Курсач Вариант 3 (такое...) / Parogeneratory

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова

КАФЕДРА СУДОСТРОЕНИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «судовые парогенераторы»

Направление подготовки 26.03.02 – «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», профиль

«Судовые машины и механизмы»

Тема: «Тепловой расчет судовых вспомогательных парогенераторов»

Выполнил:

Воронин. Б.С.

Проверил:

Мильрат О.В.

Санкт-Петербург

2022 г.

1

2

Введение

Парогенератором называется агрегат, предназначенный для получения насыщенного или перегретого водяного пара с давлением выше атмосферного. Источником теплоты, необходимой для парообразования, может служить химическая энергия сжигаемого топлива или энергия расщепления ядер тяжелых элементов Парогенераторы можно разделить на вспомогательные и главные. Вспомогательные предназначенны для обеспечения паром вспомогательных механизмов и общесудовых нужд (отопление, приготовление пищи и кипяченой воды), называются вспомогательными. А главные вырабатывают пар для главного судового двигателя, то есть на паровую машину или турбину.

3

1 Определение объема продуктов сгорания

По заданной марке топлива из табл. 1 определяется его элементарный состав.

Расчет начинается с определения объема сухого воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, по формуле, м3/кг

Талица 1 - Расчетные характеристики жидких топлив

=0,0889*(86+0,375*0,47) +0,267*10,70-0,0333*86 = 7,65 м3/кг где Cр, Нр, Sлр , и 0р - процентное содержание элементов в топливе:

Действительное количество воздуха, подаваемого в топку в расчете на 1 кг топлива, м3/кг

Vвд = α Vво = 1,2*7,65 = 9,18 м3/кг

где – коэффициент избытка воздуха.

Объем продуктов полного сгорания 1 кг топлива, Vг, определяется как сумма парциальных объемов следующих газов, м3/кг

Объем этих газов также определяется вместе, как сумма объемов двух указанных компонентов продуктов сгорания, м3/кг

VRO2 = VСО2 +VSO2

VRO2 = 0,0187 (С р +0,375 Sлр ) = 0,0187(86+0,375*0,47) = 1,6 м3/кг

Парциальный объем водяных паров определяется из выражения, м3/кг

VН2О = 0,112 Н р +0,0124 W р +1,24 Gф +1,6 d Vвд ,= 0,112*10,70+0,0124*2+1,24*0,03+1,6*0,01*9,18 = 1,4 м3/кг

Парциальные объемы азота и избыточного кислорода определяются из выражений, м3/кг

VN2 = 0,79 α Vво = 0,79*1,2*7,65 = 7,25 м3/кг VO2 = 0,21 (α - 1) Vво = 0,21(1,2-1)7,65 = 0,32 м3/кг

По парциальным объемам компонентов продуктов сгорания определяются их объемные доли

4

Суммарная объемная доля трехатомных газов

rп = rRO2 + rН 2О .= 0,12+0,10 = 0,22

2 Построение диаграммы «энтальпия – температура» для продуктов сгорания

Таблица 2 – Средние изобарные объемные теплоемкости компонентов продуктов сгорания, кДж/(м3 К)

5

Таблица 3 - расчеты для построения диаграммы “Iг – ”

6

Iг

55000

50000

45000

40000

35000

30000

25000

20000

15000

10000

5000

0

диаграмма “Iг – ”

3 Предварительный тепловой баланс парогенератора

Целью расчетов, выполняемых на данном этапе, являются определение КПД парогенератора, расхода топлива и предварительных значений концевых и промежуточных температур по воздушногазовому тракту.

Уравнение теплового баланса записываются в следующем виде:

= 1 + 2 + 3 + 4 + 5

Где – располагаемая теплота, кДж/кг;

1 – полезно используемая теплота, идущая на подогрев питательной воды до температуры кипения, парообразование и перегрев пара, кДж/кг;

2 – потери теплоты с уходящими газами, кДж/кг;

3 – потери теплоты от химической неполноты сгорания, кДж/кг;

4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания, кДж/кг;

5 – потери теплоты от наружного ограждения, кДж/кг.

Уравнение теплового баланса может быть записано в относительных величинах:

= 1 + 2 + 3 + 4 + 5

7

Где = , а = = ɳпг – КПД парогенератора.

