Расчет горизонтального секционного кожухотрубного водоподогревателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Теоретическая часть

2. Исходные данные

3. Расчетная часть

3.1 Тепловая мощность подогревателя

3.2 Температура греющей воды на выходе из подогревателя

3.3 Определение коэффициента теплоотдачи б1 от греющей воды к внутренней поверхности трубок

3.4 Коэффициент теплоотдачи от поверхности трубки к нагреваемой воде

3.5 Коэффициент теплопередачи от греющей воды к нагреваемой воде через разделяющую их поверхность латунных трубок

3.6 Среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями

3.7 Поверхность нагрева теплообменного аппарата

3.8 Поверхность нагрева одной секции ТО

3.9 Число секций в теплообменнике

3.10 Уточнение длины секции

4. Коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности теплообменника к окружающей среде

5. Поверхность нагрева теплообменного аппарата при прямотоке

6. Выбор конструктивной схемы аппарата

Выводы

Список используемой литературы



1. Теоретическая часть

Теплообменными аппаратами или теплообменниками(ТО) принято называть устройства, предназначенные для передачи количества теплоты от одного теплоносителя к другому.

Теплообменные аппараты получили широкое распространение в энергетике.Особенно существенной является их роль в системах централизованного теплоснабжения (ТЭЦ или котельных) тепловых сетей и местных систем потребления тепла (отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Секционный водоводяной подогреватель ВВП -- кожухотрубный теплообменник, широко применим в отопительных системах и ГВС общественных и производственных объектов. В роли теплоносителя используется горячая вода теплосети или теплоносители других централизованных источников.

Передача тепла осуществляется при контакте нагревающей воды во межтрубном пространстве теплообменника ВВП с нагреваемой водой, проходящей по трубам. Главный компонент в составе теплообменника вода-вода ВВП -- это кожухотрубные секции, объединенные в блоки требуемой теплопроизводительности. Соединительными элементами в данном случае выступают так называемые «калачи». Сами секции состоят из углеродисто-стальных труб, соединенных друг с другом штуцерами. Соединение кожухотрубного подогревателя и трубопровода осуществляется при использовании переходных патрубков.



2. Исходные данные

Горячий теплоноситель, протекает по латунным трубкам с наружным диаметром d₂=16мм, толщина 1 мм. Пучок из n трубок заключен в корпус (кожух), внутренний диаметр которого составляет Dмм. В межтрубном пространстве протекает нагреваемая вода. Расчетная длина секции теплообменника l.

Расход греющей воды - 8500кг/ч

Расход нагреваемой воды - 11500кг/ч

Температура греющей воды на входе в ТО tґ₁=91 єС

Температура нагреваемой воды на входе в ТО tґ₂₌5 єС

Температура нагреваемой воды на выходе из ТО tЅ₂₌ 49 єС

Внутренний диаметр корпуса d=82мм

Наружный диаметр корпуса d=89мм

Число трубок в секции n=10 шт

Расчетная длина секции теплообменника l=2,4м

теплообменный подогреватель мощность прямоток



3. Расчетная часть

3.1 Тепловая мощность подогревателя

Тепловая мощность подогревателя определяем из уравнения теплового баланса для нагреваемого теплоносителя:

Q=G₂ · Ср₂ ( tЅ₂- tґ₂) ,

где G₂-секундный расход холодного теплоносителя, кг/с;

Ср₂=4,174 кДж/кгєС - теплоемкость нагреваемой воды;

tґ₂ , tЅ₂ - температура холодного теплоносителя на входе и выходе из теплообменного аппарата,єС

Средняя температура холодного теплоносителя

3.2 Температура греющей воды на выходе из подогревателя

Температура греющей воды на выходе из ТО tЅ₁ определяем из уравнения теплового баланса для греющей воды:

Q=G₁ · Ср₁ ·( tЅ₁- tґ₁) , отсюда

,



3.3 Определение коэффициента теплоотдачи б1 от греющей воды к внутренней поверхности трубок

Теплофизические характеристики горячей воды определяем при средней температуре

,

плотность горячей воды

Коэффициент кинематической вязкости (таблица№1)

Коэффициент теплопроводности воды

Критерий Прандтля горячей воды при t1

Скорость движения греющей воды внутри латунных трубок

Число Рейнольдса



Re₁>10⁴, следовательно режим движения жидкости турбулентный

Для турбулентного режима движения теплоносителей справедливо следующее критериальное уравнение

N_u1-число Нуссельта горячей воды, P_rcт= 4,16-число Прандтля воды при средней температуре стенки t_ст

Коэффициент теплоотдачи от горячей воды к внутренней поверхности латунных трубок определяем по условию:

,

3.4 Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности трубки к нагреваемой воде

Определим теплофизические характеристики нагреваемой воды при средней температуре :



,

плотность воды с₂=996,45 кг/м³;

коэффициент кинематической вязкости

коэффициент теплопроводности воды

критерий Прандтля

Эквивалентный диаметр сечения межтрубного пространства

где F-площадь межтрубного пространства, внутри которого протекает нагреваемая вода

Р- смоченный периметр канала Р=рD+nрd2- внешний диаметр латунных трубок.

