+32·0,121= =28,77 кг/моль
Плотность продуктов сгорания (при нормальных физических условиях):
кг/ мн3
Расход топлива на двигатель:
кг/с
Объемный расход продуктов сгорания:
28,05·0,056=1,57 мн3/с
Массовый расход продуктов сгорания:
1,28·1,57=2,0096 кг/с
Таблица 1
Энтальпия продуктов сгорания
vº,С= 1,595 мн3/кг= 21,295 мн3/кг= 1,77 мн3/кг= 3,39 мн3/кг,
МДж/кг, кДж мн3·ºС, кДж
кг·ºС, кДж мн3·ºС, кДж
кг·ºС, кДж мн3·ºС, кДж
кг·ºС, кДж мн3·ºС, кДж
кг·ºС1001,70032,71831,295827,59241,50522,65971,31764,47423,742001,78732,85741,299627,67331,52322,69151,33524,53397,553001,86272,97791,306727,82451,52442,69361,35614,604911,434001,92973,08501,316828,03951,56642,76781,37754,677615,435001,98873,15611,327628,26951,58972,80891,39804,747219,49
Энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:
, МДж/кг
По данным таблицы 1 строим диаграмму (рис. 2)., МДж/кг
v, °С
Рис. 2. Зависимость температуры от энтальпии
3. Расчет теплового баланса УК
сгорание экономайзер тепловой газодинамический
С помощью диаграммы I=f(v) находим значения энтальпий при v=350ºС (за дизельгенератором) и при v=120ºС (за УПГ). Энтальпия продуктов сгорания:
при выходе из экономайзера I1=13,4 МДж/кг, при входе в экономайзер I2= 4,5 МДж/кг
Тепловой поток, воспринимаемый пароводяной средой:
= B(I1-I2)= G·Ср(t'-t'')= k·?t·Н= Q2 = Q3 = Q= 0,056·(13,4-4,5)=0,498 МДж/кг
Отсюда:
Расход воды на УПГ кг/с
Расход воды на ТА кг/с
Коэффициент сохранения тепла ?=0,95-0,98, принимаем 0,96
Коэффициент утилизации теплоты
. Расчет геометрических характеристик поверхностей нагрева
Принимаем диаметр несущей трубы d1=25 мм (для экономайзера), толщину стенки ?1=1,5 мм.
Средняя температура продуктов сгорания
Объемный расход продуктов сгорания
м3/с
Скорость продуктов сгорания выбираем в пределах W=8-10 м/с, принимаем W=9 м/с.
Живое сечение для прохода газов
м2
Теплофизические характеристики продуктов сгорания: число Прандтля Рr=1, коэффициент теплопроводности ?=4,372·102 Вт/(м2·ºС), кинематическая вязкость ?=35,775·10-6 м2/с.
Величины принимаются по средней температуре продуктов сгорания.
При коридорном пучке труб число Рейнольдса должно находится в пределах Rе=1,5·103÷100·103
Коэффициент теплоотдачи:
, где:
Сz - поправка на число рядов трубного пучка, принимаем Сz=1, так как принимаем в начале расчетов zi>10
Сs - поправка, учитывающая компоновку трубного пучка, при условии 1,5<S1/d<3 и S2/d<2,
Сs определяется по следующей формуле для коридорного расположения, при
107 Вт/(м2·ºС)
Коэффициент теплопередачи:
Вт/(м2·ºС) , где Е=0,01 (м2·ºС)/Вт
Средний температурный напор:
, где:
?tБ - большая разность температур между обменивающимися теплом средами
?tБ = vвых-tпп=350-140=210ºС;
?tМ - меньшая разность температур между обменивающимися теплом средами
?tМ = vвх-tпв=120-85=35ºС.
Подставляем значения коэффициента теплопередачи и среднего температурного напора в уравнение теплового потока и получим полную наружную поверхность нагрева.
