 |
Тепловой и гидравлический расчет подогревателя отопления
|
|
|
|
Расчетную тепловую производительность подогревателя Q, Вт следует принимать по расчетным тепловым потокам на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение (по ведомости тепловых нагрузок):
, (17)
где 
расчетный (максимальный) тепловой поток на отопление микрорайона, равный 7,5 МВт;
- то же на вентиляцию микрорайона, равный 0 МВт;
- то же на горячее водоснабжение микрорайона, равный 9 МВт.
Q = 7,5 + 0 + 9 = 16,5 МВт.
Расчет поверхности нагрева подогревателей отопления F,м2 проводиться при температуре воды в тепловой сети, соответствующей расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления 
и на расчетную производительность 
, по формуле
, (18)
где Q – расчетная тепловая производительность подогревателя отопления, равная 16500000 Вт;
К – коэффициент теплопередачи, определяемый по формуле (27), Вт/(м2·ºС);
∆tср – температурный напор подогревателя отопления, ºС, определяемый по формуле (21).
Температуру нагреваемой воды следует принимать: на входе в подогреватель tx - равной температуре воды в обратном трубопроводе систем отопления при температуре наружного воздуха t0 ; τ2 - равной 70°С.
На выходе из водонагревателя τ01 равной температуре воды в подающем трубопроводе тепловых сетей за ЦТП при температуре наружного воздуха t0; τ01 =130°С.
Температуру греющей воды (проходит по трубкам секций), следует принимать: на входе в водоподогреватель равной температуре воды в подающем трубопроводе тепловой сети на вводе в ЦТП τ1 при температуре наружного воздуха t0; τ1 =150°С.
На выходе из водонагревателя τ02 на 5 – 10°С выше температуры воды в обратном трубопроводе системы отопления при расчетной температуре наружного воздуха t0; τ02 =75°С.
|
|
|
Расчетные расходы воды кг/ч при независимом присоединении сетей микрорайона через общий водоподогреватель следует определять по формулам:
а) греющей воды
(19)
б) нагреваемой воды
(20)
где Q – расчетная тепловая производительность подогревателя отопления, равная 16500000 Вт;
с – теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/кг·гр.
Температурный напор подогревателя определяется по формуле
(21)
Коэффициент теплопередачи К следует определять по приложению 7[6].
Для выбора необходимого типоразмера водоподогревателя предварительно задаемся оптимальной скоростью греющей воды в трубах, равной Wтр =1 м/с, и
исходя из двухпоточной компоновки каждой ступени определяем необходимое
сечение трубок подогревателя ƒ тр, м2 по формуле
, (22)
где GГР – расход греющей воды, определенный по формуле (19) и равный 189021 кг/ч;
WТР – оптимальная скорость воды в трубках, принятая 1 м/с;
ρ – плотность воды, равная 1000 кг/м3.
По таблице 1 приложения 7 [6] выбираем типоразмер водоподогревателя:
а) наружный диаметр корпуса секции Дн = 325мм;
б) число трубок в секции – 151 шт;
в) площадь сечения межтрубного пространства ƒмтр = 0,0446 м2;
г) эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэкв = 0,0208 м;
д) поверхность нагрева одной секции при длине 4м fсекц = 28,49 м2
е) площадь сечения трубок fтр = 0,02325 м2;
ж) внутренний диаметр трубок dвн = 0,014м.
Для выбранного типоразмера подогревателя определяем фактические скорости воды в трубках WТР и межтрубном пространстве WМТР каждого подогревателя при двухпоточной компоновке по формулам
, (23)
где GГР – тоже что в формуле (22);
fтр – площадь сечения трубок, равная 0,02325 м2;
ρ – плотность воды, равная 1000 кг/м3.
, (24)
где GНАГР – расход нагреваемой воды, определенный по формуле (18), кг/ч;
ƒмтр - площадь сечения межтрубного пространства, равная 0,0446 м2;
|
|
|
ρ – плотность воды, равная 1000 кг/м3.
Коэффициент теплопроводности α1, Вт/(м2 ·°С) от греющей воды к стене трубки определяем по формуле
(25)
где tCPгр – средняя температура греющей воды, равная 112,5 º С;
WТР – скорость воды в трубном пространстве, определенная по формуле (23), м/с;
dВН – внутренний диаметр трубок, равный 0,014м.
