Газовоздушный теплообменный аппарат

Условие задачи и исходные данные Определить величину поверхности теплообмена, высоту труб в одном ходе и количество труб, расположенных поперек и вдоль потока воздуха, трубчатого двухходового воздухоподогревателя парогенератора. Дымовые газы (13% СО2; 11% H2O; 76% N2) движутся внутри стальных труб. Трубы расположены в шахматном порядке с шагом S1=S2=1,3· d2 .

Данные к расчету газовоздушного теплообменного аппарата.

Обозначения.

t — температура (индексы 1 и 2 относятся к дымовым газам и воздуху соответственно; со штрихом — начальные значения, с двумя штрихами — конечные).

лст — коэффициент теплопроводности материала стенки трубы.

d — диаметры труб (наружный и внутренний).

Q — тепловой поток в теплообменном аппарате.

c, л, н, с — теплоемкость, теплопроводность, кинематическая вязкость, плотность сред (индексы 1 и 2 относятся к дымовым газам и воздуху соответственно). Физические свойства сред принимаются по их средним температурам сред.

Тепловой расчет Средняя температура дымовых газов:

Средняя температура воздуха:

Расход дымовых газов:

Расход воздуха:

Число Рейнольдса для дымовых газов (движение внутри труб):

Число Рейнольдса для воздуха (поперечное обтекание труб):

В обоих случаях наблюдается турбулентный режим течения.

Числа Прандтля для дымовых газов и воздуха при их средних температурах: Pr1 = 0,65; Pr2 = 0,69.

Числа Нуссельта для дымовых газов (при движении в гладких трубах) и воздуха (при поперечном обтекании труб, расположенных в шахматном порядке) определяются по критериальным уравнениям:

Коэффициенты теплоотдачи от дымовых газов к стенке и от стенки к воздуху:

Коэффициент теплопередачи в теплообменном аппарате:

Средний температурный напор в теплообменном аппарате:

Поправка к температурному коэффициенту (е):

По графику (метод. указания, рис. 14) определяется поправка: е = 0,9.

Необходимая поверхность теплообмена:

Общее число труб в теплообменном аппарате:

Длина труб в одном ходе:

Общая длина труб: 2*4,72 = 9,44 м.

Живое сечение для прохода воздуха:

Число труб, расположенных поперек потока:

Число труб, расположенных вдоль потока:

Таким образом, общее число труб: n = 6· 7 = 42.

Гидравлический расчет Коэффициенты трения в каналах (трубах) для дымовых газов и при поперечном обтекании пучка труб (шахматный порядок) для воздуха:

Потери давления на трение в каналах для всего аппарата (суммарные для двух ходов: в трубах для дымовых газов и в межтрубном пространстве для воздуха):

Местные сопротивления состоят из входа в аппарат, поворота на 180° при переходе из одного хода другой (для воздуха), выхода из аппарата. Численные значения коэффициентов этих местных сопротивлений для дымовых газов равны: 1,5 — вход и 1,5 — выход. Для воздуха: 1,5 — вход; 2,5 — поворот; 1,5 — выход.

Суммарные коэффициенты местных сопротивлений для дымовых газов и воздуха применительно ко всему аппарату:

Потери давления на местных сопротивления применительно ко всему аппарату.

Суммарные потери давления на трение и на местных сопротивлениях:

Необходимые мощности для транспортировки дымовых газов и.

воздуха через теплообменный аппарат:

Коэффициент полезного действия вентиляторов з = 0,5…0,6.

Газовоздушный теплообенный аппарат.

1 — стальные трубы 89/81 мм; 2, 6 — верхняя и нижняя трубные доски; 3 — компенсатор тепловых расширений; 4 — воздухоперепускной короб; 5 — промежуточная трубная доска; 7, 8 — опорная рама и колонны.

Основные параметры аппарата Длина труб одной секции — 4,72 м.

Общая длина труб — 9,44 м.

Поверхность теплообмена — 93,7 м².

Общее число труб — 42.

Число рядов труб вдоль потока — 7.

Число труб поперек потока — 6.

Коэффициент теплопередачи — 22,4 Вт/м2 · К.

Пароводяной теплообменный аппарат Условие задачи и исходные данные Определить величину поверхности теплообмена и основные размеры вертикального четырехходового трубчатого теплообменника, предназначенного для нагрева воды. Вода движется внутри латунных трубок. Греющим теплоносителем является сухой насыщенный водяной пар, который конденсируется на внешней поверхности трубок.

Потери теплоты в окружающую среду не учитывать.

Данные к расчету пароводяного теплообменного аппарата теплообмен трубчатый воздухоподогреватель четырехходовой.

Обозначения.

t — температура (индексы 1 и 2 относятся к пару и воде соответственно; со штрихом — начальные значения, с двумя штрихами — конечные).

