Моделирование работы теплообменного аппарата узла регенерации БКО ВРУ №4 ПАО “НЛМК”

1. Выпускная квалификационная работа «Моделирование работы теплообменного аппарата узла регенерации БКО ВРУ №4 ПАО “НЛМК”»

Липецкий государственный технический университет
Физико-технологический факультет
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Выпускная квалификационная работа
«Моделирование работы теплообменного аппарата узла
регенерации БКО ВРУ №4 ПАО “НЛМК”»
В Ы П ОЛ Н И Л : Н И Т Ч Е Н КО К . А.
С Т УД Е Н Т Г Р У П П Ы Т Э - 1 4 - 1
Р У К О В О Д И Т Е Л Ь : Ш А РА П О В А . И .

2. Цель работы

Рассмотреть режим работы узла блока комплексной
очистки ВРУ №4
Разработка математической модели испарителя
Сравнительный анализ режимов работы и выбор
оптимального
2

3. Принципиальная схема работы ВРУ «Linde»

Принципиальная схема работы узла блока комплексной очистки ВРУ «Linde»
3

4.

Конструкция азотного испарителя
Картинка( схема ТА)
Многоходовой теплообменный аппарат и его основные элементы
4

5. Тепловой баланс азотного испарителя.

Греющий
теплоноситель
Нагреваемый
теплоноситель
Участок FI
QI=Dпар∙ (hп.п − hs)
Участок FII
QII=Dпар∙ r
(1)
(5)
(2)
r- скрытая теплота парообразования [кДж/кг]
Участок FIII
QIII=Dпар∙сконд ∙ ( Ts – Tконд)
∑Q=QI+QII+QIII
Участок FI
QI=DN2∙ сN2 ∙ ( T1 – T’N2)
(3)
Участок FII
QII=DN2∙ сN2 ∙ (T2–T1)
(6)
Участок FIII
QIII=DN2∙ сN2 ∙ (T’’N2–T2)
(7)
(4)
∑Q N2 =Q I +Q II +Q III
(8)
5

6.

7. Исходные данные для моделирования азотного испарителя

Режим №1
D кг/час D кг/с P,кгс/см^2 P,Мпа
t1, ͦС
ts, ͦС
3000
0,833
15
1,47
250
200,5231
ПАР
Iпар, КДж/кг Is, КДж/кг C,КДж/кг∙ ͦС w(I),м/с ρ(пар),кг/м^3 w(II),м/с
0
2920,377 2791,702 4,266
30
11,164
0,2
t2, ͦС
80
r,КДж/кг
1936,921
АЗОТ
D м^3/час
31000
w(I), м/с
16
D кг/с P,кгс/см^2
9,411
0,153
w(II),м/с w(III),м/с
9
6
P,Мпа
0,015
t1, ͦС
16
t2, ͦС
165
АЗОТ
D м^3/час
31000
w(I), м/с
16
D кг/с P,кгс/см^2
9,411
0,12
w(II),м/с w(III),м/с
6
4
P,Мпа
0,012
t1, ͦС
30
t2, ͦС
170
D м^3/час
31000
w(I), м/с
16
D кг/с P,кгс/см^2
9,411
0,16
w(II),м/с w(III),м/с
7
4
P,Мпа
0,016
t1, ͦС
30
t2, ͦС
165
Режим №2
D кг/час D кг/с P,кгс/см^2 P,Мпа
t1, ͦС
ts, ͦС
3000
0,833
10
0,98
200
183,3216
ПАР
Iпар, КДж/кг Is, КДж/кг C,КДж/кг∙ ͦС w(I),м/с ρ(пар),кг/м^3 w(II),м/с
2822,220 2779,788 4,266
30
7,898
0,2
t2, ͦС
50
r,КДж/кг
2001,965
Режим ПАО "НЛМК"
D кг/час
D кг/с P,кгс/см^2 P,Мпа
t1, ͦС
ts, ͦС
3000
0,833
13
1,274
230
194,2352
ПАР
Iпар, КДж/кг Is, КДж/кг C,КДж/кг∙ ͦС w(I),м/с ρ(пар),кг/м^3 w(II),м/с
.
2880,445 2787,876 4,266
30
9,937
0,2
t2, ͦС
60
r,КДж/кг
1961,395
АЗОТ
7

