Расчет отопительного паро-водяного подогревателя горизонтального типа. Тепловой конструктивный расчёт секционного водоводяного подогревателя

Расчет секционного водоводяного подогревателя заключается в определении общей поверхности теплообмена и  количестве секций. Греющими и нагреваемым теплоносителями являются вода.

Расходы сетевой воды в трубах и воды, нагреваемой в межтрубном пространстве.

С_в=4190 Дж/(кг*К)  ρ_в=1000 кг/м³ ([6] c. 210)

  ;   кг/с. 

V_T=G_T/ρ_B;           V_T=15.18/1000=0.015  м³      

;      кг/с. 

V_МТ=G_МТ/ρ_B        V_МТ=16,7/1000=0,016 м³   

        По площади f_T в таблице 8,9 ([5] c.17 м/у 1880) выбираем секционный подогреватель МВН 2050-33, выписываем его технические характеристики и уточняем скорость движения воды в трубках и межтрубном пространстве.

Количество и длина трубок:  n*l_T=109*2046

Поверхность нагрева:  F=9.93 м²

Площади продольных сечений по трубкам:  f_T=0,0147 м²

                                                   между трубками: f_МТ= 0,0308 м²

Эквивалентный диаметр: d_э=0,0201 м.

Наибольший расход воды через трубки:  80  Т/ч

                                   через корпус:  166 Т/ч

Наружный диаметр корпуса: D_н=273 мм.

Уточним скорость движения воды в трубках ω_т и межтрубном ω_мт пространстве:

                                  ω_т=V_T/f_T            ω_т=0.015/0.0147=1.02 м/с.

                                  ω_мт=V_мт/f_мт        ω_мт=0,016/0,0308=0,52 м/с.

Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства:

        d_э=Δf_МТ/Р;   

где Р – периметр межтрубного пространства.

Р=π*(d_H*n+D_В);

где  d_H – наружный диаметр трубок, м.

 D_В – внутренний диаметр корпуса подогревателя, м.

 ,   где S=(1,3..1,6)*d_н ([4] c.156-157)

S=1,4*0,016=0,022 м. 

По ГОСТ 9617-701 определяем значение ψ=(0,6…0,8), где  ψ=0,7

 м

D_в=300 мм, подставим все данные и найдем значение Р:

                                  Р=3,14*(0,016*109+0,3)=6,424 м., откуда

d_э=4*0,0308/6,424=0,019 м.

Средняя температура воды в трубках t₁ и между трубками t₂ :

        t₁=0,5*() ;      t₁=0,5*(135+80)=107.5 ⁰С

t₂=0,5*() ;      t₂=0,5*(65+95)=80⁰С

В температуре t₁ из ([2] Таблица 2.21 стр. 312)  выбирается температурный множитель А_5Т, а по температуре t₂ – температурный множитель А_5МТ.

По t₁=107.5⁰С выбираем А_5Т:

A_5Т05=3300 Вт/м   при t_н=100 ⁰С   A_5Т15=3400  Вт/м   при t_н=110 ⁰С

A5_5Т=  Вт/м

По t₂=80⁰С выбираем А_5МТ:

A_5МТ 5=3000  Вт/м   при t_н=80 ⁰С 

Определяем режим течения воды в трубках и межтрубном пространстве:

         ;      

по t₁=107,5 выбираем

ν_Т=0,295 при  t₁₀=100 ⁰С              ν_Т=0,272 при  t₁₁=110 ⁰С

по t₂=80⁰С   выбираем ν_мт=0,365

При турбулентном режиме коэффициенты теплоотдачи в трубках и межтрубном пространстве определяются:

   ;                               ;

                            

Коэффициент теплоотдачи определяется как для плоской стенки:

;

где β – коэффициент теплопроводности  β=0,70  1/К

                        δ – толщина стенки, м.

                        λ_лат=85 ([2] Таблица XІ стр. 459)

                        ;   м;

Температурный напор Δt и поверхность нагрева подогревателя:

;   

25,5 ⁰С, откуда

            м²

Длина хода по трубкам  при среднем диаметре трубок

D=0.5*(d_н+d_в);         D=0.5*(0,014+0,016)=0,015 м

L_T=l_T*z=;         L_T=78.1/(3.14*109*0.015)=15.2 м.

где l_T – длина одной секции подогревателя, м.

Число секций z= L_T/ l_T      z=78.1/9.93=8 секций;

Уточненная поверхность нагрева подогревателя согласно технической характеристике выбранного аппарата составит:

F=F^|*z               F=9.93*8= 79.4 м²   

где F^| - площадь поверхности нагрева одной секции, согласно технической характеристики, м².

Определяем действительную длину хода воды в трубках L_T и в межтрубном пространстве L_МТ.

Находим L_T:      L_T=;         L_T= м.