Коэффициент теплопроводности α2, Вт/(м2 ·°С) от стенки трубки к нагреваемой воде определяем по формуле
, (26)
где tСРн – средняя температура нагреваемой воды, равная 100 º С;
WМТР – скорость воды в межтрубном пространстве, определенная по формуле (22), м/с;
dЭКВ – эквивалентный диаметр межтрубного пространства, равный 0,0208 м.
Коэффициент теплопередачи подогревателя К, Вт/(м2 ·°С), следует определять по формуле
(27)
где ψ- коэффициент эффективности теплообмена равный 0,95;
β- коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических свойств воды, принимается 0,95;
δст – толщина стенки латунной трубки, равная 0,001 м;
λст – коэффициент теплопроводности латуни, равный 105 Вт/(м ·°С).
Определяем расчетную поверхность нагрева подогревателя по (16)
Число секций подогревателя в одном потоке N шт., исходя из двухпоточной компоновки
, (28)
где fсекц – поверхность нагрева одной секции при длине 4м, равная 28,49 м2.
При потере давления ∆Р, кПа, в подогревателях для нагреваемой воды, проходящей в межтрубном пространстве определяем по формуле
(29)
где, В – коэффициент, принимаемый по таблице 3 приложения 7 [6], равный 20.
Для греющей воды
(30)
где φ – коэффициент, равный 1,2;
qо- расчетный расход теплофикационной воды на подогреватель, кг/с, определяемый по формуле (31).
, (31)
где Qomax, Qvmax, Qhmax – максимальные тепловые потоки (нагрузки) на отопление, вентиляцию и ГВС, то же что в формулах (8,9,10), Вт;
τ1' – расчетная температура теплофикационной воды в подающем трубопроводе, равная 150 º С;
τ2' - расчетная температура теплофикационной воды в подающем трубопроводе, равная 70 º С.
Следовательно, конструкция подогревателя отопления предусматривает установку в каждом из двух потоков по 10 секций кожухотрубных теплообменников с диаметром корпуса 325 мм, длинной секции 4м. Это самый большой типоразмер секций. В секции иметься 151 латунная трубка внутренним диаметром 14 мм, толщиной стенки 1мм.
|
|
|
Марка подогревателя отопления ПВ 325 х4-1,0-РГ-10-УЗ.
Площадь нагрева F = 540 м2.
1.8.1 Расчет пластинчатого подогревателя отопления (вариант 2)
Задачей данного подраздела является выбор и расчет водоподогревательной установки пластинчатого теплообменника, собранную из пластин 0,5Пр для независимого присоединения сетей микрорайона, того же ЦТП, что в расчете кожухотрубного секционного водоподогревателя (1 вариант). Следовательно, исходные данные, величины расходов и температуры теплоносителей принимаются такие же, как в предыдущем варианте.
Проверим соотношение ходов в теплообменнике, принимая ∆Рн=100 кПа и ∆Ргр=40 кПа
Соотношение ходов не превышает 2, следовательно, принимается симметричная компоновка теплообменника.
По оптимальной скорости нагреваемой воды (Wопт = 0,4 м/с) определяем число каналов по нагреваемой воде в каждом из двух подогревателях при двухпоточной компоновке и вводе сред в неподвижную плиту
(32)
где ƒк - живое сечение одного межпластинного канала, равное 0,00285 м2;
ρ - плотность воды, равная 1000 кг/м3;
WОПТ – оптимальная скорость воды в межпластинном канале, равная 0,4 м/с;
GН – расход нагреваемой воды, определенный по формуле (18), кг/ч;
Принимаем mН = mГР = 30.
Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды определяем по формуле
, (33)
где ƒк - живое сечение одного межпластинного канала, равное 0,00285 м2.
Фактические скорости греющей и нагреваемой воды, м/с
, (34)
где GГР – тоже, что в формуле (22);
ρ - плотность воды, равная 1000 кг/м3.
м/с.
, (35)
где GН – расход нагреваемой воды, определенный по формуле (18), кг/ч;
- плотность воды, равная 1000 кг/м3.
Коэффициент теплоотдачи α1, Вт/(м2 ·°С), от греющей воды к стенке пластины, при А=0,492
, (36)
где А – коэффициент, равный 0,492;
|
|
|
WГР – скорость греющей воды в канале, равная 0,31 м/с.
