2 Расчётная часть

2.1 Расчёт калориферной установки (ку)

Общие исходные данные для расчёта:

• заданная производительность калорифера =140м³/с;

• температурный интервал нагрева воздуха для Кузбасса, взятый из справочных данных: = –55 ºС; = +10 ºС.

Принимаю решение – КУ монтировать калориферами типа КСк-3-11-01. Это калорифер с биметаллической с накатанными ребрами трубкой. Эти калориферы обладают повышенными показателями теплосъёма по сравнению с другими типами.

Технические характеристики калорифера, взятые из справочных данных:

• площадь нагрева = 68,01 м²;

• живое сечение секции:

• по воздуху = 0,685 м²,

• по теплоносителю = 0,00129 м²;

• число ходов по теплоносителю – 8;

• эмпирическое выражение для расчёта коэффициента теплопередачи:

, Вт/(м²·К),

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 = 0,455;

b = 0,14; А = 19,31.

1. Расчётная тепловая мощность КУ

,

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.

= 140·1,291·1005·(10+55) =11,8 МВт.

2. Согласно СНиП 2.01.01-82 допустимая массовая скорость прохождения воздуха через КУ принимается в интервале 3–5 кг/(м²·с). Принимаю в пределах допустимой = 4,0 кг/(м²·с).

3. Определяю число секций в установке по аэродинамике.

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

с.

4. Для дальнейшего расчета принимаю схему компоновки калориферных секций (рис. 1).

Рис. 5.2. 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. 1 = 4 секции, последовательно соединённые в стояке. Стояки () подключаются на теплосеть параллельно. Следовательно, согласно аэродинамике в установке будет всего 94 секций и стояков.

5. Для исключения замораживания КУ в аварийных ситуациях и повышения эффективности работы принимаю 2-контурную систему теплоснабжения с промежуточным теплоносителем – антифризом. (Рис. 2).

Рис. 2 Схема калориферной установки с двухконтурной системой

теплоснабжения содержит контур I циркуляции греющего теплоносителя

(например, воды), соединяющий прямой и обратной линиями 1 и 2 источник

тепла 3 с теплообменником 4 через подводящую 5 и отводящую 6 трубы,

снабженные байпасом 7, атмосферным 8 и сливным 9 клапанами. Теплообменник 4 соединен контуром II циркуляции вторичного промежуточного

низкозамерзающего теплоносителя (например, антифриза), снабженным

циркуляционным насосом 10 с калорифером 11. Байпас 7 имеет отсечную

задвижку 12. В трубах 5 и 6 установлены переключающие трехходовые краны 13 и 14, причем именно к этим кранам подключены соответственно атмосферный и сливной клапаны. В обратной линии 2 контура I размещён температурный

регулятор с цепями управления (на схеме не показано) электроприводами:

циркуляционного насоса 10, задвижки 12 и 3-ходовых кранов 13 и 14.

Поскольку у 2-контурной КУ исключена опасность замораживания - появляется возможность подбирать наиболее выгодный температурный режим работы, при котором устанавливается наивысший теплосъём с антифриза, проходящего через калориферные секции.

Исследования показали, что количество секций в калориферной установке при 2-контурной системе теплоснабжения следует рассчитывать по совместному решению уравнений двух характеристик установки:

расходной

;

и термодинамической

.

Совместное решение этих уравнений дает выражение:

, (*)

по которому методом подбора рассчитываю температуры промежуточного теплоносителя (антифриза), при которых количество калориферных секций в установке будут обеспечивать наибольшую эффективность работы калориферной установки, где:

– количество секций, последовательно соединённых в стояке, шт.;

– количество стояков, параллельно включенных на сеть

теплоснабжения, шт.;

– общее число секций в установке, , шт.;

– средняя массовая изобарная теплоёмкость теплоносителя, Дж/(кг·К);

– поверхность теплообмена секции, м²;

, – живое сечение секции, соответственно, по теплоносителю и

по воздуху, м²;

– температурный диапазон теплосъёма с промежуточного

теплоносителя, °С;

– температурный напор между воздухом и теплоносителем на

калориферной секции, °С.

Противоточная схема теплообмена на секциях показана на рис. 3.

антифриз

воздух

Рис. 3. Противоточная схема теплообмена на секциях

Для расчета температурного напора определяю разность температур и перепады меньший () и больший () :

.

Для расчётных условий выражение (*) будет равно:

.

Изменяя температуры антифриза, подбираем такие значения и , при которых отношение будет равно 14.

В конечном итоге нахожу искомые температуры, которые равны:

= +14 ºС; = +2 ºС;

= 14– 2 = 12 ºС.

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

= 14 – 10 = 4 ºС;

= 2 – (– 55) = 57 ºС;

ºС.

Отношение будет равно

.

Полученная величина 14,087, с достаточной для инженерных расчетов степенью точности, близка требуемой 14 (погрешность менее 1 %). Окончательно принимаю температуры антифриза: = +14 ºС, = +2 ºС.

6. Определяю число секций в КУ по теплосъёму.

Расход антифриза через КУ:

м³/с.

Скорость прохождения антифриза по теплообменным трубкам стояков калориферных секций:

м/с.

Коэффициент теплопередачи КУ:

Вт/(м²·К).

Расчётное число секций по теплосъёму:

секций.

Окончательно принимаю большее расчётное число секций, рассчитанное по теплосъёму N^T = 167 секций.