Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Тепловой и гидравлический расчет подогревателя горячего водоснабжения (ГВС)

Ступенчатая параллельная схема присоединения подогревателя ГВС

 


Рисунок 2 – Схема МТП (1 ступенчатая параллельная схема присоединения подогревателя ГВС)

Система теплоснабжения центра (рисунок 2) по способу подачи воды на ГВС – закрытая с установкой водяных подогревателей ГВС в МТП здания АБК. Кроме того, горячее водоснабжение потребляется еще в одном здании – в боксе для ремонта машин.

В подогревателях холодная водопроводная вода подогревается от 5 до 60° С за счет тепла сетевой воды из теплотрассы.

Т.к. отношение для МТП, где установлен подогреватель ГВС, то, следовательно, схема подключения этого подогревателя к тепловой сети – одноступенчатая параллельная. Согласно [6] число водяных водонагревателей следует принимать для систем горячего снабжения при Qhmax £ 2МВт предусмотрен один подогреватель в каждой ступени подогрева, рассчитанных на 100% производительности (т.е. однопоточная компоновка).

 

Тепловой и гидравлический расчет подогревателя горячего водоснабжения (ГВС)

 

Методика расчета изложена в [6].

Расчетную тепловую производительность водоподогревателей Qh, Вт для систем горячего водоснабжения следует определять при температурах сетевой воды в точке излома графика температур сетевой воды:

а) при наличии баков - аккумуляторов нагреваемой воды у потребителей принять по среднему тепловому потоку на ГВС Qhm,;

б) при отсутствии баков-аккумуляторов принять по максимальному тепловому потоку на ГВС Qhmax. Т.к. аккумулирование в системе теплоснабжения автобазы отсутствует, то тепловая нагрузка на подогреватель ГВС составляет Qh = Qhmax = 0,5 МВт.

Расчет поверхности нагрева водоподогревателей горячего водоснабжения следует производить при температуре воды в подающем трубопроводе тепловой сети соответствующей точке излома графика температур воды и по расчетной производительности Qh.

 

,(18)

где Qh - расчетная производительность подогревателя ГВС, Вт;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/м2·ºС;

∆tСР – средний температурный напор в подогревателе, ºС.

Температуру нагреваемой воды для ГВС следует принимать: на входе в подогреватель tx – принять равной 5°С; на выходе из подогревателя th – принять равной 60°С.

Температуру греющей сетевой воды, следует принимать: на входе в подогреватель = 70°С – температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети на вводе в тепловойпункт при температуре наружного воздуха в точке излома сетевого графика; на выходе из подогревателя =30°С.

Расчетные расходы воды, кг/ч, для расчета подогревателя ГВС следует определять по формулам:

а) для греющей сетевой воды

 

;(19)

 

б) для нагреваемой водопроводной воды

, (20)

где Qh - тоже что в (18), равное 500000 Вт;

- температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети на вводе в тепловойпункт при температуре наружного воздуха в точке излома сетевого графика температур, равная 70°С;

- температура сетевой воды на выходе из подогревателя ГВС, равная 30°С;

τh - температура водопроводной воды на выходе из подогревателя ГВС, равная 60°С;

τx - температура водопроводной воды, равная 5°С.

Температурный напор подогревателя ГВС

 

, (21)

 

где все значения те же что в (21).

 

.

Горизонтальные скоростные секционные подогреватели воды по ГОСТ 27590 с трубной системой из прямых гладких или профилированных труб отличаются тем, что для устранения прогибания трубок устанавливаются опорные перегородки, представляющие собой часть трубной решетки. Такая конструкция опорных перегородок облегчает установку трубок и их замену в условиях эксплуатации подогревантеля. Каждая опора установлена с небольшим смещением относительно друг друга на 60°, что повышает турбулентность потока теплоносителя, проходящего по межтрубному пространству секции, и приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к стенкам трубок, а соответственно – возрастает теплоотдача с 1 м2 поверхности нагрева. Используются латунные трубки наружным диаметром 16 мм, толщиной стенки 1 мм.

Подогреватели состоят из секций, которые соединяются между собой калачами по трубному пространству и патрубками по межтрубному.

Используемый в МТП подогреватель ГВС с разъемными соединениями и гладкими трубками имеет марку РГ. Технические характеристики данных подогревателей приведены в [6].

Число подогревателей для ГВС принимаем по два на 50% нагрузки, включенных в теплосеть параллельно.

