Алгоритм расчет теплообменного аппарата



Исходные данные для расчета: мощность двигателя: удельный расход топлива ; состав топлива по рабочей массе: углерод [] – 85,6%; водород [] – 11,9%; кислород [] – 0,4%; азот [] – 0,4 %; сера [] – 0,2%; зола [] – 0,5%; влага [] – 1%. Коэффициент избытка воздуха за двигателем: . Температура продуктов сгорания: . Газодинамическое сопротивление УК: . Производительность УК – . Температура насыщенного пара: . Температура питательной воды:

Рис. 1 Принципиальная схема: 1 — масляный насос; 2 — питательный насос; 3 — насос системы охлаждения

Количество исостав продуктов сгорания.

1. Теоретически необходимое количество сухого воздуха для сжигания одного килограмма топлива:
2. Теоретический объем азота:
3. Объем сухих трехатомных газов
4. Теоретический объем паров воды:
5. Избыточный объем воздуха:
6. Действительный объем паров воды:
7. Действительный объем кислорода:
8. 
9. Действительный объем азота:
10. Объем продуктов сгорания:
11. Объемные доли:

− сухих трехатомных газов:

− пара и воды:

− азота:

− кислорода:

Проверка:

12. Кажущаяся молекулярная масса продуктов сгорания:

13. Плотность продуктов сгорания при нормальных физических условиях:

14. Расход топлива на двигатель:
15. Объемный расход продуктов сгорания:
16. Массовый расход продуктов сгорания:

Таблица 1

Энтальпия продуктов сгорания

	[]		, []		[]			[]
	[]		[]		[]			[]
100	1,7003	2,7238	1,2958	22,1297	1,5052		2,5317	1,3176	2,9896
200	1,7873	2,8633	1,2996	22,1946	1,5223		2,2605	1,3352	3,0296
300	1,8627	2,9840	1,3067	22,3158	1,5244		2,5640	1,3561	3,0770
400	1,9297	3,0914	1,3168	22,4883	1,5664		2,6347	1,3775	3,1255
500	1,9887	3,1859	1,3276	22,6727	1,5897		2,6739	1,3980	3,1653

Энтальпия продуктов сгорания определяется по следующей формуле:

Далее по данным таблицы 1 и значениям энтальпии строим диаграмму

Рис. 2.

Расчет теплового баланса.

С помощью диаграммы находим значения энтальпии при (за дизель-генератором) и при (за УПГ).

1. Энтальпия продуктов сгорания: при входе в экономайзер , при выходе из экономайзера
2. Тепловой поток, воспринимаемый паровой средой:

Отсюда:

− расход воды на УПГ

− расход воды на ТА

Коэффициент сохранения тепла принимаем

Коэффициент утилизации теплоты: .

Расчет геометрических характеристик поверхностей нагрева.

Принимаем следующие размеры УПГ: длина: ширина:

1. Принимаем диаметр несущей трубы (для экономайзера); принимаем толщину стенки трубы
2. Средняя температура продуктов сгорания:
3. Объемный расход продуктов сгорания:

4. Скорость продуктов сгорания, принимаем
5. Живое сечение для прохода газов:
6. Теплофизические характеристики продуктов сгорания:

− число Прандтля

− коэффициент теплопроводности

− кинематическая вязкость

Величины принимаются по средней температуре продуктов сгорания.

7. Число Рейнольдса:
8. Коэффициент теплоотдачи:

где – поправка на число рядов трубного пучка, принимаем – поправка на компоновку, определяемая в зависимости от относительных поперечного и продольного шагов:

тогда

9. Коэффициент теплопередачи:

где – коэффициент теплоотдачи от газов к стенке; Ɛ – коэффициент загрязнения в зависимости от скорости течения газов в трубе; – отношение толщины стенки к коэффициенту теплопроводности металлической стенки; – коэффициент теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде

10. Поверхность нагрева элементов УПГ:

где – большая разница температур между обменивающимися теплом средами

– меньшая разница температур между обменивающимися теплом средами

11. Число труб:
12. Полная наружная поверхность одного ряда:

13. Число рядов труб в трубном пучке: .

Расчет тепловой изоляции ТА

1. Тепловой поток через изоляцию:

где – температуры изоляций стенки стороны экономайзера и со стороны МКО соответственно, – температура в машинно-котельном отделении, коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к стенке при , – коэффициент теплопередачи от стенки изоляции в МКО, , – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала выбираем минеральную пену с – толщина стенки изоляции.

2. Объемный расход продуктов сгорания

3. Скорость продуктов сгорания:
4. Теплофизические характеристики продуктов сгорания при

− число Прандтля

− коэффициент теплопроводности

− кинематическая вязкость

5. Число Рейнольдса:
6. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке при

,

Отсюда

Определение температурного напора.

Тепловой баланс при минимальной м максимальной температурах:

где: , – максимальная и минимальная температуры сгорания соответственно; , – максимальная и минимальная температуры воды соответственно; , – максимальная и минимальная температуры стенки трубы соответственно.

Определение объемного расхода воды на один змеевик:

Определение значения скорости среды в трубе:

Определение коэффициента теплоотдачи

− число Прандтля

− коэффициент теплопроводности

− кинематическая вязкость

Определение максимальной температуры стенки: =140 ºC

Определение минимальной температуры стенки: =86 ºC

Расчет долговечности экономайзера.

1. Диффузия паров серной кислоты при

2. Диффузионный критерий при

3. Коэффициент массообмена:

4. Объемная доля оксида серы:

Объем оксида серы:

Парциальное давление SO₂:

Степень превращения SO₂ в SO₃:

Парциальное давление SO₃:

Поток кислоты:

Скорость коррозии от кислоты: ), где φ (t) - временная функция, определяющая периодичность чистки УПГ. Принимаем периодичность чистки каждые 24 часа, следовательно, временную функцию можно записать в виде

, где .

Скорость коррозии со стороны воды принимаем:

Долговечность:

Здесь =1,5 мм – утонение стенки трубы от коррозии со стороны воды и H₂S0₄

Литература:

1. Н. И. Пушкин, Д. И. Волков, К. С. Дементьев, В. А. Романов, А. С. Турлаков. Судовые парогенераторы. — Ленинград: Судостроение, 1977. — 519 с.
2. Б. Н. Пираниан, В. В. Баранов, А. И. Васильев, Е. А. Сударева. Судовые котельные работы. — Ленинград: Судостроение, 1989. — 519 с.
3. М. А. Стырикович. Котельные агрегаты. — Москва: Госэнергоиздат, 1959. — 487 с.
4. А. В. Бронников. Проектирование судов. — Ленинград: Судостроение. — 1984. — 352 с.
5. А. Ф. Гогин, Е. Ф. Кивалкин, А. А. Богданов. Судовые дизели. — Москва: Транспорт. — 1988. — 440 с.