Находим L_мт:     L_мт=l_мт*z;                где l_мт= l_т-0,5   l_мт=2,046-0,5=1,546 м.

  откуда             L_мт=1,546*8=4,37 м.                 

Гидравлические потери в подогревателе в трубном и межтрубном пространстве определяются по формуле:

По значению Re_т= 56420 выбираем λ_т:

λ_т=0,0205 при  Re_т1= 50  и λ_т=0,0190 при  Re_т2= 60

По значению Re_т=27070 выбираем λ_mt:

λ_mt=0,0303 при  Re_т1=20  и λ_mt=0,0253 при  Re_т2= 30

Потери давления в подогревателе с учетом дополнительных потерь X_СТ от шероховатости (для загрязненных латунных труб X_СТ=1,0 принимаем по таблице 6  (м/у №1880)).

;   

 Па

где Σξ_т=1,5+2,5+1,5=5,5 – сумма потерь от местных сопротивлений.

;

Здесь . Отношение сечений входного или выходного патрубков =1. Откуда

Па

3. Тепловой конструктивный расчет вертикального пароводяного подогревателя.

Определяем расход пара D  и расход воды V.

С_в=4186,8 Дж/(кг*К) и ρ_в=1000 кг/м³  h_н=551.4 кДж/кг

h=2720,3 кДж/кг t_н=130.53⁰С

 ;                   м/с  

;       м³

Средняя логарифмическая разность температур теплоносителей в подогревателе:

 ;

⁰С

Использование этих формул требует расчетов теплообменника методом подбора  значений t_н и t_ст. Можно применить методику упрощенного графо-аналитического метода расчета, которая обеспечит однозначное решение.

Коэффициент теплоотдачи  определяется графо-аналитическим методом, для чего предварительно находятся для различных участков перехода теплозависимость между удельным тепловым напряжением g и перепадом температур Δt.

А). Теплоотдача от пара стенке. Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле Нуссельта:           

где В=5700+56*t_H-0.09* t_H²

B=5700+56*130,53-0.09*(130,53)²=11476,26

Обозначим α_п= α₁. Тогда для найденного значения α₁:

q₁= α_1*Δt     

Задавшись рядом значений  Δt₁ вычисляются соответствующие им величины q₁.  Результаты расчетов сводим в таблицу.

Сводится зависимость Δ t₁=f(q₁)

Δt1, 0С	q1*103,Дж
0	0
80	354,29

 Передача тепла через стенку вычисляется по формуле:

            где λ_ст=85  δ_ст=0,001 м, то

 , тогда расчеты выглядят следующим образом:

т. е. связь между q₂ и Δt₂ изображается прямой линией. Задавшись любым Δt₂ наносим эту прямую на график.

Δt2, 0С	q2*103,Дж
0	0
20	1700

Передача тепла через слой накипи

     где =3.14 ([2] Таблица 22.1 стр. 312)

Результаты расчетов сводим в таблицу

Δt3, 0С	q3*103,Дж
0	0
40	628

Теплоотдача от стенки к воде. Примем   ω=2 - скорость воды в пароводяных  подогревателях; движение воды – турбулентное. Пользуемся формулой.

t=0,5*(70+125)=97,5⁰С

Выбираем значение А₅ по t=97,5⁰С  ([1] Таблица 7 стр. 15)

При t=90⁰С      А₅=3100     При t=100⁰С      А₅=3300    

A₅=

  , тогда

;

Результаты расчетов сводим к таблице:

Δt4, 0С	q4*103,Дж
0	0
60	780

Аналогично предыдущему строиться прямая полученной зависимости 
Δt₄=f₄(q₄), проходящая через начало координат.

Складывая координаты четырех кривых, строится суммарная кривая тепловых перепадов. Из точки m на оси координат, соответствующей Δt_cp проводится прямая параллельная оси абсцисс, до пересечения её с суммарной кривой. Из точки пересечения n опускается перпендикуляр na на ось абсцисс и находится значение q. При этом коэффициент теплопередачи будет:

K= из графика q*10³=46.6 Дж ,тогда

Поверхность нагрева теплообменника

 

        По площади F в каталоге выбираем вертикальный пароводяной подогреватель ПН-300-16-7-1 и выписываются его основные характеристики:

Поверхность нагрева:  F=300 м²

Количество трубок :n=930 шт

Высота трубок:H=3.1мм

Число ходов воды:4

Уточняем значение

     

    

Уточняем скорость потока воды:

 м/с

Уточняем коэффициент теплоотдачи

 где А₅=3300

Уточняем расчетный коэффициент теплоотдачи

К=

К=

Уточняем поверхность нагрева теплообменника

F= м²

 

Заключение:

Вывод: углубили и закрепили знания по некоторым разделам курса