Эксплуатация парового котла. Работа ГРЭС летом

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Государственное высшее учебное заведение

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра

Промышленной теплоэнергетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Тепломассообмен

Выполнил ст. гр. ЭНМ - 09

Копейка Д.В.

Проверил доцент кафедры ПТ

Гридин С.В.

Донецк - 2012г.

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Часть 1. Определить допустимое количество воды, сбрасываемой летом ГРЭС в пруд - охладитель, имеющий размеры 750 ´ 750 м.

Скорость ветра W, м/с, температура воды и воздуха tВ.

Расчеты выполняются для случаев, когда окружающий воздух имеет относительную влажность: а) j=j1; б) j=j2 .

Часть 2. В процессе эксплуатации парового котла его стальные кипятильные трубы диаметром d1/d2 снаружи покрылись слоем сажи толщиной dС, а внутри - слоем накипи толщиной dН. Температура дымовых газов, омывающих кипятильные трубы поперечно, - tГ, давление пара в котле РН. Определить температуры на границах между слоями стенки и тепловой поток на 1 пог.м на 1 м2 наружной и внутренней поверхности трубы. Представить данные расчета в виде графической зависимости.

Примечание:

·   накипь богата силикатами.

·   марка стали Ст. У12.

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной работы является решение двух задач:

.        Расчет допустимого количества воды, сбрасываемой ГРЭС в пруд - охладитель.

Эта задача относится к типу задач по процессам массообмена при вынужденной конвекции от плоской пластины. Прежде чем подобрать соответствующие безразмерные соотношения для числа Шервуда Sh (т.н. диффузионное число Нуссельта NuD), следует определить, будет ли течение воздуха на поверхности пруда ламинарным или турбулентным. Далее необходимо определить концентрацию водяных паров у поверхности водоёма, а затем массовые скорости испарения воды для каждого случая. Количество воды, сбрасываемое ГРЭС не должно превышать скорости её испарения. Иначе может произойти затопление близлежащих территорий.

.        Определение теплового потока на 1 м2 трубы.

В процессе эксплуатации парового котла его стальные кипятильные трубы диаметром d1/d2 снаружи покрылись слоем сажи толщиной dС, а внутри - слоем накипи толщиной dН. Температура дымовых газов, омывающих кипятильные трубы поперечно, - tГ, давление пара в котле рН. Определить температуры на границах между слоями стенки и тепловой поток на 1 пог. м на 1 м2 наружной и внутренней поверхности трубы (допускаемая погрешность вычислений в ходе итерационной процедуры - не более 2%). Для определения этих величин необходимо сначала задать некоторыми значениями температур и теплового потока. Методом последовательных приближений вышеупомянутые значения уточняются, максимально приближаясь к истинным.

Расчёты такого рода необходимы для оптимизации работы котельного оборудования, предотвращения аварий на котельных установках путём своевременного ремонта оборудования и определения излишних теплопотерь.

ЧАСТЬ 1

Определить допустимое количество воды, сбрасываемой летом ГРЭС в пруд - охладитель, имеющий размеры 750 ´ 750 м.

Скорость ветра W = 10 м/с, температура воды и воздуха tВ = 20°С.

Расчеты выполняются для случаев, когда окружающий воздух имеет относительную влажность: а) j1 = 16 %       б) j2 = 66 %.

Значение критерия Рейнольдса Re при достижении воздухом конца пруда равно:

значение коэффициента кинематической вязкости воздуха при 31°С:

nt = 0°С=13,3×10-6м2/с;

nt = 100°С=23×10-6м2/с;

 м2/с.

.

Следовательно, течение воздуха полностью турбулентное (Re>2300).

Число Шмидта Sc (диффузионный критерий Прандтля Prd) равно:

= 0 = 0,707= 100 = 0,688

.

Число Шервуда Sh равно

Коэффициент диффузии равен

= 0 = 6,76 м2/с= 100 = 12,1 м2/с

 м2/ч = 2,2×105 м2/с.

Коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности объемных концентраций водяного пара в воздухе и характеризующий линейную скорость испарения воды

 м/с.

Определим концентрации паров воды у поверхности озера и в окружающем воздухе. У поверхности воды воздух насыщенный и его относительная влажность равна 100%. Из таблиц для водяного пара [1] давление насыщения при 20°С равно РНАС=2330 Па. Концентрация водяного пара при 100% влажности равна:

 кг/м3.

