Определение поверхности теплообмена
1. Термодинамический расчет
Постановка задачи:
При проектировании теплообменного аппарата, целью расчёта которого является определение поверхности теплообмена, должны быть известны расход горячего и холодного теплоносителей, их температуры на входе и на выходе и теплоёмкости. Принято обозначать параметры горячего теплоносителя индексом-1 и холодного теплоносителя индексом-2.
Исходные данные:
1. Температура выхлопных газов tг=440C.
2. Расход выхлопных газов m1=90кг/с.
3. Параметры воды на входе в экономайзер:
-температура воды на входе в экономайзер t2=105C;
-давление воды на входе в экономайзер p1=2 бар.
4. Параметры выхлопных газов после пароперегревателя:
-температура выхлопных газов после пароперегревателя
tп= tг-50C
5. Температура выхлопных газов на входе в экономайзер
t1= t2+? tг, где ? tг=15…20C.
Требования по сопротивлению:
Газодинамическое сопротивление не должно превышать ? p1?2кПа (2% от номинала).
Гидродинамические показатели не ограничены, но скорость воды в трубах не должна превышать 2-3 м/с.
Выхлопные газы газотурбинной установки содержат 75 % воздуха, поэтому их свойства можно считать по свойствам воздуха.
Газовая постоянная R=292.
t2=208C при p2=18 бар (из таблицы для воды и сухого насыщенного пара).
t1= t2+ (15…20C) =208+20=228C
tп= tг-50C=500-50=450C
Рисунок 1- Принципиальная схема ПТУ
Рисунок 2- Схема процесса в T,s-координатах
Термодинамическая модель
Если теплота горячего теплоносителя полностью воспринимается холодным теплоносителем, то уравнение теплового баланса
, (2.1)
, (2.2)
где - тепловой поток.
Средняя теплоёмкость в интервале температур от 0 до t определяется следующим эмпирическим уравнением:
Cpm=1, 0235+. (2.3)
Уравнение теплопередачи:
, (2.4)
где - коэффициент теплопередачи;
- площадь поверхности стенки;
- средний температурный напор.
Средний температурный напор:
, (2.5)
где ,
Тепловой поток от выхлопных газов:
(2.6)
где hГ - энтальпия выхлопных газов.
Расчетная часть
Определяем тепловой поток:
,
Найдем расход воды с энергобаланса:
.
где энтальпия hп=3360 определяется по h,S - диаграмме для водяного пара при p2=18 бар и tп =450C, =869,5 - по таблицам для воды при p2=18 бар.
,
10,78 кг/с.
Тепловой поток в экономайзере:
,
МВт.
Определяем температуру выхлопных газов на выходе из экономайзера:
,
,
,
174,11?С.
Средний температурный напор
44,63?С
Таблица 1.1. Результаты расчета.
наименование |
обозначение |
размерность |
значение |
|
тепловая мощность экономайзера |
Qэ |
МВт |
4,86 |
|
характерная температура после пароперегревателя |
?С |
228 |
||
характерная температура газа на выходе из экономайзера |
?С |
174,11 |
||
характерная температура воды на входе в экономайзер |
?С |
90 |
||
характерная температура воды на выходе из экономайзера |
?С |
208 |
||
характерное давление на входе |
p1 |
бар |
1 |
|
характерное давление на выходе |
p2 |
бар |
18 |
|
большая разность температур |
?С |
84,11 |
||
меньшая разность температур |
?С |
20 |
||
средняя разность температур |
?С |
44,63 |
||
массовый расход воздуха |
m2 |
кг/с |
10,78 |