Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов. Практикум (часть II) по дисциплине «Термодинамическая эффективность теплового оборудования и тепломассо
.pdf
Рисунок 2.2 − Способы размещения труб в теплообменных аппаратах:
а) по периметрам правильных шестиугольников; б) по концентрическим
окружностям; в) по периметрам прямоугольников (коридорное расположение).
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут быть вертикальными,
горизонтальными и наклонными в соответствии с требованиями технологического процесса или удобства монтажа. В зависимости от величины температурных удлинений трубок и корпуса применяют кожухотрубчатые теплообменники жесткой и нежесткой конструкции [2].
Пластинчатые теплообменники
Технологически пластинчатые теплообменники идеально подходят для
оптимизации процессов теплопередачи. Использование гофрированных пластин, являющихся основой пластинчатого теплообменника, помимо интенсификации процессов теплообмена и уменьшения возможности возникновения
отложений, обеспечивает большую площадь поверхности теплообмена, посредством которой тепло передается от одной среды к другой, несмотря на небольшие габаритные размеры аппаратов.
Пластинчатые теплообменники бывают следующих видов:
разборные пластинчатые теплообменники;
паяные пластинчатые теплообменники;
сварные и полусварные пластинчатые теплообменники.
Пластинчатый теплообменник состоит из ряда тонких металлических
пластин c гофрированной поверхностью, которые скрепляются между собой
посредством уплотнительных прокладок или соединяются сваркой (иногда эти
способы сборки сочетаются) в зависимости от используемого теплоносителя, а
также в зависимости от ряда конструктивных причин, например, необходимости удалять или добавлять пластины в процессе эксплуатации. Пластины теплообменника сжимаются в пакет на жесткой раме с направляющими при помощи мощных прижимных плит и стяжных болтов, чтобы создать технологическую систему для заполнения параллельных каналов. Одна жидкая или газообразная среда движется по четным каналам, другая – по нечетным. Все пластинчатые теплообменники вне зависимости от их производителя снаружи выглядят
11
одинаково. Основные отличия заключаются в используемых материалах, особенностях конструкции пластин, а также применяемой технологии уплотнения.
В пластинчатом теплообменнике, например «Alfa Laval» применяется одношаговая выпрессовка пластин, позволяющая повысить однородность материала
пластин, снизить внутренние напряжения, использовать более тонкие пластины, а в результате увеличить эффективность теплопередачи. Полностью сварной пакет пластин позволяет повысить предел температуры и давления соответственно до 350°C и 40 атм.
Рисунок 2.3 – Схема пластинчатого подогревателя «Alfa Laval»
Холодный теплоноситель в пластинчатом теплообменнике можно на-
греть практически до температуры горячего (до разности в 1-3°С), а горячий – соответственно остудить до температуры холодного. Этот факт обес-
печивает следующий источник экономии тепловой энергии: при понижении
температуры обратного теплоносителя автоматически снижаются потери тепла
в обратных трубопроводах, а также возрастает КПД котлов.
3 Примеры расчетов теплообменных аппаратов
3.1 Поверочный расчет
В теплообменном аппарате требуется охлаждать 0,25 м3/ч горячего теплоносителя с плотностью 1100 кг/м3 и теплоемкостью 3046 Дж/(кг∙град). Начальная температура жидкости равна 120°С. Для охлаждения применяется 1
м3/ч воды при температуре 10°С с плотностью 1000 кг/м3. Для данного аппарата
известны значения коэффициента теплопередачи k = 35 Вт/(м2∙град) и поверх-
12
ность аппарата F = 8 м2. Определить конечные температуры общих жидкостей и
3600
3600
расход теплоты при прямотоке и противотоке.
Р е ш е н и е:
Определяем численное значение условных эквивалентов:
3046110025,0
градВтcVW
p
1111
/233
419010000,1
градВтcVW
WW .2,1233/)835(/
21
p
2222
;2,01165/233/
WkF
1
/1165
Из таблицы 3.1 находим:
Ψ
(0,2; 1,2) =0,62.
прям
Температура горячего теплоносителя на выходе из аппарата при
tt равна
11
t
1
68°C = 0,62 10)-(120
52°C.68 -120
Расход теплоты составит
1
11
1585052120233
ВтttWQ
Конечная температура холодного теплоносителя при
C13,615850/1165=
Q/Wtt
22
2
равна
C3,626,1310
t
2
Если рассчитать теплообменный аппарат при противотоке, сохраняя ус-
ловия теплопередачи без изменения, то получаем следующее:
1
2
WW .2,1233/)835(/
21
;2,01165/233/
градВтW
./1165
градВтW
WkF
1
;/233
По таблице 3.2 находим:
Ψ
(0,2; 1,2) =0,65.
