Расчет газо-водяного подогревателя сетевой воды

Исходные данные для расчета газо-водяного подогревателя [11, с.91]:

Расход сетевой воды через подогреватель - 75 т/ч

Температура воды на входе - 60 °С

Температура воды на выходе - 120 °С

Расход газов через подогреватель - 18,16 кг/с

Температура газов на входе - 388,69 °С

Газо-водяной подогреватель имеет поверхность нагрева в виде поперечно омываемых газами труб с наружным оребрением, расположенными в шахматных пучках. Количество ходов по воде — 3, по газу — 1.

Геометрические параметры подогревателя [11, с.93]:

Диаметр труб - 0,028 м

Диаметр ребра - 0,048 м

Внутренний диаметр трубы - 0,022 м

Толщина ребра - 0,002 м

Шаг ребра - 0,005 м

Поперечный шаг труб - 0,06 м

Продольный шаг труб - 0,045 м

Ширина подогревателя - 2 м

Высота подогревателя - 2 м

Для определения температуры газов на выходе из подогревателя составим уравнение теплового баланса подогревателя [10]:

Q_в = Q_г,

где Q_в – теплота, воспринимая водой, кДж/кг [10];

Q_г – теплота, переданная газами воде в подогревателе, кДж/кг [10].

Q_в = G_в^. (h" ­– h'), кДж/кг, (2.39)

где G_в – расход воды через подогреватель, т/ч;

(G_в = 75 т/ч = 20,83 кг/с);

h" – энтальпия воды на выходе из подогревателя, кДж/кг;

(h" = 505,05 кДж/кг);

h' – энтальпия воды на входе в подогреватель;

(h' = 253,23 кДж/кг).

Q_г = G_г^. (i' – i"), кДж/кг, (2.40)

где G_г – расход газов через подогреватель, кг/с;

(G_г = 18,16 кг/с);

i' – энтальпия газов на входе в подогреватель, кДж/кг;

(i' = 408,7 кдж/кг).

Тогда энтальпия газов на выходе из подогревателя может быть найдена из следующего выражения [10]:

i" = кДж/кг. (2.41)

i" = = 119,85 кДж/кг.

Q_в = 20,83^. (505,05-253,23)=5245,516 кДж/кг.

Q_г = 18,16^. (408,7-119,85)=5245,516 кДж/кг.

Тогда температура газов на выходе из подогревателя составит

J" = 116,6 °С [10].

Задачей расчета является определение необходимой поверхности нагрева подогревателя для обеспечения требуемой тепловой производительности.

Живое сечение поверхности нагрева для прохода газов определяется по следующей формуле [10]:

F = , м², (2.42)

где – поперечный шаг труб, м;

d – диаметр несущей трубы, м;

– высота ребра, м;

– шаг ребер, м;

– толщина ребра, м.

F = = 1,6 м².

Объем газов, проходящих в расчетном сечении, при плотности r = 1,292 кг/м³ [10]:

V_г = м³/с. (2.43)

V_г = = 14,09 м³/с.

Скорость газов в расчетном сечении [10]:

w_г = м/с. (2.44)

w_г = = 8,806 м/с.

Для круглых труб с круглыми ребрами отношение поверхности ребер к полной поверхности с газовой стороны [10]:

= , (2.45)

где D – диаметр ребра, м.

= = 0,9005.

Отношение участков несущей поверхности без ребер к полной поверхности с газовой стороны [10]:

(2.46)

Далее определим коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматного пучка труб с круглыми ребрами из следующего выражения [10]:

a _к = 0,23 С_z j , ккал/(м²∙ч∙°С), (2.47)

где С_z – поправочный коэффициент, определяется по номограмме;

j – параметр, учитывающий геометрическое расположение труб в пучке [10];

l – коэффициент теплопроводности при средней температуре потока газов, ккал/(м²∙ч∙°С);

n – коэффициент кинематической вязкости при средней температуре потока газов, м²/с.

a _к=0,23∙1,02∙1,228^0,2∙

= 55,38 ккал/(м²∙ч∙°С).

Параметр j [10]:

j = (2.48)

где s₁ – относительный поперечный шаг труб;

s₂ – относительный продольный шаг труб.

j = =1,228.

Относительный поперечный шаг труб [10]:

s ₁ = . (2.49)

s ₁ = = 2,143.