лст — коэффициент теплопроводности материала стенки.

d — диаметры трубок (наружный и внутренний).

Q — тепловой поток в теплообменном аппарате.

w — скорости движения сред (индексы 1 и 2 относятся к пару и воде соответственно).

c, л, н, с, r, — теплоемкость, теплопроводность, кинематическая вязкость, плотность, удельная теплота парообразования сред (индексы 1 и 2 относятся к пару и воде соответственно).

Физические свойства пара принимаются по его давлению; воды — по ее средней температуре.

Тепловой расчет Температура пара и удельная теплота парообразования определяются по справочным таблицам при заданном давлении пара: t1 = 120 °C; r = 2207 кДж/кг.

Средняя температура воды:

Расход пара:

Расход воды:

Число Рейнольдса для воды (внутри труб):

Средний температурный напор в теплообменном аппарате:

Графики температур пара и воды в теплообменном аппарате.

Ориентировочное значение температуры на наружной поверхности трубки:

Ориентировочное значение высоты трубок (H) принимается 1,5 м.

При температуре пара 120 °C параметр, А = 70,3 1/м· °С; параметр В = 7,65· 10−3 м/Вт.

Определяется параметр Z:

Число Рейнольдса для конденсатной пленки на вертикальной трубе при Z > 2300 (комбинированный режим течения пленки):

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара:

Числа Прандтля для пленки конденсата при температурах пара и стенки: Pr1 = 1,43; Pr1с = 2,07.

Число Нуссельта для воды:

Прандтль воды при температуре стенки: Pr2c = 2,07 (при температуре 86,5°С — ориентировочное значение).

Коэффициенты теплоотдачи от стенки к воде:

Коэффициент теплопередачи в теплообменном аппарате:

Необходимая поверхность теплообмена:

Общее число труб в одном ходе теплообменного аппарата:

Число трубок в четырех ходах теплообменного аппарата:

m = 99· 4 = 396.

Высота труб в теплообменном аппарате:

Уточненные температуры стенки:

Повторный расчет.

Принимается новое значение высоты трубок H = 0,7 м.

Определяется параметр Z:

Число Рейнольдса для конденсатной пленки на вертикальной трубе при Z < 2300 (ламинарный режим течения пленки):

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара:

Число Нуссельта для воды:

Прандтль при уточненной температуре стенки: Pr2c = 2,09.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

Коэффициент теплопередачи в теплообменном аппарате:

Необходимая поверхность теплообмена:

Высота труб в теплообменном аппарате:

Уточненные температуры стенки и числа Прандтля:

Отклонение полученных результатов от исходных величин находится в пределах точности расчета.

Окончательно принимаем: S = 12,9 м²; H = 0,7 м.

Внутренний диаметр корпуса теплообменного аппарата:

з = 0,6 — коэффициент заполнения трубной решетки.

Диаметры паровых в водяных патрубков:

Гидравлический расчет.

Гидравлическое сопротивление пароводяных подогревателей по межтрубному пространству при конденсации пара на пучке вертикальных или горизонтальных трубок, как правило, не определяется. Величина такого сопротивления при нормальной эксплуатации теплообменных аппаратов, работающих с небольшими скоростями греющего пара — до 10 м/с в межтрубном пространстве, очень мала [6].

Коэффициент трения для воды в трубах:

Потери давления на трение в трубах для всего аппарата (в четырех ходах):

Местные сопротивления состоят из входа в аппарат и выхода из него; входа в трубки и выхода из трубок в каждом ходе; поворотов на 180° при переходе из одного хода в другой. Численные значения коэффициентов этих местных сопротивлений равны соответственно: 1,5; 1,0; 2,5.

Суммарный коэффициент местных сопротивлений для воды применительно ко всему аппарату:

Потери давления на местных сопротивления применительно ко всему аппарату:

Суммарные потери давления на трение и на местных сопротивлениях:

Необходимая мощность насоса для транспортировки воды через теплообменный аппарат:

Коэффициент полезного действия насосов з = 0,5…0,6.

Пароводяной четырехходовой теплообменный аппарат.

1 — корпус (обечайка); 2 — трубные решетки; 3 — трубы; 4 — крышки; 5 -перегородки в крышках; 6 — перегородки в межтрубном пространстве.

Основные параметры теплообменного аппарата Длина труб (поз. 3) — 0,7 м.

Число труб в одном ходе — 99.

Общее число труб — 396.

Поверхность теплообмена — 12,9 м².

Коэффициент теплопередачи — 2894 Вт/м2· К.

Тепловой поток, передаваемый в аппарате — 2500 кВт.

Диаметр корпуса — 0,678 м Расчетный диаметр парового патрубка — 0,36 м (ближайший стандартный — 400*4 мм) Расчетный диметр водяного патрубка — 0,123 м (ближайший стандартный — 17*2,2 мм).