6. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды воздушного отопления и горячего водоснабжения (рис. 7)

Данная тепловая схема обеспечивает:

- полный возврат конденсата в котельную;

- утилизацию теплоты пароконденсатной смеси;

- частично удовлетворяет потребности производственного корпуса в горячей воде и горячем воздухе на нужды воздушного отопления;

- охлаждение конденсата до температуры, рекомендуемой нормативно-техническими документами для конденсатопроводов.

6.1. В качестве расчетной базы принимается максимальный часовой выход теплоты пароконденсатной смеси (см. п. 1.3).

6.2. В дополнение к п. 4.2 задаемся дополнительными техническими условиями:

6.2.1. Давление в сепараторе-расширителе Рс принимается равным 160…180 кПа.

6.2.2. Температура холодного воздуха t_х.воз, поступающего в калорифер, принимается равной -20…-10 ^оС.

6.2.3. Температура горячего воздуха после калорифера t_г.воз принимается равной 60…70 ^оС.

6.2.4. Температура конденсата после сепаратора-расширителя t_с

_

соответствует давлению Р_с (приложение 2).

6.2.5. Коэффициент полезного использования теплоты в калорифере η_кал принимается равным 0,85 … 0,90.

6.3. Процессы изменения параметров пароконденсатной смеси показаны на рис. 14.

6.4. Определяем количество отсепарированного пара D_с по формуле:

_

D^ч_с = D^ч_пкс · (h_пкс – h'_c) / (r_c · X_c), т/ч;

где h'_c - энтальпия кипящей воды при давлении Р_с, кДж/кг (приложение 2);

r_c - теплота парообразования при давлении Р_с, кДж/кг (приложение 2);

X_c - степень сухости отсепарированного пара (принимается равной 0,93…0,96).

6.5. Находим внутренний объем сепаратора-расширителя V_c по формуле:

V_c = (β · D^ч_c · Х_с · 10³) / (3600 · ρ''_с · q_V), м³,

где β - коэффициент запаса, учитывающий объем водяного пространства (принимается равным 1,3…1,35);

ρ''_с - плотность сухого насыщенного пара при давлении Р_с, кг/м³;

q_V - напряжение парового пространства сепаратора, м³/(м³·с) (принимается равным 0,55…0,60 м³/(м³ · с).

Рис. 14. Процессы изменения параметров пароконденсатной смеси в тепловой схеме использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды воздушного отопления и горячего водоснабжения:

1-2 – процесс образования отсепарированного пара; 1-3 – процесс образования кипящей воды с давлением Р_с; 3-4 – процесс переохлаждения конденсата в водоподогревателе системы горячего водоснабжения

6.6. Определяем количество теплоты Q_1(c), отдаваемой в калорифере, и

_

соответствующую тепловую мощность Q_1(c):

Q_1(c) = D_c (h_x – h_пкс ) 10^-3, ГДж/ч;

_

Q_1(c) = Q_1(c) · 10⁶ / 3600, кВт

где h_x - энтальпия отсепарированного пара, кДж/кг:

h_x = h'_c + r_c · X_c, кДж/кг;

h_пкс - энтальпия пароконденсатной смеси после калорифера, кДж/кг

h_пкс = h'_c + r_c · X_пп, кДж/кг;

X_пп - доля пролетного пара в пароконденсатной смеси после калорифера (принимается равной 0,10…0,15).

6.7. Находим количество теплоты Q_2(c), воспринимаемой в калорифере

_

нагреваемым воздухом, и соответствующую тепловую мощность Q_2(c):

Q_2(c) = Q_1(c) · η_кал, ГДж/ч;

_

Q_2(c) = Q_2(c) · 10⁶ / 3600, кВт.

6.8. Строим температурный график калорифера (рис. 15).

Рис. 15. Температурный график калорифера:

Δt_б и Δt_м – большая и меньшая разности температур между теплообменивающимися средами, ^оС

6.9. Определяем среднюю разность температур между теплообменивающимися средами в калорифере:

при Δt_б / Δt_м < 1,7 Δt_ср = (Δt_б + Δt_м) / 2

при Δt_б / Δt_м ≥ 1,7 Δt_ср = (Δt_б - Δt_м) / ln (Δt_б / Δt_м)

6.10. Рассчитываем площадь поверхности нагрева калорифера:

F = Q_2(c) / К_кал · Δt_ср, м²,

где К_кал - коэффициент теплопередачи калорифера, кВт/(м² · К), который принимается равным 40…60 Вт/(м² · К).

Подбираем тип и количество калориферов с учетом запаса тепловой мощности до 10 % (приложение 11).

6.11. Определяем количество конденсата, поступающего в качестве греющего теплоносителя в водоподогреватель системы горячего водоснабжения:

D^ч_к = D^ч_пкс - D_c, т/ч.

6.12. Находим количество теплоты Q₁, отдаваемой переохлажденным конденсатом в водоводяном теплообменнике, и соответствующую тепловую

_

мощность Q₁:

Q₁^ч = D^ч_к (h_c – h_к) · 10^-3, ГДж/ч;

_

Q₁ = Q₁ · 10⁶ / 3600, кВт.

6.13. Определяем количество теплоты Q₂, воспринимаемой нагреваемой водой в водоводяном теплообменнике, и соответствующую тепловую

_

мощность Q₂:

_

Q₂^ч = Q₁^ч · η, ГДж/ч;

_

Q₂ = Q₂^ч · 10⁶ / 3600, кВт.

6.14. Строим температурный график водоводяного подогревателя (рис. 16).

Рис. 16. Температурный график водоводяного подогревателя (см. рис. 7)

6.15. Определяем среднюю разность температур между теплообменивающимися средами:

Δt_ср = (Δt_б + Δt_м) / 2, ^оС.

6.16. Находим площадь поверхности нагрева водоводяного подогревателя:

_

F = Q₂ / К · Δt_ср, м².

Подбираем типоразмер и количество теплообменников (приложение 10).

6.17. Результаты тепловых расчетов необходимо представить в соответствующем масштабе и в процентах в виде структурной диаграммы тепловых потоков по аналогии с рис. 13.

6.18. Результаты материальных расчетов пароконденсатной смеси необходимо представить в соответствующем масштабе и в процентах в виде структурной диаграммы материальных потоков (рис. 17).

Рис. 17. Структура материального баланса пароконденсатной смеси тепловой схемы её использования на нужды горячего водоснабжения:

1 – сепаратор-расширитель; 2 – водоводяной теплообменник; 3 - калорифер