а) При относительной влажности окружающего воздуха 16 % концентрация водяного пара в воздухе равна

 кг/м3.

Массовая скорость испарения воды равна:

 кг/с.

Количество воды, сбрасываемое ГРЭС в водоём при данной влажности воздуха не должно превышать 66,05 кг/с. Иначе произойдёт затопление близлежащих территорий.

б) При относительной влажности окружающего воздуха 64% концентрация водяного пара в воздухе равна

 кг/м3.

Массовая скорость испарения воды равна

 кг/с.

Количество воды, сбрасываемое ГРЭС в водоём при данной влажности воздуха не должно превышать 26,73 кг/с. Иначе произойдёт затопление близлежащих территорий.

ЧАСТЬ 2

2.1 Исходные данные

Исходные данные:

·   Наружный диаметр труб d1 = 0,175 м.

·   Внутренний диаметр труб d2 = 0,16 м.

·   Толщина накипи 1,5 мм.

·   Толщина сажи 0,8 мм.

·   Температура дымовых газов tГ = 765°С.

·   Температура питательной воды tПВ = 81°С.

·   Скорость газов WГ = 6,8 м/с.

·   Давление пара РН = 1,76 кПа.

·   Концентрация СО2 - 16 %.

·   Концентрация Н2О - 17 %.

·   Концентрация N2 - 65 %.

·   Объект излучения - цилиндр.

·   Накипь богата силикатами.

Марка стали Ст. У12.

Рисунок 1 Теплопроводность через цилиндрическую поверхность

2.2    Расчет параметров теплообмена

Расчет диаметров:= 0,175 м;= 0,16 м;

= d1 + 2dС = 0,1766 м;= d2 - 2dН = 0,157 м.

Определение теплопроводности

lН = 1,75 Вт/мК, [2], ; lС = 0,09 Вт/мК,

Определение температуры насыщения

РНас = 1,76 МПа; tНас = 205,8°С

Для температуры дымовых газов tГ:

Теплопроводность смеси дымовых газов :

      Вт/м×К

      Вт/м×К

    Вт/м×К

=

= 0,1096 Вт/мК.

Плотность смеси дымовых газов :

 кг/м3

 кг/м3

 кг/м3

rГ = 0,3299×0,65 + 0,2117×0,17 + 0,5206×0,16 = 0,3337 кг/м3.

Теплоемкость смеси дымовых:

Дж/кг×с

 Дж/кг×с

Дж/кг×с

СРг = (1,164×0,65 + 2,319×0,17 + 1,24×0,16)×103 = 1,349×103

Кинематическая вязкость смеси дымовых газов:

м2/с

 м2/с

 м2/с

nг = (126×0,65 + 138×0,17 + 80,4×0,16)×10-6 = 1,18×10-4 м2/с.

Коэффициент температуропроводности смеси дымовых газов:

 м2/с.

Критерий Прандтля

2.3 Выполнение нулевого приближения

Принимаем температуры

°С °С °С °С

Расчет характеристик газов для tСТ = 400°С

lст(0) = 0,0867Вт/мК.

Плотность смеси газов:

rст(0) = 0,5139 кг/м3.

Теплоемкость смеси газов:

СРст(0) = 1,233×103 Дж/кгК

Кинематическая вязкость смеси газов :

nст(0) = 118,2×10-6 м2/с.

Коэффициент температуропроводности смеси дымовых газов:

м2/с

 Вт/м2К.

Определение парциального давления трехатомных газов:

         Па.

         Па.

Эффективная длина луча:

  м.

Средняя длина луча:

м×Н/м2.

м×Н/м2.

Определение степени черноты излучающих трехатомных компонентов при температурах tг и tст.

поправочный коэффициент x = 1,1

Степень черноты смеси газов при температурах tг и tст.

Определение коэффициента теплоотдачи излучением

 Вт/м2К.

 Вт/м2К.

Принимая за нулевое приближение плотность теплового потока q = 10000 Вт/м, определяем коэффициент теплоотдачи от накипи к пару:

= 2156,54 Вт/м2К.

Определение среднеинтегральной теплопроводности металла труб

°С,

lМ = 41,4 Вт/мК.

Определение термических сопротивлений:

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

Количество тепла, проходящего через один метр цилиндрической поверхности.

Вт/м.

Плотности тепловых потоков, проходящих через внутреннюю и наружную поверхности цилиндрической трубы.

 Вт/м2.

 Вт/м2.

