Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Утилизация вторичных энергоресурсов в системах ТГВ. Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов. Учебно-методическое пособие.pdf
где Р
пр
σ
ϕ
пр
σ
,,
2, 6 1, 5
ВТ
пр пр
σσ
σσ
= =
В
σ
Т
σ
ϕ
- расчетное давление, МПа;
рас
- допустимое давление материала стенки, МПа;
- коэффициент мощности сварного шва;
С - поправка на коррозию и отклонения от нормальной толщины листа, м.
Расчетное давление для воды составляет 1,6 МПа, для других жидкостей 2,0 МПа.
Допустимое давление
для материала стального кожуха и трубок
принимается в зависимости как от температуры теплоносителей, так и от марки
стали или латуни, используя формулу
где
- номинальное значение границы мощности при расчетной температуре,
(2.43)
МПа;
- номинальное значение границы текучести, МПа, и принимая для расчета
значения, меньше из полученных.
Коэффициент мощности сварного шва
зависит от технологии
изготовления кожуха или трубок и принимается по данным [3].
Поправка на коррозию С принимается равной 5∙10
-4
м для бесшовных труб
и м для электросварных труб.
Использовать сопоставляющий анализ рассчитанных и принятых толщин
стенок кожуха ТА и трубок.
2.4 Гидравлический расчет
Расчет гидравлических сопротивлений, возникающих при движении
потока в теплообменниках, проводят при различных вариантах подачи рабочей
среды.
91
Гидравлическое сопротивление трубного пространства (Па) находят по
2
2
ii
i
P
ρω
ξ
=
∆
2
41
785
,0
ш
d
V
=
=
ωω
,
0,785
ш
i
V
d
ω
=
формуле
∆Р=∆Р
где ∆Р
∆Р
∆Р
∆Р
∆Р
– потеря давления при входе потока в распределительную камеру;
1
– потеря давления при движении из камеры в трубы;
2
– потеря давления на выходе потока из труб;
3
– потеря давления при входе потока в штуцер;
4
– потеря давления на трение в трубах;
тр
+ z·(∆Р2 + ∆Р
1
+ ∆Р3) + ∆Р4, (2.44)
тр
z – число ходов в трубном пространстве.
Составляющие ∆Р
–∆Р4 находят по общей формуле
1
, (2.45)
где ξi - коэффициенты местных сопротивлений на соответствующем участке;
- скорость движения теплоносителя на соответствующем участке.
ω
i
Скорость потока на входе и на выходе (участки 1, 4) определяется исходя
из диаметра присоединительного штуцера; если агрегатное состояние потока в
аппарате не меняется, то скорости на этих участках будут одинаковы и равны
, (2.46)
где d
- диаметр штуцера (м); ориентировочно рассчитывают, как: dш=0,3D0,86
ш
(D - диаметр кожуха аппарата, м.), либо по формуле
(2.47)
где ω
- рекомендуемое значение скорости с учетом агрегатного состояния
i
потока (для жидких потоков – 1…3 м/с; для паровых или газовых – 10…30 м/с).
92
По результатам расчета принимают стандартное значение dш с учетом
в
тр
тр
тр
d
l
P
2
2
ω
ρλ
=∆
диаметра условного прохода (Dу): 0,025; 0,032; 0,040; 0,050; 0,065; 0,80; 0,100;
0,125; 0,150; 0,200; 0,250; 0,300; 0,350; 0,400; 0,500; 0,600 м.
Скорости потока на участках 2 и 3 определяют как
ω
2=ω3=ωтр
=V/fтр, (2.48)
Для расчета потерь давления на трение используют формулу
, (2.49)
где λтр - коэффициент трения;
l - длина труб, м.
Коэффициент трения зависит от режима движения и шероховатости стенок
трубы, его можно рассчитать:
– при ламинарном движении (Re < 2300):
=64/Re; (2.50)
λ
тр
– при турбулентном движении (Re>10
4
):
=0,11·(10/Re+1,16∆/dв)
λ
тр
0,25
, (2.51)
где ∆ - абсолютная шероховатость стенки трубы: ∆=0,1 мм – для новых
труб; ∆=0,2…0,3 мм – для труб после длительной эксплуатации без загрязнений
и внутренней коррозии; ∆=0,5…0,8 мм – для загрязненных и корродированных
труб.
