Проектирование ТЭЦ

6. Разработка схемы  группы подогревателей  раствора перед  выпарной установкой 

     В качестве теплообменника для подогрева  раствора KOH возьмём пароводяной, кожухотрубчатый, двухходовой теплообменный аппарат с плавающей головкой (ТП). В стандартном ТОА пар на выходе из него полностью конденсируется, но не теряет своей температуры, т.е. конденсат после теплообменника должен сливаться через конденсатоотводчик в общую конденсатную линию, температура в которой равна температуре конденсата, выходящего из барометричаского конденсатора. В связи с этим необходимо установить теплообменник с переохлаждением конденсата. Схематично он представлен на рис. 2. 
 
 

 
 

Рис. 2. Схема  ТОА с переохлаждением конденсата 
 

     Внутри  трубок течёт раствор, а пар –  в межтрубном пространстве. Как видно  из рис. 2 в нижней части ТОА будет  идти теплообмен между конденсатом, стекающим с трубок, и раствором, находящимся в трубках . В этой зоне конденсат движется очень медленно, и теплоотдача будет, соответственно, идти очень плохо. Температурный график теплообменника представлен на рис. 3 

     

Рис. 3. Изменение  температуры теплоносителей в противоточном  теплообменном аппарате 

     Расчёт  будем производить на основе теплового  баланса и уравнения теплопередачи:

     

,

где - тепло, воспринятое раствором;

- тепло, отдаваемое раствором;

- КПД ТОА (0,9…0,95) [5.8].

,

где - расходы раствора и пара, кг/с;

- энтальпия пара на входе  в теплообменник, кДж/кг [5.5];

- энтальпия конденсата при , кДж/кг.

Отсюда  .

Для зоны I можно составить аналогичные уравнения:

; . 
 

     Теперь  определим площади поверхности  теплообмена для I и II зоны, для чего воспользуемся уравнением теплопередачи:

     

,

     где - коэффициент теплопередачи [5.6];

      - средний температурный напор.

     

,

     

     

     

.

     

     

       

     

     По  этой площади поверхности теплообмена  выбираем по ГОСТ ТОА с близкой площадью. По [5.8] выбираем теплообменник типа ТП с: ; ; ; . 

     Гидравлическое  сопротивление такого ТОА составит примерно 25 м вод. ст.

     Для того чтобы раствор с необходимым  напором попал в первый корпус выпарной установки, необходимо установить центробежный насос до теплообменника. По корпусам раствор движется самотёком.

     а) Выбор диаметра трубопровода:

     

.

     Для всасывающего и нагнетательного трубопроводов примем одинаковые скорости течения растворов .

     

     Примем  трубопровод с незначительной коррозией. 
 

     б) Потери на трение и местные сопротивления.

     Критерий  Рейнольдса:

     

     т.е. режим турбулентный. Абсолютная шероховатость  трубопровода [5.2]. Тогда

     

.

     Далее получим

     

.

     Зона  смешанного трения

     

     При этом коэффициент трения равен:

     

.

     Определим сумму коэффициентов местных  сопротивлений [5.3]:

     вентиль нормальный

     задвижка 

     отвод круглого или квадратного сечения 

     колено 90⁰  

     Найдём  эквивалентную длину трубопровода:

     

     Скоростной  напор:

     

.

     Потери  напора на трение и местные сопротивления  составляют:

     

.

     Длину трубопровода от насоса до первого корпуса выпарной установки примем равной 10 метров, а высоту подъёма раствора 7 метров.

     Требуемый полный напор насоса вычисляем по формуле

     

,

     где - давление в пространстве нагнетания и всасывания.

     

.

     Полезная  мощность насоса

     

.

     Мощность, потребляемая двигателем

     

.

     По [5.3] выбираем один насос марки Х45/90 с , , и один в резерве. 
 
 

7. Выбор материала  и расчёт изоляции  выпарного аппарата 

     Выбираем  конструктивный материал, стойкий к  среде кипящего раствора КОН в интервале изменения концентраций от 15 до 35% [5.2]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии не менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности .

     Толщину тепловой изоляции находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду.

     

,

где - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, ;

     

,

- температура изоляции со  стороны воздуха, ;

- температура изоляции со  стороны аппарата, ;

- температура воздуха,  .

     Выберем в качестве материала для тепловой изоляции совенит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий .

     

.

     

.

     Принимаем толщину тепловой изоляции равной 0,047м и для других корпусов. 
 
 

8. Расчёт барометрического  конденсатора и  вакуум-насоса

     Для создания вакуума в выпарных установках применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор при температуре 20⁰С. Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.  
 

8.1 Определение  расхода охлаждающей воды.

     Расход  определяется из теплового баланса  конденсатора:

     

,

     где - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе;

      - начальная температура охлаждающей  воды;

      - конечная температура смеси  воды и конденсата.

     Разность  температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5⁰С, поэтому

     

.

     Тогда

     

. 

8.2 Расчёт  диаметра барометрического конденсатора

,

где - плотность паров;

       - скорость паров;

     При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров .

     

.

     По  нормалям НИИХИММАШа [5.1, 5.7] подбираем конденсатор с диаметром . 

3. Расчёт высоты барометрической трубы

     В соответствии с нормалями [5.1] внутренний диаметр барометрической трубы .

     Скорость  воды в барометрической трубе  равна:

     

. 

     Высоту  барометрической трубы определяем по уравнению

     

,

     где В – вакуум в барометрическом  конденсаторе,

     

;

      - сумма коэффициентов местных  сопротивлений [5.2],

     

.

     0,5 – запас высоты на возможное  изменение барометрического давления.

     Коэффициент зависит от Re

     

     

     

     

. 

4. Расчёт  производительности вакуум-насоса

     Производительность  вакуум-насоса определяется количеством воздуха, который необходимо удалить из барометрического конденсатора.

     

.

     где - количество газа, выделившегося из 1 кг воды;

      - количество газа, подсасываемого  в конденсатор через  неплотности на 1 кг паров.

     

.

     Объёмная  производительность вакуум-насоса:

     

,

     где - универсальная газовая постоянная;

      - молекулярная масса воздуха;

       - парциальное давление сухого воздуха;

      .

      ,

      - давление сухого насыщенного воздуха при 26,812⁰С.

     

.

     Зная  расход воздуха по ГОСТ 1867-57 подбираем  вакуум-насос типа ВВН-25 с мощностью на валу 48кВт.