Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Источники и системы теплоснабжения. Методические материалы для решения практических задач с элементами расчета в пакете Mathcad. Учебное пособие
.pdf
71
2
nn
vh vyh
n
sr
tt
t
+
=
, (10.8)
где
vn
d
– внутренний диаметр трубок, м;
n
vh
t
и
n
vyh
t
– температура
на входе и на выходе из водоподогревателя, ℃.
5. Коэффициент теплопередачи водоподогревателя k, Вт/(м2·℃),
следует определять по формуле
12
11
st
st
k
=
++
, (10.9)
где ψ – коэффициент эффективности теплообмена: для гладкотрубных водоподогревателей с опорами в виде полок 0,95, для гладкотрубных с блоком опорных перегородок 1,2, для профилированных
и с блоком опорных перегородок 1,65; β – коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических
свойств воды, принимается 0,8–0,95;
st
– толщина стенки трубок, м;
st
– теплопроводность стенки трубки, Вт/(м·℃), принимается рав-
ной для стали 58 Вт/(м·℃), для латуни 105 Вт/(м·℃).
6. При заданной величине расчетной производительности водо-
подогревателя
sp
h
Q
по полученным значениям коэффициента тепло-
передачи k и среднелогарифмической разности температур
sr
t
опре-
деляется необходимая поверхность нагрева водоподогревателя F
sp
h
sr
Q
F
kt
=
, (10.10)
где
sp
h
Q
– расчетная тепловая производительность водоподогревате-
лей горячего водоснабжения, определяется [18].
7. Число секций водоподогревателя в одном потоке N, шт., ис-
ходя из двухпоточной компоновки определяется по формуле
2
sek
F
Nf=
, (10.11)
где f
sek
– площадь секции, м2.
72
Если величина N, полученная по формуле (10.11), имеет дробную часть, составляющую более 0,2, число секций следует округлять
в большую сторону.
8. Потери давления ΔP, кПа, в водоподогревателях следует
определять по формулам:
• для нагреваемой воды, проходящей в гладких трубках:
− при длине секции 4 м
2
7,5
h
n
tr
g
PN
f
=
; (10.12)
− при длине секции 2 м
2
5
h
n
tr
g
PN
f
=
, (10.13)
где φ – коэффициент, учитывающий накипеобразование; принимается по опытным данным, при их отсутствии – следует принимать
от 2 до 3; для нагреваемой воды, проходящей в профилированных
трубках, в формулах (10.12) и (10.13) вводится повышающий коэффициент 3;
• для греющей воды, проходящей в межтрубном пространстве:
2
gr mtr
P B W N =
, (10.14)
где коэффициент B принимается по справочным данным [18].
Подробный расчет кожухотрубного водоподогревателя по методике, описанной выше, приведен в [18], поэтому в данном пособии
он не рассматривается.
Задача № 10.1.
Выполнить расчет кожухотрубного подогревателя для исходных данных, представленных в таблице 10.1. Регулирование отпуска
теплоты в системе централизованного теплоснабжения принято центральное, качественное по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.
73
Таблица 10.1
Исходные данные для расчета теплообменника
Исходные данные
№ варианта
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
Расчетная наружная температура,
℃
–26
–25
–23
–20
–27
–18
–30
–32
–33
–15
Температура воды в подающем
трубопроводе при расчетной
наружной, ℃
130
150
110
130
115
130
150
110
130
110
Температура воды в обратном
трубопроводе при расчетной
наружной, ℃
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
Температура в точке излома
графика
23
25
20
23
22
23
25
20
23
25
Температура воды в подающем
трубопроводе при температуре
в точке излома графика, ℃
70
80
65
70
65
70
80
65
70
80
Температура воды в обратном
трубопроводе при температуре
в точке излома графика, ℃
40
45
38
40
39
40
45
38
38
48
Температура холодной
водопроводной (нагреваемой)
воды в отопительный период,
поступающей в водоподогреватель I ступени
2 3 4 5 2 3 4 5 3
5
Температура воды, поступающей
в систему горячего водоснабжения на выходе из II ступени
водоподогревателя, °С
60
65
60
65
65
60
65
60
65
60
Максимальный тепловой поток
на отопление, сетей
присоединенных к ЦТП, МВт
6
4,3
5,4
6,2
5,5
5,2
4,8 7 6
5
Расчетная тепловая производительность водоподогревателей,
МВт
4,5
3,8
4,4
5,2 5 4,2 4 6,1
5,2
4,1
Максимальный расчетный
секундный расход воды
на горячее водоснабжение, л/с
21
18
19
22
24
23
25
26
28
24
74
10.2. Расчет пластинчатого теплообменника
Пластинчатые теплообменники выпускаются для теплоснабжения следующих типов: полуразборные (РС) с пластинами типа 0,5Пр
и разборные (Р) с пластинами типа 0,3р и 0,6р. Характеристики таких
теплообменников представлены в [18].
Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата: первые буквы обозначают тип аппарата – теплообменник Р (РС)
разборный (полусварной); следующее обозначение – тип пластины;
цифры после тире – толщина пластины, далее – площадь поверхности теплообмена аппарата (м2), затем – конструктивное исполнение,
марка материала пластины и марка материала прокладки. После
условного обозначения приводится схема компоновки пластин.
Пример условного обозначения пластинчатого разборного теплообменного аппарата: теплообменник Р 0,6р-0,8-16-1К-01 – теплообменник разборный (Р) с пластинками типа 0,6р, толщиной 0,8 мм,
площадью поверхности теплообмена 16 м2, на консольной раме,
в коррозионностойком исполнении, материал пластин и патрубков –
сталь 12Х18Н10Т; материал прокладки – теплостойкая резина 359;
схема компоновки:
555
6 5 5
C
++
++
,
что означает: над чертой – число каналов в каждом ходе для греющей
воды, под чертой – то же, для нагреваемой воды.
Полусварные теплообменники надежно работают при рабочем
давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см2 ).
Теплообменники типа Р 0,3р могут применяться в системах теплоснабжения при отсутствии теплообменников типа РС 0,5Пр и параметрах теплоносителей до 1,0 МПа (до 10 кгс/см2 ), до 150 °С и перепаде давлений между теплоносителями не более 0,5 МПа
(5 кгс/см2) [18].
Методика расчета пластинчатых водоподогревателей [18].
1. Методика расчета пластинчатых водоподогревателей осно-
вана на использовании в них всего располагаемого напора теплоносителей с целью получения максимальной скорости каждого теплоносителя и, соответственно, максимального значения коэффициента теплопередачи или при неизвестных располагаемых напорах
75
по оптимальной скорости нагреваемой воды, как и при подборе ко-
жухотрубных водоподогревателей.
В первом случае оптимальное соотношение числа ходов для
греющей и нагреваемой воды находится по формуле
0,364
0,636
1
2
1000
1000
n
gr
h sr
gr
dn
sr
P
Gt
X
X G P
t
−
=
−
, (10.15)
где
n
sr
t
– средняя температура нагреваемой воды, ℃.
Если соотношение ходов получается больше двух, то для повышения скорости воды целесообразна несимметричная компоновка,
т. е. число ходов теплообменивающихся сред будет неодинаковым.
При несимметричной компоновке получается смешанное движение
потоков: в части каналов – противоток, в части – прямоток, что снижает температурный напор установки по сравнению с противопоточным характером движения теплообменивающихся сред, который
имеет место при симметричной компоновке, и в определенной степени уменьшает выгоду от повышения скорости воды при несимметричной компоновке. Поэтому для исключения смешанного тока теплоносителей более эффективно водоподогревательную установку собирать из двух или нескольких раздельных теплообменников с симметричной компоновкой, включенных последовательно по теплоносителю, у которого получается большее число ходов, и параллельно – по другому теплоносителю. При этом обвязка соединительными трубопроводами должна обеспечить противоток в каждом теплообменнике.
2. При расчете пластинчатого водоподогревателя оптимальная
скорость принимается исходя из получения таких же потерь давления в установке по нагреваемой воде, как при применении кожухотрубного водоподогревателя – 100–150 кПа, что соответствует скорости воды в каналах W
opt
= 0,4 м/с. По оптимальной скорости нахо-
дим требуемое количество каналов по нагреваемой воде
max
3600
h
n
opt k
G
m
Wf=
, (10.16)
где fk – живое сечение одного межпластинчатого канала.
