4.4 Расчёт калориферной установки (ку)

Общие исходные данные для расчёта:

• производительность = 155 м³/с [1];

• температурный интервал нагрева воздуха [11]

= – 55 ºС; = + 10 ºС.

Принимается решение – КУ монтировать калориферами типа КС_к-4-11-01. Это калорифер с биметаллической с накатанными ребрами трубкой. Эти калориферы обладают повышенными показателями теплосъёма по сравнению с другими типами.

Технические характеристики калорифера [12]:

• площадь нагрева = 90,4 м²;

• живое сечение секции:

• по воздуху = 0,685 м²,

• по теплоносителю = 0,00171 м²;

• число ходов по теплоносителю – 8;

• эмпирическое выражение для расчёта коэффициента теплопередачи [13]

, Вт/(м²·К), (4.61)

где – массовая скорость воздуха, проходящего через калориферы, кг/(м²·с); W – скорость прохождения греющего теплоносителя по трубкам секций, м/с; a, b, А – эмпирические коэффициенты. Для этого типа секции: а = 0,51; b = 0,17; А = 15,96. Расчет по методике [9].

1. Расчётная тепловая мощность КУ

, (4.62)

где – производительность вентилятора, м³/с; – плотность теплого воздуха на выходе из КУ, = 1,291 кг/м³; – удельная средняя массовая изобарная теплоёмкость воздуха, = 1005 кДж/(кг·К); – начальная и конечная температуры нагреваемого воздуха соответственно, ºС.

=155·1,291·1005·(10+55) = 11,06 МВт.

2. Допустимая массовая скорость прохождения воздуха через КУ принимается в интервале (3-5) кг/(м²·с). Принимаем в пределах допустимой = 4,0 кг/(м²·с).

3. Для обеспечения прохождения воздуха через калориферные секции с принятой массовой скоростью 4,0 м/с в установке должно быть секций:

секций (4.63)

секции

С учетом 20% запаса секций от основного количества получаем конечное число N=88.

Для дальнейшего расчета принимаем схему компоновки калориферных секций (рис. 4.7).

Рис. 4.7 Схема компоновки калориферных секций стояками в установке: 1, 2, 3, 4 – калориферные секции последовательно соединенные в стояк, m = 4; Ι, ΙΙ, … n – стояки, параллельно присоединённые к теплосети Т₁-Т₂

По схеме рис.4.7 = 4 секции, последовательно соединённые в стояке. Стояки () подключаются на теплосеть параллельно. Следовательно, согласно аэродинамике в установке будет всего 88 секций и стояков.

5. Для исключения замораживания КУ в аварийных ситуациях и повышения эффективности работы принимаем двухконтурную систему теплоснабжения с промежуточным теплоносителем – антифризом (рис.4.8).

I,II – контур циркуляции; 1,2 – прямая и обратная линия; 3 – источник тепла; 4 – теплообменник; 5,6 – подводящая и отводящая трубы; 7 – байпас; 8,9 – атмосферный и сливной клапаны; 10 – циркуляционный насос; 11 – калорифер; 12 – отсечная задвижка; 13,14 – трехходовые краны; 15 - температурный датчик.

Рис. 4.8 Схема двухконтурной системы теплоснабжения калориферной установки

Поскольку у двухконтурной КУ исключена опасность замораживания – появляется возможность подбирать наиболее выгодный температурный режим работы, при котором устанавливается наивысший теплосъём с антифриза, проходящего через калориферные секции.

Согласно [9] температуры греющего антифриза определяем методом подбора из выражения:

, (4.64)

где – средняя массовая изобарная теплоёмкость теплоносителя (антифриза), = 3,45 кДж/(кгК); – плотность теплоносителя (антифриза), = 1060 кг/м³; А, b, а – коэффициент и показатели степеней в выражении расчёта коэффициента теплопередачи k, соответственно А = 15,96, b = 0,51, а = 0,17; – температурный напор между теплоносителем и воздухом на поверхности теплообменной трубки калорифера; – разность температур греющего теплоносителя (антифриз).

Общая противоточная схема теплообмена на секциях представлена на рис. 4.9.

антифриз

воздух

Рис. 4.9 Общая противоточная схема теплообмена на секциях

По схеме теплообмена (рис.4.9) определяем разность температур и получим меньший () и больший () перепады:

(4.65)

Для расчётных условий отношение (4.64) будет равно:

.

Изменяя температуры антифриза, подбираем такие значения и , при которых отношение будет равно 20,38.

В конечном итоге находим искомые температуры, которые равны

= +30 ºС; = +3 ºС;

= 30 – 3=27 ºС. (4.66)

Температурный напор при = –55 ºС, = +10 ºС будет равен

= +30 – 10 = 20 ºС; (4.67)

= +3 – (– 55) = 58 ºС; (4.68)

ºС.

Отношение будет равно

.

Полученная величина 20,38 , с достаточной для инженерных расчетов степенью точности, близка требуемой 20,38 (погрешность менее 1 %). Окончательно принимаем температуры антифриза:

= + 30 ºС, = + 3 ºС.

Определяем число секций в КУ по теплосъёму.

Расход антифриза через КУ:

м³/с. (4.69)

Скорость прохождения антифриза по теплообменным трубкам стояков калориферных секций:

м/с. (4.70)

Коэффициент теплопередачи КУ:

,

Вт/(м² К). (4.71)

Расчётное число секций по теплообмену:

секций. (4.72)

Окончательно принимаем большее расчётное число секций, рассчитанное по термодинамической скорости N = 88 секций.