Тепловой расчет вертикального подогревателя сетевой воды

Министерство образования РФ

Иркутский государственный технический университет

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ СЕТЕВОЙ ВОДЫ

Выполнил: студент группы УЭСТ-04

Диденко С.А.

Принял: Доцент Домрачев Б.П.

Иркутск 2007

Подогреватели сетевой воды вертикальные (ПСВ)

Сетевые подогреватели служат для подогрева паром из отбора турбин сетевой воды, используемой для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения тепловых потребителей. В зависимости от температурного графика тепловых сетей подогрев воды в сетевых подогревателях осуществляется от 40 - 70 °С до 70 - 120 °С. Поэтому в качестве греющей среды используется пар из двух совместно регулируемых теплофикационных отборов турбин с интервалом давлений в нижнем отборе от 0,05 до 0,2 МПа, а в верхнем - от 0,06 до 0,25 МПа.

На рис.2 изображён вертикальный сетевой подогреватель ПСВ-315-14-23. В марке аппарата отражены его характеристики: аббревиатура (ПСВ) - назначение, первое число - площадь поверхности теплообмена, м² (315), второе и третье числа - рабочие давления в паровом и водяном пространстве, кгс/см².

Основными отличиями ПСВ от ПНД является то, что поверхность нагрева выполнена в форме пучка 3 из прямых труб диаметром 19×1мм и наличие нижней “плавающей” водяной камеры 5 и трубной доски. Использование прямых труб объясняется тем, что сетевая вода хуже очищена, чем питательная и содержит больше примесей, поэтому требуется периодическая чистка труб.

Сетевая вода подводится и отводится через патрубки А и Б в своде верхней водяной камеры 1. Верхняя и нижняя водяная камеры соединены с трубными досками анкерными связями. Верхняя трубная доска жёстко соединены с корпусом подогревателя 2. Концы труб развальцованы в верхней и нижней трубных досках.

Рис 2. Вертикальный сетевой подогреватель ПСВ-315- 14-23 А, Б - патрубки подвода и отвода сетевой воды, В - подвод греющего пара, Г - подвод конденсата из других ПНД, Д - отвод конденсата пара, 1 - верхняя водяная камера, 2 - корпус подогревателя, 3 - трубная система, 4 - анкерные трубы, 5 - «плавающая» водяная камера, 6 - анкерные связи трубной доски.

Поэтому нижняя водяная камера висит на трубах и свободно может перемещаться относительно корпуса при нагревании и удлинении труб, так как труба изготовлена из латуни, а корпус - из стали и при одной и той же температуре удлинение различно.

Верхняя и нижняя водяные камеры имеют перегородки для организации двух - или четырёхходового движения воды с целью увеличения скорости и коэффициента теплоотдачи и уменьшения площади поверхности нагрева.

Пар подаётся в подогреватель в патрубок В в верхней части корпуса и совершает зигзагообразное поперечное движение благодаря горизонтальным перегородкам по высоте подогревателя. Конденсат греющего пара отводится через нижний патрубок Д. Через патрубок Г подводится дренаж от подогревателя с более высоким давлением греющего пара.

Условие

Сетевая вода при давлении P₂ и с расходом G₂ и скоростью ω подаётся в вертикальный сетевой подогреватель (ПСВ) с температурой  и, совершив по латунным трубам (латунь Л68, , диаметр 19x1 мм) m ходов, выходит из аппарата с температурой . Греющей средой является насыщенный пар с давлением P₁ и температурой (t_н), который проходит в межтрубном пространстве и конденсируется на наружной поверхности труб.

Исходные данные:

  P₁, МПа              

P₂,

МПаG₂,

кг/сω,

м/с

Расчет

Найдем среднюю температуру воды

Определяем по таблицам теплоемкость воды.

Определяем тепловой поток, получаемый водой.

Найдем расход пара. При  и  энтальпия пара на входе по h-S диаграмме.

При  и Х=0 температура насыщения ровна:

а энтальпия конденсата на входе равна:

Тогда - расход пара равен:

Определяем средне логарифмический температурный напор.

