Конструктивный и тепловой расчеты аппаратов поверхностного типа

Москва, 2009

Задание на проект

1. На основании исходных данных произвести конструктивный и тепловой расчеты водоводяного теплообменника, нарисовать схему изменения температуры заданного теплоносителя и конструктивную схему с расчетными параметрами заданного теплообменника.

2. На основании заданной тепловой нагрузки произвести выбор водогрейного котельного агрегата. На основании заданного вида топлива произвести расчет теплового баланса выбранного котельного агрегата.

Исходные данные

Тип подогревателя	водоводяной (ВВ)
Для ОТ	100/60
Температура греющ. воды	75/145
Схема движения носителей	↑↓
Вид топлива	Ж13
Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах,	1,45
Тепловая мощность, кВт

Расчет теплообменных аппаратов

Конструктивный и тепловой расчеты аппаратов поверхностного типа

Для водоводяных подогревателей, уравнение теплового баланса имеет вид: ,

где Q – тепловая производительность, Вт;

- расходы теплоносителей, кг/с;

- теплоемкости теплоносителей, Дж/(кгК);

- начальные и конечные температуры теплоносителей, ⁰С;

- коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду ( =0,97).

На основании этих уравнений определяют расход теплоносителей, кг/с:

По приложению 3[1] определяем теплоемкость для средних температур теплоносителей.

;

Поверхность нагрева подогревателя , находится из уравнения теплопередачи:

,где Q – тепловая нагрузка, Вт;

K – коэффициент теплопередачи, ;

- средний температурный напор между теплоносителями,⁰C;

Для водоводяных подогревателей величина определяется по формуле: , где - большая и меньшая разности температур между теплоносителями на входе и выходе теплообменника.

Для определения изобразим изменение температур теплоносителей при их противоточном движении в теплообменном аппарате на рис.1

рис.1

Определяем ^оС

Общий коэффициент теплопередачи К, , с достаточной степенью точности можно определить по известной формуле для плоской стенки:

где - коэффициенты теплоотдачи с внешней и внутренней сторон трубки, ;

- толщина стенки трубки, м;

- коэффициент теплопроводности материала трубки ;

=58 для стальных трубок

- термическое сопротивление загрязнений, отлагающихся на поверхности нагрева с обоих сторон ;

В водоводяных теплообменниках используют стальные трубки с наружным диаметром равным 16 мм и внутренним диаметром равным 14 мм. Толщина стенки .

- толщина слоев загрязнений [по табл., стр.20] для сырой воды ;

- для химически очищенной воды;

- коэффициент теплопроводности загрязнений [по табл.,стр.20]

Находим коэффициенты теплоотдачи .

, где В– коэффициент, объединяющий комплекс величин, зависящих только от температуры воды, и определяемый по рис.2.3 [1]для средних температур теплоносителей.

, B₁=10,5

, B₂=12,1

- средняя скорость воды м/с;

r_т – плотность воды при средней температуре, определяется по приложе-нию 3[1]

, r_Т1 =971,8 кг/м ³

, r_Т2 =950,9 кг/м ³

При конструктивном расчете водоводяных подогревателей скорость воды в трубках принимают в пределах 0,5 – 3 м/с. Принимаем w _Т1=2м/c

Гидравлический диаметр при движении воды внутри трубок равен их внутреннему диаметру d_Г1=14мм, а при движении в межтрубном пространстве он определяется по формуле:

, где f – площадь поперечного сечения потока, ;

Р – смачиваемый периметр сечения, м.

Объемный расход теплоносителей определяется как:

V = G/p_Т

V₁ = G₁/r_Т1=15,48/ 971,8= 0,0159 м ³/c

V₂ = G₂/r_Т2= 8,96/ 950,9=0,0094 м ³/c

Cуммарное сечение всех труб:

F_S = V₁ /w_Т1 = 0,0159/2= 0,00795 м ²

Сечение одной трубы:

f= =0,000154 м²

- внутренний диаметр трубы

Число труб: n = F _S / f = 0,00795/0,000154=51,62

Принимаем число трубок в трубной решетке равное 62 при концентрическом размещении их.

Пересчитываем значение скорости для стандартного числа трубокw_Т1

w_Т1= V₁ /n × f= 0,0159/(62 × 0,000154) =1,67 м/c

По таблице раздаточного материала определим отношение диаметра трубной решетке к шагу для n = 62

D’/ S = 8

Шаг трубной решетки

S = 1,4 × d _нар=1,4 × 16 × 10^-3 = 22,4 × 10^{– 3}м

- наружный диаметр трубы

Диаметр трубной решетки

D’ = 8 × S = 8 × 22,4 × 10^{– 3}=0,18 м

Внутренний диаметр корпуса

D = D’ + d _нар + 2× к = 0,18 + 0,016 + 2 × 0,0064 = 0,21 м, где

к – кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом:

к = S – d = 22,4-16=6,4× 10^-3 м

Площадь межтрубного пространства:

Скорость воды в межтрубном пространстве:

w_Т2=V₂ / F_МП = 0,0094/0,022=0,43 м/c

Гидравлический диаметр внутри трубок:

d_Г1 = d_вн=14 мм

Гидравлический диаметр снаружи трубок:

d_Г2 = 4 × F_МП / P = 4 × 0, 022/ 3,77 = 0,023 м,

где P – смачиваемый периметр сечения, определяемый как:

P=p × D + n × p × d _нар = 3,14× 0,21+ 62 × 3,14 × 0,016=3,77 м

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к химически очищенной воде:

Коэффициент теплоотдачи от сетевой воды к стенке трубки:

Расчет общего коэффициент теплопередачи: =1мм

Поверхность нагрева подогревателя, находится из уравнения теплопередачи:

Длина трубок (расстояние между трубными решетками)

L = H / (p × d _ср × n × z) =61,4/ (3,14 ×0,015× 62 × 4) =5,3 м, где z – число ходов,

d_ср – средний диаметр трубки, рассчитанный по:

Получается 4 секции по5,3 м