Расчёт теплообменника

ЗАДАНИЕ

Рассчитать пароводяной сетевой подогреватель.

Исходные данные

1. Тепловая мощность Q = 48,47 МВт

2. Параметры пара:

давление P = 1,34 МПа

3. Температура прямой и обратной воды:

t₁ = 128,64 °C; t₂ = 80 °C.

4. Температура пара:

t_н=158,8 °C

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ …………………………………............................................................2

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................4

РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННИКА..........................................................................7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................12

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................................................13

ВВЕДЕНИЕ

Пароводяной сетевой подогреватель представляет собой теплообменник, в котором греющей средой является водяной пар, а нагреваемой – сетевая вода, направляемая на нужды теплоснабжения.

Отечественной промышленностью изготавливается значительное количество теплообменников как горизонтального, так и вертикального типов. В нашей задаче используется вертикальный тип.

Пароводяной сетевой подогреватель, представленный на рисунке 1, состоит из цилиндрического корпуса с овальным днищем и крышкой. Внутри установлен трубный пучок, состоящий из латунных труб, вставленных концами в отверстия верхней и нижней трубных досок и закреплённых развальцовкой концов. По высоте трубного пучка установлено ряд промежуточных перегородок, ужесточающих трубки. К нижней доске крепится поворотная камера.

В крышке предусмотрены два штуцера для подвода и отвода водяного пара, в днище – для удаления конденсата.

Водяной пар, делая ряд поворотов, омывает латунные трубки, снаружи конденсируется. Конденсат стекает вниз по поверхности трубок, снимается перегородками и стекает вниз. Чем меньше среднее расстояние между перегородками Н, тем тоньше конденсатная пленка на трубках, тем эффективней теплообмен межу паром и стенкой трубок.

Сетевая вода движется внутри трубок по двухходовой или чётырех ходовой схемам установкой перегородок в крышке и поворотной камере, воспринимает теплоту от пара и нагревается.

Таким обзором, цилиндрическая часть всех трубок и составляет поверхность теплообмена F_т теплообменника.

Основными расчетными параметрами типового теплообменника, изготовляемого отечественной промышленностью являются: поверхность теплообмена F_т [м²], сечение для прохода сетевой воды S [м²] и среднее расстояние между трубными перегородками Н [м] (таблица1).

рис. 1

1 – корпус; 2 – крышка; 3 – трубный пучок; 4 – поворотная камера.

Основными параметрами по заданию являются: тепловая мощность Q, кВт, давление Р [МПа] и соответственно температура насыщения пара t_Н [°С], температуры сетевой воды на выходе и входе теплообменника t₁ [°С] и t₂ [°С].

В настоящей задаче выполняется проверочный расчет, который не ставит целью разработку и создание нового теплообменника, удовлетворяющим заданным параметрам. Целью поверочного расчета является выбор типового теплообменника, в большей степени обеспечивающий заданные параметры. Обоснованием правильности выбора номера теплообменника является сходимость расчетной поверхности нагрева F_р с поверхностью нагрева типового F_т, вводя в расчет данные типового теплообменника S и Н.

Расхождение расчетной поверхности нагрева F_р и типового теплообменника F_т в пределах 3% не приведет к ощутимым изменениям в заданных параметрах, в первую очередь t₁, при установке типового теплообменника. В этом случае можно считать, что выбор номера теплообменника был верен и расчет, подтверждающий это, законченным.

Однако, в некоторых случаях не удается уложится в этот предел 3% в ту или другую сторону. Это приведет при установке типового теплообменника к значительному изменению заданных параметров, например, t₁. Наша дальнейшая задача сводится к определению этого изменения. Если F_р< F_т, t₁ следует увеличить на несколько градусов и наоборот. При этом в записку включается два расчета: без изменения t₁ и с изменением t _l.

Проверочные расчеты требуют особой тщательности. Ошибки в расчетах могут завести тупиковую ситуацию при выборе номера теплообменника.

Расчетные зависимости в записке последовательно записываются в числовом и конце – результат.

РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННИКА.

Расход сетевой воды, проходящей через теплообменник сетевого подогревателя G [кг/с]:

, (1)

где: Q – тепловая мощность [кВт];

t₁ , t₂ , – температуры сетевой воды [°C];

– теплоёмкость воды .

Скорость воды в трубках теплообменника W [м/с]:

, (2)

где: – плотность воды ;

S – сечение для прохода воды в теплообменнике [м²] (по таблице 1).

Из таблицы выбираем ближайший теплообменник №12. Основные технические характеристики выбранного теплообменника: =350(м² ); S=0.159(м² ); H=1.61(м).

.

Скорость воды в трубках теплообменника удовлетворяет условию

Средний температурный напор между паром и сетевой водой [°C]:

(3)

где: t_н=158,8°C – температура насыщения пара (по таблице 2 при заданном значении Р=1,34 МПа).

Средняя температура сетевой воды t_В [°C]:

, (4)

Коэффициент теплоотдачи на границе сетевая вода – внутренняя поверхность трубок:

(5)

где: =0,0175 [м] – внутренний диаметр трубок;

Средняя температура стенки трубок [°C]:

; (6)

Средняя температура конденсата на стенке трубок [°C]:

(7)

Температурный перепад между паром и стенкой q¢ [°C]:

(8)

Коэффициент теплоотдачи на границе водяной пар – стенка :

(9)

где: Н=1,61 [м]– среднее расстояние между промежуточными перегородками;

Уточнение температуры стенки t_c [°C]:

(10)

.

Уточнение :

(11)

Уточнение :

(12)

Уточнение :

(13)

Коэффициент теплопередачи :

(14)

где: – коэффициент теплопроводности стенок трубок (для латуни );

d – толщина стенки трубки (d=0,00075 м);

R₃ - термическое сопротивление загрязнения на стенке трубок ;

Расчетная поверхность нагрева теплообменника , [м²]:

(15)

Относительное расхождение [%]:

(16)

где, =350 (м²)– поверхность нагрева типового теплообменника.

Вывод: выбранный теплообменник №12 соответствует заданным параметрам тепловой мощности и температурам сетевой воды.