сборник задач по теплотехнике2 / Документ Microsoft Word (2)

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

Для подогрева сетевой, сырой и химически очищенной воды в котельных с водогрейными котлами применяются водоводяные теплообменники, а в котельных с паровыми котлами — пароводяные теплообменники (подогреватели).

Водоводяные теплообменники. Количество теплоты (кДж/с) воспринятое нагреваемой водой в теплообменнике, определяется по формуле

Q=W₁c_p1(t-t)η=W₂c_p2(t-t), (2.64)

где W₁ — расход нагревающей воды, кг/с; W₂ — расход нагреваемой воды, кг/с; c_p1 и с_р2 — средние массовые теплоемкости нагревающей и нагреваемой воды при постоянном давлении кДж/(кг·К), t и t —температуры нагревающей воды на входе и выходе, °С; t и t — температуры нагреваемой воды на входе и выходе °С; η — коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду.

Поверхность нагрева (м²) теплообменника определяется из уравнения теплопередачи

, (2.65)

где k — коэффициент теплопередачи, кВт/(м²·К); Δt_cp — средний температурный напор в теплообменнике, °С.

Средний температурный напор в прямоточном теплооб­меннике

. (2.66)

Средний температурный напор в противоточном теплооб­меннике

. (2.67)

Если ≤1,7, то средний температурный напор в теплообменнике находится по формуле

. (2.68)

Пароводяные теплообменники. Количество теплоты (кДж/с), воспринятое нагреваемой водой в теплообменнике, определяется по формуле

Q'=D₁(i"-i)η=W₂c_p2(t-t), (2.69)

где D₁ — расход нагревающего пара, кг/с; i" — энтальпия нагре­вающего пара, кДж/кг; i — энтальпия конденсата, кДж/кг.

Поверхность нагрева (м²) теплообменника находится из урав­нения теплопередачи

. (2.70)

Средний температурный напор как в прямоточном, так и в противоточном пароводяном теплообменнике

, (2.71)

где t_n — температура нагревающего пара, °С.

Задача 1. Определить расход нагреваемой воды и поверх­ность нагрева прямоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагревающей воды W₁=15 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t=110°C, температура нагревающей воды на выходе из теплообменника t=85°C, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t=5°С, температура нагреваемой воды на выходе из теплооб­менника t=75°С, коэффициент теплопередачи k=17 кВт/(м²·К) и коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η=0,98.

Задача 2. Определить поверхность нагрева противоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагре­ваемой воды W₂=15 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t=111°C, температура нагревающей воды на выходе из теплообменника t=68°С, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t=15°C температура нагрева­емой воды на выходе из теплообменника t=55°C и коэффициент теплопередачи k=1,3 кВт/(м²·К).

Задача 3. Определить расход нагревающего пара и повер­хность нагрева противоточного пароводяного теплообменника, если известны расход нагреваемой воды W₂=8,2 кг/с, давление нагревающего сухого насыщенного пара p_n=0,19 МПа, температу­ра нагреваемой воды на входе в теплообменник t=5°С, температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника t=75°C, коэффициент теплопередачи k=1,4 кВт/(м2К) и ко­эффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η=0,99.

Задача 4. Определить расход нагреваемой воды и сред­ний температурный напор в прямоточном пароводяном теплооб­меннике, если известны расход нагревающего пара D₁=2.5 кг/с, давление нагревающего пара p_п=0,25 МПа, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t=5°C, температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника t=75°С и коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η=0,98.

Задача 5. Определить поверхность нагрева прямоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагрева­ющей воды W₁=4 кг/с, расход нагреваемой воды W₂=15 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t=101°С, температура нагреваемой воды на входе в теплообмен­ник t=15°C, температура нагреваемой воды на выходе из тепло­обменника t=65°C, коэффициент теплопередачи k=1,3 кВт/(м²·К) и коэффициент, учитывающий потери тепло­ты теплообменником в окружающую среду, η=0,97.

Задача 6. В топке котельного агрегата паропроизводитель­ностью D=7,22 кг/с сжигается высокосернистый мазут состава: С^р=83,0%; Н^р=10,4%; S=2,8%; O^p=0,7%; A^р=0,1%; W^p=3,0%. Определить располагаемую теплоту в кДж/кг и тепло­ту, полезно использованную в котлоагрегате в процентах, если известны температура подогрева мазута t_T=95°C, натуральный расход топлива B=0,527 кг/с, давление перегретого пара р_п.п=1,5 МПа, температура перегретого пара t_пп=270°C, температу­ра питательной воды t_пв=110°С и величина непрерывной продувки Р=4%.

