Алматинский институт энергетики и связи

 

Кафедра тепловых энергетических установок

 

РЕАЛИЗАЦИЯ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОЦЕССА  НА  ТЭС

 

Методические указания к выполнению курсовой работы

(для студентов специальности 050717 – Теплоэнергетика

всех форм обучения)  

 

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛЬ: В.Д.Огай. Реализация технологического процесса на ТЭС. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 050717 – Теплоэнергетика. - Алматы: АИЭС, 2008 - 15 с.

 Методические указания содержат основные положения по организации выполнения и оформления курсовой работы, методику теплового расчета испарителя.

Методические указания предназначены для студентов специальности Теплоэнергетика всех форм обучения

Введение 

Курсовая работа выполняется с целью закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков по технологическому оборудованию тепловых электрических станций. Для выполнения курсовой работы необходимы знания следующих базовых дисциплин: тепломассообмен, техническая термодинамика, парогенераторы и паровые турбины ТЭС.

 1 Общие методические указания 

Курсовая работа включает расчетно-пояснительную записку и графическую часть. Записка оформляется на листах формата А4, в соответствии со стандартом ФС-10352-1910-УЕ-001-2002. Графическая часть выполняется на формате А3 и включает продольный разрез испарителя.

Расчеты выполняются в системе СИ, допускается применять единицы измерения принятые на производстве и Госкомстатом. Варианты заданий приведены в таблице А1 приложения А.

 2       Задание к курсовой работе:

 - определить гидравлические потери контура циркуляции ступени испарителя;

- определить полезный напор в контуре естественной циркуляции ступени испарителя;

- определить рабочую скорость циркуляции;

- определить коэффициент теплопередачи.

 3    Методические указания по выполнению работы

 3.1 Назначение и устройство испарителей

Испарители предназначены для получения дистиллята, восполняющего потери пара и конденсата в основном цикле паротурбинных установок электростанций, а также выработки пара для общестанционных нужд и внешних потребителей.

Испарители могут использоваться в составе как одноступенчатых, так многоступенчатых испарительных установок для работы в технологическом комплексе тепловых электростанций.

В качестве греющей среды может использоваться пар среднего и низкого давления из отборов турбин или РОУ, а в некоторых моделях даже вода с температурой 150 - 180 оС.

В зависимости от назначения и требований по качеству вторичного пара испарители изготавливаются с одно- и двухступенчатами паропромывочными устройствами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 - Испарительная установка

1 – корпус; 2 – греющая секция; 3 – подвод греющего пара; 4 – промывочный лист; 5 – подвод питательной воды; 6 – жалюзийный сепаратор; 7 –опускные трубы; 8 – отвод конденсата греющего пара.

 Испаритель представляет собой сосуд цилиндрической формы (рисунок 1) и, как правило, вертикального типа. Корпус испарителя состоит из цилиндрической обечайки и двух эллиптических днищ, приваренных к обечайке. Для крепления к фундаменту к корпусу приварены опоры. Для подъема и перемещения испарителя предусмотрены грузовые штуцеры (цапфы).

На корпусе испарителя предусмотрены патрубки и штуцеры для:

-         подвода греющего пара (3);

-         отвода вторичного пара;

-         отвода конденсата греющего пара (8);

-         подвода питательной воды испарителя (5);

-         подвода воды на паропромывочное устройство (4);

-         непрерывной продувки;

-         слива воды из корпуса и периодической продувки;

-         перепуска неконденсирующихся газов;

-         установки предохранительных клапанов;

-         установки приборов контроля и автоматического регулирования;

-         отбора проб.

В корпусе испарителя предусмотрено два люка для осмотра и ремонта внутренних устройств.

Питательная вода поступает по коллектору (5) на промывочный лист (4) и по опускным трубам в нижнюю часть греющей секции (2). Греющий пар поступает по патрубку (3) в межтрубное пространство греющей секции. Омывая трубы греющей секции, пар конденсируется на стенках труб. Конденсат греющего пара стекает в нижнюю часть греющей секции, образуя необогреваемую зону. Внутри труб, сначала вода, затем пароводяная смесь поднимается в парообразующий участок греющей секции. Пар поднимается, а вода переливается в кольцевое пространство и опускается в нижнюю часть секции. Образующийся вторичный пар, сначала проходит через промывочный лист, где остаются крупные капли воды, затем через жалюзийный сепаратор (6), где улавливаются средние и часть мелких капель. Движение воды в опускных трубах, кольцевом канале и пароводяной смеси трубах греющей секции происходит за счет естественной циркуляции: разности плотностей воды и пароводяной смеси (рисунок 4).

Продольный разрез испарительной установки представлен на рисунке 1.  

3.2    Определение параметров вторичного пара испарительной установки

Давление вторичного пара в каждой ступени определяется температурным напором ступени и параметрами потока в греющем контуре

                                                           (1)где 

tн, tнi соответственно температуры насыщения в первичном и вторичном контурах ступени.

