Задача 5
Определить площадь поверхности нагрева, число и длину секций пар перегревателя парового котла (рис. 5.6) производительностью С2, т/ч, пара п; давлений Р, МПа и температуре перегрева 1'3', "С.
В пароперегреватель поступает сухой насыщенный пар, который движе ся по стальным трубам [коэффициент теплопроводности λ=22 Вт/(мК)] диаметром , мм со средней скоростью ω2, м/с.
Дымовые газы (13 % СО2, 11 % Н2О) в количестве G1, т/ч движутся поперёк трубного пучка. Температура газов на входе t, ºС. Средняя скорость газов в узком сечении пучка ω1, м/с. Трубы расположены в коридорном порядке с шагом поперёк потока S1, м вдоль потока S2, м.
При расчёте изменением давления пара по длине пароперегревателя пре небречь.
Исходные данные приведены в табл. 7.5.
Таблица 7.5
Исходные данные к задаче 5
Первая цифра варианта |
G2, т/ч |
Р, МПа |
t2'', °С |
, |
ω1, м/с |
Вторая цифра варианта |
G1, т/ч |
t1', °С |
ω1, м/с |
|
|
0 |
175 |
5,5 |
410 |
29/25 |
15 |
0 |
400 |
1000 |
6 |
2 |
2,6 |
1 |
180 |
6 |
420 |
30/26 |
16 |
1 |
410 |
1010 |
7 |
2,1 |
2,7 |
2 |
185 |
6,5 |
430 |
31/27 |
17 |
2 |
420 |
1020 |
8 |
2,2 |
2,8 |
3 |
190 |
7 |
440 |
32/27 |
18 |
3 |
430 |
1030 |
9 |
2,3 |
2,9 |
4 |
195 |
7,5 |
450 |
33/28 |
19 |
4 |
440 |
1040 |
10 |
2,4 |
3 |
5 |
200 |
8 |
460 |
34/29 |
20 |
5 |
450 |
1050 |
11 |
2,5 |
3,1 |
6 |
205 |
8,5 |
470 |
35/29 |
21 |
6 |
460 |
1060 |
12 |
2,6 |
3,2 |
7 |
210 |
9 |
480 |
36/30 |
22 |
7 |
470 |
1070 |
13 |
2,7 |
3,2 |
8 |
215 |
9,5 |
490 |
37/31 |
23 |
8 |
480 |
1080 |
14 |
2,8 |
3,4 |
9 |
220 |
10 |
500 |
38/32 |
24 |
9 |
490 |
1090 |
15 |
2,9 |
3,5 |
Пример 5
Согласно условию к задаче 5 выполнить конструктивный тепловой расчёт паронагревателя парового котла.
Исходные данные:
- расход пара G2, т/ч=230т/ч;
- давление пара ρ=9,8 МПа;
- температура перегрева пара =510 ºС;
- диаметры труб мм;
- средняя скорость пара в трубах ω2=17 м/с;
- расход дымовых газов G1,=500 т/ч;
- температура дымовых газов на входе t1'=1100 °С;
- средняя скорость дымовых газов в узком сечении пучка ω1=14 м/с;
- поперечный шаг труб S1=2,3 dнар, м;
- продольный шаг труб S2=3 dнар, м.
Решение
При ρ =9,8 МПа температура насыщения t2'=309,48 °С, энтальпия пара і2'=2728 к Дж/кг [7]. На выходе из пароперегревателя при t2''=510 °С і2''=3402,1 кДж/кг [7].
При таких параметрах пара тепловая нагрузка (тепловая мощность) ТА согласно (3.4) составит
кВт.
Среднеарифметическая температура пара и ею физические свойства этой температуре, принимаемые согласно [7]
t2=0,5(t2'+ t2'')=0,5(309,48+510)≈410 °С
ρ2,
кг/м3
ν2 ,м2/с
λ2, Вт/(м∙К)
Рr2
Ср2, кДж/(кг∙К)
36,02
0,692∙10-6
0,068
1,11
2,953
°С,
и t1=0,5(t1'+ t1'')=0,5(1100+863)=981,5 °С.
При этой температуре. Gр1=1,303 кДж\(кг∙К) (прил. 5) и второго приближения делать не следует.
Физические свойства дымовых газов при t1=981,5 ºС принимаются согласно прил. 5.
