Для утилизации теплоты газового потока с температурой tг' = 385°C и расходом Gг = 2,6 кг/с используется энерготехнологическая установка, состоящая из двух теплообменников, вырабатывающая из воды сухой насыщенный пар при давлении Pп = 4 кг/см2 и охлаждающая газ до tг'' = 130 0С. Давление питательной воды равно давлению вырабатываемого пара.
Схема установки:
1
2
3
4
5
6
II
I
1,2,3 – газ; 4 – холодная вода с температурой tв'; 5 - вода при температуре насыщения (пара в воде нет); 6 – сухой насыщенный пар.
Изобарная теплоемкость газа ср = 1,1·103 + 0,1·t, Дж/(кг·К).
Определить тепловую нагрузку на каждый теплообменник и полную тепловую мощность установки, паропроизводительность установки, необходимые площади поверхности теплопередачи теплообменников.
При расчетах средний коэффициент теплопередачи от газов к стенке трубы равен г = 62 Вт/(м2·K), от стенки трубы к воде при ее подогреве в теплообменнике II – в = 550 Вт/(м2·K), а при кипении в теплообменнике I – кип = 8500 Вт/(м2·K). Теплообменники выполнены из стальных труб с толщиной стенки 4 мм и теплопроводностью 30 Вт/(м · К). Загрязнений стенки труб нет. Численные значения величин взять из табл. 2.
Таблица 2
Послед-няя
цифра
шифра
Gг ,
кг/с
tг', 0С
tв' ,
0С
Рп,
кг/см2
Предпосл.
цифра
шифра г в кип
Вт/(м2·K)
0 1,8 400 20 3 0 30 400 7000
1 2,0 370 24 4 1 43 450 9000
2 2,2 450 28 5 2 38 500 8000
3 2,4 415 32 6 3 35 600 11000
4 2,6 385 26 4 4 42 700 9500
5 2,8 460 20 7 5 40 650 10500
6 3,0 510 18 8 6 62 550 8500
Нужно полное решение этой работы?
Решение
По давлению Pп = 4 кг/см2 определяем температуру насыщения водяного пара tп = 143°C и его удельную теплоту парообразования r = 2141 кДж/кг.
Изобарная теплоемкость газа
ср’ = 1,1·103 + 0,1· 385 = 1138,5 Дж/(кг·К)
ср” = 1,1·103 + 0,1· 130 = 1113 Дж/(кг·К)
Уравнение теплового баланса теплообменника I
QI =Gг*cp'tг'-cptг=Gв r
где tг – температура газа на выходе из теплообменника I°С;
ср – теплоемкость газа при температуре tг,Дж/(кг·К);
Gг - расход воды (пара), кг/с
Подставим известные численные значения:
2,6*1138,5•385-(1,1•103+ 0,1•tг•tг)=Gв •2141•103
- 2860 • t – 0,26 • tг² + 1139638,5 = 2141000Gг (1)
Уравнение теплового баланса теплообменника II
QII =Gг*cptг-cp'tг'=Gв cptв-cp'tв',
где св = 4280 Дж/(кг·К) – теплоемкость воды при температуре tв = 143°C;
св’ = 4180 Дж/(кг·К) – теплоемкость воды при температуре tв’ = 26°C.
Подставим известные численные значения:
2,6*(1,1•103+ 0,1•tг•tг- 1113•130)=Gв (4280•143-4180•26)
2860 • tг + 0,26 • tг² - 376194 = 503360Gв (2)
Решаем систему уравнений (1) и (2):
- 2860 • t – 0,26 • tг² + 1139638,5 = 2141000Gг
2860 • tг + 0,26 • tг² - 376194 = 503360Gв
Складываем оба уравнения получим
763444,5 = 2644360 Gв
Gв = 0,29 кг/с
2860 • tг + 0,26 • tг² - 376194 = 503360 • 0,29
2860 • tг + 0,26 • tг² - 522168,4 = 0
tг= -2860 ±2860²-4•0,26•(-522168,4)2•0,26=179,6 °С
QI =Gв* r=0,29 •2141•10³=620890 Вт
QII =Gг*cвtв-cв'tв'=0,29•4280•143-4180•26=145974,4Вт
Полная тепловая мощность установки:
Q = QI + QII = 620890 + 145974,4 = 766864,4 Вт
Площадь поверхности теплопередачи найдем из основного уравнения теплопередачи
F=QK*∆tcp
где К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К);
∆tср – средняя разность температур, °С
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
