Котельный агрегат

 

Находим среднее число  труб по ходу потока пара:

 

 

 

Вычисляем коэффициент, учитывающий  изменение скорости пара по мере прохождения  горизонтальных рядов труб и натекание  конденсата с верхних рядов на нижние:

 

 

 

Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности  трубки при конденсации пара необходимо знать температуру поверхности  стенки Т.к. значение этой величины неизвестно, то расчет проводим методом последовательных приближений. Определяем среднелогарифмический температурный напор. В конденсаторе поэтому

 

 

 

 

 

При температуре физические свойства конденсата равны соответственно: кДж/(кг·К);  кг/м³;кг/м^{3; Вт/(м·К);} Па·с; м²/с; .

В первом приближении задаемся:

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент теплопередачи  (Вт/(м²·К)) рассчитываем по формуле:

 

 

 

где  , – коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м²·К);

, – диаметры трубы, м;

 – теплопроводность  материала стенки, Вт/(м·К).

 

 

 

Находим плотность теплового  потока по формуле:

 

 

 

 

 

Находим температуру стенки:

 

 

 

Во втором приближении  принимаем температуру стенки

Тогда:

 

 

 

 

 

Пересчитываем коэффициент  теплопередачи:

 

 

 

Находим плотность теплового  потока:

 

 

 

Тогда температура стенки равна:

 

 

 

Так как 27,87 – = 0,07 < 0,5, то принимаем температуру стенки

 

 

Уравнение теплопередачи:

 

,                                                          (3.15)

 

где   – тепловой поток, кВт; 

 – коэффициент теплопередачи,  кВт/(м²·К);

–температурный  напор, °С;

 – поверхность  теплопередачи, м².

 

 

Из уравнения (3.15) рассчитываем поверхность теплообмена:

 

 

 

 

 

Длина одной трубы:

 

 

 

где – количество ходов по воде.

 

 

 

Диаметр кожуха находим по формуле:

 

                                                                                              (3.18)

 

где m – число труб, размещенных по диагонали внешнего шестиугольника пучка; 

 – шаг между трубами,  м.

Шаг между трубами находим  из соотношения .

Тогда = 1,3·20·10^-3 = 0,026 м.

 

m находим по формуле:

 

 

 

 

 

Тогда диаметр корпуса:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Термический КПД цикла Ренкина и удельный расход пара 

4.1 Описание процессов цикла Ренкина

 

По описанной ниже схеме ПТУ осуществляется теоретический цикл Ренкина (рисунок 4.1). На графике отдельные процессы цикла Ренкина характеризуют:

1. – 2 – адиабатное расширение пара в турбине с производством полезной работы. Заканчивается процесс расширения пара в турбине может как в области влажного пара (точка 2), так и в области перегретого пара (точка 2');
2. – 3 – изобарно-изотермическая конденсация пара в конденсаторе при =const и const. Если расширение пара в турбине заканчивается в области перегретого пара (точка 2'), то процесс конденсации идёт по линии 2' - 3 и при этом в конденсаторе вначале отводится теплота перегрева, а затем пар конденсируется;
3. – 4 – изохорное повышение давления в питательном насосе от давления в конденсаторе до давления в котле . На диаграмме точки 3 и 4 совпадают;
4. – 5 – изобарный нагрев воды до температуры кипения. Этот процесс может заканчиваться полностью в экономайзере либо продолжается в котле;
5. – 6 – изобарно-изотермическое при = const и const кипение воды вкотле с получением сухого насыщенного пара (точка 6);

6 – 1 –изобарный перегрев пара в пароперегревателе.

В цикле Ренкина теплота подводится в процессах: 4–5,5–6и6–1,атеплота отводится в процессе 2 – 3(или 2' – 3).

 

4.2 Построение цикла Ренкина

Выполняем построение цикла Ренкина с использованием координат T–S для водяного пара и конкретных значений параметров.

В первую очередь строим точки, принадлежащие  нижней и верхней пограничным  кривым (х = 0, х = 1), для чего выбираем значения энтропии и . Последовательно задаваясь температурой насыщения .

Затем, используя заданные величины ,, с помощью таблиц насыщенного пара строим изотермы 5 – 6 и 2 – 3, а также по известному значению энтропии перегретого пара и , фиксируем точку 1 и проводим адиабату 1–2.

Вид изобары 6 – 1 уточняем с помощью промежуточных точек в интервале температур и соответствующих значений энтропии, взятых из таблиц перегретого пара.

В цикле Ренкина мы указываем  процессы с подводом _{и отводом теплоты .}

 

 

 

 

 

 Исходные данные для построения цикла Ренкина приведены в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1 – Исходные данные для построения цикла Ренкина

№ точки	P, МПа	t, °С	h, кДж/кг	S, кДж/кг·°С
1	7	420	3211,77	6,53
2	0,0045	31,01	1978,21	6,53
2”	0,0045	31,01	2557,42	8,43
3	0,0045	31,01	129,981	0,45
4	7	31,01	136,327	0,45
5	7	285,83	1268	3,12
6	7	285,83	2771,55	5,81

 

 

 

 

Рисунок 4.1 – Цикл Ренкина в координатах Т-S

 

4.3 Вычисление термического КПД и удельный расход пара

Значение энтальпии перегретого  пара и конденсата выбирают из таблиц водяного пара, энтальпию в конце адиабатного расширения находят при давлении с помощью диаграммы водяного пара:

 

 

 

Удельный теоретический расход пара при осуществлении цикла Ренкина определяют по формуле (4.2):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

       В процессе выполнения курсового проекта был произведен анализ паротурбинной установки, включающий расчет объема воздуха и продуктов сгорания, отдельной поверхности нагрева (конденсатор) котельного агрегата. Решена главная задача – определение основных показателей работы котельного агрегата, отражающих экономичность его эксплуатации, а также термодинамическую эффективность ПТУ в целом. По графику 2.1 определены зависимости энтальпии продуктов горения от температуры, определена температура горения топлива (t_г =°С). Рассчитан КПД брутто котельного агрегата методом обратного теплового баланса (расход топлива (4,4 кг/с)  и расход условного топлива (2,52 кг у.т./с).

Также был рассчитан конденсатор. Общее число труб в одном ходе пучка двухходового поверхностного конденсатора составляет Среднее число труб по ходу потока пара составляет ук. Длина одной трубы = 4,8 м. Шаг между трубами = 0,026 м. Диаметр корпуса = 2,25 м.

        Заключительным  этапом расчета стало построение  цикла Ренкина, по результатам которого был рассчитан термический КПД () и удельный теоретический расход пара при осуществлении цикла Ренкина (d=2,92 кг/кВт∙ч).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1. Промышленная теплоэнергетика: методические рекомендации по курсовому проектированию для студентов специальности 1-43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» / сост. В. И. Володин, В. Б. Кунтыш. – Минск: БГТУ, 2011. – 56с.

2. Матвеев, Г. А. Теплотехника: учеб. пособие. / Г. А. Матвеев, М. М. Хазен, М. Е. Грицевский, Ф.П. Казакевич. – М.: Высшая школа, 1981. – 480 с.

3. Проекты (работы) курсовые: СТП БГТУ 002-2007. – Минск: БГТУ, 2007. – 40 с.