Расчёт горизонтального пароводяного, секционного водо-водяного и вертикального пароводяного подогревателя графоаналитическим методом - Контрольная работа
Характеристика горизонтального пароводяного, секционного водо-водяного и вертикального пароводяного подогревателей. Проведение расчётов подогревателей графоаналитическим методом. Нахождение площади проходного сечения трубок, расчётной поверхности нагрева.
Аннотация к работе
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 (м К)-1 [2, c. 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 перерасчет , задавая в качестве температуры стенки : Расчетный коэффициент теплопередачи , определяется по формуле: где - толщина стенки латунных трубок; 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 расчетов оставляем 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; 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 расчетная поверхность нагрева подогревателя определяются по следующим формулам: гдеВ первой части расчет сводиться к нахождению расчетной поверхности нагрева и диаметру трубок, затем все значения уточняются для проверки правильности выбора подогревателя.
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: 1) Тепловой конструктивный расчет горизонтального пароводяного подогревателя.
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 расчет горизонтального пароводяного подогревателя
Данный расчет 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 расчета
Расход воды массовый и объемный , определяется по формулам:
где - удельная теплоемкость 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 решетки; ?=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 (м К)-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 перерасчет , задавая в качестве температуры стенки :
Расчетный коэффициент теплопередачи , определяется по формуле:
где - толщина стенки латунных трубок;
- коэффициент теплопроводности для латунных трубок;
Расчет поверхности нагрева:
По расчетной поверхности нагрева и диаметру трубок по каталогу выбирается пароводяной подогреватель горизонтального типа, его технические характеристики: Таблица 1 - Технические характеристики ПНГ-25
Площадь поверхности нагрева , Количество трубок NДЛИНА трубок l, ММПРИВЕДЕННОЕ число трубок в вертикальном ряду m
25 164 2280 13
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 расчетов 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
Расчет секционного водо-водяного подогревателя заключается в определении общей площади поверхности теплообменника и необходимого количества секций. Греющим и нагревающим теплоносителями является вода. Причем. 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 расчета
Расход сетевой воды массовый и объемный , 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
Внутренний диаметр корпуса Двн, мм Количество трубок n Площадь проходного сечения трубок , м2Площадь проходного сечения межтрубного пространства , м2
259 109 0.01679 0.03077
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 расчетная поверхность нагрева подогревателя определяются по следующим формулам:
где
Для дальнейших расчетов 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:
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 расчета
Расход пара и объемный расход воды , определяются по формулам:
Средняя логарифмическая разность температур теплоносителей в подогревателе:
где
Далее применяется методика упрощенного графоаналитического метода расчета 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 упрощенной формулой:
где - температурный режим;
Имеем теплозависимость вида . Задаваясь рядом значений , вычисляем соответствующие им величины . Строим зависимость Складывая ординаты четырех зависимостей, строим теплозависимость (рис. 1). Из точки на оси ординат, соответствующей , проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения ее 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 расчетной площади нагрева и диаметру трубок по каталогу выбирается вертикальный пароводяной подогреватель, его технические характеристики:
Таблица 3 - Технические характеристики ПСВ-300-14-23
Площадь поверхности нагрева Количество трубок Высота трубок в одном ходе Максимальное рабочее давление в трубной системе/корпусе, МПА
311 1217 4.550 2.26/1.37
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.
Вывод
В данной работе был произведен расчет 3-х подогревателей различными методами.
В первой части расчет сводиться к нахождению расчетной поверхности нагрева и диаметру трубок, затем все значения уточняются для проверки правильности выбора подогревателя.
Во второй части расчет сводиться к нахождению площади проходного сечения трубок , затем все значения уточняются для проверки правильности выбора подогревателя.
В третьей части расчет сводиться к нахождению расчетной поверхности нагрева и диаметру трубок, затем все значения уточняются для проверки правильности выбора подогревателя.
Графоаналитический метод со всеми результатами приведен в приложении.
Список литературы
1.Каталог подогревателей ПСВ типа./ ОАО «САРЭНЕРГОМАШ»/ - 36 с.
2.Термодинамика и теплоустановки: Практическоеруководствок курсовой работе по одноименному курсу. /Авторы: Овсянник А.В., танцурин А. Б., Дробышевский Д.А./ 2004. -29 с.