8. Поверочный расчет

Расчет
Q(I)
=
107,229
КВт
Участок(I)
а) Критерий Рейнольдса
Re
Nu
Nu
α*(I)
α*(I)
=
262500
=
1614,101
Трубное пространство
Участок(II)
а) Критерий Рейнольдса
б) Критериальное уравнение
=
0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43
=
454,488
Nu
Nu
=
26923,077
=
15625,000
б) Критериальное уравнение
=
0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43
=
70,751
Re
Nu
Nu
α(I)
α(I)
в) Коэффициент теплоотдачи
=
Nu∙λпар/dэк
=
88,102
Вт/м^2∙К
α(II)
α(II)
65,807
Вт/м^2∙К
k(II)
=
428,409
КВт
=
47857,794
Nu
Nu
б) Критериальное уравнение
=
0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43
=
129,373
α*(III)
α*(III)
в) Коэффициент теплопередачи
=
Nu∙λпар/dвн
=
4208,934
Вт/м^2∙К
Участок(III)
а) Критерий Рейнольдса
16328,012
Re
б) Критериальное уравнение
=
0,41∙Re^0,6∙Pr^0,36*ξ
=
57,407
0
в) Коэффициент теплоотдачи
=
Nu∙λпар/dвн
=
55,799
коэффициент теплопередачи
=
48,941
=
Участок(III)
а) Критрерий Рейнольдса
г) Коэффициент теплопередачи
α*(II)
=
0,67∙α'∙(νпар/νжидк-1)^0,5
α*(II)
=
15567,740
Межтрубное пространство
Участок(II)
а) Критерий Рейнольдса
б) Критериальное уравнение
=
0,41∙Re^0,6∙Pr^0,36*ξ
=
69,922
=
Q(III)
Re
в) Коэффициент теплопередачи
в) Коэффициент теплопередачи промежуточный
=
Nu∙λпар/dвн
α'
=
Nu∙λконд/dвн
=
844,050
Вт/м^2∙К
α'
=
2238,751
Nu
Nu
k(I)
КВт
Поверочный расчет
Re
Участок(I)
а) Критерий Рейнольдса
Re
Q(II)
=
14018,692
Nu
Nu
б) Критериальное уравнение
=
0,41∙Re^0,6∙Pr^0,36*ξ
=
67,570
α(III)
α(III)
в) Коэффициент теплоотдачи
=
Nu∙λпар/dвн
=
53,164
Вт/м^2∙К
Вт/м^2∙К
k(III)
=
46,452
Вт/м^2∙К
м^2
F(III)
=
82,236
м^2
h (III)
=
1,309
м
площадь поверхности теплообмена
F(I)
=
25,631
м^2
h (I)
=
0,357
м
F(II)
=
386,450
высота каждой зоны аппарата
h (II)
=
5,377
Результаты расчета программой основных характеристик испарителя при режиме работы №1
8

9.

Расчет
Q(I)
=
35,360
КВт
Участок(I)
а) Критерий Рейнольдса
Re
Nu
Nu
α*(I)
α*(I)
=
262500
=
1668,305
Трубное пространство
Участок(II)
а) Критерий Рейнольдса
Re
б) Критериальное уравнение
=
0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43
=
454,488
Nu
Nu
=
13392,857
Re
б) Критериальное уравнение
=
0,41∙Re^0,6∙Pr^0,36*ξ
=
63,745
Nu
Nu
α(I)
α(I)
в) Коэффициент теплоотдачи
=
Nu∙λпар/dэк
=
80,319
Вт/м^2∙К
α(II)
α(II)
=
61,365
Вт/м^2∙К
Q(III)
26923,077
Re
б) Критериальное уравнение
=
0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43
=
70,751
k(II)
=
473,903
КВт
=
47857,794
Nu
Nu
б) Критериальное уравнение
=
0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43
=
129,373
α*(III)
α*(III)
в) Коэффициент теплопередачи
=
Nu∙λпар/dвн
=
4208,934
Вт/м^2∙К
Участок(III)
а) Критерий Рейнольдса
10885,341
Re
б) Критериальное уравнение
=
0,41∙Re^0,6∙Pr^0,36*ξ
=
45,010
0
в) Коэффициент теплоотдачи
=
Nu∙λпар/dвн
=
43,750
коэффициент теплопередачи
=
39,439
=
Участок(III)
а) Критрерий Рейнольдса
г) Коэффициент теплопередачи
α*(II)
=
0,67∙α'∙(νпар/νжидк-1)^0,5
α*(II)
=
18869,748
Межтрубное пространство
Участок(II)
а) Критерий Рейнольдса
Nu
Nu
k(I)
=
КВт
в) Коэффициент теплопередачи
в) Коэффициент теплопередачи промежуточный
=
Nu∙λпар/dвн
α'
=
Nu∙λконд/dвн
=
844,050
Вт/м^2∙К
α'
=
2238,751
Участок(I)
а) Критерий Рейнольдса
Re
Q(II)
=
9345,794
Nu
Nu
б) Критериальное уравнение
=
0,41∙Re^0,6∙Pr^0,36*ξ
=
52,979
α(III)
α(III)
в) Коэффициент теплоотдачи
=
Nu∙λпар/dвн
=
41,684
Вт/м^2∙К
Вт/м^2∙К
k(III)
=
37,442
Вт/м^2∙К
м^2
F(III)
=
219,669
м^2
h (III)
=
2,407
м
площадь поверхности теплообмена
F(I)
=
25,306
м^2
h (I)
=
0,249
м
F(II)
=
870,188
высота каждой зоны аппарата
h (II)
=
8,565
Результаты расчета программой основных характеристик испарителя при режиме работы №2
9