Давление вторичного пара определяется по температуре насыщения во вторичном контуре, которая вычисляется по (1) 

.                                                              (2)

 

 

 

 

 Рисунок 2 – Схема потоков испарителя

 3.3 Определение производительности испарительной установки

Производительность испарительной установки определяется расходом вторичного пара из ступени.

Количество вторичного пара из ступени определяется из уравнения теплового баланса

                                  (3)

где  D, Di  - соответственно количество греющего и вторичного пара, кг/с (т/ч);

- соответственно энтальпия греющего пара и конденсата, кДж/кг (ккал/кг);

 - соответственно энтальпия вторичного пара и воды в состоянии насыщения, кДж/кг (ккал/кг);

а – величина продувки, принимается 5 % для всех вариантов. 

3.4 Методика теплового расчета ступени испарителя

Поверочный тепловой расчет проводится с целью уточнения параметров вторичного пара и производительности ступени при заданной поверхности и параметрах греющего потока.

Расчет проводится методом последовательного приближения, в качестве первого приближения принимаются данные, полученные при определении производительности ступени по уравнению теплового баланса (3)

Коэффициент теплопередачи, предварительно

 .                                                               (4)

Число Рейнольдса для пленки конденсата

                                                               (5)

где

- удельный тепловой поток, кВт/м2 ;           

Н – высота теплообменной поверхности, м (L1/3 – для И-120, И-250; L1/4 – для И-350, И-600, И-1000);

r – теплота парообразования при Ргр, кДж/кг;

r'плотность жидкости при tн, кг/м3;               

n - кинематическая вязкость воды в состоянии насыщения при Ргр, м2/с.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке

при ламинарном режиме, Re<100

.                                                (6)

при смешанном течении пленки, Re>100

                                       (7)

где

l - теплопроводность воды в состоянии насыщения при Ргр, кВт/(м К);

Pr число Прандтля при температуре насыщения tн,гр.

Коэффициент теплоотдачи с учетом окисления стенок труб

.                                                        (8)

Определение скорости циркуляции

Расчет проводится графо-аналитическим методом. Задаваясь тремя значениями скорости циркуляции wo (0,5; 0,7 и 0,9 м/с), рассчитывают сопротивление в подводящих линиях и полезный напор. Точка пересечения кривых соответствует рабочему значению скорости циркуляции (см.рис.2).

Рисунок 3 - Определение скорости циркуляции

 

Гидравлические потери в подводящей части складываются из потерь в кольцевом пространстве между корпусом испарителя и греющей секцией и потерь на входных участках труб.

Площадь кольцевого сечения, м2

                                           (9)

где

dопдиаметр опускных труб, м;

nколичество опускных труб.

Скорость воды в кольцевом канале, м2

                                                    (10)

где

dвнвнутренний диаметр труб греющей секции, м;

zчисло труб греющей секции.

                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 4 - Схема циркуляции

 Эквивалентный диаметр, м

.                                                 (11)

Коэффициент трения в кольцевом канале и трубах греющей секции:

при Re<2000,                              ;                                                          (12)

при Re= 2*103 – 100*10        .                                                        (13)

Коэффициенты сопротивления на входе и выходе в кольцевой канал и входе в трубы греющей секции

xвх = 0,5 ,       xвых= 1,0 ,         xвх.тр= 0,5.

Потеря давления при движении в кольцевом канале, Па

                                                   (14)

где

r'плотность воды при температуре насыщения, кг/м3.

Потери давления на входе и выходе из кольцевого канала, Па

.                                              (15)

Потери давления на входе в трубы греющей секции, Па

.                                                 (16)

Потери давления при движения воды на прямом участке, Па

                                                  (17)

где

lновысота нижнего необогреваемого участка, м;

                                                        (18)

где

lуровень конденсата (для И-120 – 0,15; И-250 – 0,2; И-350, И-600,
И-1000 – 0,25 м).

Потери в опускных трубах, Па

.                                                  (19)

Потери в необогреваемом участке, Па

.                                               (20)

Тепловой поток, кВт/м2

.                                                            (21)

Общее количество теплоты, передаваемое в кольцевом пространстве, кВт

.                                                        (22)

Повышение энтальпии воды в кольцевом канале, кДж/кг

.                                                (23)

Высота экономайзерного участка, м

                           (24)

где

частная производная  определяется по таблице насыщения при рн2
        как .

Потери на экономайзерном участке, Па

.                                                    (25)

Общее сопротивление в подводящих линиях, Па

.                                         (26)

Определение полезного напора

Количество пара, образующееся в одной трубе, кг/с

.                                                                (27)

Приведенная скорость пара на выходе из труб греющей секции, м/с

.                                                     (28)

Средняя приведенная скорость пара в трубе, м/с

.                                                       (29)

Расходное паросодержание

.                                                      (30)

Скорость всплытия одиночного пузыря в неподвижной жидкости, м/с

                                            (31)

где

s - поверхностное натяжение воды при температуре насыщения, Н/м.

 Фактор взаимодействия

.                                              (32)

Групповая скорость всплытия пузырей, м/с

.                                                       (33)

Скорость смеси, м/с

.                                                    (34)

Объемное паросодержание

.                                                      (35)

Движущий напор, Па

                                  (36)

где

Lпарвысота парообразующего участка, м. Lпар=L1-lно-lэк.