ρ1, кг/м3 |
ν1 ,м2/с |
λ1, Вт/(м∙К) |
Рr1 |
Ср1, кДж/(кг∙К) |
0,372 |
108∙10-6 |
0,0808 |
0,612 |
1,234 |
Число Рейнольдса для потока пара по (4.10)
Так как режим движения пара турбулентный, расчет ведем по (4. 16)
Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к пару по (4.8)
Вт/(м2∙К)
Число Рейнольдса для потока газов согласно (4.9)
Так как Rе1;>103 , расчёт числа Нуссельта ведём по (4.25)
где
для коридорного расположения труб 
.
В связи с тем, что число рядов труб вдоль потока неизвестно, расчёт произведем для третьего ряда труб, начиная с которого поправочный коэффициент εl=1.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенкам труб по (4.8)
Вт/(м2∙К).
В промышленных условиях вследствие загрязнения поверхности нагрева интенсивность теплообмена снижается. Для учёта этого явления можно исполосовать понижающий коэффициент, равный 0,8. Тогда
α1=0,8α′1=0,8 86,2=69 Вт/(м2∙К).
Средняя длина пути луча в пределах газового слоя по [8]
м.
Произведения среднего пути луча на парциальные давления диоксида утл ;рода и водяных паров
м∙Па
По графикам (прил. 2) находим степень черноты дымовых газов при t1=981,5 °С и величину поправочного коэффициента β:
Степень черноты газовой смеси по (4.43)
Находим по тем же графикам по глотательную способность газов при температуре наружной поверхности труб, которую принимаем tс1= t2+40=410+40=450°С
где
Эффективная степень черноты оболочки по (4.42)
Плотность теплового потока, обусловленная излучением по (4.41)
Вт/м2.
Коэффициент теплоотдачи, обусловленный излучением но (4.40)
Вт/м2∙К.
Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенкам труб по (4.39)
Вт/м2∙К.
Коэффициент теплопередачи по (4.7)
Вт/м2∙К.
где толщина стенок δ=0,5(dнар–dвн)=0,5(0,032–0,028)=0,002 м.
Приближённо принимая схему движения теплоносителей за противоточную, строим график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена (рис. 7.5) и находим меньшую и большую разность температур.
Рис. 7.5. Характер изменения температур теплоносителей (к примеру 5)
ºС,
ºС,
Так как
,
то расчёт среднего температурного
напора
можно вести по (4.3)
ºС,
Температура наружной поверхности труб
ºС.
При расчёте лучистого теплообмена было принято =450 ºС (см. п. 13). Для расчёта а0 такое совпадение достаточно точно и пересчёта делать не следует.
Площадь поверхности нагрева согласно (4.1)
м2.
Число змеевиков (труб) по (5.19)
.
Длина каждого змеевика по (5.20)
м.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Поправка εμ = f(Р,К)
(перекрестный ток: один ход теплоносителя 1 в трубном пучке, два хода теплоносителя 2 в межтрубном пространстве по противоточной схеме)