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства (Па) находят по
формуле
∆Р=∆Р
где ∆Р
∆Р
∆Р
- потеря давления при входе потока в межтрубное пространство;
6
- потеря давления при огибании потоком перегородки;
7
- потеря давления при выходе потока из межтрубного пространства;
8
+(l / ln)·∆Рмт+(l / ln - 1)·∆Р7+∆Р8, (2.52)
6
93
∆Рмт - потеря давления на трение в одном ходе межтрубного пространства;
2
486
785,0
ш
d
V
===
ωωω
2
,
2
тр мт
мт
P
λ ρω
∆=
(М) ( )
()
(М)
,
1000
Т ТМ
ТМ
Т эл
G р
N
ρη
⋅∆
=
⋅⋅
эл
η
l - длина труб теплообменника, м;
- расстояние между перегородками; ln =0,5·D
l
n
l / l
находим также как ∆Р
- число ходов в межтрубном пространстве. Потери давления ∆Р6–∆Р8
n
–∆Р4 по общей формуле.
1
Скорости потока на соответствующих участках рассчитывают, как
, (2.53)
ω
=V / fn, (2.54)
7
где ω
f
n
- скорость движения потока в вырезе перегородки, м/с;
7
- площадь сечения выреза в перегородке, м2.
Потери давления на трение в межтрубном пространстве находят по
формуле
(2.55)
где λтр - коэффициент трения в межтрубном пространстве, зависящий от
размещения труб и числа рядов труб.
Примечание. Для пароводяного ТА ∆Р
не рассчитывать.
мт
По общему гидравлическому сопротивлению тракта определить мощность
электродвигателя для перемещения теплоносителя по трубкам N
межтрубном пространстве N
ТА
М
Т
и в
(2.56)
где
- 0,7…0,8 - КПД насоса.
94
В завершении гидравлического расчета сравнивают полученные значения
( )
''
1 121
,
ТА р
QGС tt=⋅ ⋅−
потерь давлениями с допускаемыми (по заданию) потерями в сети. По итогам
расчета можно сделать вывод о предпочтительном варианте подачи рабочей
среды.
2.5 Поверочный расчет рекуперативного ТА
Известна конструкция теплообменника, и следует выяснить, обеспечивает
ли он требуемую при его использовании теплопроизводительность Q
, равную
ТА
согласно формуле (2.1)
(2.57)
где G
с
р1
t
1
t
2
- расход теплоносителя на входе в ТА, м3/с;
1
– изобарная массовая теплоемкость теплоносителя, кДж/кг⋅оС;
’ – температура теплоносителя на входе в ТА, оС;
’ – температура теплоносителя на выходе из ТА, оС.
В качестве исходной информации для расчета располагаем величинами
расходов теплоносителей G
движущихся сред на входе в аппарат t
и G2, значениями температуры одной из
1
’ и на выходе из него t2’, температуры t1”,
1
второй среды на входе в аппарат и их теплофизическими свойствами, длиной
одной трубки l и их количеством n кожухотрубного теплообменника, площадью
теплообменной поверхности F
пластинчатом теплообменнике, площадями f
прохода теплоносителей и направлением их взаимного течения.
Полученные в результате такого расчета величины l
(2.32) или F согласно формуле (2.34) сравнивают с их действительными
значениями L или F из каталога. Если оказывается, что расчетные величины l
или F меньше, чем действительные L или F, то поступивший теплообменный
аппарат пригоден для использования. В противном случае надо выбрать другой
теплообменник.
одной пластины и их количеством n в
1
, и f2 поперечных сечений для
1
согласно формуле
общ
общ
95
При проведении поверочного расчета следует иметь в виду, что на
практике нужен запас величины теплообменной поверхности, так как она в
процессе эксплуатации, как правило, загрязняется: на ней откладывается
накипь, кокс, зола и др.
2.6 Графическая часть работы
Объем графической части определяется преподавателем в зависимости от
рабочей программы соответствующей дисциплины.
Пример элементов горизонтального секционного кожухотрубного ТА
приведён на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Общий вид горизонтального секционного кожухотрубного ТА
96
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Экономическая выгода использования вторичных энергоресурсов.
Инновационные разработки в сфере энергетики сейчас создаются только
на основе максимально экономного потребления ресурсов, поскольку
ископаемые, использующиеся для получения энергии, заканчиваются,
следовательно, растут затраты на их добывание и их рыночная стоимость.
