ППВТ расчет. Исходные данные Рассчитать пароводяной подогреватель вертикального типа для подогрева воды системы отопления цехов производственных помещений при следующих условиях давление воды рв 0,27 мпа
![]()
|
Исходные данные Рассчитать пароводяной подогреватель вертикального типа для подогрева воды системы отопления цехов производственных помещений при следующих условиях: давление воды РВ = 0,27 МПа; температура воды на входе t’B = 58 °C; температура воды на выходе t’’B = 99 °С; расход воды GB = 510 м3/ч; давление греющего пара ![]() Решение При заданном давлении пара ![]() ![]() ![]() Считаем, что переохлаждения конденсата нет. Расчет поверхности теплообмена проводим отдельно для каждой зоны (рис. 1). ![]() Рисунок 1 – Изменение температуры теплоносителей в пароводяном подогревателе Конструктивный тепловой расчет подогревателя Количество теплоты, переданной паром воде, составит: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Из уравнения теплового баланса определяем расход пара: ![]() Определяем параметры теплоносителей при средних температурах воды и пара. Вода: ![]() При этой температуре: сВ = 4,1929 кДж/(кг·°С); υВ = 0,001025 м3/кг; VВ = 0,389·10-6 м2/с. Пар: ![]() При этой температуре: ![]() ![]() ![]() ![]() Тогда количество теплоты, переданной паром воде, кВт: ![]() Расход пара, кг/с: ![]() Для расчета коэффициентов теплоотдачи необходимо выбрать геометрические размеры элементов аппарата. Вода движется по трубкам, а пар поступает в межтрубное пространство. Выбираем латунные трубки диаметром ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности стенки трубки к воде – ![]() ![]() т.е. режим течения воды турбулентный. Для турбулентного режима: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Отсюда получается, Вт/(м2·К): ![]() Определяем количество трубок, шт: ![]() Принимаем: шаг между трубками ![]() ![]() Из приложения 9 по n = 368 шт. находим ![]() Откуда диаметр трубной решетки, мм: ![]() Внутренний диаметр корпуса ![]() ![]() Рассчитываем поверхность теплообмена по зонам. I зона: Определяем скорость пара в межтрубном пространстве: ![]() где ![]() ![]() при ![]() Тогда скорость пара, м/с: ![]() Для определения коэффициента теплоотдачи от пара к трубе необходимо определить эквивалентный диаметр: ![]() где U – смоченный периметр, м. Определим смоченный периметр, м: ![]() Тогда эквивалентный диаметр, м: ![]() При ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Принимаем толщину накипи ![]() ![]() Для латуни ![]() Отсюда коэффициент теплопередачи составит, Вт/(м2·К): ![]() Поверхность теплообмена первой зоны составит, м2: ![]() II зона Будем считать, что в этой зоне коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубки к жидкости равен коэффициенту теплоотдачи в I зоне, т.е. ![]() Определим коэффициент теплопередачи для II зоны ![]() ![]() Передача теплоты от пара к стенке. Удельный тепловой поток определяем по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() Тогда ![]() Отсюда ![]() ![]() Из уравнения теплового баланса для I зоны определим температуру ![]() ![]() Откуда температура равна, °С: ![]() Средняя логарифмическая разность температур для I зоны составит, °С: ![]() где ![]() ![]() Так как толщина стенки трубок мала ![]() ![]() Задавшись рядом значений ![]() ![]() ![]() ![]() Таблица 1
Строим кривую ![]() ![]() Рисунок 2 – Графики зависимостей ![]() ![]() Передача теплоты через стенку Для латунной стенки ![]() ![]() т.е. связь между ![]() ![]() ![]()
Передача теплоты через накипь
Задавшись несколькими значениями ![]() ![]()
Передача теплоты от накипи к воде
Задавшись несколькими значениями ![]() ![]()
Складываем ординаты четырех зависимостей, строим суммарную кривую температурных перепадов. Для определения значения ![]() ![]() где ![]() ![]() На оси ординат из точки, соответствующей ![]() ![]() Определяем коэффициент теплопередачи для второй зоны, Вт/(м2·К): ![]() Поверхность теплообмена второй зоны составит, м2: ![]() Суммарная поверхность теплообмена составит, м2: ![]() Определяем длину трубок, м: ![]() где ![]() Специалисты не рекомендуют устанавливать трубки длиной более 4 м. Следовательно, необходимо уменьшить длину трубок. Для этого сделаем подогреватель двухходовым. Тогда общее число трубок составит ![]() ![]() ![]() Диаметр аппарата составит: ![]() Сделаем повторный расчет. Так как расчеты аналогичны приведенным выше, то пояснения не приводятся. Определяем поверхность нагрева I зона Определим площадь межтрубного пространства для прохода пара, м2: ![]() Определяем скорость пара в межтрубном пространстве, м/с: ![]() Определим смоченный периметр, м: ![]() Тогда эквивалентный диаметр, м: ![]() ![]() Отсюда ![]() ![]() Без изменения остаются значения ![]() ![]() ![]() Следовательно, коэффициент теплопередачи составит, Вт/(м2·К): ![]() Поверхность теплообмена первой зоны составит, м2: ![]() II зона Принимаем длину труб ![]() Теплоотдача от пара к стенке ![]()
Передача теплоты через стенку ![]() Передача теплоты через слой накипи ![]() Передача теплоты от накипи к воде ![]() Из графика определяем ![]() Определяем коэффициент теплопередачи для второй зоны, Вт/(м2·К): ![]() Поверхность теплообмена второй зоны составит, м2: ![]() Суммарная поверхность теплообмена составит, м2: ![]() Определяем длину трубок, м: ![]() Принимаем длину трубок ![]() Гидравлический расчет подогревателя Полный напор ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() В случае рассматриваемого примера расчета пароводяного подогревателя полный напор, необходимый для движения воды через аппарат, составит: ![]() т.к. ![]() ![]() Коэффициент сопротивления трения для чистых латунных трубок можно рассчитать по формуле: ![]() Значения критерия Рейнольдса, рассчитанное ранее, составляет ![]() Тогда коэффициент сопротивления трения равен: ![]() В результате гидравлические потери на трение в каналах при продольном омывании пучка труб теплообменного аппарата составят, Па: ![]() где ![]() ![]() ![]() Потери давления в подогревателе определяем с учетом дополнительных потерь от шероховатости в результате загрязнений труб и потерь от местных сопротивлений. По таблице П. 18 находим значения коэффициентов местных сопротивлений.
Принимаем скорость воды в патрубках ![]() ![]() Тогда сумма потерь давления в местных сопротивлениях составит, Па: ![]() Потери давления в подогревателе составят, Па: ![]() Мощность, необходимая для перемещения воды через подогреватель (т.е. мощность на валу насоса), определяется по формуле: ![]() где ![]() η – КПД насоса. Тогда мощность, необходимая для перемещения воды через подогреватель, составит, кВт: ![]() Определение размеров патрубков а) для воды (входной и выходной патрубки): площадь составит, м2: ![]() диаметр, см: ![]() при условии, что толщина стенок ![]() б) патрубок для входа пара: Принимаем скорость пара в патрубке ![]() ![]() площадь составит, м2: ![]() диаметр, см: ![]() при условии, что толщина стенок ![]() в) патрубок для выхода конденсата: Принимаем скорость конденсата в патрубке ![]() площадь составит, м2: ![]() где ![]() ![]() диаметр, см: ![]() при условии, что толщина стенок ![]() г) патрубок для откачки воздуха (принимаем расход воздуха ![]() ![]() площадь составит, м2: ![]() где ![]() ![]() диаметр, см: ![]() при условии, что толщина стенок ![]() Обобщение результатов расчета В результате проведенных расчетов разработан подогреватель, имеющий следующие характеристики. Расход воды – 510 м3/ч или 0,14 м3/с. Расход греющего пара – 9,356 кг/с. Температура: воды на входе – 58 °С; воды на выходе – 99 °С; пара на входе – 186 °С ( ![]() конденсата – 158,08 °С. Размеры подогревателя: внутренний диаметр корпуса – 880 мм; толщина стенок корпуса – 10 мм; высота трубок – 2000 мм. Число ходов – 2. Число трубок – 736 шт. Поверхность нагрева – 83,114 м2. Необходимая мощность насоса – не менее 2,376 кВт. |