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


Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет Кафедра энергетики Курсовая работа по теме

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2018 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