Скорость движения нагреваемой воды



Число Рейнольдса для нагреваемой воды

Определим критерий Нуссельта для нагреваемой воды

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности латунных трубок к нагреваемой воде

3.5 Коэффициент теплопередачи от греющей воды к нагреваемой воде через разделяющую их поверхность латунных трубок

Коэффициент теплопередачи от горячей воды к нагреваемой воде через разделяющую их поверхность теплообмена определим по уравнению:

3.6 Среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями

Среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для случая противоточной схемы включения:



єС

3.7 Поверхность нагрева теплообменного аппарата

3.8 Поверхность нагрева одной секции ТО

3.9 Число секций в теплообменнике

Принимаем 6 секций

3.10 Уточнение длины секции

Уточним длину секции

м



4. Коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности теплообменника к окружающей среде

Определяем поверхность нагрева теплообменника

F_т/о=2F_пер.·N+F_сек·N+F_к·7

мм=0,0825м (переход)

м²

F_сек=1,14м² ; N=6шт;Н=0,24

м²

калач соединительный м²

За определяющую температуру принимаем

Определяем параметры окружающей среды (таблица «Физические свойства сухого воздуха») Коэффициент теплопроводности

Коэффициент кинематической вязкости



5. Поверхность нагрева теплообменного аппарата при прямотоке

Q=G₁ · Ср₁ · ( tЅ₁- tґ₁) , отсюда

,

Среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для случая прямоточной схемы включения:

єC

Поверхность нагрева теплообменного аппарата

Критериальное уравнение свободной конвекции

,

где G_r - число Грасгофа.

Выбираем по таблице значения исходя из

Ламинарный режим

С=0,54, если 0,5<<10

0,5<0,7028<10 , тогда n=1/4

Вт/м²·К

Уравнение теплового баланса:

кВт

кВт тогда:=984,05 кВт



6. Выбор конструктивной схемы аппарата, материалов

Основные технические характеристики подогревателя

Принимаем подогреватель водо-водяной разъемный из восьми секций по ГОСТ 27590-2005 «Подогреватели водо-водяные систем теплоснабжения» и по ОСТ 34-588-68 «Подогреватели водо-водяные секционные разъемные» для систем отопления и горячего водоснабжения.

Подогреватель состоят из секций кожухотрубчатого типа с трубной системой из прямых гладких труб, направляющих перегородок, соединительных калачей и переходов.

Для корпусов блок-секций применяются бесшовные и прямошовные трубы из углеродистой стали по ГОСТ 8732, ГОСТ10704, для изготовления опорных перегородок блок-секций применять листы из углеродистой стали марок Ст.3сп, Ст. 3пс, Ст.3кп2 по ГОСТ 380 и ГОСТ 14637, сталь 10 и сталь 20 по ГОСТ 1050 и ГОСТ 1577; поверхности теплообмена блок-секций и трубки - из легированной латуни



Выводы

При сравнении прямотока и противотока выводы об эффективности делать нельзя, так как в мы значительно увеличили расход греющего теплоносителя. В нашем случае преимущество противоточной схемы очевидно.

Достоинства секционных теплообменников:

Теплоносителями тепловых аппаратов рассматриваемого типа является жидкость. Жидкость (горячую воду) можно транспортировать на большее расстояние, чем водяной пар. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплообмена. Понижение температуры воды в хорошо изолированных трубопроводах составляет не более 1Сна 1 км.

Эти теплообменники при одинаковых расходах жидкостей имеют меньшую разницу в скоростях движения теплоносителей в трубках и межтрубчатом пространстве и повышенные коэффициенты теплопередачи по сравнению с обычными трубчатыми теплообменниками.

Недостатки секционных теплообменников:

Высокая стоимость единицы поверхности нагревания, так как деление ее на секции вызывает увеличение количество наиболее дорогих элементов аппарата (трубных решеток, фланцевых соединений, переходных камер, компенсаторов и т.д.)

Большая длина пути жидкости создает значительные гидравлические сопротивления, и вызывают увеличение расходов электроэнергии на работунасоса.

В составе системы с подогревателем ВВП, должны быть:

v Регулирующая и запорная арматура

v Приборы, показывающие давление и температуру воды

v Предохранительные устройства



Таблица 1



Таблица 2

Список используемой литературы

1.Михеев М.А., Михеева И.Н. «Основы теплопередачи», 2010г.

2.Бурцев В.В., Каня Я.Н. «Тепломассообмен», 2014г.

3.И.И. Кирвиль, М.М. Бражников «Энергосбережение в процессах теплообмена», 2007г.

4. Теплотехнический справочник, т. 1 и 2. М., Госэнергоиздат, 1958г.

5. Ю.М. Варфоломеев, О.Я. Кокорин «Отопление и тепловые сети», 2007г.

6.Мартыненко О.Г.- М.: «Энергоатомиздат», 1987,С. 560 «Справочник по теплообменникам, т.1,2»

Размещено на Allbest.ru

...