=К·?t·Н
,498·106=51,81·98·Н =>м2
Число труб:
тр , где:
жс=0,324 м2 - живое сечение для прохода газа;=25 мм - диаметр несущей трубы=31 мм - шаг в поперечном направлении
Полная наружная поверхность одного ряда:
ТР=?·d·L·n=3,14·0,025·1·50=3,925 м2
Число рядов труб в трубном пучке
рядов
. Проверка значений газодинамических сопротивлений
Значения проверяются при входе в экономайзер, при проходе через трубный пучок, при выходе из экономайзера.
Таблица 2
Сечение прохода газовКоэффициент трения ?Коэффициент теплопроводности Вт/м2·°СLУПГ/DэСопротивление ?h, ПаПриемная камера0,5--51,8425,92Трубный пучок (экономайзер)4,3--51,84222,91Выхлопная камера1,1--51,8457,02Сопротивление трения УК-4,372·10-21,8951,844,28Суммарное сопротивление----310,13
Суммарное сопротивление составляет 310,13 Па, что меньше заданного газодинамического сопротивления 33,3 кПа.
6. Расчет тепловой изоляции экономайзера
Тепловой поток через изоляцию:
,
где:ст1, tст2 - температуры изоляции стенки со стороны экономайзера и со стороны МКО соответственно, tст2=50°С - температура изоляции стенки со стороны экономайзера, tмко=30°С - температура в машинно-котельном отделении;
?1 -коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке при vвых=350°С,
?2 - коэффициент теплоотдачи от стенки изоляции в МКО, ?2=8-10 Вт/м2·°С;
? - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, в качестве теплоизоляционного материала выбираем минеральную пену с ?=0,05 Вт/м2·°С;
? - толщина стенки теплоизоляции.
Вт/м2
Объемный расход продуктов сгорания:
м3/с
Скорость продуктов сгорания:
м/с
Теплофизические характеристики продуктов сгорания при vвых=350°С:
число Прандтля Рr=0,645,
коэффициент теплопроводности ?=5,27·10-2 Вт/м2·°С,
кинематическая вязкость ?=50,85·10-6 м2/с.
Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке при vвых=350°С:
12,7 Вт/м2·°С,
где:
Отсюда получаем:
°С
; =>м
. Определение изменения температуры по высоте стенки
Тепловой баланс при максимальной и минимальной температурах:
, где:
vmax=350°C, vmin=120°C - максимальная и минимальная температуры продуктов сгорания соответственно,
°C, °C -максимальная и минимальная температура воды, соответственно,
, -максимальная и минимальная температура трубы, соответственно.
Определение объемного расхода воды на один змеевик.
м3/с
Определение значения скорости среды в трубе:
м/с
Определение коэффициента теплоотдачи при Рr=1,6, ?=0,272·10-6м2/с, ?=68,5·10-2 Вт/м2·°С:
Определение максимальной температуры стенки:
=>°С
Определение минимальной температуры стенки:
=>°С
. Расчет долговечности экономайзера
Диффузия паров серной кислоты при Т = 235°С = 508К:
Диффузионный критерий Рr при Т = 235°С = 508К, ?=34,6·10-6 м2/с:
Коэффициент массообмена:
Объем оксида серы:
0,007·0,2 =0,0014 м3/кг
Объемная доля оксида серы:
Парциальное давление SO2:
4,99·10-5·10-5=4,99 МПа
Степень превращения SO2 в SO3
%
Парциальное давление SO3
МПа
Поток кислоты:
кг/м2·с
Скорость коррозии от кислоты:
,
где:
?(?) - временная функция, определяющая периодичность чистки УПГ. Принимаем периодичность чистки каждые 24 часа, следовательно, временную функцию можно записать в виде: ?(?)=1,32·?-0,405
кг/м2·ч
Скорость коррозии со стороны воды: принимаем 0,25 мм/год
кг/м2·ч
Долговечность:
,
где:
??кор=1,5 мм - утонение стенки трубы от коррозии со стороны воды и Н2SО4
года
Больше работ по теме:
Предмет: Физика
Тип работы: Курсовая работа (т)
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2018 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