Найдем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде.

Внутренний диаметр трубы равен:

По средней температуре воды находим по таблицам кинематическую вязкость.

Теплопроводность.

Число Прандтля.

Плотность.

Вычислим число Рейнольдса.

Течение воды турбулентное поэтому расчет ведем по формуле:

Коэффициент теплоотдачи равен.

Приближение 1

Коэффициент теплопередачи равен:

Средняя плотность теплового потока.

Площадь поверхности нагрева в первом приближении.

Найдем число трубок в одном ходе.

Найдем число трубок в одном ходе.

Округлим до целого.

Определим высоту трубок в первом приближении.

Приближение 2

Т.к. неизвестна температура стенки трубы со стороны конденсата, поэтому определяем свойства конденсата по температуре

Кинематическая вязкость.

Теплопроводность.

Динамическая вязкость.

Плотность конденсата.

Плотность пара.

Теплота, выделяющаяся при конденсации.

Константы графоаналитического метода.

Массив плотностей тепловых потоков.

Массив -температурные напоры между паром и стенкой.

Массив -температурные напоры между поверхностями стенки.

Массив -температурные напоры между стенкой и питательной водой.

Массив - температурные напоры между паром и питательной водой.

Зависимость температурных напоров от плотности теплового потока

°С

90

100

Искомая плотность теплового потока.

Площадь поверхности нагрева во втором приближении.

Находим точность приближения.

Т.к.  необходимая точность достигнута.

Внутренний диаметр кожуха.

Данные теплового расчета ПСВ

_,

_,

кВт

°CF,

м²N,

мDi,

Приближение 3

теплоемкость конденсат труба подогреватель

Вычислим температурный напор между паром и стенкой.

Температура стенки со стороны пара.

Средняя температура конденсата.

Теплофизические параметры конденсата при средней температуре конденсата.

Кинематическая вязкость.

Теплопроводность.

Динамическая вязкость.

Число Прандтля конденсата при температуре насыщения.

Число Прандтля конденсата при температуре стенки.

Найдем приведенную длину.

Т.к. , то режим стекания турбулентный.

Коэффициент теплоотдачи равен.

Коэффициент теплопередачи трубы с накипью.

Плотность теплового потока.

Площадь поверхности теплообмена.

Определим высоту трубок с накипью приближения.

Приближение 4

Вычислим температурный напор между паром и стенкой.

Температура стенки со стороны пара.

Средняя температура конденсата.

Теплофизические параметры конденсата при средней температуре конденсата.

Кинематическая вязкость.

Теплопроводность.

Динамическая вязкость.

Число Прандтля конденсата при температуре насыщения.

Число Прандтля конденсата при температуре стенки.

Найдем приведенную длину.

Т.к. , то режим стекания турбулентный.

Коэффициент теплоотдачи равен.

Коэффициент теплопередачи трубы с накипью.

Плотность теплового потока.

Площадь поверхности теплообмена.

Определим высоту трубок с накипью приближения.

Находим точность приближения.

Дополнительное задание

Определить, как изменяется F и H, если на внутренней поверхности труб появится слой накипи толщиной 0,1 мм с теплопроводностью

Внутренний диаметр накипи.

Коэффициент теплопередачи трубы с накипью.

Плотность теплового потока.

Площадь поверхности теплообмена.

Определим высоту трубок с накипью приближения.

Список литературы

1.       Домрачев Б.П., Корнеев В.В. Тепловой конструктивный расчёт подогревателя питательной воды высокого давления. Методические указания по выполнению курсовой работы. - Иркутск; Издательство ИрГТУ, 1997. - 32 с.

.         Краснощёков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. - М.: Энергия, 1980. - 288 с.

.         Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. - М.: Издательство МЭИ. 1999. - 168 с.

.         Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.

.         Исаченко В.П. и др. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с.

.         Тепло - и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под редакцией В.А.Григорьева и В.М.Зорина. - М.: Энергоиздат, 1982. - 552 с.