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

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:

1) Тепловой конструктивный расчёт горизонтального пароводяного подогревателя.

2) Тепловой конструктивный расчёт секционного водо-водяного подогревателя.

3) 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; з=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:

По расчётной поверхности нагрева и диаметру трубок по каталогу выбирается пароводяной подогреватель горизонтального типа, его технические характеристики:

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:

где — внутренний диаметр корпуса теплообменника;

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

1.Каталог подогревателей ПСВ типа./ ОАО «САРЭНЕРГОМАШ"/ — 36 с.

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