Задача 7. В топке котельного агрегата паропроизводитель­ностью D=4,2 кг/с сжигается природный газ Дашавского месторождения с низшей теплотой сгорания Q=35700 кДж/м³. Определить в кДж/м³ и процентах теплоту, полезно использованную в котлоагрегате, если известны натуральный расход топлива B=0,32 м³/с, теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 м³ топлива, V⁰=9,5 м³/м³, давление перегретого пара р_п.п=4,5 МПа, температура перегретого пара t_пп=380°С, температура питательной воды t_пв=100°С, темпе­ратура воздуха в котельной t_в=35°C, температура поступаю­щего в топку воздуха t=200°С и коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,1.

Задача 8. В топке котла сжигается малосернистый мазут состава: C^p=84,65%; Н^р=11,7%; S=0,3%; O^p=0,3%; A^p= 0,05%; W^p=3,0%. Определить в кДж/кг и процентах потери теплоты с уходящими газами из котлоагрегата, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,35, тем­пература уходящих газов на выходе из последнего газохода θ_ух=165°С, температура воздуха в котельной t_в=35°С, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении c=1,297 кДж/(м³·К) и температура подогрева мазута t_T =80°С.

Задача 9. В топке котельного агрегата сжигается караган­динский уголь марки К состава: С^р=54,7%; Н^р=3,3%; S=0,8%; N^р=0,8%; О^р=4,8%; А^р=27,6%; W^p=8,0%. Определить потери теплоты с уходящими газами из котлоагрегата, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,43, объем уходящих газов на выходе из последнего газохода V_yx=9,1 м³/кг, температура уходящих газов на выходе из после­днего газохода θ_ух=155°С, средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении с=1,4 кДж/(м³·К), температура воздуха в котельной t_в=30°С, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с=1,297 кДж/(м³·К) и поте­ри теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄=3%.

Задача 10. В топке котельного агрегата сжигается камен­ный уголь с низшей теплотой сгорания Q=27600 кДж/кг. Опре­делить потери теплоты в процентах с уходящими газами из котлоагрегата, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,4, объем уходящих газов на выходе из последнего газохода V_yx=13 м³/кг, температура уходящих газов на выходе из последнего газохода θ_ух=165°С, средняя объемная теплоемкость газов при р=const c=1,415 кДж/(м³·К), теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива V⁰=7,2 м³/кг, температура воздуха в котельной t_в=30°C, температура воздуха, поступающего в топку, t=170°C, коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,2, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с=1,297 кДж/(м³·К) и потери теплоты от механической непо­лноты сгорания топлива q₄=4%.

Задача 11. Определить, на сколько процентов возрастут по­тери теплоты с уходящими газами из котельного агрегата при повышении температуры уходящих газов θ_ух со 160 до 180°С, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,48, объем уходящих газов на выходе из последнего газохо­да V_yx=5,1 м³/кг, средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении c=1,415 кДж/(м³·К), теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива V⁰=2,5 м³/кг, температура воздуха в котельной t_в=35°С, сред­няя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с=1,297 кДж/(м³·К) и потери теплоты от механической не­полноты сгорания топлива Q₄=340 кДж/кг. Котельный агрегат работает на фрезерном торфе с низшей теплотой сгорания Q=8500 кДж/кг.

Задача 12. Определить в процентах потери теплоты с ухо­дящими газами из котельного агрегата, если известны коэффици­ент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,45, температура уходящих газов на выходе из последнего газохода θ_ух=140°С, температура воздуха в котельной t_в=35°C, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с=1,297 кДж/(м³·К), температура топлива при входе в топку t_T=30°С и потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄=3,5%. Котельный агрегат работает на абанском угле марки Б2 состава: С^р=41,5%; H^р=2,9%; S=0,4%; N^p=0,6%; О^р=13,1%; A^р=8,0%; W^p= 33,5%.

Задача 13. Определить, на сколько процентов уменьшатся потери теплоты с уходящими газами из котельного агрегата при снижении температуры уходящих газов θ_ух со 145 до 130°С, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,43, объем уходящих газов на выходе из послед­него газохода V_ух=7,2 м³/кг, средняя объемная теплоем­кость газов при постоянном давлении c=1,415 кДж/(м³·К), теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, V⁰=6,1 м³/кг, температура воздуха в котельной t_в=30°С, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоян­ном давлении с=1,297. кДж/(м³·К) и потери теплоты от меха­нической неполноты сгорания топлива q₄=3%. Котельный аг­регат работает на каменном угле с низшей теплотой сгорания Q=22 290 кДж/кг.