Приложение 2
Графики для определения черноты дымовых газов
Рис. П. 2.1. Степень черноты углекислого газа
Рис. П. 2.2. Степень черноты водяного пара
Рис. П. 2.3. Поправочный коэффициент β на парциальное давление
водяного пара
Приложение 3
Физические свойства воды на линии насыщения
t, C |
p∙10-5Па |
, кг/м3 |
ί, кДж\(кг∙C) |
С, кДж\(кг∙C) |
∙102 Вт/(м∙С) |
α∙104 м3/с |
μ∙104 Па∙с |
ν∙104 м3/с |
β∙104 К-1 |
σ∙104Н/м |
Рt |
0 |
1,013 |
999,9 |
0,00 |
4,212 |
55,1 |
13,1 |
1788 |
1,789 |
-0,63 |
756,4 |
13,67 |
10 |
1,013 |
999,7 |
42,04 |
4,191 |
57,4 |
13,7 |
1306 |
1,306 |
0,70 |
741,6 |
9,52 |
20 |
1,013 |
998,2 |
83,91 |
4,183 |
59,9 |
14,3 |
1004 |
1,006 |
1,82 |
726,9 |
7,02 |
30 |
1,013 |
995,7 |
125,7 |
4,174 |
61,8 |
14,9 |
801,5 |
0,805 |
3,21 |
712,2 |
5,42 |
40 |
1,013 |
992,2 |
167,5 |
4,174 |
63,5 |
15,3 |
653,3 |
0,659 |
3,87 |
696,5 |
4,31 |
50 |
1,013 |
988,1 |
209,3 |
4,174 |
64,8 |
15,7 |
549,4 |
0,556 |
4,49 |
676,9 |
3,54 |
60 |
1,013 |
983,2 |
251,1 |
4,179 |
65,9 |
16,0 |
469,9 |
0,478 |
5,11 |
662,2 |
2,98 |
70 |
1,013 |
977,8 |
293,0 |
4,187 |
66,8 |
16,3 |
406,1 |
0,415 |
5,70 |
643,5 |
2,55 |
80 |
1,013 |
971,8 |
335,0 |
4,195 |
67,4 |
16,6 |
355,1 |
0,365 |
6,32 |
625,9 |
2,21 |
90 |
1,013 |
965,3 |
377,0 |
4,208 |
68,0 |
16,8 |
314,9 |
0,326 |
6,95 |
607,2 |
1,95 |
100 |
1,013 |
958,4 |
419,1 |
4,220 |
68,3 |
16,9 |
282,5 |
0,295 |
7,52 |
588,6 |
1,75 |
110 |
1,43 |
951,0 |
461,4 |
4,233 |
68,5 |
17,0 |
259,0 |
0,272 |
8,08 |
569,0 |
1,60 |
120 |
1,98 |
943,1 |
503,7 |
4,250 |
68,6 |
17,1 |
237,4 |
0,252 |
8,64 |
548,4 |
1,47 |
130 |
2,70 |
934,8 |
546,4 |
4,266 |
68,6 |
17,2 |
217,8 |
0,233 |
9,19 |
528,8 |
1,36 |
140 |
3,61 |
926,1 |
589,1 |
4,287 |
68,5 |
17,2 |
201,1 |
0,217 |
9,72 |
507,2 |
1,26 |
150 |
4,76 |
917,0 |
632,2 |
4,313 |
68,4 |
17,3 |
186,4 |
0,203 |
10,3 |
486,6 |
1,17 |
160 |
6,18 |
907,4 |
675,4 |
4,346 |
68,3 |
17,3 |
173,6 |
0,191 |
10,7 |
466,0 |
1,10 |
170 |
7,92 |
897,3 |
719,3 |
4,380 |
67,9 |
17,3 |
162,8 |
0,181 |
11,3 |
443,4 |
1,05 |
180 |
10,03 |
886,9 |
763,3 |
4,417 |
67,4 |
17,2 |
153,0 |
0,173 |
11,9 |
422,8 |
1,00 |
190 |
12,55 |
876,0 |
807,8 |
4,459 |
67,0 |
17,1 |
144,2 |
0,165 |
12,6 |
400,2 |
0,96 |
200 |
15,55 |
853,0 |
852,5 |
4,505 |
66,3 |
17,0 |
136,4 |
0,158 |
13,3 |
376,7 |
0,93 |
210 |
19,08 |
852,8 |
897,7 |
4,555 |
65,5 |
16,9 |
130,5 |
0,153 |
14,1 |
354,1 |
0,91 |
220 |
23,20 |
840,3 |
943,7 |
4,614 |
64,5 |
16,6 |
124,6 |
0,148 |
14,8 |
331,6 |
0,89 |
230 |
27,98 |
827,3 |
990,2 |
4,681 |
63,7 |
16,4 |
119,7 |
0,145 |
15,9 |
310,0 |
0,88 |
240 |