Расчет температур на границах между слоями стенки:

°C;

°C;

°C;

Определение погрешности вычислений нулевого приближения:

> 2 %.

Поскольку погрешность вычислений теплового потока более 2% выполняем второе приближения.

2.4 Выполнение второго приближения

Принимаем температуры

°С °С °С °С

Расчет характеристик газов для tСТ = 492°С

Теплопроводность смеси газов:

lст(2) = 0,09606Вт/мК.

Плотность смеси газов:

rст(2) = 0,4522 кг/м3.

Теплоемкость смеси газов:

СРст(2) = 1,264×103 Дж/кгК

Кинематическая вязкость смеси газов :

nст(2) = 67,7×10-6 м2/с.

Коэффициент температуропроводности смеси дымовых газов:

м2/с

 Вт/м2К.

Определение коэффициента теплоотдачи излучением

 Вт/м2К.

 Вт/м2К.= 14989 Вт/м,

Определяем коэффициент теплоотдачи от накипи к пару:

= 2862,85 Вт/м2К.

Определение среднеинтегральной теплопроводности металла труб .

°С,

lМ = 41,4 Вт/мК.

Определение термических сопротивлений:

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

Количество тепла, проходящего через один метр цилиндрической поверхности.

Вт/м.

Плотности тепловых потоков, проходящих через внутреннюю и наружную поверхности цилиндрической трубы.

 Вт/м2.

 Вт/м2.

Расчет температур на границах между слоями стенки:

°C;

°C;

°C;

Определение погрешности вычислений нулевого приближения:

> 2 %

2.5 Выполнение третьего приближения

Принимаем температуры

°С °С °С °С

Расчет характеристик газов для tСТ = 503°С

Теплопроводность смеси газов:

lст(3) = 0,09767Вт/мК.

Плотность смеси газов:

rст(3) = 0,4452 кг/м3.

Теплоемкость смеси газов:

СРст(3) = 1,268×103 Дж/кгК

Кинематическая вязкость смеси газов :

nст(3) = 67,7×10-6 м2/с.

Коэффициент температуропроводности смеси дымовых газов:

м2/с

 Вт/м2К.

Определение коэффициента теплоотдачи излучением

 Вт/м2К.

 Вт/м2К.= 15751,9 Вт/м,

Определяем коэффициент теплоотдачи от накипи к пару:

= 2964 Вт/м2К.

Определение среднеинтегральной теплопроводности металла труб .

°С,

lМ = 41,4 Вт/мК.

Определение термических сопротивлений:

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

 м°С/Вт

Количество тепла, проходящего через один метр цилиндрической поверхности.

Вт/м.

Плотности тепловых потоков, проходящих через внутреннюю и наружную поверхности цилиндрической трубы.

 Вт/м2.

 Вт/м2.

Расчет температур на границах между слоями стенки:

°C;

°C;

Определение погрешности вычислений нулевого приближения:

> 2 %

Расчёт считаем завершённым.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсовой работы были рассчитаны следующие параметры:

1. Допустимое количество воды, сбрасываемой летом ГРЭС в пруд - охладитель заданных размеров. Допустимое количество воды различное при разных значения относительной влажности воздуха. Для = 16% и температуре воздуха 20 °С допустимый массовый расход воды равен 66,05 кг/с, а для =66% и той же температуре - 26,73 кг/с

2. Тепловой поток через цилиндрическую стенку. После трёх приближений, для исходных значений, тепловой поток через цилиндрическую стенку составил 15852 Вт/м

3. Тепловой поток через внешнюю поверхность труб. После трёх приближения для исходных значений диаметров и полученной плотности потока он составил 32155,98 Вт/м²

4. Тепловой поток через внутреннюю поверхность труб составил 28587,14 Вт/м²

5. Температуры на границах слоев. После трёх приближений были получены следующие температуры на границах слоёв:

а) Граница дымовые газы - сажа, t1 = 503 °C

б) Граница сажа - металл, t2 = 249 °C

в) Граница металл - накипь, t3 = 244 °C

г) Граница накипь - насыщенный пар, t4 = 217°C

паровой котел вода конвекция

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара: - М.: Энергоатомиздат 1984 - 80 с.

2. Казанцев Е.И. Промышленные печи: - М.: Металлургия 1975 - 368, с.

3. Кутателадзе С.С. Справочник по теплопередаче: - М.: Госэнергоиздат 1958 - 415 с.