Модернизация Алматинской ТЭЦ-2 путём изменения водно-химического режима системы подготовки подпиточной воды с целью повышения температуры сетевой воды до 140–145 С (стр. 20 из 21)
ИОМС (ингибитор отложений минеральных солей) содержит до 90% нитрилотриметилфосфоновой кислоты и около 10% фосфолированных полиаминов. Обработка воды ИОМСом практически не увеличивает ее минерализации, не усиливает ее коррозионно-агрессивные свойства, не оказывает влияния на биологические обрастания или насосные отложения. Механизм стабилизирующего действия заключается в адсорбции комплексона на микро-зародышах кристаллизирующейся соли, что препятствует дальнейшему росту кристаллов и образованию отложений и обеспечивает стабильность пересыщенных растворов.
9.5 Конструктивный и тепловой расчет экспериментальной установки для нагрева воды с 15 до 150 0С
Конструктивный и тепловой расчет пилотной установки производится последовательно для первой, а затем второй ступени теплообменника. Задача расчета состоит в определении при номинальном режиме и заданной тепловой производительности геометрических размеров теплообменника.
Исходными данными являются:
скорость протекания воды W=1,5 м/с;
температура исходной воды t ж1`=15 0С;
температура воды на выходе из первой ступени теплообменника tж1`=1200С;
параметры греющего пара Р=0,981 МПа, t=250 0С;
внутренняя трубка теплообменника d=14/12мм, материал медь, латунь;
коэффициент теплопроводности l=130 Вт/м0С;
теплоемкость воды Ср1=4,187 кДж/кг0С;
расход нагреваемой воды G1=0,61м3/ч;
Расчет первой ступени теплообменника
1. Количество передаваемой теплоты:
Q= G1* Ср1(t ж1``-t ж1`) = (120-15)*4,187*610/3600 = 74,4 кВт;
2. Расход пара, при Р=0,981 мПа ts=2500С; i``=2942 кДж/кг; i`= 760кДж/кг;
G2= Q/0,98 (i``- i`) = 74,4*103/0,98 (2942 - 760) = 0,0348 кг/с;
3. Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара необходимо знать температуру внешней поверхности tс2 и высоту трубки Н. Так как значения этих величин неизвестны, то расчет производим методом последовательных приближений. Определяем средне логарифмический температурный напор:
Dtл= (t ж1``- t ж1`) / (2,3 * lg(ts - t ж1`) / ( ts - t ж1``);
Dtл = (120 - 15) / (2,3 lg(250-15) / (250 - 120)) = 178 0С
4. Задаёмся температурой стенки наружной трубы
tс2» ts-
tл/2 = 250 - 178/2 = 160 0С5. Задаёмся высотой трубок Н = 1,5 м
6. Приведенная длина трубки
Z =
t2 Н*А; При ts=180 0С : В = 13*10-3 м/Вт; А = 150 1/м*сZ = ( ts- tс2 )*Н*А=(250-160)*1,5*150=20250 >2300
7. Течение пленки конденсата турбулентное по всей длине трубки.
Re = (253+0,069 (Рr/Рrс)0,25*Рr0,5*(Z-2300))4/3;
Рr
1Рrс
1,1Re = (253+0,069(1/1,1)0,25*10,5(20250-2300)) 4/3=16600;
8. Коэффициент теплоотдачи (от пара к стенке трубки)
2=Rе/ t2*Н*В=16600/90*1,5*13*10-3=9459 Вт/м2 0С;9. Среднеарифметическая температура воды:
tж1 =0,5*(tж1`+ tж1``)=0,5*(120+15)=67,5 0С
при этой температуре:
nж1=0,425*10-6;
lж1=66,4*10-2;
rж1=974;
Рrж1=2,64;
10. Rе ж1=W*d1/nж1=1,5*12*10-3/(0,425*10-6)=42353;
Течение воды турбулентное.
Перепад температур по толщине стенки оцениваем примерно в 10 С, тогда
tс1
tс2-1=160-1=159 0С;Nuж1 = 0,021 * Rе ж10,8 * Рr ж10,43 * (Рr ж1 / Рrс1)0,25 = 0,021 * 423530,8 * 2,640,43 * *(2,64 / 1,1)0,25= 200;
11. Коэффициент теплоотдачи (от стенки трубки к воде):
a1= Nuж1*(l ж1/d1) = 200*0,66/(12*10-3) = 11000 Вт/( м20С);
12. Коэффициент теплопередачи:
К=1/(1/a1+d/l+1/a2) = 1/(1/11000+0,001/130+1/9459) = 4894 Вт/(м20С);
13. Средняя плотность теплового потока:
q = К*Dtл = 4894*178 = 871179 Вт/м2;
14. Площадь поверхности нагрева:
F = Q/q = 74,4/871 = 0,085 м2;
15. Высота трубок:
Н = F/(p*dср*n) = 0,085/(3,14*13*10-3*1) = 2,1 м;
16. Температуры стенок трубок:
tс2 = ts-q/a2 = 250 - 871179/10126 = 164 0С;
tс1 = tс2-q*d/l = 164 - 871179*10-3/130 = 1570С;
Расчет второй ступени теплообменника
Исходные данные:
скорость течения воды W=1,5 м/с;
температура воды t ж1`=120 0С;
температура воды на выходе из первой ступени теплообменника tж1`=1600С;
параметры греющего пара: Р=0,981 мПа, t=250 0С;
внутренняя трубка теплообменника: d=14/12мм, материал латунь;
коэффициент теплопроводности: l=130 Вт/м0С;
теплоемкость воды: Ср1=4,187 кДж/кг0С;
расход нагреваемой воды: G1=0,61м3/ч;
1. Количество передаваемой теплоты:
Q= G1* Ср1(t ж1``-t ж1`) = (150-120)*4,187*610/3600 = 21,3 кВт;
2. Расход пара, при Р=0,981 МПа ts=2500С; i``=2942 кДж/кг; i`=760кДж/кг;
G2=Q/0,98(i``- i`) = 21,3*103/0,98(2942- 760) = 0,01 кг/с;
3. Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара необходимо знать температуру внешней поверхности tс2 и высоту трубки Н. Так как значения этих величин неизвестны, то расчет производим методом последовательных приближений.