Для выбора необходимого типоразмера подогревателя ГВС предварительно задаемся оптимальной скоростью нагреваемой воды в трубках, равной Wтр = 1 м/с, при однопоточной компоновки каждой ступени определяем необходимое сечение трубок подогревателя , м2 по формуле

 

, (22)

 

где r - плотность воды, равная 1000 кг/м3;

Gh – расход нагреваемой воды, определенный по (20), кг/с;

WТР – оптимальная скорость воды в трубном пространстве подогревателя ГВС, равная 1 м/с

По таблице 1 приложения 7 [6] выбираем необходимый нужный типоразмер подогревателя ГВС.

Наружный диаметр секции DН = 114 мм. Число трубок в секции – 19 шт.

Площадь сечения межтрубного пространства tмтр = 0,005 м2; эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэкв = 0,0159м; площадь сечения трубок fтр = 0,0029м2, поверхность нагрева одной секции при длине секции 4м, = 3,58 м; внутренний диаметр трубок dвн = 0,014м.

Для выбранного типоразмера подогревателя ГВС определяем фактические скорости воды в трубах и межтрубном пространстве каждого подогревателя ГВС при однопоточной компоновке

 

, (23)

 

где Gh – тоже что в (18), кг/с;

fтр - площадь сечения трубок, равная 0,0029м2;

r - плотность воды, равная 1000 кг/м3.

;

, (24)

где Ggh – тоже что в (19), кг/с;

fмтр - площадь сечения межтрубного пространства, равная 0,005 м2;

r - плотность воды, равная 1000 кг/м3.

.

Коэффициент теплоотдачи a1, Вт/м2 × °С, от греющей воды к стенке трубки

, (25)

 

где τср – средняя температура греющей воды, равная 50 ºС;

Wмтр – скорость греющей воды в межтрубном пространстве, определенная по (24), м/с;

dэкв - эквивалентный диаметр межтрубного пространства, равный 0,0159м.

.

Коэффициент теплоотдачи a2 от стенки трубки к нагреваемой воде

 

, (26)

 

где τср – средняя температура нагреваемой воды, равная 32,5 ºС;

Wтр – скорость греющей воды в трубном пространстве подогревателя ГВС, определенная по (23), м/с;

dвн - внутренний диаметр латунной трубки, равный 0,014 м.

.

Коэффициент теплопередачи подогревателя ГВС, Вт/м2 × °С, определяем по формуле

, (27)

 

где Y коэффициент эффективности теплообмена для гладкотрубных подогревателей с опорами в виде полок равен 0,95;

b – коэффициент загрязнения, равный 0,9;

dст - толщина стенки трубки, равная 0,001м;

λст - коэффициент теплопроводности латуни, равный105 Вт/м × гр.

Расчетная поверхность нагрева подогревателя ГВС определенная по формуле (18)

.

Число секций подогревателя ГВС в одном потоке, исходя из однопоточной компоновки

, (28)

где fсек – площадь секции подогревателя ГВС, равная 3,58 м2;

F - расчетная поверхность нагрева подогревателя ГВС определенная по формуле (18), м2.

Пример условного обозначения подогревателя ГВС разъемного типа, с наружным диаметром корпуса секции 114 мм, длиной секции 4м, без компенсаторов теплового расширения, на условное давление 1,0 МПа, с трубной системой из гладких труб из 6 секций, климатического исполнения У3.

ПВ 114 х 4 – 1,0 – РГ – 6 - У3 ГОСТ 27590-88

Потери давления DР, кПа, в подогревателях ГВС для нагреваемой воды, проходящих в гладких трубках и длине секции 4м

 

, (29)

 

где j - коэффициент, учитывающий образование накипи, равный 3;

gh - максимальный секундный расчетный расход воды на горячее водоснабжение, опр. по формуле(20), равный 3,0 кг/с;

N - Число секций подогревателя ГВС, определенная по (28);

r - плотность воды, равная 1000 кг/м3.

;

для греющей воды, проходящей в межтрубном пространстве

 

, (30)

где В - коэффициент, принимаемый по таблице 3 приложения 7 [6], равный 25.

 

гр = 25 × (0,6)2 × 6 = 54 кПа.

Во втором варианте раздела приводится описание конструкций пластинчатых теплообменных аппаратов и приведен их расчет.

В конструкции теплообменников использованы сложные формы теплопередающих поверхностей и образуемых ими каналов, в которых поток рабочей среды подвергается искусственной турбулентности при сравнительно малых затратах энергии. Применение оптимальных размеров каналов для рабочих сред, а также различные варианты оптимальной компоновки этих каналов позволяют интенсифицировать процесс теплопередачи в 3¸4 раза по сравнению с теплопередачей в трубчатых теплообменниках.