33,48 |
813,6 |
1037,5 |
4,766 |
62,8 |
16,2 |
114,8 |
0,141 |
16,8 |
285,5 |
0,87 |
250 |
39,78 |
799,0 |
1085,7 |
4,844 |
61,8 |
15,9 |
109,9 |
0,137 |
18,1 |
261,9 |
0,86 |
260 |
46,94 |
784,0 |
1135,1 |
4,949 |
60,5 |
15,6 |
105,9 |
0,135 |
19,1 |
237,4 |
0,87 |
270 |
55,05 |
767,9 |
1185,3 |
5,070 |
59,0 |
15,1 |
102,0 |
0,133 |
21,6 |
214,8 |
0,88 |
280 |
64,19 |
750,7 |
1236,8 |
5,230 |
57,4 |
14,6 |
98,1 |
0,131 |
23,7 |
191,3 |
0,90 |
290 |
74,45 |
732,3 |
1290,0 |
5,485 |
55,8 |
13,9 |
94,2 |
0,129 |
26,2 |
168,7 |
0,93 |
300 |
85,92 |
712,5 |
1344,9 |
5,736 |
54,0 |
13,2 |
91,2 |
0,128 |
29,2 |
144,2 |
0,97 |
310 |
98,70 |
691,1 |
1402,2 |
6,071 |
52,3 |
12,5 |
88,3 |
0,128 |
32,9 |
120,7 |
1,03 |
320 |
112,90 |
667,1 |
1462,1 |
6,574 |
50,6 |
11,5 |
85,3 |
0,128 |
38,2 |
98,10 |
1,11 |
330 |
128,65 |
640,2 |
1526,2 |
7,244 |
48,4 |
10,4 |
81,4 |
0,127 |
43,3 |
76,71 |
1,22 |
340 |
146,08 |
610,1 |
1594,8 |
8,165 |
45,7 |
9,17 |
77,5 |
0,127 |
53,4 |
56,70 |
1,39 |
350 |
165,37 |
574,4 |
1671,4 |
9,504 |
43,0 |
7,88 |
72,6 |
0,126 |
66,8 |
38,16 |
1,60 |
360 |
186,74 |
528,0 |
1761,5 |
13,984 |
39,5 |
5,36 |
66,7 |
0,126 |
109 |
20,21 |
2,35 |
370 |
210,53 |
450,5 |
1892,5 |
40,321 |
33,7 |
1,86 |
56,9 |
0,126 |
264 |
4,709 |
6,79 |
Приложение 4
Физические свойства сухого воздуха
(В=760 мм рт. ст.=1,01∙105Па)
t, C |
, кг/м3 |
С, кДж\(кг∙C) |
∙102 Вт/(м∙С) |
α∙104 м3/с |
μ∙104 Па∙с |
ν∙104 м3/с |
Рt |
-50 |
1,534 |
1,013 |
2,04 |
12,7 |
14,6 |
9,23 |
0,728 |
-40 |
1,515 |
1,013 |
2,12 |
13,8 |
15,2 |
10,04 |
0,728 |
-30 |
1,453 |
1,013 |
2,20 |
14,9 |
15,7 |
10,80 |
0,723 |
-20 |
1,395 |
1,009 |
2,28 |
16,2 |
16,2 |
12,79 |
0,716 |
-10 |
1,342 |
1,009 |
2,36 |
17,4 |
16,7 |
12,43 |
0,712 |
0 |
1,293 |
1,005 |
2,44 |
18,8 |
17,2 |
13,28 |
0,707 |
10 |
1,247 |
1,005 |
2,51 |
20,0 |
17,6 |
14,16 |
0,705 |
20 |
1,205 |
1,005 |
2,59 |
21,4 |
18,1 |
15,06 |
0,703 |
30 |
1,165 |
1,005 |
2,67 |
22,9 |
18,6 |
16,00 |
0,701 |
40 |
1,128 |
1,005 |
2,76 |
24,3 |
19,1 |
16,96 |
0,699 |
50 |
1,093 |
1,005 |
2,83 |
25,7 |
19,6 |
17,95 |
0,698 |
60 |
1,060 |
1,005 |
2,90 |
26,2 |
20,1 |
18,97 |
0,696 |
70 |
1,029 |
1,009 |
2,96 |
28,6 |
20,6 |
20,02 |
0,694 |
80 |
1,000 |
1,009 |
3,05 |
30,2 |
21,1 |
21,09 |
0,692 |
90 |
0,972 |
1,009 |
3,13 |
31,9 |
21,5 |
22,10 |
0,690 |
100 |
0,946 |
1,009 |
3,21 |
33,6 |
21,9 |
23,13 |
0,688 |
120 |
0,898 |
1,009 |
3,34 |
36,8 |
22,8 |
25,45 |
0,686 |
140 |
0,854 |
1,013 |
3,49 |
40,3 |
23,7 |
27,80 |
0,684 |
160 |
0,815 |
1,017 |
3,64 |
43,9 |
24,5 |
30,09 |
0,682 |
180 |
0,779 |
1,022 |
3,78 |
47,5 |
25,3 |
32,49 |