Относительный продольный шаг труб [10]:

s ₂ = . (2.50)

s ₂ = = 1,607.

Относительный диагональный шаг труб [10]:

s'₂ = . (2.51)

s'₂ = =1,931.

Приведенный коэффициент теплоотдачи с газовой стороны, отнесенный к полной поверхности, определяется по формуле [10]:

a '_1пр = ккал/(м²∙ч∙°С), (2.52)

где Е – коэффициент эффективности ребра, определяемый в зависимости от формы ребер и параметров bh_рб и D/d по номограмме [11, с.180].

a '_{1 пр} = = 47,89 ккал/(м²∙ч∙°С).

Параметр, определяющий коэффициент эффективности ребра, b [10]:

b = , (2.53)

l _м – коэффициент теплопроводности металла ребер, ккал/(м²∙ч∙°С);

m – коэффициент, для ребер постоянной толщины равен 1;

– коэффициент, учитывающий неравномерную теплоотдачу по поверхности ребра, для ребер с цилиндрическим основанием принимается равным 0,85;

e –коэффициент загрязнения, при сжигании газа принимается

равным 0.

b = = 37,146.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к полной поверхности с газовой стороны, найдем по следующей формуле [10]:

k = . (2.54)

Для поверхностей нагрева, в которых нагревается вода, влиянием 1/a₂ пренебрегают, т.к. a _{2 >>} a ₁ [10].

Тогда k = a '_{1 пр} = 45,38 ккал/(м²∙ч∙°С) = 52,77 Вт/(м²∙К).

Для нахождения необходимой поверхности нагрева подогревателя, необходимо решить уравнение теплового баланса [10]:

Q_г = kH D t, (2.55)

H = (2.56)

где D t – температурный напор в подогревателе, °С.

Далее необходимо определить температурный напор. Для этого составим схему движения сред в подогревателе.

В подогревателе применена трехходовая по воде схема с перекрестным током.

Температурный напор в подогревателе определяется по следующей формуле [10]:

D t = j D t_прт,°С, (2.57)

где D t_прт — температурный напор для противоточной схемы движения сред в подогревателе, °С;

j = 1 — коэффициент пересчета от противоточной схемы к перекрестной. Находится по номограмме в зависимости от параметров Р и R.

Рисунок 2.2 – Схема движения сред в подогревателе

Полный перепад температуры воды в подогревателе [10]:

t_м = t” – t’, °С. (2.58)

t_м = t” – t’ = 120 – 60 = 60 °С.

Параметр Р номограммы, определяющий коэффициент пересчета от противоточной схемы к перекрестной [10]:

P= (2.59)

P=

Параметр R номограммы, определяющий коэффициент пересчета от противоточной схемы к перекрестной [10]:

R = (2.60)

R = .

D t_прт = °С, (2.61)

где – наибольшая разность температур сред на конце поверхности нагрева, °С;

– наименьшая разность температур сред на конце поверхности нагрева, °С.

Эти величины определяются по формулам [10]:

= J’ – t”,°С. (2.62)

= 388,69 – 120 = 268,69 °С.

= J” – t’,°С. (2.63)

= 116,6 – 60 = 56,6 °С.

Полный перепад температуры газа в подогревателе [10]:

t_б = J’ – J”, °С. (2.64)

t_б = 388,69 – 116,6 = 272,09 °С.

Тогда температурный напор для противоточной схемы движения сред в подогревателе:

D t_прт = =71,26 °С.

Температурный напор в подогревателе будет равен:

D t = 1∙71,26 = 71,26 °С.

Тогда, с учетом найденных ранее значений Q_г, D t и k, определим необходимую полную поверхность нагрева подогревателя:

H = = 1394,828 м².

Тогда, оребреная поверхность труб будет иметь площадь 1256,043 м², а гладкая соответственно 138,785 м². Тогда общая длина труб может быть найдена простыми вычислениями и она составит 2629,56 м.

При заданных геометрических параметрах подогревателя можно найти количество труб в ряду и количество рядов труб. Они составят [11]:

количество труб в ряду – 34 шт,

количество рядов – 39 шт.

Геометрические размеры подогревателя при полученном количестве труб в ряду и количестве рядов труб составят (рабочая часть, без учета подводящих и отводящих патрубков по газовой и водяной стороне) [11]:

длина –1,8 м, ширина – 2 м, высота – 2 м.

Дата добавления: 2015-07-10