Тепловой расчет собственно подогревателя

Температура воды перед собственно подогревателем при энтальпии hв1сп=736,2 кДж/кг составляет = 174 °С.

Температура конденсата греющего пара на выходе из СП tк=tн =190,7°С.

Найдем температурный напор на выходе из собственно подогревателя. Учитывая, что остаточный перегрев пара быстро снимается, принимаем .

Температурный напор на входе .

Среднелогарифмический температурный напор:

(5.13)

Средняя температура питательной воды в собственно подогревателе:

(5.14)

Средняя температура на наружной поверхности стенки составит
t_ст = (179,5+190,7)/2=185,1 °С.

Температура пленки конденсата:

При этой температуре по таблице 1.1 литературы [21] находим значение .

Тепло, выделяемое одним килограммом пара в собственно подогревателе:

(5.15)

На электростанциях обычно устанавливаются подогреватели высокого давления вертикального типа с горизонтальными спиралями. Тогда принимаем, что трубки поверхности нагрева выполнены из горизонтальных двойных спиралей (6 двойных спиралей в каждой из шести секций между перегородками), тогда число трубок по вертикали между перегородками n=12. [21]

Наружный диаметр трубок принимаем равными 32 мм.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке:

(5.16)

где С – коэффициент, учитывающий расположение трубы; для горизонтальных труб С = 0,725.

 

Расчетный коэффициент теплоотдачи для стальных трубок составит:

(5.17)

Удельный тепловой поток в собственно подогревателе:

(5.18)

Удельный тепловой поток через стенку выразим как:

(5.19)

где − коэффициент теплопроводности для стали, равный
46,6 Вт/(м·К);

− толщина стенки трубок, принимаем

Удельный тепловой поток при теплоотдачи от стенки к воде:

; (5.20)

где коэффициент теплоотдачи α₂:

(5.21)

;

где w_ж − скорость воды в трубках; принимаем w_ж=1,8 м/с;

ρ – плотность воды при температуре питательной воды СП и среднем давлении в ПВД;

d_в − внутренний диаметр трубок, равный 22 мм;

В₀ – параметр, равный:

(5.22)

где λ – теплопроводность воды при температуре питательной воды СП и среднем давлении в ПВД;

μ − вязкость при температуре питательной воды СП и среднем давлении в ПВД.

Количество параллельных трубок для обеспечения заданной скорости воды:

(5.23)

На каждую из шести секций приходится по Nc = 417/6 = 69,5 трубок. Округляем до наибольшего целого, получаем Nc = 70.

Уточняем скорость воды в трубках:

(5.24)

Коэффициент теплоотдачи:

(5.25)

Поправка на увеличение теплоотдачи в спиралях:

(5.26)

где Rср – средний радиус спирали, который принимается в качестве радиуса змеевика, Rср = мм.

Расчетный коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

(5.27)

Таким образом, удельный тепловой поток равен:

Итак, из имеющихся выражений q выделим температурные напоры:

; ; .

Зададимся различными значениями q и построим таблицу 5.1.

 

Таблица 5.1

q
∆t1	2,49	4,27	6,26	8,43	10,76
∆t2	2,15	3,22	4,29	5,36	6,44
∆t3	1,17	1,76	2,35	2,93	3,52
∆t	5,80	9,25	12,90	16,73	20,71

 

Далее строим график зависимости температурных напоров от удельного теплового потока, рис. 5.2. Из графика определяем удельный тепловой поток при ∆t_ср = 10,2 °С; он равен 32620 Вт/м².

 

Рис. 5.2 График зависимости температурных напоров от удельного теплового потока

Коэффициент теплопередачи для собственно подогревателя:

(5.28)

Необходимая поверхность нагрева собственно подогревателя:

(5.29)

Длина двойных спиралей:

(5.30)

где N_T – принятое количество трубок, N_T = 6·70= 420.

Шаг трубок выбираем равным 36 мм. Общая высота трубной системы составит hсп = 70·2·36+40 = 5080 м.

 

Расчет охладителя пара

Температурный напор на входе в охладитель пара .

Температурный напор на выходе из охладитель пара .

Средний логарифмический температурный напор:

Средняя температура пара в межтрубном пространстве t_ср = 353,4 °С.

Учитывая, что коэффициент теплопередачи в ПО примерно в два раза меньше, чем в СП, принимаем, что количество трубок в ОП составляет примерно 20% от количества трубок в СП, т.е. N = 0,2·420 = 84. Для каждой секции
Nc = 84/6=14.

Высота охладителя пара составит:

(5.31)

Ширина одного хода пара составит:

(5.32)

где N_В – количество витков в спирали, N_В=7.

Площадь живого сечения для прохода пара:

(5.33)

Смоченный периметр сечения одного прохода пара:

(5.34)

Эквивалентный диаметр:

(5.35)

Скорость пара в межтрубном пространстве:

Критерий Рейнольдса:

(5.36)

Число Нуссельта:

(5.37)

Коэффициент теплоотдачи:

(5.38)

Площадь поперечного сечения для прохода воды:

.

Скорость воды в трубках:

Определим параметр В₀:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

Расчетный коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи от пара к воде:

Площадь поверхности нагрева охладителя пара:

Площадь поверхности нагрева одной спирали (спираль берется таких же размеров, как и в СП):

Необходимое количество спиралей:

Округляем до ближайшего целого, кратного шести, т.е. N_ОП= 120, тогда N_С= 120/9 = 20 спиралей. Далее уточняем площадь поверхности нагрева охладителя пара .