0,681 |
200 |
0,746 |
1,026 |
3,93 |
51,4 |
26,0 |
34,85 |
0,680 |
250 |
0,674 |
1,038 |
4,27 |
61,0 |
27,4 |
40,61 |
0,677 |
300 |
0,615 |
1,047 |
4,60 |
71,6 |
29,7 |
48,33 |
0,674 |
350 |
0,566 |
1,059 |
4,91 |
81,9 |
31,4 |
55,46 |
0,676 |
400 |
0,524 |
1,068 |
5,21 |
93,1 |
33,0 |
63,00 |
0,678 |
500 |
0,456 |
1,093 |
5,74 |
115,3 |
36,2 |
79,38 |
0,687 |
600 |
0,404 |
1,114 |
6,22 |
138,3 |
39,1 |
96,89 |
0,699 |
700 |
0,362 |
1,135 |
6,71 |
163,4 |
41,8 |
115,4 |
0,706 |
800 |
0,329 |
1,156 |
7,18 |
188,8 |
44,3 |
134,8 |
0,713 |
900 |
0,301 |
1,172 |
7,63 |
216,2 |
46,7 |
155,1 |
0,717 |
1000 |
0,277 |
1,185 |
8,07 |
245,9 |
49,0 |
177,1 |
0,719 |
1100 |
0,257 |
1,197 |
8,50 |
276,2 |
51,2 |
199,3 |
0,722 |
1200 |
0,239 |
1,210 |
9,15 |
316,5 |
53,5 |
233,7 |
0,724 |
Приложение 5
Физические свойства дымовых газов
(
В=760
мм рт. ст.=1,01∙105Па;
РСО2=0,13;
РН2О=0,11;
РN2=0,76)
t, C |
, кг/м3 |
С, кДж\(кг∙C) |
∙102 Вт/(м∙С) |
α∙104 м3/с |
μ∙104 Па∙с |
ν∙104 м3/с |
Рt |
0 |
1,295 |
1,042 |
2,28 |
16,9 |
15,8 |
12,20 |
0,72 |
100 |
0,950 |
1,068 |
3,13 |
30,8 |
20,4 |
21,54 |
0,69 |
200 |
0,748 |
1,097 |
4,01 |
48,9 |
24,5 |
32,80 |
0,67 |
300 |
0,617 |
1,122 |
4,84 |
69,9 |
28,2 |
45,81 |
0,65 |
400 |
0,525 |
1,151 |
5,70 |
94,3 |
31,7 |
60,38 |
0,64 |
500 |
0,457 |
1,185 |
6,56 |
121,1 |
34,8 |
76,30 |
0,63 |
600 |
0,405 |
1,214 |
7,42 |
150,9 |
37,9 |
93,61 |
0,62 |
700 |
0,363 |
1,239 |
8,27 |
183,8 |
40,7 |
112,1 |
0,61 |
800 |
0,330 |
1,264 |
9,15 |
219,7 |
43,4 |
131,8 |
0,60 |
900 |
0,301 |
1,290 |
10,0 |
258,0 |
45,9 |
152,5 |
0,59 |
1000 |
0,275 |
1,306 |
10,90 |
303,4 |
48,4 |
174,3 |
0,58 |
1100 |
0,257 |
1,323 |
11,75 |
345,5 |
50,7 |
197,1 |
0,57 |
1200 |
0,240 |
1,340 |
12,62 |
392,4 |
53,0 |
221,0 |
0,56 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача: Учебник для вузов.-4-е. изд. - М.: Энергоиздат, 1981.-4 16с.
Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. -2-е изд. - М.: Энергия, 1977.- 344с.
Беляев Н. М. Основы теплопередачи: Учебник для вузов. - К.: Вища школа, 989.-347с.
Кушнырёв В. И., Лебедев В. И., Павленко В. А. Техническая термодинамика .1 теплопередача: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1986.- 486с.
Лабай В.И. Тепломасообмін: Підручник для ВН3. - Львів: Тріада Плюс, 1998.-260с.
Краснощеков Е. А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд. - М.: Энергия, 1980.-288с.
Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара: - М.: Энергия, 1980.- 424с.
Эстеркин Р.И. Котельные установки: Курсовое и дипломное проектирование. - Л.: Энергоатомиздат, 1989.- 280с.
ОГЛАВЛЕНИЕ