Расчет конденсаторов к современным паровым турбинам

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

 

Брянский государственный  технический университет

 

 

 

Кафедра «Тепловые двигатели»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ   Работа

Расчет конденсаторов  к современным 

паровым турбинам

Документы текстовые

 ТА 09.22.РР.ПЗ

Всего листов 16                                                     

       Вариант №22

Руководитель                     Буглаев В.Т.                                                                            «____»   _______2012 г.

                                                                                  Студент гр. 09-Т                                                                                              

Рубис В.Ю.

«____»  _________2012 г.

 

Брянск 2012

 

Содержание

 

Аннотация           

Введение           

Исходные данные         

1.Праметры, определяющие  эффективность работы конденсатора………6 

2.Тепловой расчёт конденсатора…………………………………………….6       3. Определение геометрических параметров  конденсатора……………….9

4.Воздухоохладитель………………………………………………………...10

5. Определение геометрических  параметров 

    воздухоохладителя………………………………………………………...15

Список используемой литературы………………………………………….16       

 

Аннотация

В курсовой работе выполнен расчёт конденсатора и воздухоохладителя для современной паровой турбины мощностью 500 МВт.

Рассчитаны параметры конденсатора и воздухоохладителя. Также рассчитаны параметры, определяющие эффективность работы.

 

Введение

 

В паровых турбинах одной  из главных устройств является конденсатор.

Исследования показывают, что при изменении вакуума  в конденсаторе на один процент ведёт за собой изменение КПД турбины на один процент.

  Существует несколько  видов конденсаторов: боковые,  секционированные и с отборами  пара.

Боковые конденсаторы удалены  от турбины настолько, чтобы выполнить  надежную компенсацию относительных  смещений патрубков и корпусов конденсатора. Гибкое соединение конденсатора с ЦНД избавляет последний от деформаций под влиянием меняющихся сил, предающихся со стороны конденсатора от вакуума и массы воды. Симметричный выход пара из турбины в две стороны – важное преимущество боковых конденсаторов, так как при этом уменьшаются размеры горловин или становится реальным дальнейшее увеличение объёмных расходов пара.

Секционированными конденсаторами называют конденсаторы      ,разбитые на секции посредством перегородок. Этот конденсатор улучшает использование холодного источника путём поддержания более глубокого вакуума в первых секциях, где самая низкая температура охлаждающей воды. Это углубляет средний вакуум в конденсаторе. Уменьшение расхода теплоты  за счет углубления вакуума для турбин высокого давления оценивается в 0,25%. Этот простой метод повышения экономичности турбины особенно эффективен на АЭС.

Конденсаторы с отбором  пара представляют собой конденсатор  со «встроенным пучком» трубок, поверхность  охлаждения которых достигает 20% от общей поверхности охлаждения. При этом к встречному пучку раздельно подводится как вода тепловых сетей, так и обычная циркуляционная вода, а к остальной части конденсатора – только циркуляционная вода.

 

 

Исходные данные

для курсовой работы студента гр. 09-Т Рубиса В.Ю. на тему:

«Расчет конденсаторов к современным

паровым турбинам»

 

 

Номинальный расход пара в конденсатор   Д_к^н = 1520 т/ч

Мощность ПТУ конденсационного типа   N = 500 МВт

Кратность охлаждения воды      = / =40  

Температура на входе  в конденсатор       t_в’ = 15 ⁰C

Скорость охлаждающей воды                      W_в = 2,2 м/с

Скорость пара на входе  в конденсатор   W_п= 70 м/с

Давление в конденсаторе     Р_к = 5,0 кПа

Разность теплосодержания  пара и конденсата  Δh_k = 2423,4 кДж/кг

Наружный и внутренний диаметры трубок  d_н/d_вн = 25/23

Число ходов воды      z = 2

Материал трубок       сталь Х18Н10Т  

 

 

 

Руководитель: Буглаев В.Т. __________________ 

1.Параметры, определяющие эффективность работы конденсатора:

 

В конденсаторе, имеющем  поверхность охлаждения F , при расходе через него охлаждающей воды G_в, вода нагревается на δt_в = t_в’’ – t_в’ и не догревается до температуры насыщения на Δt = t_н – t_в’’.

Температура насыщения пара определяется по давлению пара в конденсаторе.

32,9 ⁰С.

Нагрев охлаждающей  воды находим из уравнения теплового  баланса:

2423,4/(4,19*40)= 14,46 ⁰С

где с_р=4,19 кДж/кг*К –теплоемкость воды.

Номинальный расход охлаждающей  воды:

 = кг/ч

                                                                                               

2.Тепловой  расчёт конденсатора:

 

Количество теплоты, передаваемой от пара к охлаждающей воде:

1520·10³·2423,4= 3,68*10⁹ Вт/ч.

Ориентировочно определим  поверхность теплообмена задавшись  номинальным значением паровой  нагрузки d_к=40 кг/м²*ч.

Средний температурный напор между паром и водой:

= 8,77 ⁰С.

Определим коэффициент  теплопередачи по формуле ВТИ:

 

 

 

 

а=0,75 – коэффициент состояния поверхности теплообмена (учитывает загрязнение трубок);

0,12·0,75(1+0,15·15) = 0,2925

(0,9-0,012·15)·40 = 28,8 кг/м²ч.

           Ф_d = 1- коэффициент ,учитывающий влияние паровой нагрузки конденсатора.

Поверхность теплообмена, тогда составит:

.

Число трубок определим  из зависимости:

  ,

 а длина трубок будет равна:

 

Определим коэффициент  теплопередачи по критериальным зависимостям Нуссельта:

 

, где 

α_в- коэффициент теплоотдачи с водяной стороны,

α_п- коэффициент теплоотдачи с паровой стороны.