Задача 14. Турбина работает с начальными параметрами пара р₀=5 МПа, t₀=460°C и давлением пара в конденсаторе р_к=3,5·10³ Па. Определить эффективную мощность турбины, если расход пара D=7,2 кг/с и относительный эффективный кпд турбины η_ос=0,75.

Задача 15. Турбина работает с начальными параметрами пара р₀=7 МПа, t₀=450°С и давлением пара в конденсаторе р_к=4·10³ Па. Определить внутреннюю (индикаторную) мощности турбины и мощность механических потерь, если расход паpа D=6,1 кг/с, относительный эффективный кпд турбины η_ое=0,75 и механический кпд турбины η_м=0,97.

Таблица 1. Параметры сухого насыщенного пара и воды на кривой насыщения (по давлениям)

р,МПа	tH ,°С	v', м3/кг	v", м3/кг	i', кДж/кг	i'',кДж/кг	S',кДж/ (кг·К)	S'',кДж/ (кг·К)
1	2	3	4	5	6	7	8
0,0010	6,936	0,0010001	130,04	29,18	2513,4	0,1053	8,9749
0,0015	13,001	0,0010007	88,38	54,61	2524,7	0,1952	8,8268
0,0020	17,486	0,0010014	67,24	73,40	2533,1	0,2603	8,7227
0,0025	21,071	0,0010021	54,42	88,36	2539,5	0,3119	8,6424
0,0030	24,078	0,0010028	45,77	100,93	2545,3	0,3547	8,5784
0,0035	26,674	0,0010035	39,56	111,81	2549,9	0,3912	8,5222
0,0040	28,95	0,0010042	34,93	121,33	2553,7	0,4225	8,4737
0,005	32,89	0,0010054	28,24	137,79	2560,9	0,4764	8,3943
0,010	45,82	0,0010102	14,70	191,84	2583,9	0,6496	8,1494
0,020	60,08	0,0010171	7,652	251,48	2609,2	0,8324	7,9075
0,025	64,99	0,0010198	6,201	272,03	2617,6	0,8934	7,8300
0,030	69,12	0,0010223	5,232	289,30	2624,6	0,9441	7,7673
0,04	75,87	0,0010264	3,999	317,62	2636,3	1,0261	7,6710
0,05	81,33	0,0010299	3,243	340,53	2645,2	1,0912	7,5923
0,10	99,62	0,0010432	1,696	417,47	2674,9	1,3026	7,3579
0,20	120,23	0,0010606	0,8860	504,74	2706,8	1,5306	7,1279
0,30	133,54	0,0010733	0,6055	561,7	2725,5	1,6716	6,9922
0,5	151,84	0,0010927	0,3749	640,1	2748,8	1,8605	6,8221
0,6	158,84	0,0011009	0,3156	670,6	2756,9	1,9311	6,7609
0,7	164,96	0,0011081	0,2728	697,2	2763,7	1,9923	6,7090
0,8	170,41	0,0011149	0,2403	720,9	2769,0	2,0461	6,6630
0,9	175,36	0,0011213	0,2149	742,7	2773,7	2,0945	6,6223
1,0	179,88	0,0011273	0,1945	762,4	2777,8	2,1383	6,5867
1,5	198,28	0,0011538	0,1317	844,5	2791,8	2,3148	6,4458
2,0	212,37	0,0011768	0,09961	908,6	2799,2	2,4471	6,3411
3,0	233,83	0,0012164	0,06663	1008,4	2803,1	2,6455	6,1859
4,0	250,33	0,0012520	0,04977	1087,5	2800,6	2,7965	6,0689
5,0	263,91	0,0012858	0,03943	1154,2	2793,9	2,9210	5,9739
6,0	275,56	0,0013185	0,03243	1213,9	2784,4	3,0276	5,8894
7,0	285,80	0,0013510	0,02738	1267,6	2772,3	3,1221	5,8143
8,0	294,98	0,0013838	0,02352	1317,3	2758,6	3,2079	5,7448
9,0	303,31	0,0014174	0,02049	1363,9	2742,6	3,2866	5,6783
10,0	310,96	0,0014522	0,01803	1407,9	2724,8	3,3601	5,6147
12,0	324,64	0,001527	0,01426	1491,1	2684,6	3,4966	5,4930
14,0	336,63	0,001611	0,01149	1570,8	2637,9	3,6233	5,3731
16,0	347,32	0,001710	0,009319	1649,6	2581,7	3,7456	5,2478
18,0	356,96	0,001839	0,007505	1732,2	2510,6	3,8708	5,1054
20,0	365,72	0,00203	0,00586	1826,8	2410,3	4,0147	4,9280
22,0	373,71	0,00269	0,00378	2009,7	2195,6	4,2943	4,5815