Определяем среднелогарифмический температурный напор:
Dtл= (t ж1``-t ж1`)/(2,3*lg(ts- t ж1`)/( ts- t ж1``)=(150-120)/(2,3 lg(250-120)/(250-150)) = 115 0С
4. Задаёмся температурой наружной стенки трубы
tс2» ts-
tл/2 = 250 - 115/2 = 193 0С5. Задаёмся высотой трубок Н = 2 м
6. Приведенная длина трубки
Z =
t2 Н*А; При ts=180 0С : В = 13*10-3 м/Вт; А = 150 1/м*сZ = (ts- tс2)*Н*А=(250-193)*2*150= 17100 >2300
7. Течение пленки конденсата турбулентное по всей длине трубки.
Re = (253+0,069 (Рr/Рrс)0,25*Рr0,5*(Z-2300))4/3;
Рr
1 (180 0С)Рrс
0,95 (193 0С)Re = (253+0,069(1/0,95)0,25 *10,5(17100-2300)) 4/3=14005;
8. Коэффициент теплоотдачи (от пара к стенке трубки)
2=Rе/ t2*Н*В=14005/100*1,5*13*10-3=5386 Вт/м2 0С;9. Среднеарифметическая температура воды:
tж1 = 0,5*(tж1`+ tж1``)=0,5*(120+150) =135 0С
при этой температуре:
nж1=0,224*10-6;
l ж1=68,55*10-2;
r ж1=930;
Рr ж1=1,3;
10. Rе ж1=W*d1/nж1=1,5*12*10-3/(0,224*10-6) = 80357;
Течение воды турбулентное.
Перепад температур по толщине стенки оцениваем примерно в 10 С,
тогда tс1
tс2-1=193-1=192 0С;Nuж1 = 0,021 * Rе ж10,8 * Рr ж10,43 * (Рr ж1/Рrс1)0,25 = 0,021 * 803570,8 * 1,30,43 * *(1,3/0,95)0,25 = 213;
Коэффициент теплоотдачи (от стенки трубки к воде):
a1= Nuж1*(l ж1/d1) = 213*0,69/(12*10-3) = 12248 Вт/ (м20С);
Коэффициент теплопередачи:
К=1/(1/a1+d/l+1/a2) = 1/(1/12248+0,001/130+1/5386) = 3636 Вт/(м20С);
11. Средняя плотность теплового потока:
q = К*Dtл = 3636*115 = 418175 Вт/м2;
12. Площадь поверхности нагрева:
F = Q/q = 21,3/418 = 0,05 м2;
13. Высота трубок:
Н = F/(p*dср*n) = 0,05/(3,14*13*10-3*1) = 1,2 м;
14. Температуры стенок трубок:
tс2 = ts-q/a2 = 250-418175/5386 = 172 0С;
tс1 = tс2-q*d/l = 172-418175*10-3/130 = 169 0С;
9.6 Описание схемы и оборудования экспериментальной установки, принцип работы
Первая ступень теплообменника подогревает исходную воду от 150С до 120 0С, вторая ступень догревает воду до 150 0С. Первая и вторая ступени представляют собой одноходовые кожухо-трубчатые теплообменники типа "труба в трубе". Нагреваемая вода проходит по внутренней трубке, а греющий пар подается в кожух теплообменника. Теплоотдача от пара к стенке трубки происходит за счет пленочной конденсации на ее поверхности. Конструктивный расчет теплообменника приведен в параграфе (Конструктивный и тепловой расчет экспериментальной установки для нагрева воды с 15 до 150 0С).
9.7 Принцип работы
В бак исходной воды дозируется реагент, который тщательного перемешивается при помощи насоса по линии рециркуляции. Затем исходная вода с определенным содержанием растворенного в ней реагента подается под давлением при помощи насоса на первую ступень теплообменника, где происходит её подогрев до 1200С, далее вода поступает на вторую ступень теплообменника, где она нагревается до 150 оС. Для контроля тепловых параметров установка оборудована соответствующими контрольно-измерительными приборами. Отбор проб производится с помощью пробоотборников установки. Контроль параметров водно-химического режима осуществляется по показателям общей жесткости и общей щелочности воды на входе и выходе установки.
Конструкция теплообменной установки позволяет снимать и производить замену внутренней трубки, что даёт возможность исследовать состав накипи на стенках латунной трубки и сделать вывод об эффективности того или иного реагента.