Теплообменные аппараты, площадь поверхности которых образована из набора тонких штампованных теплопередающих пластин с гофрированной поверхностью, различают по степени доступности для механической очистки и осмотра поверхности теплообмена. У разборных теплообменников пластины отделены одна от другой прокладками. У разборных теплообменников со сдвоенными пластинами (полуразборные) пластины попарно сварены и доступ к поверхности теплообмена возможен только со стороны хода одной из рабочих сред. У неразборных теплообменников пластины сварные, и поэтому доступа в каналы для их механической очистки нет. Очистка таких аппаратов производится химическими растворителями, т.е. промывкой.

Пластинчатые теплообменные аппараты - рекуператоры. Площадь поверхности теплообмена разборных теплообменников 1 – 800 м2 в одном аппарате; разборных со сдвоенными пластинами (полуразборные) 31 - 320 м2; неразборных – 40 - 800 м2.

Разборные теплообменники могут работать при избыточном давлении до 1 МПа и температуре рабочих сред от 20 до +180°С. Полуразборные теплообменники – до 2,5 МПа и той же температуре.

Неразборные (сварные) теплообменники – при избыточном давлении до 4 МПа и температуре сред от минус 100 до плюс 300°С.

Пластинчатые теплообменные аппараты (рисунок 6) характеризуются высокой интенсивностью процессов теплоотдачи и теплопередачи при малых гидравлических сопротивлениях. Их можно применять для рекуперации тепла между потоками рабочих сред в охладителях, конденсаторах, подогревателях, дефлегматорах. Теплообменники могут быть двухпоточными и многопоточными, т.е. могут применяться для теплообмена между двумя рабочими средами, а также для теплообмена между тремя, четырьмя и большим числом сред в одном теплообменнике.

Разборные теплообменники могут применяться для обработки суспензий с твердыми частицами размером не более 5 мм.

Группа пластин, образующая систему каналов, в которых рабочая среда движется только в одном направлении, составляет пакет или ход.

Один или несколько пакетов, сжатых между плитами, образуют секцию. При сборке пакета пластины повернуты одна относительно другой на 180°, причем все резиновые уплотнительные прокладки обращены в сторону подвижной плиты. В углах пластин расположены отверстия для прохода теплоносителей. В промежуточных или концевых пластинах бывает одно, два или три отверстия, количество которых определяют в соответствии со схемой компоновки пластин в пластинчатом теплообменнике.

Каждая пластина в работающем аппарате омывается двумя водами: с одной стороны – охлаждаемой, а с другой – нагреваемой; в результате между теплоносителями происходит теплообмен. Теплоносители, протекающие поперек гофров, активизируются, что способствует интенсификации турбулентного теплообмена.

При компоновке разборных пластинчатых теплообменников, можно получить оптимальное количество каналов в пакете и пакетов в секции для каждого теплоносителя.

Компоновку готового теплообменника можно изменить в соответствии с конкретным количеством каждого теплоносителя, имеющимся напором и заданным тепловым режимом. В таком случае гидромеханическую характеристику теплообменника можно приблизить к оптимальной и эффективно повысить коэффициент теплопередачи аппарата.

Схему простейшего пластинчатого подогревателя из пяти пластин, формирующихся по два параллельных канала для каждого теплоносителя условно обозначают дробью .

Теплообменные аппараты промышленного назначения имеют более сложные схемы компоновки каналов, например

 


Рисунок 6 – Пластинчатый теплообменник исполнения 2к


 

.

Количество чисел, приведенных в числителе, соответствует количеству последовательно соединенных пакетов (ходов) для охлаждаемой среды; знак + обозначает последовательное соединение ходов; значение каждого числа (20) обозначает количество параллельных каналов между пластинами в каждом пакете. В знаменателе приведены аналогичные условные численные обозначения для нагреваемой воды. Вертикальные стрелки показывают направление движения каждой рабочей среды в пакетах, горизонтальные стрелки – во всем подогревателе.

Если имеется дополнительный канал (со стороны хода нагреваемой среды в пакете), который может быть расположен в начале или конце аппарата, то в знаменателе схемы компоновки вместо числа 20 указывается число 21. Дополнительный канал предназначен для охлаждения стенок, примыкающих к плитам. Это позволяет обеспечить тепловую защиту рамы и окружающей среды и эксплуатировать пластины теплообменника без тепловой изоляции, для уменьшения потерь теплоты.

Если расход одной рабочей среды значительно больше расхода другой рабочей среды, то для сохранения одинаковых скоростей и гидравлического сопротивления по стороне хода каждой среды и получения оптимальных коэффициентов теплопередачи, применяют несимметричную схему компоновки пластин в аппарате. В этих схемах количество каналов в пакетах для первого и второго теплоносителя разное.