прот
Температура горячего теплоносителя на выходе из аппарата при
tt равна
11
t
1
73°C= 0,65 10)-(120
°C.4773 -120
Расход теплоты
1
11
1700047120233
ВтttWQ
Конечная температура холодного теплоносителя при
13
равна
Ш
Ш
ttWQ
2
;
CWQtt
22
222
151165/17000/
t
2
°C.251510
Применение в теплообменном аппарате противотока позволяет при одинаковых условиях с прямотоком передать количество теплоты на 7,5% больше.
Таблица 3.1 - Значение функции
для прямотока
прям
Таблица 3.2 − Значение функции
3.1 Конструктивный расчет
для противотока
прот
3.1.1 Пример расчета для двухступенчатой схемы присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения с ограничением максимального расхода
воды из тепловой сети на ввод и регулированием подачи теплоты на отопление
[3].
14
Исходные данные:
1. Регулирование отпуска теплоты в системе централизованного теплоснабжения принято центральное, качественное по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.
2. Температура теплоносителя (греющей воды) в тепловой сети принята:
при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления
t0 = −25°С:
в подающем трубопроводе τ1 = 150°С;
в обратном трубопроводе τ2 = 70°С;
в точке излома температурного графика:
в подающем трубопроводе τ1 = 70°С;
в обратном трубопроводе τ2 = 42°С.
3. Температура холодной водопроводной (нагреваемой) воды в отопительный
период, поступающей в водоподогреватель I ступени, tc = 5°С.
4. Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения на выходе из II ступени водоподогревателя, th = 60°С.
5. Максимальный тепловой поток на отопление потребителей:
Q
= 5,82∙106 Вт.
omax
6. Расчетная тепловая производительность водоподогревателей:
Q
= 4,57∙106 Вт.
hmax
Решение:
1) Максимальный расход сетевой воды на отопление:
6
1082,56,36,3
3
чкг
/105,62
70)-4,19(150
G
Q
max0
0d
c
21
2) Максимальный расход греющей воды на горячее водоснабжение:
6
1057,455,06,355,06,3
3
чкг
/1057
42)-4,19(70
,2,4·Q = Q
где
1
Q
h
G
'
d
max
'
c
1
hmhmax
температура излома температурного графика в подающем трубо-
max
'
2
проводе при соответствующих параметрах сети;
'
температура излома температурного графика в обратном трубопро-
2
воде при соответствующих параметрах сети.
3) Для ограничения максимального расхода сетевой воды на ЦТП в качестве
расчетного принимается больший из двух расходов:
15
Gd = Gdo = 62,5∙103 кг/ч
2
c
П
2
4) Максимальный расход нагреваемой воды через І и II ступени водоподогревателя:
6
1057,46,3
56019,4
3
чкг
/1068
G
Q
6,3
h
max
h
max
ttс
)(
ch
5) Температура нагреваемой воды за водоподогревателем І ступени:
I
'
h
2
Ct
375425
,
6) Расчетная производительность водоподогревателя І ступени:
spI
h
max
I
c
hh
63
ВтcttGQ
1076,2)6,3/19,4()537(10686,3/
7) Расчетная производительность водоподогревателя II ступени:
spII
h
h
max
spI
h
666
ВтQQQ
1081,11076,21057,4
8) Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя II ступени и на
входе в водоподогреватель І ступени:
spII
Q
6,3
II
2
1
1
'
I
h
Gc
d
70
6
1081,16,3
3
105,6219,4
C
55
9) Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя І ступени:
Q
6,3
'
I
1
2
h
max
Gc
d
70
6
1057,46,3
3
105,6219,4
C
17
10) Среднелогарифмическая разность температур теплоносителей в I ступени:
I
t
ср
II
h
lg3,2
II
)()(
tt
22
c
I
II
2
)(
t
h
I
)(
t
lg3,2
51737-55
3755
517
5,16
С.
11) Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для II ступени водоподогревателя:
I
II
t
ср
'
h
1
19
lg3,2
II
tt
2
'
1
'
)()(
h
t
h
lg3,2
t
37556070
6070
3755
C
12) Определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя при скорости
воды в трубках Wтр = 1 м/с
16
усл
f
тр
G
max
h
36002
W
тр
3
1068
Из [3, прил. 7, табл. 1] и полученной величине f
подогревателя со следующими характеристиками:
f
=0,0093 м2;
тр
Dн = 219 мм;
f
=0,02139 м2;
мтр
d
= 0,0224 м;
экв
f
= 11,51 м2 (при длине секции 4 м);
сек
м
2
0094,0
1000136002
усл
подбираем тип водо-
тр
d
нар/dвн
= 16/14 мм.
