Расчет теплофизических свойств теплоносителей, страница 2

Коэффициент теплопередачи:

Найдем среднелогарифмический температурный напор.

Рис. 2. Температурный напор при противотоке.

Большая и меньшая разницы температур теплоносителей будут:

⁰С

Расчетная поверхность теплообмена:

м².

Уточняем активную длину труб с новой площадью теплообмена

м

Повторяем расчет с уточненной активной длиной труб до сходимости первоначально принятой активной длины и рассчитанной активной длины. Расчет приведен в таблице 1 «Конструктивный расчет».

Принимаем толщину трубной доски S = 0,025 м.

Отрезная длина трубок:

L_отр=L+2×S=3,405+0,05=3,45

Масса теплообменной поверхности аппарата:

М = G_m^.L_отр×m = 0,789^.3,45^. 410 =1117,58 кг.

3. Гидравлический расчет

Сопротивление по межтрубному пространству

Число Эйлера:

Потери давления в пучке:

Общие потери давления воздуха в аппарате:

DР = DР_п =  кПа.

Сопротивление по трубному пространству

Общие потери давления дымовых газов в аппарате:

ΔP= ΔP_тр+ΔP_м, где  ΔP_тр – потери давления на трение, кПа,

ΔP_тр=, где ξ – коэффициент трения, вычисляемый для 3000Re 100000 по формуле Блазиуса:

ξ===0,030;

ΔP_м – местные потери давления, кПа

ΔP_м=Σψ_i ,

Тогда

ΔP_тр=0,030=7,772 кПа где Σψ_i=ψ₁ +ψ₂^.z – сумма коэффициентов местных сопротивлений;

ψ₁=0,5 – вход воды в трубки с закругленными краями;

ψ₂=1 – выход по прямому направлению;

ΔP_м=(0,5+1)=1,596 кПа,

Тогда общие потери давления в аппарате:

ΔP = 7,772 +1,596 = 9,368 кПа,

Затраты мощности на прокачку греющего теплоносителя

кВт

Затраты мощности на перекачку нагреваемого теплоносителя:

 кВт,

Критерий экономичности аппарата:

;

где ΣN_o= N_э /F – удельные затраты мощности на перекачку воды, отнесенные к поверхности теплообмена.

Стоимость 1 кг труб: С_тр = 100 руб/кг;

Масса теплообменной поверхности: М = 1117,58 кг;

Капитальные затраты: млн. руб.;

Время работы установки: 300 дней = 6,5×300×24 = 46800 часов;

Стоимость 1 кВт/час электрической энергии: 1,7 руб/кВт×ч;

Эксплуатационные издержки:

млн. руб.;

Суммарные затраты: З = К + И_э = 0,1118+5,67 = 5,78 млн. руб.

Далее меняя типоразмер труб, общее количество труб, число ходов получаем различные конструкции аппаратов, результаты расчета которых сведены в таблицы 1 и 2.

4. Поверочный расчет

Цель расчета: определение конечных температур греющего и нагреваемого теплоносителей

Исходные данные:               конструктивные параметры теплообменника:

P₁=1,0 МПа;                               d_вн=0,023 мм, d_н=0,025 мм, δ=0,001 мм;

G₁=53,84 т/ч;                              n=1657 шт.

G₂=500 т/ч;                                 тип разбивки: по равностороннему треугольнику;

=100 ^оС                                   S=32,5 мм;

=150 ^оС                                   D_тр=1,511 м; L=3,23 м; F=403,1 м²;

Поверочный расчет рассматриваем на примере изменения давления пара. Отклонение входных параметров греющего и нагреваемого теплоносителя ±20%. Получаем промежуток P₁=0,8…1,2 МПа. Делим его на 5 точек и для каждой точки производим тепловой и гидравлический расчет по следующей схеме.

4.1. Изменение расхода

Объемный расход греющего теплоносителя

V₁ = (120/100)^.V_1ном = 18000 м³/ч

Объемный расход нагреваемого теплоносителя

V₂ = V₁^.V_2н/V_1н = 18000×10000/150000 = 12000 м³/ч

Массовый расход греющего теплоносителя

G₁ = V₁/3600×^.r₁ = 18000 × 0,488 / 3600 = 2,44 кг/с

Массовый расход нагреваемого теплоносителя

G₂ = V₂/3600×^.r₂ = 12000 × 0,83 / 3600 = 2,77 кг/с

Температура греющего теплоносителя:

- на входе

- на выходе:

Принимаем температуру греющего теплоносителя на выходе равной 300 ^оС, после чего находим среднюю температуру, а также тепловую нагрузку аппарата и свойства дымовых газов, по средней температуре, после чего вновь находим  t^//₁. По найденному значению повторяем расчет уточняя Q, свойства дымовых газов и саму температуру. Расчеты проводим до сходимости t^//₁ и t^//_{1 расч}.