УДК 536.24
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ПЛАСТИНЧАТОМ КОНДЕНСАТОРЕ
О. В. Галицкий1, С. В. Дахин2
1Студентгр.мПТ-91, galitskii.ov@gmail.com
2Канд. техн. наук, доцент, svdakhin@ya.ru ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
В данной статье рассмотрена проблема повышения тепловой эффективности пластинчатого теплообменного аппарата. Был выполнен тепловой расчёт с использованием оребрения поверхности теплообмена. Показано, что потребная площадь поверхности аппарата уменьшилась на 27 процентов.
Ключевые слова: интенсификация, теплопередача, оребрение, тепловой расчёт.
За годы существования пластинчатые теплообменные аппараты зарекомендовали себя как одни из самых эффективных среди теплообменного оборудования других типов аналогичного назначения.
Пластинчатые ТОА широко применяются в энергетической, пищевой, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.Сочетая в себе такие достоинства, как компактность, уменьшеннуюметаллоёмкость, высокие значения коэффициентов теплопередачи (по сравнению с кожухотрубными ТОА), пластинчатые теплообменники обладают также рядом недостатков: малая тепловая инерционность, повышенные требования к чистоте сред, более высокие значения гидравлического сопротивления [4].
Конденсатор, рассматриваемый в данной работе, представляет собой пластинчатый ТОАсо сварным пакетом пластини разборным корпусом. Количество пластин, задействованных в аппарате, составляет 252 единицы, амтериал стенки – нержавеющая сталь маркиAISI 304L, толщина стенки– 1 мм, высота канала теплообмена составляет 4,5 мм.
Два потока движутся в каналах между гофрированными пластинами. Потоки движутся вперекрёстном направлении в пределах каждого хода, в то время как движение общего потока многоходовой конструкции организовано по противоточной схеме(рис. 1).
12
Рис. 1. Общий вид и схема движения теплоносителей вконденсаторе[4]
По назначениюпластинчатый конденсатор является подогревателем сетевой воды (ПСВ), в котором греющей средой является сухой насыщенный пар с температурой 171,4 ºС, который конденсируется, а затем конденсат охлаждается до 80ºС. Нагреваемаясреда обратная сетевая вода, котораяподаётся при 70 ºС и нагревается до 150 ºС.
Был произведён тепловой расчёт ТОА [1, 2], в результате которого получены следующие значения:
-тепловая мощность– QПСВ = 20,03 МВт ;
-коэффициент теплопередачив зоне конденсации насыщенного пара –
kI =3413,69 Вт/ (м2·K);
- коэффициент теплопередачи в зоне охлаждения конденсата – kII =1691 Вт/ (м2·K);
-поверхность теплообменапри конденсации пара– FI =105,5 м2
- поверхность теплообмена при охлаждении конденсата –
FII = 53,3 м2 ;
13
- гидродинамические потери по тракту движения пара –
∆P1I = 7,8 кПа ;
-гидродинамические потери по ходу сетевой воды в зоне конденсации –
∆P2I = 7 кПа ;
- гидродинамические потери по ходу охлаждаемого конденсата –
∆P1II = 243 Па ;
- гидродинамические потери по ходу движения сетевой воды при охлаждении конденсата–∆P2II = 7,7 кПа .
В целях интенсификации теплопередачи– для уменьшенияметаллоёмкости конструкции, предложено оребрить поверхность теплообмена со стороны охлаждаемого конденсата, а по тракту движения сетевой воды–уменьшить зазор
между пластинами δПЛ до 2,7 мм. Были выбраны медные ребра в форме парал-
лелепипеда параметрами 1,5×3×1,5 мм с продольным и поперечным шагом 2 мм. Коэффициент оребренияϕ составил 2,9.Расчётвыполнялся по методике[5].
Результатырасчётапредставлены в таблице.
Результаты теплового расчёта
|
|
Геометрические характеристики |
|||
Параметр |
|
|
ТОА |
|
|
|
ϕ = 0 |
ϕ = 2,9 |
|||
|
|
δПЛ = 4,5 мм |
δПЛ = 2,7 мм |
||
Коэффициенттеплопередачи, |
kI |
3413,7 |
3992,1 |
||
Вт/(м2·К) |
kII |
1691 |
3505,7 |
||
Площадьповерхности, |
FI |
105,6 |
90,3 |
||
м2 |
FII |
53,3 |
25,7 |
||
Суммарнаяплощадь поверхности, м2 |
F |
158,9 |
116 |
||
Гидродинамическиепотери, кПа |
∆PI |
7,818 |
6,98 |
7,818 |
32,31 |
∆PII |
0,243 |
7,683 |
2,941 |
35,57 |
|
О характере изменения теплоотдачи в результате предпринятых мероприятий для интенсификации теплопередачи можно судить по графику завис-
мости α
α0 = f (Re) (рис.2).
14
Рис. 2. Зависимость нормированного коэффициента теплоотдачи от числа Рейнольдса
По итогам выполнения тепловогорасчёта мы видим,что оребрение поверхности теплообмена приводит к уменьшению потребной площади аппарта на 27 %. Но в то же время потери на преодоление гидравлического сопротивления по ходу движения охлаждаемого конденсата возрастают в 12 раз, а уменьшение проходного сечения по сетевой воде увеличивает потери в 4,6 раз. Максимальное значение гидродинамических потерь достигает значения в 35,57 кПа, что является вполне допустимым при значении располагаемого напора на преодоление потерь в 50 кПа.
Таким образом, используя оребрение поверхности и изменяя геометрические параметры ТОА, имеется возможность интенсифицировать процесс теплопередачи, тем самым уменьшив потребную площадь теплообмена при удовлетворительных значениях потери напора.
Литература
1.Бажан, П. И. Справочник по теплообменным аппаратам / П. И. Бажан, Г.Е. Каневец, В.И. Селиверстов. –М.: Машиностроение.–1989. –367 с.
2.Барановский, Н. В. Пластинчатые и спиральные теплообменники / Н.В. Барановский, Л.М. Коваленко, А.Р. Ястребецкий.–М.: Машиностроение.–
1973. –288с.
3.Калинин, Э.К. Эффективные поверхности теплообмена/ Э. К. Калинин, Дрейцер Г.А., Копп И.З. и др. –М.: Энергоатомиздат.–1998.–407 с.
15
4.Попов, И. А. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена: Интенсификация теплообмена: монография / И. А. Попов, Х.М.Махянов, В.М. Гуреев; под общ. ред. Ю.Ф.Гортышова.–Казань: Центринновационных технологий, 2009. –560 с.
5.Промышленная теплоэнергетика и теплотехника:Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина– 2-е изд., перераб.– М.: Энергоатомиз-
дат, 1991.–588 с.
16