Располагаемая теплота определяется из выражения, кДж/кг:

Где ф – рабочая низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

тл – физическая теплота топлива, кДж/кг;

тл = тл тл = 1,9 66 = 125,4 кДж/кг

где тл – теплоемкость жидкого топлива, кДж/(кг*K), определяется по формуле:

тл = 1,74 + 0,0025 тл = 1,74 + 0,0025 66 = 1,9 кДж/(кг K)

Где тл – температура топлива, принимаем тл = 66 .̊

ф – теплота, вносимая с форсуночным паром, кДж/кг

ф = ф( ф − 2500) = 0,03(3280 − 2500) = 23,4 кДж/кг

Потери теплоты с уходящими газами, кДж/кг

Q2 = Iух – Iх.в = 4950 – 519,4 = 4431 кДж/кг Температура точки росы определяется по формуле

или определяется в первом приближении следующим образом:

- следует задаться температурой стенки, С

tст tр+(24/35)

tст 156,3 С;

- определить температуру уходящих газов, С, из выражения

tст = 0,5 ( ух + t) =0,5(247,6+65)=156,3

где t - температура питательной воды (tп.в). Таким образом

ух = 2 tст – t =2*156,3-65 = 247,6 С

При заборе воздуха из верхней части машинного отделения tх.в =30 С. Энтальпия холодного воздуха определяется по формуле, кДж/кг,

8

вспомогательных парогенераторов обычно составляет 12 ÷ 25 % от Qpp (q2 =

0,12 ÷ 0,25).

Значения величины потерь теплоты от химической неполноты сгорания Q3 принимаются 0,5 % от Qpp (q3 = 0,005).

3 = 0.005 = 0,005 39948,8 = 199,74 кДж/кг

Потери теплоты от механической неполноты сгорания Q4 для парогенераторов, работающих на жидком топливе, принимаются равными нулю.

Значениями потерь теплоты от наружного ограждения Q5 обычно задаются в пределах 3 5 % от Qpp для водотрубных парогенераторов и 5 ÷ 6 % для

газотрубных, то есть q5 = 0,03 Следует учитывать, что с уменьшением мощности парогенератора значение Q5 возрастает.

5 = 0.03 = 0,03 39948,8 = 1198 кДж/кг

Тогда КПД парогенератора по обратному балансу (при известных значениях относительных потерь теплоты) определяется из выражения

пг = q1 = 1 – q2 – q3 – q5 = 1-0,11-0,005-0,05 = 0,83

Для судовых автономных вспомогательных парогенераторов значениепг составляет обычно 0,75 0,82.

Для упрощения тепловых расчетов потерю теплоты в окружающую среду принято учитывать коэффициентом сохранения теплоты

В общем случае теплота Q1, полезно используемая в парогенераторе, расходуется на подогрев воды в экономайзере, парообразование и перегрев пара

Q1 = Qэк + Qпо + Qпп,

где Qэк – количество теплоты, идущей на подогрев воды в экономайзере, кВт; Qпо – количество теплоты, идущей на нагрев воды до температуры

9

насыщения и парообразование, кВт;

Qпп – количество теплоты, идущей на подсушку и перегрев пара в пароперегревателе, кВт.

Значение Q1 может быть определено по формуле, кВт

Q1 = Dн.п (iн.п – iп.в) + Dп.п (iп.п – iп.в) = 0,29(2720-250,7) +0,74(3150-250,7) = 2861 кВт

где Dн.п, Dп.п – паропроизводительность парогенератора по насыщенному и перегретому пару, соответственно, кг/с

D = Dн.п + Dп.п => Dн.п = D - Dп.п = 1,056-0,74 = 0,29 кг/с

D – полная паропроизводительность парогенератора, кг/с. Для расчетов принимается, что

Dп.п = (0,70 0,85) D = 0,7*1,056 = 0,74 кг/с

iн.п, iп.п, iп.в – энтальпии, соответственно, насыщенного, перегретого пара и питательной воды, кДж/кг.

Значение энтальпии питательной воды рассчитывается по формуле, кДж/кг

iп.в = сп.вtп.в = 4,178*65 = 250,7 кДж/кг

где сп.в – теплоемкость питательной воды, кДж/(кг К), при соответствующей температуре

Расход топлива, В, определяется по формуле, кг/с

Адиабатная температура определяется по диаграмме “Iг – ” по расчетному значению адиабатной энтальпии газов, Ia, кДж/кг

Ia = Qpp (1 – q3) + Iв = 39948,8(1-0,005) +608 = 40357 кДж/кг где Iв – энтальпия воздуха, поступающего в топку парогенератора, кДж/кг.

Iв = Iх .в = Vвд срх .в tх .в +20 = 9,18*1,326(30+20) = 608 кДж/кг

Температура уходящих газов определяется по диаграмме “Iг – ” по значению их энтальпии (Iух), рассчитываемой по формуле

Полученное значение ух отличается от принятого ранее на 7 ºС. Энтальпия газов за парообразующим пучком, кДж/кг

10