В указаниях [6] приведены технические характеристики пластин: 0,3р и 0,6р – для разборных теплообменников и 05 Пр – для полуразборных. Допускаемые температуры теплоносителей определяются термостойкостью различных резиновых уплотнительных прокладок.

Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата (по ГОСТ 15518): первые буквы обозначают тип аппарата – теплообменник Р (РС) разборный (полусварной); следующее обозначение – тип пластины; цифры после тире - толщина пластины, далее – площадь поверхности теплообмена аппарата (м2), затем – конструктивное исполнение, марка материала пластины и материала прокладки. После условного обозначения приводится схема компоновки пластин.

Из рассматриваемых в [6] трех типов теплообменников наиболее целесообразно применение теплообменников типа РС 0,5 Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают без специальной тепловой изоляции, необходимой для уменьшения потерь теплоты.

Если расход одного теплоносителя значительно отличается от расхода другого, то для сохранения одинаковых скоростей и гидравлического сопротивления по стороне хода каждого теплоносителя и обеспечения оптимальных коэффициентов теплопередачи, применяют несимметричную схему компоновки пластин. В этих схемах количество каналов в пакетах для первой и второй рабочих сред различно.

В [6] приведены технические характеристики пластин: 0,3р и 0,6р – для разборных теплообменников и 05 Пр – для полуразборных. Допускаемые температуры теплоносителей определяются термостойкостью резиновых уплотнительных прокладок.

Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата (по ГОСТ 15518): первые буквы обозначают тип аппарата – теплообменник Р (РС) разборный (полусварной); следующее обозначение – тип пластины; цифры после тире- толщина пластины, далее – площадь поверхности теплообмена аппарата (м2), затем – конструктивное исполнение, марка материала пластины и материала прокладки. После условного обозначения приводится схема компоновки пластин.

Из рассматриваемых в [6] трех теплообменников наиболее целесообразно применение теплообменников РС 0,5 Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при рабочем избыточном давлении до 1,6 МПа. Пластины попарно сварены по контуру и образуют блок. Между двумя сваренными пластинами имеется закрытый (сварной) канал для сетевой греющей воды. Разборные каналы допускают избыточное давление в них до 1 МПа.

Теплообменники типа Р 0,3р могут применятся в системах теплоснабжения с параметрами теплоносителей до 1 МПа, до 150°С и перепаде давлений между теплоносителями не более 0,5 МПа. Следовательно, данные теплообменники при гидравлических испытаниях тепловых сетей необходимо отключать от тепловой сети.

Методика расчета пластинчатых подогревателей основана на использовании в них всего располагаемого напора теплоносителей с целью получения максимальной скорости каждого теплоносителя и соответственно максимального значения коэффициента теплопередачи или при неизвестных располагаемых напорах по оптимальной скорости нагреваемой воды, как и при подборе кожухотрубных подогревателей.

Расчет:

Из формул (19) и (20) видно, что расход теплоносителей не превышает 11 м³/час. Следовательно, рассчитывать будем установку пластинчатого теплообменника собранного из пластин 0,3 р для СГВ что и пример 1-го варианта с кожухотрубными секционными подогревателями. Следовательно, исходные данные, величины расходов и температуры теплоносителей подогревателя принимаются такими же как и в предыдущем примере.

Проверяем соотношение ходов (пакетов) в теплообменнике принимая предварительно потери давления по нагреваемой воде ∆Рн=100кПа, по греющей (сетевой) воде ∆Ргр = 40 кПа.

, (31)

 

где Gd – расход греющей сетевой воды, равный 10740 кг/ч;

Gh= 7811 кг/ч – расход нагреваемой водопроводной воды, равный 7811 кг/ч

- средняя температура нагреваемой воды, равная 32,5 ºС;

- средняя температура греющей воды, равная 50°С.

.

Соотношение ходов меньше 2, следовательно, принимаем симметричную компоновку теплообменника.

По оптимальной скорости Wопт = 0,4 м/с нагреваемой воды определяем требуемое число каналов по нагреваемой воде

 

, (32)

 

где fк - живое сечение одного межпластинного канала, равное 0,0011 м2;

r – плотность воды, равная 1000 кг/м3;

Ghmax – максимальный расход воды на ГВС, определенный по (20).

mн = m гр = 5 т.к. компоновка симметричная

Общее живое сечение каналов в пакете определяем по формуле

 

tгр = tн = mн × fк = 5 × 0,0011 = 0,0055 м2, (33)

 

где mн - требуемое число каналов по нагреваемой воде, определенное по (32);

fк - живое сечение одного канала, равное 0,0011 м2.

tгр = tн = 5 × 0,0011 = 0,0055 м2,

Фактические скорости греющей и нагреваемой воды

 

; (34)

, (35)

где значения те же что в (31).