76
3. Для компоновки водоподогревателя симметричной, т. е.
mgr = mn. Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей
и нагреваемой воды
gr n n k
f f m f==
, (10.17)
4. Находим фактические скорости греющей и нагреваемой
воды, м/с,
3600
gr
d
gr
G
W
f
=
; (10.18)
max
3600
n
h
n
G
W
f
=
. (10.19)
В случае если соотношение ходов, определенное по формуле
(10.15), оказалось > 2 (при подстановке
n
P
= 100 кПа,
gr
P
= 40 кПа
для I ступени), водоподогреватель собираем из двух раздельных теплообменников и более и в формулах (10.18) или (10.19) расход того
теплоносителя, у которого получилось меньше ходов, уменьшаем,
соответственно, в 2 раза и более.
5. Коэффициент теплоотдачи α1, Вт/(м
2
·°С), от греющей воды
к стенке пластины определяется по формуле
( )
2
0,73
1
1,16 23000 283 0,63
gr gr
sr sr gr
A t t W
= + −
; (10.19)
2
gr gr
vh vyh
gr
sr
tt
t
+
=
, (10.20)
где A – коэффициент, зависящий от типа пластин [18].
6. Коэффициент тепловосприятия α2, Вт/(м
2
·°С), от стенки пла-
стины к нагреваемой воде принимается по формуле
( )
2
0,73
1
1,16 23000 283 0,63
nn
sr sr n
A t t W
= + −
; (10.21)
2
nn
vh vyh
gr
sr
tt
t
+
=
. (10.22)
7. Коэффициент теплопередачи k, Вт/(м
2
·°С), определяется
по формуле
77
12
11
st
st
k
=
++
, (10.23)
где β – коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений
на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным
0,7–0,85.
8. При заданной величине расчетной производительности
sp
Q
и по полученным значениям коэффициента теплопередачи k и темпе-
ратурному напору
sr
t
определяется необходимая поверхность
нагрева
tr
F
sp
h
tr
sr
Q
F
kt
=
. (10.24)
При сборке водоподогревателя из двух раздельных теплообменников и более теплопроизводительность уменьшается, соответственно, в 2 раза и более.
9. Количество ходов в теплообменнике X
2
tr pl
pl
Ff
X
mf
+
=
, (10.25)
где fpl – поверхность нагрева одной пластины, м2.
Число ходов округляется до целой величины.
В одноходовых теплообменниках четыре штуцера для подвода
и отвода греющей и нагреваемой воды располагаются на одной неподвижной плите. В многоходовых теплообменниках часть штуцеров должна располагаться на подвижной плите, что вызывает некоторые сложности при эксплуатации. Поэтому целесообразней вместо
устройства многоходового теплообменника разбить его по числу ходов на раздельные теплообменники, соединенные по одному теплоносителю последовательно, а по другому – параллельно, с соблюдением противоточного движения.
10. Действительная поверхность нагрева всего водоподогрева-
теля определяется по формуле
( )
21
pl
F m X f= −
. (10.26)
78
11. Потери давления ΔP, кПа, в водоподогревателях следует
определять по формулам:
− для нагреваемой воды
1,75
(33 0,08 )W
n
n sr ns
B t X = −
; (10.27)
− для греющей воды
1,75
(33 0,08 )W
gr
n sr gr
B t X = −
, (10.28)
где φ – коэффициент, учитывающий накипеобразование, который
для греющей сетевой воды равен единице, а для нагреваемой воды
должен приниматься по опытным данным, при отсутствии таких данных можно принимать φ =1,5–2,0; B – коэффициент, зависящий
от типа пластины [18]; Wns – скорость при прохождении максимального секундного расхода нагреваемой воды.
Подробный расчет пластинчатого водоподогревателя по методике, описанной выше, приведен в [18], поэтому в данном пособии
он не рассматривается.
Задача № 10.2.
Выполнить расчет пластинчатого подогревателя, собранного
из пластин 0,6р для системы ГВС по исходным данным, аналогичным примеру в разделе 10.1: величины расходов и температуры теплоносителей на входе и выходе каждой ступени водоподогревателя
принимаются такими же. Сопоставить полученные результаты расчета. Обратить внимание на площадь теплообмена и габариты теплообменника.