Потери на трение в пароводяной линии

.                       (37)

Потери на выходе из труб

.                            (38)

Потери на ускорение потока

                                     (39)

где

у1, у2соответственно параметры в сечении, где вода закипает и в выходном сечении

 при х=0 и j =0.

Скорость смеси в выходном сечении, м/с

.                                                 (40)

Расходное паросодержание в выходном сечении

.                                                         (41)

 Объемное паросодержание

.                                                     (42)

Массовое паросодержание в выходном сечении

.                                               (44)

Параметр  у

.                                           (45)

Полезный напор

.                                (46)

Проведя аналогичные расчеты для других значений скорости циркуляции w, строят зависимости: подв =f(w) и пол=f(w) (рисунок 3).

На пересечении кривых находят рабочее значение скорости циркуляции wp.

Для которой уточняется коэффициент теплопередачи.

Число Рейнольдса

.                                                     (47)

Число Нуссельта

.                                          (48)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде

.                                                      (49)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде с учетом оксидной пленки

.                                                 (50)

Коэффициент теплопередачи

.                                          (51)

Отклонение от ранее принятого значения

.                                                  (52)

Допускаемое отклонение не более 10 % по абсолютной величине.

Список литературы

1.    Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции: Учебник для вузов /Под ред. В.Я.Гиршфельда – 3-е изд.перераб. и доп. –М.: Энергоатомиздат, 1987. –328 с.: ил.

2.    Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании /Под ред. Л.С.Стермана: Учеб. Пособие для втузов. – М.: Высшая школа, 1987. –352 с.: ил.

3.    Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС: Учебное пособие для вузов. 3- издание стереотипное –М.: Издательство МЭИ, 2005. –260 с.: ил.

4.    Тепловые и атомные электрические станции: Справочник /Под ред. чл.-корр.РАН А.В.Клименко и проф. В.М.Зорина. –3-е изд., перераб. – М.: МЭИ, 2003. –645 с.: ил. (Теплоэнергетика и теплотехника; кн.3)

 Приложение А

 Таблица А1 - Исходные данные

Перваябуква фами-лии

Последняя цифра

номера

зачетной

книжки

Тип

Кол-во труб

Параметры греющего пара

Расход греющего пара

т/ч

Габаритные

Размеры, м

Опускные

трубы

Р,  МПа

t oC

L1

L2

D1

D2

Кол-во

dоп, мм

А

Ж

У

Ш

Я

1

И-120

902

0,52

165

4,6

1,59

1,62

1,8

2,05

12

54

2

0,55

171

5,8

3

0,64

169

4,5

4

0,58

193

4,2

5

0,61

184

4,3

6

0,72

162

4,1

7

0,56

172

5,3

8

0,42

168

5,6

9

0,46

175

4,7

0

0,47

177

4,4

Д

С

Х

Ц

Э

Н

1

И-250

1736

0,66

165

9,8

1,625

1,7

2,05

2,85

16

66

2

0,54

176

10,2

3

0,72

172

9,3

4

0,48

164

10,7

5

0,57

170

11,2

6

0,69

168

10,4

7

0,55

185

11,3

8

0,58

184

10,9

9

0,62

187

11,5

0

0,58

174

10,5

В

И

М

П

Щ

Ю

1

И-350

1764

0,64

175

13,4

2,29

2,36

2,05

2,85

22

66

2

0,56

187

14,0

3

0,49

168

13,5

4

0,71

169

15,9

5

0,65

171

14,1

6

0,62

183

13,3

7

0,56

189

15,2

8

0,59

176

14,8

9

0,62

179

15,3

0

0,66

177

13,8

Б

З

К

О

Ф

1

И-600

1764

0,52

167

22,1

3,59

3,65

2,1

2,85

28

72

2

0,59

176

23,0

3

0,63

173

24,5

4

0,73

176

23,9

5

0,68

194

21,7

6

0,65

179

22,9

7

0,61

188

23,4

8

0,64

190

21,7

9

0,80

198

22,2

0

0,72

186

22,6

Г

Л

Р

Т

Ч

 

1

И-1000

2726

0,82

174

36,7

3,59

3,65

2,8

3,45

32

90

2

0,74

185

23,1

3

0,77

176

29,8

4

0,67

179

40,7

5

0,83

180

38,5

6

0,75

165

34,8

7

0,73

188

43,3

8

0,78

175

37,2

9

0,71

180

33,5

0

0,76

187

36,8

Температурный напор в ступени принять 14 оС

Диаметр труб греющей секции – 32х2,5 мм, материал сталь 20.

 Содержание 

Введение

3

1 Общие методические указания

3

2 Задание на курсовую работу

3

3 Методические указания по выполнению работы

3

3.1 Назначение и устройство испарителей

3

3.2 Определение параметров вторичного пара испарительной установки

5

3.3 Определение производительности испарительной установки

5

3.4 Методика теплового расчета ступени испарителя

6

Определение скорости циркуляции

7

Определение полезного напора

10

Список литературы

13

Приложение А

14