§ 2.8. Теплообменные аппараты

Для подогрева сетевой, сырой и химически очищенной воды в котельных с водогрейными котлами применяются водоводяные теплообменники, а в котельных с паровыми котлами — пароводяные теплообменники (подогреватели).

Водоводяные теплообменники. Количество теплоты (кДж/с) воспринятое нагреваемой водой в теплообменнике, определяется по формуле

Q=W₁c_p1(t-t)η=W₂c_p2(t-t), (2.64)

где W₁ — расход нагревающей воды, кг/с; W₂ — расход нагреваемой воды, кг/с; c_p1 и с_р2 — средние массовые теплоемкости нагревающей и нагреваемой воды при постоянном давлении кДж/(кг·К), t и t—температуры нагревающей воды на входе и выходе, °С; t и t— температуры нагреваемой воды на входе и выходе °С; η — коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду.

Поверхность нагрева (м²) теплообменника определяется из уравнения теплопередачи

, (2.65)

где k — коэффициент теплопередачи, кВт/(м²·К); Δt_cp — средний температурный напор в теплообменнике, °С.

Средний температурный напор в прямоточном теплооб­меннике

. (2.66)

Средний температурный напор в противоточном теплооб­меннике

. (2.67)

Если ≤1,7, то средний температурный напор в теплообменнике находится по формуле

. (2.68)

Пароводяные теплообменники. Количество теплоты (кДж/с), воспринятое нагреваемой водой в теплообменнике, определяется по формуле

Q'=D₁(i"-i)η=W₂c_p2(t-t), (2.69)

где D₁ — расход нагревающего пара, кг/с; i" — энтальпия нагре­вающего пара, кДж/кг; i — энтальпия конденсата, кДж/кг.

Поверхность нагрева (м²) теплообменника находится из урав­нения теплопередачи

. (2.70)

Средний температурный напор как в прямоточном, так и в противоточном пароводяном теплообменнике

, (2.71)

где t_n — температура нагревающего пара, °С.

Задача 2.110. Определить расход нагреваемой воды и поверх­ность нагрева прямоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагревающей воды W₁=15 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t=120°C, температура нагревающей воды на выходе из теплообменника t=80°C, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t=10°С, температура нагреваемой воды на выходе из теплооб­менника t=60°С, коэффициент теплопередачи k=1,9 кВт/(м²·К) и коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η=0,98.

Решение: Количество теплоты, воспринятое нагреваемой во­дой в теплообменнике, определяем по формуле (2.64):

Q=W₁c_p1(t-t)η=15·4,19(120-80)0,98=2463,7 кДж/с.

Расход нагреваемой воды в теплообменнике находим из формулы (2.64):

=11,8 кг/с.

Средний температурный напор в прямоточном теплообмен­нике определяем по формуле (2.66):

=53°C.

Поверхность нагрева теплообменника находим по формуле (2.65):

=24,5 м².

Задача 2.111. Определить поверхность нагрева противоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагре­ваемой воды W₂=5 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t=97°C, температура нагревающей воды на выходе из теплообменника t=63°С, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t=17°C температура нагрева­емой воды на выходе из теплообменника t=47°C и коэффициент теплопередачи k=1,1 кВт/(м²·К).

Ответ: F=11,8 м².

Задача 2.112. Определить расход нагревающего пара и повер­хность нагрева противоточного пароводяного теплообменника, если известны расход нагреваемой воды W₂=5,6 кг/с, давление нагревающего пара p_n=0,12 МПа, температура нагревающего пара t_n=104°С, энтальпия конденсата i=436 кДж/кг, температу­ра нагреваемой воды на входе в теплообменник t=12°С, температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника t=42°C, коэффициент теплопередачи k=1,05 кВт/(м2К) и ко­эффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η=0,97.

Ответ: D₁=0,32 кг/с; F=20,3 м².

Задача 2.113. Определить расход нагреваемой воды и сред­ний температурный напор в прямоточном пароводяном теплооб­меннике, если известны расход нагревающего пара D₁=1 кг/с, давление нагревающего пара p_п=0,118 МПа, температура нагре­вающего пара t_n=104°C, энтальпия конденсата i=436 кДж/кг, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t=10°C, температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника t=36°С и коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η=0,98.

Ответ: W₂=20,2 кг/с; Δt_cp=80°С.

Задача 2.114. Определить поверхность нагрева прямоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагрева­ющей воды W₁=2 кг/с, расход нагреваемой воды W₂=2,28 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t=97°С, температура нагреваемой воды на входе в теплообмен­ник t=17°C, температура нагреваемой воды на выходе из тепло­обменника t=47°C, коэффициент теплопередачи k=0,95 кВт/(м²·К) и коэффициент, учитывающий потери тепло­ты теплообменником в окружающую среду, η=0,97.

Ответ: F=1,6 м².