3. Методические указания к выполнению индивидуального практического задания (задача 2)

Поверхность теплообменного аппарата находят из уравнения теплопередачи , где – коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения трубок

,

где

Теплоту Q определяют по уравнению теплового баланса для холодного теплоносителя.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной трубе определяется по формуле:

,

где ;

;

;

.

Физические параметры пленки конденсата выбирают по средней температуре пленки (приложение 10); скрытую теплоту преобразования – по температуре (приложение 11). В расчетную формулу подставляют в Дж/кг. В первом приближении высоту трубы задают 2м.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде определяется по критериальному уравнению для турбулентного режима движения воды в трубках

.

Поправочный коэффициент , если ; в других случаях находят в справочниках

.

Физические параметры воды выбирают по средней температуре пленки (приложение 10); - по температуре стенки , Скорость воды выбирают в заданном интервале.

Температурный напор

.

Число трубок в одном ходу

,

m округляют до десятков.

Выбрать число ходов z=4, тогда общее число труб в аппарате составит

.

Действительная высота труб

, м.

Погрешность расчета

При получении погрешности более 30% необходимо изменить число ходов, скорость движения воды или высоту труб.

Диаметр трубной доски при расположении труб по вершинам равностороннего треугольника определить из соотношения

,

где t – шаг между трубками, ;

n – общее количество труб в аппарате;

– коэффициент заполнения трубной доски, для многоходовых аппаратов .

4. Практические задания для контроля и самостоятельной работы:

Задача № 1. Паросиловая установка работает по циклу Ренкина. Параметры начального состояния: P₁ = 20 бар, T₁ = 300C. Давление в конденсаторе Р₂ =0.04 бара. Определить термический КПД.

Задача № 2. Паровая турбина мощностью N=12000 кВт работает при начальных параметрах р₁ = 80 бар и t₁ = 450С. Давление в конденсаторе р₂ =0.04 бар. В котельной установке, снабжающей турбину паром, сжигается уголь с теплотой сгорания = 25 МДж/кг. КПД котельной установки равен 0,8. Температура питательной воды t = 90C. Определить производительность котельной установки и часовой расход топлива при полной нагрузке паровой турбины и условий, что она работает по циклу Ренкина.

Задача № 3. Параметры пара перед паровой турбиной: p₁ = 90 бар, t₁ = 500С. Давление в конденсаторе p₂ = 0,04 бара . Определить состояние пара после расширения в турбине, если её относительный внутренний КПД равен 0,84.

Задача № 4. На заводской ТЭЦ установлены две паровые турбины с противодавлением мощностью N = 4000 кВт каждая. Весь пар из турбины направляется на производство, откуда он возвращается обратно в котельную в виде конденсата при температуре насыщения. Турбины работают с полной нагрузкой при следующих параметрах пара: p₁=5бар, t₁ = 435С, p₂=1.2 бар. Принимая, что установка работает по циклу Ренкина, определить часовой расход топлива, если КПД котельной 0.84, а теплота сгорания топлива 28500 кДж/кг.

Задача № 5. Для условий предыдущей задачи подсчитать расход топлива в случае, если вместо комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на ТЭЦ будет осуществлена раздельная выработка электроэнергии в конденсационной установке и теплоты в котельной низкого давления.

Конечное давление пара в конденсационной установке принять p₂ = 0,04 бар. КПД котельной низкого давления принять тот же, что для котельной высокого давления, η=0,84.

Определить для обоих случаев коэффициент использования теплоты.

Задача № 6. Определить плотность теплового потока q, Вт/м², проходящего через стенку котла, если толщина ее 20 мм, коэффициент теплопроводности ; стенка покрыта слоем накипи толщиной 22 мм, ). Температура на поверхности накипи 250С, на наружной поверхности стенки 200C. Найти температуру в плоскости соприкосновения слоев.

Задача № 7. Плоская стальная стенка толщиной δ₁ = 10 мм омывается с одной стороны газами с температурой t₁ = 310С, а с другой изолирована от окружающего воздуха, имеющего температуру t₂ = 10С, плотно прилегающей к ней пластиной толщиной δ₂ = 15мм.

Определить плотность теплового потока и температуры поверхностей стенок, если известно, что коэффициент теплопроводности стали , а материала изоляционной пластины ). Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке , а от пластины к воздуху ).

Задача № 8. Через трубу диаметром d=50мм и длиной L=3 м со скоростью w=0,8м/с протекает вода. Определить средний коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды t₁=50С, а температура стенки t₂=70С.

Задача № 9. Определить, какое количество сухого насыщенного пара давлением 0.198 МПа сконденсируется в стальном горизонтальном трубопроводе диаметром d = 140 мм на длине L = 12 м, если он находится в кирпичном канале , температура стенок канала t₂ = 20С. Коэффициент теплоотдачи при естественной конвенции в канале α=12Вт/(м²К).

Задача № 10. В теплообменнике G₂ = 2 кг/с воды нагреваются от температуры Т₁ = 20С до Т₂ = 210C горячими газами, которые при этом охлаждаются от температуры t₁ = 410C до температуры t₂ = 250С. Определить поверхность теплообменника при включении его по схеме прямотока и противотока, если коэффициент теплопередачи k = 32 Вт/(Км²) .

Задача № 11. Для паровой турбины мощностью N=1000 кВт с удельным расходом пара d₀ = 5,5 кг/(кВтч) определить поверхность охлаждения конденсатора и расход охлаждающей воды, если известно, что кратность охлаждения m=55 кг/кг и температура охлаждающей воды на входе в конденсатор , на выходе . Температура пара в конденсаторе t_Н = 32,5. Коэффициент теплопередачи k = 3700 Вт/(Км²) .

Задача № 12. Определить удельный расход теплоты на выработку 1 МДж электроэнергии (для условного топлива) для КЭС с тремя турбогенераторами мощностью N=75 000 кВт каждый и с коэффициентом использования k_н = 0,64, если станция израсходовала B=67010⁶ кг/год каменного угля с низшей теплотой сгорания .

Задача № 13. Теплоцентраль израсходовала В_ТЭЦ = 9210⁶ кг/год каменного угля с низшей теплотой сгорания , выработав при этом электроэнергии и отпустив теплоты внешним потребителям .

Определить КПД ТЭЦ брутто и нетто по выработке электроэнергии и теплоты, если расход электроэнергии на собственные нужды 6% от выработанной энергии, КПД котельной установки и расход топлива на выработку электроэнергии для собственных нужд В_с.н. = 4,510⁶ кг/год. Определить удельные расходы условного топлива на выработку 1 МДж электроэнергии и 1 МДж теплоты