;

;

Выбираем по таблице 1 приложения 8 [6].

Коэффициент А = 0,368. Коэффициент теплоотдачи a1, Bт/ (м2 °С) от греющей воды к стенке пластины.

 

a1 = 1,16 × А (23000 + 283 - 0,63 2) × , (36)

 

где А – коэффициент, принятый по таблице 1 приложения 8 [6] равным 0,368;

где τср – средняя температура греющей воды, равная 50 ºС;

Wмтр – скорость греющей воды в межтрубном пространстве, определенная по (24), м/с.

a1 = 1,16 × 0,368 (23000 + 283 × 50 – 0,63 × 50²) × 0,540,73 = 9705.

Коэффициент теплоотдачи от пластины к нагреваемой воде a2, Вт / (м²°С)

 

a2 = 1,16 × А (23000 + 283 – 0,63 ) , (37)

 

где А – коэффициент, принятый по таблице 1 приложения 8 [6] равным 0,368;

где τср – средняя температура нагреваемой воды, равная 32,5 ºС;

Wн – скорость греющей воды в трубном пространстве, определенная по (23), м/с.

a2 = 1,16 × 0,368 (23000 + 283 × 32,5 – 0,63 × 32,5²)× 0,390,73 = 6245

 

Коэффициент теплопередачи К, Вm/ (м²°С)

 

, (38)

 

где β – коэффициент, равный 0,8;

a1 - коэффициент теплоотдачи, определенный по (36), Вт / (м²°С);

a2 - коэффициент теплоотдачи, определенный по (37), Вт / (м²°С);

δ – толщина пластины, равная 0,001 м;

λ – коэффициент теплопроводности, равный 16 Вт / (м·°С).

.

Требуемую поверхность нагрева определяем по (18)

.

Количество ходов (или пакетов) при tпл = 0,3 м²

 

, (39)

 

где tпл – площадь пластины, равная 0,3 м2;

mн - требуемое число каналов по нагреваемой воде, определенное по (32);

Fтр - требуемую поверхность нагрева определяем по (18).

 

.

Действительная поверхность нагрева подогревателя

 

F= (2mн Х – 1) × tпл, (40)

 

где mн - требуемое число каналов по нагреваемой воде, определенное по (32);

tпл – площадь пластины, равная 0,3 м2;

Х - количество ходов (или пакетов), определенное по (39).

F = (2 × 5 × 5 –1) × 0,3 = 14,7 м²

Потери давления ∆Р, кПа в подогревателе для нагреваемой воды

 

∆Рн = j ×Б × (33 – 0,08 ) × , (41)

 

где j - коэффициент, равный 1,5;

Б - коэффициент, равный 4,5;

τср – средняя температура нагреваемой воды, равная 32,5 ºС;

Wн – скорость греющей воды в трубном пространстве, определенная по (23), м/с.

∆Рн = 1,5 × 4,5 (33 – 0,08 × 32,5) × 0,391,75 =39 кПа;

для греющей воды

 

∆Ргр=j × Б× (33- 0,08 ) × , (42)

 

где τср – средняя температура греющей воды, равная 50 ºС;

Wгр – скорость греющей воды в межтрубном пространстве, определенная по (24), м/с.

 

∆Ргр = 1,5 × 4,5 (33 – 0,08 × 50) × 0,541,75 = 67 кПа

 

В результате расчета в качестве подогревателя ГВС принимаем теплообменник разборной конструкции Р с пластиками типа 0,3 р, толщиной 0,8мм, из стали. 12 × 18н 10т (исполнение 01) на двухопорной раме (исполнение 2к), с уплотнительными прокладками из резины марки 359 (условное обозначение 10). Поверхность нагрева 14,7 м².

Схема компоновки

Условное обозначение теплообменника ГВС

Р 0,3 р - 0,8 -14,7- 2 к - 01 – 10 ;

Габариты данного теплообменника составляют 650 х 400 х 1665 мм.

Схема компоновки пластины по горячей среде (сетевая вода) 5 + 5 + 5 + 5 + 5, параллельных каналов в пакете – 5, включенных последовательно пятью пакетами. По холодной (нагреваемой) среде – 6+5+5+5+5, параллельных каналов в пакете 5, включенных последовательно пятью пакетами (ходами).

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...