 

Определим коэффициент  теплоотдачи с водяной стороны:

 

По средней температуре воды 32,9-8,77=24,13 ⁰С  определим физические свойства воды в зоне теплоотдачи:

а) Теплопроводность воды: 0,605   Вт/м·К.

б) кинематическая вязкость воды: _в= 0,98 *10^-6 м²/с

в) число Прандтля: Pr = 6,07

Определим число Рейнольдса:

=51632.

            = 7334,5 Вт/м²∙к

 

 

Определим коэффициент  теплоотдачи с паровой стороны:

.

Определим внутреннюю поверхность трубного пучка:

Для определения температуры  пленки определим температуру стенки:

тогда температура пленки будет равна:

 

По этой температуре определим  физические свойства конденсата:

          а) теплопроводность : λ_к= 0,62 Вт/м К

          б) плотность  конденсата : ρ_к= 995 кг/м³

          в) плотность  пара: ρ_П=0,0355 кг/м³

          г) удельная теплота парообразования : r = 2423 кДж/кг

          д) теплоемкость конденсата: с_р=4,179 кДж/кг К

          е) число Прандтля: Pr=5,062

          ж) кинематическая вязкость конденсата: _к=0,751*10^-6 м²/с

     ;

      ; где

 

тогда Nu=0,725·(2,69·10⁸·4,179·231)^1/4 =518

 

Коэффициент теплоотдачи  при неподвижном паре:

Вт/м²К;

 

Определим скоростной коэффициент ,пользуясь опытной зависимостью,предложенной ВТИ :

, где

    W_п= - средняя скорость пара.

 

.

Тогда действительное значение коэффициента теплоотдачи с паровой  стороны :  

При расчёте коэффициента теплопередачи  необходимо учесть отложения на внутренней поверхности трубок, тогда:

.

Принимаем и =0,0001 м, тогда определим значение коэффициента теплопередачи:

Коэффициент теплопередачи  изменился на 20% за счет отложений.

Проверяем недогрев воды:

,

 

3. Определение  геометрических параметров 

конденсатора

 

Определим значение поверхности  теплообмена.

Относительный шаг трубного пучка, тогда шаг трубного пучка м. Трубки располагаются по *равностороннему треугольнику и площадь этого треугольника равна

. Из этой площади нужно  вычесть половину площади сечения  трубки  : , тогда можно найти площадь трубной доски:

.

Вычислим диаметр трубной  доски: .

Найдем площадь теплообмена, при уточненном коэффициенте теплопередачи:

 

 

Проверим принятую ранее  паровую нагрузку:

 кг/м²*ч

 

Уточним длину трубок:

 

 

Отношение , что приемлемо.

 

 

4.ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬ

 

Принимаем  м².

Определим расход воздуха:

кг/ч.

Расход пара:

 кг/ч.

Расход смеси:

30400+70,88 = 30470,88 кг/ч.

Относительное содержание воздуха в паре:

;

.

Составим систему уравнений  для нахождения давлений пара и воздуха  в смеси:

.

 кПа.

 кПа;

 кПа.

 

   По парциальному  давлению пара находим температуру  насыщения пара в ядре потока  на входе:  ⁰С      при  кПа.

Температуру насыщения  пара на выходе задаем: 

 

     ⁰С

По этой температуре  определим парциальное давление пара на выходе из воздухоохладителя:   при    .

Парциальное давление  воздуха на выходе

.                

Относительное содержание воздуха в паре на выходе из воздухоохладителя:

.

  ;     .

 

Расход пара на выходе из воздухоохладителя:

 кг/ч.

Среднее относительное содержание воздуха в паре

.

 кПа.

кПа.

Определим расход смеси  на выходе из воздухоохладителя:

 кг/ч.

 

Для расчета массоотдачи воспользуемся  экспериментальной зависимостью ,предложенной Л.Д.Берманом на основе обобщения опытов ВТИ по исследованию массоотдачи  при конденсации движущегося  пара,содержащего примесь воздуха , на горизонтальных трубках.

 

Находим среднюю температуру воды, для этого принимаем

.

.

          Найдём коэффициент теплоотдачи  по водяной стороне

           По средней температуре воды  определим физические свойства для воды:

            а) теплопроводность воды : λ_в= 0,5967 Вт/м·K;

            б) кинематическая вязкость: ν_в=1,031*10^-6 м²/с;

            в) число Прандтля Pr = 7,217

            г) число парообразования  r = 2456,4 кДж/кг

 

.

 Вт/м²·ч·K.

 

 кДж/кг.

 

        .

Температура стенки равна:

 

.

Средняя температура  смеси:

.

Определим скорость паровоздушной смеси на выходе:

 м/с.

.

 

Для нахождения разобъем общий температурный напор между водяной стороной и стороной смеси, с учётом того, что термическое сопротивление со стороны смеси в 3…5 раз больше сопротивления водяной стороны.

Поэтому

 _{откуда следует,  что температурный  напор , приходящийся  на диффузионный  слой:}

_{Определим температуру поверхности пленки:}

 

Итак, . По этой температуре находим среднее парциальное давление пара на поверхности плёнки

 кПа.

Средняя разность парциальных  давлений пара в ядре потока и на поверхности пленки равна:

 кПа.

 м/с – средняя скорость  паровоздушной смеси.

.

 

             ,  где ν_см ≈ ν_п = 106,9∙10^-5 м²/с.

 

Коэффициент Кутателадзе  определяется по формуле:

.

            .

кг/м²·ч·ата – коэффициент диффузии.

           Определим коэффициент массоотдачи:

         Количество пара, протекающее из ядра потока к поверхности плёнки