3.6.1 Пример расчета кожухотрубного водоподогревателя

Для центрального теплового пункта микрорайона с 3822 жителями выполнить расчет водоподогревательной установки оборудованной водоподогревателями, состоящими из секций кожухотрубного типа с трубной системой из прямых гладких трубок и блоками опорных перегородок по ГОСТ 27590. Предусмотреть установку водоподогревателей в два потока.

Водоподогреватели присоединены к тепловой сети по двухступенчатой смешанной схеме с ограничением максимального расхода воды из тепловой сети на ввод (см. рис 8 прил. 15 учебного пособия).

Система отопления присоединена к тепловым сетям по зависимой схеме с автоматическим регулированием подачи теплоты.

Баки-аккумуляторы нагреваемой воды как в ЦТП, так и у потребителей отсутствуют.

Исходные данные:

1. Регулирование отпуска теплоты в системе централизованного теплоснабжения принято центральное, качественное по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения (повышенный график регулирования).

2. Температура теплоносителя (греющей воды) в тепловой сети в соответствии с принятым для данной системы теплоснабжения графиком изменения температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха принята:

при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления t₀ = -20 °С:

• в подающем трубопроводе ₁ = 150 °С;

• в обратном трубопроводе ₂ = 70 °С;

в точке излома графика:

• в подающем трубопроводе ₁= 80 °С;

• в обратном трубопроводе ₂= 40 °С.

3. Температура холодной водопроводной (нагреваемой) воды в отопительный период, поступающей в водоподогреватель І ступени, = 5⁰С. Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения на выходе из II ступени водоподогревателя = 60 °С.

4. Максимальный расчетный секундный расход воды на горячее водоснабжение = 7,23 л/с (для одного потока).

Порядок расчета:

1. Определяется вероятность использования приборов по формуле (2.4) учебного пособия

.

2. Максимальный часовой расход горячей воды по формуле (2.3) учебного пособия

м³/ч,

где (определяется по приложению 4 учебного пособия в зависимости от произведения ), .

3. Расчетный максимальный тепловой поток на ГВС по формуле (2.9) учебного пособия

кВт.

4. Максимальный тепловой поток на отопление микрорайона по формуле (2.17) учебного пособия

кВт.

5. Соотношение тепловых потоков составит

.

Что соответствует выбору двухступенчатой смешанной схемы включения водоподогревателей. Расчетная схема присоединения водоподогревателей приведена на рисунке 3.1 учебного пособия.

Рисунок 3.1 - Расчетная двухступенчатая смешанная схема присоединения водоподогревателей одного потока

При расчетной производительности одного потока 50% от суммарной нагрузки, принимаем для одного потока следующие данные:

кг/ч ; ; кВт.

6. Определим максимальный расход сетевой воды на отопление, кг/ч,

. (3.2)

кг/ч.

7. Максимальный расход греющей воды на горячее водоснабжение, кг/ч,

. (3.3)

кг/ч.

8. При ограничении максимального расхода сетевой воды на ЦТП, в качестве расчетного принимается больший из двух расходов полученных по п,п. 6,7

кг/ч.

9. Температура нагреваемой воды за водоподогревателем І ступени,

. (3.4)

.

10. Расчетная производительность водоподогревателя І ступени, Вт

. (3.5)

Вт.

11. Расчетная производительность водоподогревателя II ступени, Вт

(3.6)

Вт

12. Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя II ступени ^ІІ₂ и на входе в водоподогреватель І ступени ^І₁, ⁰С

(3.7)

⁰С.

13. Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя І ступени, ⁰С

. (3.8)

⁰С.

14. Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для І ступени водоподогревателя, ⁰С

(3.9)

в данном примере ;

15. Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для II ступени водоподогревателя, (формула 3.9)

В данном примере ;

⁰С.

16. Согласно рекомендациям [2] определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя, м² , при скорости воды в трубках W_тр= 1м/с,

. (3.10)

м^{2 .}

По табл. 10.1 приложения 10 и полученной величине f^усл_тр подбираем тип водоподогревателя со следующими характеристиками:

f_тр= 0,0057 м²;

D_H=168 мм;

f_мтр= 0,0122 м²;

d_экв= 0,019 м;

f_сек= 6,98 м² (при длине секции 4 м);

17. Скорость воды в трубках при двухпоточной компоновке, м/с

. (3.11)

м/с.

18. Скорость воды в межтрубном пространстве при двухпоточной компоновке, м/с

. (3.11)

м/с.

19. Расчет водоподогревателя І ступени:

а) средняя температура греющей воды, ⁰С

. (3.12)

⁰С.

б) средняя температура нагреваемой воды,

. (3.13)

⁰С.

в) коэффициент теплопередачи от греющей воды к стенке трубки,

. (3.14)

.

г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде,

. (3.15)

.

д) коэффициент теплопередачи при  = 0,9 ,

. (3.16)

.

Коэффициент  принят равным 1,2 для гладких трубок.

е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя І ступени, м²

. (3.17)

м^{2 .}

ж) число секций водоподогревателя І ступени при длине секции 4 м

шт.

Принимаем 3 секции, действительная поверхность нагрева составит

.

20. Расчет водоподогревателя II ступени:

а) средняя температура греющей воды (формула (3.12) учебного пособия)

⁰С;

б) средняя температура нагреваемой воды (формула (3.13) учебного пособия)

⁰С;

в) коэффициент теплопередачи от греющей воды к стенке трубки (формула (3.14) учебного пособия)

;

г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде (формула (3.15) учебного пособия)

;

д) коэффициент теплопередачи при  = 0,9 и = 1,21 (формула (3.16) учебного пособия)

;

е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени (формула (3.17) учебного пособия)

м²

ж) число секций водоподогревателя II ступени

шт

Принимаем 2 секции, действительная поверхность нагрева будет

По результатам расчета принято для одного потока 2 секции в водоподогревателе II ступени и 3 секции в водоподогревателе І ступени с суммарной поверхностью нагрева 34,9 м².

21. Потери давления в водоподогревателях (5 последовательно соединенных секций):

для воды, проходящей в трубках, при  = 2 (формула (2.19) учебного пособия)

,

где g_h = 7,23 л/с - максимальный расчетный секундный расход воды на горячее водоснабжение (для одного потока);

для воды, проходящей в межтрубном пространстве, кПа, по формуле (3.18)

. (3.18)

кПа.

Коэффициент В принимается по приложению 10 учебного пособия.