13) Скорость воды в трубках:
W
тр
G
h
max
36002
f
тр
1068
14) Скорость воды в межтрубном пространстве:
G
W
мтр
36002
d
f
мтр
15) Расчет водоподогревателя I ступени:
а) средняя температура греющей воды
гр
ср
гр
вх
гр
вых
б) средняя температура нагреваемой воды
н
ср
н
вх
н
вых
3
см
10000093,036002
3
105,62
100002139,036002
;362/17552/)( Ctt
;212/3752/)( Ctt
/01,1
см
/41,0
в) коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы
8,0
W
мтр
2
1
г
ср
36038,036181210(16,1
г
)(038,0181210(16,1
tt
ср
d
8,0
2
41,0
0224,0
2,0
экв
2,0
гр);2187Вт/(м2
г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой среде
8,0
W
тр
2
2
н
ср
21038,021181210(16,1
17
н
)(038,0181210(16,1
tt
ср
8,0
01,1
2
014,0
2,0
d
2,0
вн
4222
гр);Вт/(м2
д) коэффициент теплопередачи при β=0,9
1
4222
9,02,1
гр).Вт/(м2
001,0
105
I
1535
k
11
21 ст
ст
1
2187
Коэффициент принят равным 1,2 для гладких трубок;
е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя I ступени
spI
F
I
тр
Q
h
I
I
tk
ср
6
1076,2
5,161535
2
7,108
м
ж) число секций водоподогревателя I ступени при длине секции 4 м
I
N
I
F
f
сек
2
7,108
51,112
секции
.72,4
Принимаем 5 секций, действительная поверхность нагрева будет
FI =11,51×2×5=115 м2.
16) Расчет водоподогревателя II ступени:
а) средняя температура греющей воды
гр
ср
гр
вх
гр
вых
;5,622/55702/)( Ctt
б) средняя температура нагреваемой воды
н
ср
н
вх
н
вых
;5,482/60372/)( Ctt
в) коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы;
8,0
W
мтр
2
1
г
ср
г
)(038,0181210(16,1
tt
ср
d
2
5,62038,05,62181210(16,1
41,0
0224,0
экв
2,0
8,0
2,0
г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой среде
8,0
W
тр
2
2
н
ср
н
)(038,0181210(16,1
tt
ср
01,1
2
5,48038,05,48181210(16,1
014,0
2,0
d
вн
8,0
5443
2,0
гр);Вт/(м2
гр);2730Вт/(м2
д) коэффициент теплопередачи при β=0,9
18
1
5443
9,02,1
001,0
105
II
1931
k
11
21 ст
ст
1
2730
Коэффициент принят равным 1,2 для гладких трубок;
е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени
гр).Вт/(м2
spII
F
II
тр
Q
h
II
II
tk
ср
6
1081,1
191931
2
4,49
м
ж) число секций водоподогревателя II ступени при длине секции 4 м
II
N
II
F
f
сек
2
4,49
51,112
секции
.15,2
Принимаем 2 секции, действительная поверхность нагрева будет
II
F
=11,51×2×2=46 м2.
В результате расчета получилось по 2 секции в каждом водоподогревателе II ступени и 5 − в каждом водоподогревателе I ступени суммарной поверхностью нагрева 161 м2.
Рисунок 3.1 - Общий вид горизонтального секционного кожухотрубного
водоподогревателя
3.1.2 Выбрать и рассчитать водоподогревательную установку пластинчатого теплообменника, собранного из пластин 0,6р (р – разборной; 0,6 - поверхность теплообмена одной пластины, м2) для системы горячего водоснабжения,
что и в примере с кожухотрубными секционными водоподогревателями. Сле-
19
довательно, исходные данные, принимаются такими же, как и в предыдущем
2'1
примере, за исключением:
- максимальный тепловой поток на отопление потребителей:
Q
= 3,849∙106 Вт.
omax
- расчетная тепловая производительность водоподогревателей:
Q
= 1,802∙106 Вт.
hmax
Температура теплоносителя в точке излома температурного графика:
- в обратном трубопроводе τ2 = 48°С.
Решение:
1) Максимальный расход сетевой воды на отопление:
Q
G /73489
max0
c
6,3
max0
21
38490006,3
чкг
70)-4,19(115
2) Максимальный расход греющей воды на горячее водоснабжение:
G
d
max
55,06,3
c
h
max
'
18020004,255,06,3
чкг
/92895
48)-4,19(70
Q
3) Для ограничения максимального расхода сетевой воды на ЦТП в качестве
расчетного принимается больший из двух расходов: Gd = 92895 кг/ч
4) Максимальный расход нагреваемой воды через І и II ступени водоподогревателя:
6
10325,46,3
56019,4
чкг
/67563
G
Q
6,3
h
max
h
max
ttс
)(
ch
5) Температура нагреваемой воды за водоподогревателем І ступени:
где
'
2
'
НП
2
температура излома температурного графика при соответствую-
Ctt
43548
,
щих параметрах сети.
6) Расчетная производительность водоподогревателя І ступени:
Q
ttcG
I
3600
max
cПh
6,3
54319,467563
6
Вт
10988,2
7) Расчетная производительность водоподогревателя II ступени:
666
ВтQQQ
max
IhII
10337,110988,210325,4
8) Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя II ступени и на
входе в водоподогреватель І ступени:
Q
6,3
'
II
1
2
II
70
Gc
d
9289519,4
6
10337,16,3
C
6,57
9) Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя І ступени:
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]