Коэффициент теплоотдачи от стенки пластины к нагреваемой воде
, (37)
где А – коэффициент, равный 0,492;
WН – скорость нагреваемой воды в канале, равная 0,4 м/с.
Коэффициент теплопередачи, определяемый по формуле (27), принимая β=0,8; λ=16 Вт/(м ·°С); δст =1 мм
Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя (каждого) опрееляется по формуле (16)
Количество ходов(пакетов) в левой и правой частях теплообменника определяем по формуле
, (38)
где fпл – площадь поверхности нагрева одной пластины, равная 0,5 м2;
m – величина, определенная по формуле (32).
Принимаем 4 хода.
Действительная поверхность нагрева подогревателя отопления определяем по формуле
, (39)
где m – величина, определенная по формуле (32);
fпл – площадь поверхности нагрева одной пластины, равная 0,5 м2.
Потери давления ∆Р, кПа в подогревателе определяем по формулам при
(φ=1; Б=3)
Для нагреваемой воды
, (40)
где φ – коэффициент, равный 1;
Б - коэффициент, равный 3;
WН – скорость нагреваемой воды в канале, равная 0,4 м/с;
Х – количество ходов, определенных по формуле (36);
tСРн – средняя температура нагреваемой воды, равная 100 ºС.
Для греющей воды
, (41)
где WГ – скорость греющей воды в канале, равная 0,31 м/с;
tCPгр – средняя температура греющей воды, равная 112,5 ºС;
φ – коэффициент, равный 1;
Б - коэффициент, равный 3;
Х – количество ходов, определенных по формуле (36).
В результате расчета в качестве водоподогревателя отопления (2 вариант) принимаем два теплообменника (оба рабочие) полуразборной конструкции РС с пластинами типа 0,5 пр, толщиной 1 мм, из стали 12*18 Н10Т (исполнение 01), на трех опорной раме с промежуточной плитой (исполнение 3к) с уплотнительными прокладками из резины марки 51-3042 (условное обозначение 12), поверхностного нагрева 239,5 м2.
Условное обозначение теплообменника отопления ПР 0,5 рс-1-239,5-3к-0,1-12
Схема компоновки пластин
.
Всего число межпластинных каналов - 480 шт. т.к. на входе в ЦТП имеется располагаемый напор Н′ц=8 м; (80 кПа) принимаем к разработке в дипломном проекте 2й вариант (пластинчатый теплообменник), имеющий меньшие габариты, меньшие гидравлические сопротивления по греющей воде, равные 37 кПа.
Пластинчатые теплообменные аппараты со сдвоенными пластинами типа РС (полуразборные) благодаря замене резиновых уплотнителей по стороне одной из рабочих сред сварными соединением пластин попарно в герметический канал (секцию) с успехом заменяет традиционные кожухотрубные и трубчатые теплообменники. Сварные каналы можно очищать от загрязнений только химической промывкой. Разборные каналы уплотнены резиновыми прокладками, что обеспечивает доступ для механической очистки каналов от загрязнений. Марка резины уплотнительных прокладок выбирается в зависимости от температуры среды.
|
|
|
Разборные каналы допускают давлением в них до 1мПа, сварные до 1,6 мПа. Температура рабочих сред от -20 ° С до + 200°С.
Пластины штампуют толщиной 0,8-1 мм из листовой стали различных марок. Гофры пластин имеют в сечении профиль трапеции. Площадь поверхности пластины типа 0,5 Пр составляет 0,5 м2 . Габаритные размеры пластин 1380*650*1 мм.
В зависимости от площади поверхности теплообменного аппарата полуразборные пластинчатые подогреватели изготавливают в двух исполнениях 2к – на двухопорной раме (F=31,5-140 м2); 3к - на трехопорной раме с промежуточной плитой (F=160-320 м2).
На центральной неподвижной плите расположены 4 основных штуцера для теплоносителей что позволяет производить разборку и сварку пластин, не отсоединяя трубопроводов от аппарата.
Размеры принятого в дипломном проекте пластинчатого подогревателя отопления 2370*650*1860, общий вид его приведен на рисунке 5.
Рисунок 5 – Подогреватель отопления
|
|
|
