Проектирование ТЭЦ

      При выборе типа выпарного аппарата руководствуемся тем, что заданный раствор КОН при упаривании образует незначительный осадок, удаляемый механическим путем. Выбираем выпарной трубчатый аппарат с естественной циркуляцией: тип 1 исполнение 2 [5.1].

      В связи с тем, что теплоотдача при кипении растворов еще не достаточно изучена, удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией принимаем q=20000..50000 Вт/м². Примем q=50000 Вт/м² [5.1, 5.2].

     Тогда ориентировочные площади по корпусам равны: 

 

     Принимаем по ГОСТ 11987-81 [5.1] выпарной аппарат с площадью поверхности теплопередачи F=450 м², длиной труб l=5м, диаметром труб 38х2 мм. 

Таким образом, давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны: 

 

Полученным  давлениям соответствуют следующие  температуры кипения [5.5]: 

 

Гидростатическая  депрессия по корпусам определяется как  .

. 

Сумма гидростатических депрессий  . 
 

3.2.4. Определение температурной депрессии 

      Температурная депрессия по корпусам при атмосферном  давлении определяется по данным табл. XXXVI 

 

      Температурная депрессия по корпусам с учетом давления в них определяется по формуле

,

где  Т – температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;

      r – теплота парообразования воды при данном давлении p_ср, Дж/кг;

      - температурная депрессия при  атмосферном давлении. 

     

     

      .

     Сумма температурных депрессий

      . 

     Таким образом получается, что температура  кипения растворов по корпусам равна:

      . 

 

 
 

3.2.5 Определение полезной разности температур 

Общая полезная разность температур для всей установки:

. 

Полезная разность температур по корпусам:

 

. 
 

3.2.6. Определение тепловых нагрузок по корпусам 

      Расход  греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки: 

 

,

где 1,05; 1,03 –  коэффициенты, учитывающие потери теплоты  по корпусам в окружающую среду.

      Как видно из формул, для расчета необходима теплоемкость раствора, которая определяется по следующей формуле: 

, 

где  4190 кДж/кг – удельная теплоемкость воды;

      х – концентрация растворенного вещества, массовые доли;

С₁ – удельная теплоемкость безводного растворенного вещества, Дж/кг*К. 

      Удельную  теплоемкость химического соединения ориентировочно рассчитываем по уравнению:

,

где  М – молекулярная масса химического соединения;

      с – его массовая удельная теплоемкость, Дж/кг*К;

      n₁, n₂ – число атомов элементов, входящих в соединение;

      С₁, С₂ – атомные теплоемкости, Дж/кг*атом*К. 

 

 

Для удобства расчета  запишем исходные данные для расчета: 

 

      Температуру исходного раствора в 1-м корпусе  принимаем при условии недогрева  его до температуры кипения в ТОА.

      Решаем  систему уравнений для тепловых нагрузок по корпусам: 
 
 
 

 

Решение системы  уравнений дает следующие результаты: 

     

      Так как расхождение между вычисленными значениями нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе и предварительно принятым не превышают 5%, пересчитывать  параметры процесса не будем. 

      Определим тепловые нагрузки по корпусам: 

 

Полученные величины сводим в табл.1. 

Таблица 1

Параметры растворов по корпусам 

3.2.7 Расчёт коэффициентов  теплопередачи

     Коэффициент теплопередачи для первого корпуса  определяется по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

     

.

     Примем, что суммарное термическое сопротивление  равно термическому сопротивлению  стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. В качестве материала стенки выбираем сталь марки X17, [5.12]. Получим:

      .

     Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося  пара к стенке равен [5.2]:

     

,

где - теплота конденсации греющего пара, ;

- соответственно плотность,  вязкость и теплопроводность  конденсата при средней температуре  плёнки;

, где  - разность температур конденсации пара и стенки;

     Расчёт  ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем .

;

 [5.3];

[5.3];

[5.3];

[5.5].

     

     Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение

     

,

где - удельная тепловая нагрузка, ;

- перепад температур на стенке, ;

- разность между температурой  стенки со стороны раствора  и температурой кипения раствора, . 

Рис. 1. Распределение температур в процессе теплопередачи то пара к кипящему раствору через многослойную стенку:

1 – пар; 2 – конденсат; 3 – стенка; 4 – накипь; 5 – кипящий раствор. 

          .

Тогда

      .

     Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора [5.2] равен: