Расчёт горизонтального пароводяного, секционного водо-водяного и вертикального пароводяного подогревателя графоаналитическим методом

Расчёт горизонтального пароводяного, секционного водо-водяного и вертикального пароводяного подогревателя графоаналитическим методом

Расчёт горизонтального пароводяного, секционного водо-водяного и вертикального пароводяного подогревателя графоаналитическим методом

пароводяной подогреватель секционный графоаналитический

Введение

Целью курсовой работы является углубление и закрепление знаний по изучаемому курсу, а также приобретение практических навыков применения теоретических знаний при решении производственных задач.

Курсовая работа выполняется по следующим разделам:

)        Тепловой конструктивный расчёт горизонтального пароводяного подогревателя.

)        Тепловой конструктивный расчёт секционного водо-водяного подогревателя.

)        Тепловой конструктивный расчёт вертикального пароводяного подогревателя графоаналитическим методом.

Подогреватель пароводяной представляет собою кожухотрубный теплообменник горизонтального типа. Они служат для нагрева паром сетевой воды для того, чтобы использовать эту воду в системах горячего водоснабжения и в отопительных системах зданий различного предназначения. Пароводяные подогреватели изготовляются для нагрева воды в тепловых системах горячего водоснабжения и отопления насыщенным паром от паропроводов низкого давления или паровых котлов.

Водо-водяной подогреватель (ВВП) применяется в системах горячего водоснабжения и отопления общественных, коммунально-бытовых и различных других зданий. В таких системах горячая вода, которую получают от тепловых или промышленных магистралей ТЭЦ, является теплоносителем. Водо-водяной подогреватель можно использовать и в других системах, где необходимо охлаждение жидкости, которую используют как охладитель конденсата при работе пароводяных подогревателей.

Пароводяной подогреватель вертикального и горизонтального типов применяют на ТЭЦ для подогрева теплофикационной воды, циркулирующей в системе теплоснабжения. Пар поступает в турбины из энергетических котлов, одну часть своей теплоты отдает для выработки электроэнергии, а другую (низкого потенциала) - нагреваемой воде.

Тепловой и конструктивный расчёт горизонтального пароводяного подогревателя

Данный расчёт состоит в определении поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника, в котором греющим теплоносителем является пар, а нагревательным - вода. Пар поступает в межтрубное пространство, а вода движется по трубкам теплообменника.

Исходные данные

Производительность  [2, c. 16]

Температура нагревателя воды при входе в подогреватель  [2, c. 16]

Температура нагревателя воды при выходе в подогреватель  [2, c. 16]

Абсолютное давление сухого насыщенного пара  [2, c. 16]

Температура конденсатора , равна температуре насыщения  [2, c. 20]

Число ходов воды  [2, c. 4]

Диаметры поверхности нагрева  [2, c. 4]

Скорость движения воды в трубках  [2, c. 16]

1.1     Методика расчёта

Расход воды массовый и объёмный , определяется по формулам:

где  - удельная теплоёмкость воды;

где - плотность воды;

Число трубок в одном ходе:

Число трубок в корпусе (всего):

Принимая шаг трубок, мм:

Внутренний диаметр корпуса:

где  - коэффициент заполнения трубной решётки; η=0.7

Приведенное число в вертикальном ряду:

Температурный напор:

Теплоотдача от пара стенке:

Средние температуры воды и стенки:

Длина трубки, определяется по формуле:

где  - температурный множитель, определяемый по  (мК)-1 [2, c. 17]

Т.к.  (для горизонтальных труб), то режим течения пленки конденсата ламинарный и тогда для этого режима коэффициент теплоотдачи пара , определяется по формуле Д.А. Лабунцова:

где  - коэффициент, определяемый по  [2, c. 17]

Теплоотдача от стенки воде:

Режим течения воды в трубках является турбулентным, если :

где  -кинематическая вязкость воды , м2/с [2, c. 20]

Т.к. условие выполняется, то коэффициент теплоотдачи при движении воды , определяется по формуле:

Уточняем значение температуры стенки трубок подогревателя:

Т.к.  отличается от принятого ранее значения  более 5 %, то требуется произвести перерасчёт , задавая в качестве температуры стенки :

Расчётный коэффициент теплопередачи , определяется по формуле:

где  - толщина стенки латунных трубок;

 - коэффициент теплопроводности для латунных трубок;

Расчёт поверхности нагрева:

Таблица 1 - Технические характеристики ПНГ-25

Далее уточняем скорость течения воды , в трубках выбранного подогревателя:

и значение критерия Re:

Уточняем коэффициент теплоотдачи при движении воды в трубках:

и коэффициент теплоотдачи пара:

Уточняем значение температуры стенки трубок подогревателя:

Т.к. полученное уточненное значение не отличается от  на 5%, то для дальнейших расчётов оставляем

Уточняем коэффициент теплопередачи:

Уточняем поверхность нагрева:

Т.к. , то пароводяной подогреватель ПНГ-25 выбран верно.

Длина хода волны :

Потеря давления в подогревателе :

где  - дополнительных потерь от шероховатости;  (для новых латунных трубок)

- потери от местных сопротивлений:

- входная камера;  [2, c. 18]

- поворот на 180° в U-образной трубе;  [2, c. 18]

- выходная камера;  [2, c. 18]

g - ускорение свободного падения; g=9.8 м/с2

 - плотность воды;  

Тепловой конструктивный расчёт секционного водо-водяного подогревателя

Расчёт секционного водо-водяного подогревателя заключается в определении общей площади поверхности теплообменника и необходимого количества секций. Греющим и нагревающим теплоносителями является вода. Причём. Греющий теплоноситель движется по трубам теплообменника, а нагреваемая вода - в межтрубном пространстве.

Исходные данные:

Производительность  [2, c. 16]

Температура нагревателя воды при входе в подогреватель  

Температура нагревателя воды при выходе в подогреватель  

Температура греющей воды при входе в подогреватель

Температура греющей воды при выходе из подогревателя  

Диаметры поверхности нагрева  [2, c. 8]

Коэффициент теплопередачи  [2, c. 8]

Скорость движения воды в трубках  [2, c. 16]

Методика расчёта

Расход сетевой воды массовый и объёмный , определяется по формулам:

Площадь проходного сечения трубок:

По площади  по каталогу выбирается секционный водо-водяной подогреватель, его технические характеристики:

Таблица 2 - Технические характеристики z38ОСТ34-588-68

Далее уточняем скорость движения воды в трубках и межтрубном пространстве:

Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства:

где P- периметр межтрубного пространства:

Средняя температура воды в трубках и в межтрубном пространстве:

По температуре  выбирается температурный множитель , а по температуре  - температурный множитель

Далее определяется режим течения воды в трубках и межтрубном пространстве. Режим течения является турбулентным при значениях критерия :

Т.к режим течения воды в трубках турбулентный, то коэффициент теплоотдачи, при движении воды в трубках и межтрубном пространстве определяется по формуле:

Коэффициент теплоотдачи, определяется как для плоской стенки:

Средний температурный напор и расчётная поверхность нагрева подогревателя определяются по следующим формулам:

где

Для дальнейших расчётов требуется рассчитать количество секций z и уточненную поверхность нагрева , зная площадь поверхности нагрева одной секции  и длину трубок  выбранного подогревателя, получим:

Условие  выполняется.

Длина хода воды в трубках и межтрубном пространстве определяются по следующим формулам:

Гидравлические потери в подогревателе:

где  -коэффициент гидравлического трения;

- сумма коэффициентов местного сопротивления; Для одной секции:

- потери от местных сопротивлений:

- поворот на 180° из одной секции в другую через колено;  [2, c. 18]

- поворот на 180° в U-образной трубе;  [2, c. 18]

- входная камера;  [2, c. 18]

где - потери местных сопротивлений;

Диаметры патрубков  и колен , соединяющих секции подогревателя, определяется по формуле:

Тепловой конструктивный расчёт вертикального пароводяного подогревателя

Исходные данные:

Число ходов  [2, c. 12]

Производительность  [2, c. 16]

Давление  [2, c. 16]

Энтальпия  [2, c. 22]

Температура  [2, c. 16]

Температура насыщенного пара  [2, c. 20]

Энтальпия конденсата на выходе из теплообменника  [2, c. 22]

Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель  [2, c. 16]

Температура нагреваемой воды при выходе из подогревателя  [2, c. 16]

Диаметры поверхности нагрева  [2, c. 12]

Высота трубок в одном ходе [2, c. 12]

Толщина накипи  [2, c. 12]

Коэффициент теплопроводности накипи  [2, c. 12]

Методика расчёта

Расход пара  и объёмный расход воды , определяются по формулам:

Средняя логарифмическая разность температур теплоносителей в подогревателе:

где

Далее применяется методика упрощенного графоаналитического метода расчёта удельного теплового потока . Для этого предварительно для различных участков процесса теплопередачи находится теплозависимость между удельным тепловым напряжением  и перепадом температур  на данном участке:

а)       Рассмотрим процесс теплоотдачи от пара стенке. Коэффициент теплоотдачи пара, определяется по формуле Нуссельта:

где

Обозначим . Имеем теплозависимость вида . Задаваясь рядом значений , вычисляем соответствующие им величины . Строим зависимость

б)      Рассмотрим процесс теплопроводности через стенку. Теплозависимость имеет следующий вид:

где

Т.е. зависимость между  и  изображается прямой линией. Задаваясь рядом значений , вычисляем соответствующие им величины .

в)      Рассмотрим процесс теплопроводности через слой накипи. Теплозависимость имеет следующий вид:

Т.е. зависимость между  и  также изображается прямой линией. Задаваясь рядом значений , вычисляем соответствующие им величины .

г)       Теплоотдача от стенки воде.

Т.к. скорость движения , то движение воды - турбулентное, поэтому воспользуемся упрощённой формулой:

где - температурный режим;

Имеем теплозависимость вида . Задаваясь рядом значений , вычисляем соответствующие им величины . Строим зависимость  Складывая ординаты четырёх зависимостей, строим теплозависимость  (рис. 1). Из точки на оси ординат,

соответствующей , проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения её с суммарной зависимостью. Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим удельное значение теплового потока .

Рисунок 1 - Тепловое напряжение поверхности нагрева

Коэффициент теплопередачи, рассчитывается по следующей формуле:

Площадь поверхности нагрева теплообменника:

По расчётной площади нагрева и диаметру трубок по каталогу выбирается вертикальный пароводяной подогреватель, его технические характеристики:

Таблица 3 - Технические характеристики ПСВ-300-14-23

Далее уточняем скорость течения воды , в трубках выбранного подогревателя:

Уточняем коэффициент теплоотдачи при движении воды в трубках:

Уточняем коэффициент теплоотдачи пара:

где

Уточняем коэффициент теплопередачи:

Уточняем необходимую площадь поверхности нагрева:

Т.к. , то пароводяной подогреватель ПСВ-300-14-23 выбран верно.

Заключение

В данной работе был произведён расчёт 3-х подогревателей различными методами.

В первой части расчёт сводиться к нахождению расчётной поверхности нагрева  и диаметру трубок, затем все значения уточняются для проверки правильности выбора подогревателя.

Во второй части расчёт сводиться к нахождению площади проходного сечения трубок , затем все значения уточняются для проверки правильности выбора подогревателя.

В третьей части расчёт сводиться к нахождению расчётной поверхности

нагрева  и диаметру трубок, затем все значения уточняются для проверки правильности выбора подогревателя.

Графоаналитический метод со всеми результатами приведен в приложении.

Список использованной литературы

.Каталог подогревателей ПСВ типа./ ОАО «САРЭНЕРГОМАШ»/ - 36 с.

.Термодинамика и теплоустановки: Практическоеруководствок курсовой работе по одноимённому курсу. /Авторы: Овсянник А.В., танцурин А. Б., Дробышевский Д.А./ 2004. -29 с.