79
11. СЕТЕВОЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ
В централизованных системах теплоснабжения функционирование тепловых сетей зависит от источника теплоты и качества теплообменных процессов, протекающих в различных теплообменниках, обеспечивающих нагрев сетевой воды.
Для подогрева сетевой воды на крупных источниках теплоты
(ТЭЦ, ГРЭС и др.), содержащих различные турбоустановки, используется водяной пар. Водяной пар, как правило, отбирается с различных ступеней турбоустановки для подогрева сетевой воды. В этом
случае существует непосредственная взаимосвязь эффективности работы турбоустановки и теплообменного оборудования, обеспечивающего работу тепловых сетей.
В РФ для турбоустановок с мощностью более 50 МВт организуется два последовательных подогрева сетевой воды. Как правило,
при этом используются поверхностные теплообменники – кожухотрубные.
Упрощенно схема работы паротурбинной установки в связке
с теплообменниками тепловых сетей представлена на рисунке 11.1.
1 2
3
10
8
9
G0, P0, t
0
6
7
G2, P2, h
2
Wc, t
2c
G1, P1, h
1
Gk, p
k
Wc, t
1c
h
11
h
22
4
5
Рисунок 11.1. Принципиальная тепловая схема
двухступенчатого подогрева сетевой воды:
1 – часть высокого давления (ЧВД) турбоустановки; 2 – часть низкого
давления (ЧНД) турбоустановки; 3 – конденсатор;
4 – верхний отбор пара; 5 – нижний отбор пара; 6 – ПС1; 7 – ПС2;
8 – стопорный клапан; 9 – регулирующий клапан; 10 – регулирующий орган
80
К турбине подводится свежий пар с параметрами G0, t0, P0. Далее в верхний отбор и нижний отбор через ЧВД отводится необходимое количество перегретого водяного пара с требуемыми параметрами.
Подогреватель сетевой воды состоит из двух теплообменников:
сетевой подогреватель первой ступени (ПС1) и сетевой подогреватель второй ступени (ПС2). Распределение тепловой нагрузки между
верхним и нижним отборами определяется температурами сетевой
воды до и после сетевых подогревателей, расходом сетевой воды
и электрической нагрузкой.
Внутренняя мощность турбины Ni с двумя отопительными отборами пара определяется по выражению (без учета регенеративных
отборов) [28]:
( ) ( )
0 0 1 0 1 2
e
i i i i
m eg
N
N G H G G H G G G H
= = + − + − −
. (11.1)
Тепловая нагрузка турбины
( )
( ) ( )
2 1 1 1 11 2 2 22t c v c c
Q W c t t G h h G h h= − = − + −
. (11.2)
В формулах (11.1) и (11.2) использованы следующие обозначения: G0, G1, G2 – расходы пара, соответственно, на турбину, в верхний
и нижний отопительный отборы, кг/с;
i
H
,
H
,
i
H
– использованные
теплоперепады ступеней турбины, между отборами и ЧНД, кДж/кг;
Wc – расход сетевой воды, кг/с; cv = 4,19 кДж/(кг·К) – теплоемкость
воды; t1c, t2c – температуры воды на входе в подогреватели и выходе
из них, ℃; h1, h2 – энтальпии пара в верхнем и нижнем отопительных
отборах, кДж/кг; h11, h22 – энтальпии конденсата греющего пара
в подогревателях (котловая вода), кДж/кг; ηm – механический КПД;
ηeg – КПД электрогенератора.
В зависимости от соотношения тепловой и электрической
нагрузок современные турбины с двухступенчатым отбором пара могут иметь разнообразные теплофикационные режимы работы. При
режимах работы по тепловому графику при заданной тепловой
нагрузке Qt регулирующий орган 10 перед ЧНД закрыт. Мощность
турбины определяется тепловой нагрузкой, а расход пара через ЧНД
ограничивается значением G
к.мин
, определяемым условиями надежной работы турбины. При работе турбины по электрическому графику возможны независимые изменения тепловой и электрической
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]