10.

Расчет
Q(I)
=
77,141
КВт
Участок(I)
а) Критерий Рейнольдса
Re
Nu
Nu
α*(I)
α*(I)
=
262500
=
1634,496
Трубное пространство
Участок(II)
а) Критерий Рейнольдса
Re
б) Критериальное уравнение
=
0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43
=
454,488
Nu
Nu
=
15625,000
Re
б) Критериальное уравнение
=
0,41∙Re^0,6∙Pr^0,36*ξ
=
69,922
Nu
Nu
α(I)
α(I)
в) Коэффициент теплоотдачи
=
Nu∙λпар/dэк
=
88,102
Вт/м^2∙К
α(II)
α(II)
=
65,807
Вт/м^2∙К
Q(III)
26923,077
Re
б) Критериальное уравнение
=
0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43
=
70,751
k(II)
=
477,150
КВт
=
47857,794
Nu
Nu
б) Критериальное уравнение
=
0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43
=
129,373
α*(III)
α*(III)
в) Коэффициент теплопередачи
=
Nu∙λпар/dвн
=
4208,934
Вт/м^2∙К
Участок(III)
а) Критерий Рейнольдса
12699,565
Re
б) Критериальное уравнение
=
0,41∙Re^0,6∙Pr^0,36*ξ
=
49,372
0
в) Коэффициент теплоотдачи
=
Nu∙λпар/dвн
=
47,989
коэффициент теплопередачи
=
42,837
=
Участок(III)
а) Критрерий Рейнольдса
г) Коэффициент теплопередачи
α*(II)
=
0,67∙α'∙(νпар/νжидк-1)^0,5
α*(II)
=
16682,149
Межтрубное пространство
Участок(II)
а) Критерий Рейнольдса
Nu
Nu
k(I)
=
КВт
в) Коэффициент теплопередачи
в) Коэффициент теплопередачи промежуточный
=
Nu∙λпар/dвн
α'
=
Nu∙λконд/dвн
=
844,050
Вт/м^2∙К
α'
=
2238,751
Участок(I)
а) Критерий Рейнольдса
Re
Q(II)
=
9345,794
Nu
Nu
б) Критериальное уравнение
=
0,41∙Re^0,6∙Pr^0,36*ξ
=
52,979
α(III)
α(III)
в) Коэффициент теплоотдачи
=
Nu∙λпар/dвн
=
41,684
Вт/м^2∙К
Вт/м^2∙К
k(III)
=
37,442
Вт/м^2∙К
м^2
F(III)
=
143,418
м^2
h (III)
=
1,975
м
площадь поверхности теплообмена
F(I)
=
23,636
м^2
h (I)
=
0,292
м
F(II)
=
513,605
высота каждой зоны аппарата
h (II)
=
6,352
Результаты расчета программой основных характеристик испарителя при режиме работы ПАО «НЛМК»
10

11. Сравнительный анализ

,°С
Сравнительный анализ
,°С
Характеристика изменения температур рабочих сред
11

12.

,°С
График зависимости коэффициента теплопередачи от логарифмического напора
График зависимости остаточной концентрации углекислоты от температуры азота
12

13.

Экономический анализ
13

14. Выводы

Были
произведены расчеты
режимов работы
азотного испарителя E2617, в результате которых мы
определили основные термодинамические и
конструктивные
параметры.
В
результате
технического и экономического
анализа было
доказано, что первый режим более эффективен для
технологического производства.
14