Именно по этой причине использование вторичных энергоресурсов
рассматривается как один из наиболее действенных методов предотвращения
энергетического и экономического кризиса глобального масштаба.
Уже в наше время активно используются специальные технологии,
которые позволяют частично или полностью использовать ту потенциальную
энергию, которая вырабатывается в агрегатах и тратится впустую.
Для установки специального оборудования, которое будет обеспечивать
переработку ВЭР, не нужно тратить много денег, модернизация производства
окупается очень быстро и позволяет значительно снизить затраты на
энергопотребление от централизованных сетей.
Перспективы использования вторичных энергетических ресурсов.
Перспективы использования вторичных ресурсов в самых различных
сферах деятельности человека очень хорошие. Сейчас научные разработки,
которые проводятся в данном секторе, довольно активно финансируются как
частными инвесторами, так и государствами, поскольку они в интересах всех
энергетически зависимых стран.
Использование вторичных энергоресурсов дает экономические выгоды и
положительно сказывается на экологии планеты, потому уже в ближайшие
годы будет внедряться во все производства.
97
ТЕСТЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
Вопрос 1
Что такое показатель энергоэффективности?
Варианты ответов:
А) энергетический ресурс, получаемый в виде побочного продукта
основного производства или являющийся таким продуктом;
Б) абсолютная или удельная величина потребления или потери
энергетических ресурсов для продукции любого назначения, установленная
государственными стандартами;
В) носитель энергии, который используется в настоящее время или может
быть полезно использован в перспективе.
Вопрос 2
Что входит в понятие энергосбережение?
Варианты ответов:
А) реализация правовых, организационных, научных, производственных,
технических и экономических мер, направленных на эффективное
использование энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный
оборот возобновляемых источников энергии;
Б) результат интеллектуальной деятельности, содержащий
систематизированные знания, используемые для выпуска соответствующей
продукции, применения соответствующего процесса или оказания
соответствующих услуг, совокупность научно-технических знаний,
технических решений, процессов, материалов и оборудования, которые могут
быть использованы при разработке, производстве или эксплуатации продукции;
В) топливно-энергетический комплекс страны, охватывает получение,
передачу, преобразование и использование различных видов энергии и
энергетических ресурсов.
98
Вопрос 3
Что такое энергетический ресурс?
Варианты ответов:
А) энергетический ресурс, получаемый в виде побочного продукта
основного производства или являющийся таким продуктом;
Б) абсолютная или удельная величина потребления или потери
энергетических ресурсов для продукции любого назначения, установленная
государственными стандартами;
В) носитель энергии, который используется в настоящее время или может
быть полезно использован в перспективе.
Вопрос 4
Что входит в понятие эффективное использование энергетических
ресурсов?
Варианты ответов:
А) достижение экономически оправданной эффективности использования
энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и
технологий и соблюдении требований к охране окружающей природной среды;
Б) расход энергетических ресурсов, обусловленный несоблюдением
требований, установленных государственными стандартами, а также
нарушением требований, установленных иными нормативными актами,
технологическими регламентами и паспортными данными для действующего
оборудования;
В) абсолютная или удельная величина потребления или потери
энергетических ресурсов для продукции любого назначения, установленная
государственными стандартами.
99
Вопрос 5
Энергобаланс – это …
Варианты ответов:
А) совокупность энергетических установок и вспомогательных устройств с
целью обеспечения бесперебойного снабжения предприятия различными
видами энергии и энергоносителей;
Б) баланс добычи, переработки, транспортировки, преобразования,
распределения и потребления всех видов энергоресурсов и энергии в
производстве;
В) отношение полезно-используемой энергии ко всей энергии выделяемой
в системе.
Вопрос 6
Какое направление повышения энергетической эффективности в газовой
промышленности является приоритетным?
Варианты ответов:
А) замена топлива и энергии с высоким коэффициентом выбросов
углерода природным газом;
Б) Использование теплоты уходящих газов на КС магистральных
газопроводов для выработки электрической и тепловой энергии;
В) Экономия мощности, топлива и энергии.
Вопрос 8
Какие направления повышения эффективности использования ТЭР и
реализации потенциала энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве
являются основными?
100