Определение конечных температур греющего и нагреваемого теплоносителей, страница 2

N_э= ΔP^.G₂/η_н= =33,50 Вт, где η_н=0,8 – кпд насоса;

Критерий экономичности аппарата:

N_G===0,656; где ΣN_o= N_э /F – удельные затраты мощности на перекачку воды, отнесенные к поверхности теплообмена.

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

                           5. 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.

     5.1  Расчет недостающих параметров

Тепловая нагрузка аппарата:            

Q= , кВт;

где G₁=53,84 т/ч - расход греющего теплоносителя;

h₁’=2769,4 кДж/кг – энтальпия греющего теплоносителя (пар) на входе при P₁=0,8 МПа;

h₁’’=721,2 кДж/кг - энтальпия греющего теплоносителя  на выходе; при P₁=0,8 МПа;

η=0,98 – коэффициент удержания теплоты изоляцией;

Откуда

Q= =30019,32 кВт

Тогда температура нагреваемого теплоносителя (воды) на выходе:     

t₂^’’=  , ^оС

где  t₂’=100 ^оС – температура воды на входе;

c₂=4,254 кДж/(кг*К) – теплоемкость воды по средней температуре t_ср=0,5 ^.(t₂’’+t₂’);

G₂=500 т/ч – расход нагреваемого теплоносителя (воды);

Откуда

t₂^’’= =150,8 ^оС;

Скорость воды в трубках:

ω===0,216 м/с, где ρ=932,98 кг/м³ – плотность воды по средней температуре t_ср=0,5 ^.(t₂’’+t₂’)=125,4 ^оС;

 5.2 Тепловой расчет

Уравнение теплопередачи имеет вид:

Q=k^.F^.Δt_ср,

Отсюда площадь поверхности теплообмена

F= , где  Δt_ср – среднелогарифмический температурный напор аппарата, вычисленный по                              формуле при схеме с постоянством температуры одного из теплоносителей.

Δt_ср= , ^оС

Задаемся температурой пара на входе t_н, на выходе t_к=t_н, где t_н=170,44  ^оС – температура насыщения пара при давлении Р=0,8 МПа,

Δt_ср== 39,77 ^оС

Коэффициент теплопередачи

К=,  Вт/(м^2.К), где α_{1 ,} α₂ – соответственно коэффициенты теплоотдачи греющего и нагреваемого     теплоносителей,  Вт/(м^2.К),

δ_ст=0,001 м – толщина стенки трубки;

λ_ст=47  Вт/(м^.К) – коэффициент теплопроводности стали 30 по t_ст;

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальных трубах вычисляется по формуле Лабунцова:

α₁=0,728^., где ρ_к=887,61 кг/м³ – плотность конденсата при температуре насыщения t_н;

g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

λ_к=0,675Вт/(м^.К) – коэффициент теплопроводности конденсата;

ν_к=1,815^.10^-7 м²/с - коэффициент кинематической вязкости конденсата;

Задаемся температурой стенки t_ст=155,21  ^оС

α₁=0,728^.= 4837,89 Вт/(м^2.К),

Предполагая режим движения турбулентным, для расчета коэффициента теплоотдачи воды используем формулу Михеева:

Nu=0,021^.Re^0,8.Pr^0,43., где Re== =20667,5 - число Рейнольдса;

где  ν=2,408^.10^-7 м²/с - коэффициент кинематической вязкости воды по средней температуре t_ср=0,5 ^.(t₂’’+t₂’)=125,4 ^оС;

Pr=1,427 – число Прандтля  по средней температуре воды t_ср=0,5 ^.(t₂’’+t₂’)=125,4 ^оС;

Pr_ст=1,155– число Прандтля  по температуре стенки  t_ст=155,21 ^оС;

Тогда

Nu=0,021^.(20667,5)^0,8.(1,427)^0,43.=73,09;

Откуда коэффициент теплоотдачи воды равен:

α₂=Nu73,09=2180,67 Вт/(м^2.К), где λ=0,686 Вт/(м^.К)  – коэффициент теплопроводности по средней температуре воды      

t_ср=0,5 ^.(t₂’’+t₂’)=125,4 ^оС;

Тогда коэффициент теплопередачи

К== 1456,55 Вт/(м^2.К),

Отсюда площадь поверхности теплообмена

F’== 518,2 м²,

Плотность теплового потока:

q===57925,1 Вт/м²

Уточняем температуру стенки:

,                              t_ст1=t_н-=170,44-=158,46  ^оС

t_ст2=t_ср+=125,4+=151,97  ^оС

t_ст ’= t_ст1 + t_ст2=(158,46+151,97)^.0,5=155,21  ^оС

Расхождение между заданной и полученной температурой стенки Δt_ст=0  ^оС, поэтому пересчета по температуре не требуется.

Расхождение между заданной и полученной поверхностью теплообмена ΔF=%=-22,25%, поэтому задаемся расходом пара G₁=46,77 т/ч, температурой стенки t_ст=154,41 ^оС и повторяем расчет.

Q=26078,6 кВт;

t₂^’’= 144,2 ^оС;

t_ср=122,1 ^оС;  ρ=935,92 кг/м³;

ω=0,216 м/с;

Δt_ср= 44,76 ^оС;

t_ст=154,41  ^оС

α₁= 4776,29 Вт/(м^2.К);

Re=20102,5; Pr=1,446;Pr_ст=1,161;

Nu=72,69;

α₂=2168,30 Вт/(м^2.К);

К= 1445,43 Вт/(м^2.К);

F’= 403,1 м²;

q=64699,5 Вт/м²;