Тепловой расчет подогревателя

Содержание

Введение…………………………………………………………………...

1. Тепловой расчет подогревателя……………………………………….

2. Гидравлический расчет………………………………………………...

3. Механический расчет…………………………………………………..

Заключение………………………………………………………………..

Список используемой литературы………………………………………

Угловая спецификация…………………………………………………...

ВВЕДЕНИЕ

Теплообмен - учение о самопроизвольном необратимо протекающем процессе распространения теплоты в пространстве. Теплообменными аппаратами называют устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому, а также для осуществления различных технологических процессов: нагревания, охлаждения, кипения, конденсации.

По принципу действия различают поверхностные и контактные (смесительные) аппараты. В поверхностных теплообменниках теплота от среды с более высокой температурой передается твердой стенке (насадке), а от нее - более холодной среде. В контактных аппаратах теплообмен осуществляется при непосредственном соприкосновении теплоносителей и, как правило, сопровождается переносом массы. Поверхность твердой стенки или границы раздела контактирующих сред, через которую осуществляется теплообмен, называется поверхностью теплообмена или поверхностью нагрева, а если теплообмен сопровождается передачей масс, - поверхностью тепломассообмена. Поверхностные теплообменные аппараты делят на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных теплообменниках передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их стенку. В регенеративных теплообменниках греющий и нагреваемый теплоносители поочередно омывают одну и ту же сторону поверхности нагрева (насадки). Во время соприкосновения с нагреваемым теплоносителем отдает ему теплоту и охлаждается.

Промышленные теплообменные аппараты должны обеспечивать высокий коэффициент теплопередачи при возможном меньшем гидравлическом сопротивлении, сочетать надежность и герметичность с разборностью и доступностью поверхности теплообмена для механической очистки ее от загрязнений, должны обладать технологичностью механизированного изготовления широких рядов поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур, давлений, а также иметь компактность и наименьший расход материалов.

По виду теплоносителя теплообменные аппараты бывают: водяные, пароводяные, газо-воздушные, газо-мазутные.

Теплообменные аппараты бывают: прямоточные, противоточные, перекрестные и смешанные в зависимости от движения теплоносителей в них. Лучшие результаты, с точки зрения снижения поверхности нагрева, дает противоточное движение, поэтому во всех теплообменные аппаратах, где это возможно, создают противоток движения.

Теплообменные аппараты бывают одноходовыми и многоходовыми.

Многоходовые теплообменные аппараты изготавливают для увеличения поверхности теплообмена при меньших габаритах, обеспечивая большую компактность Двухходовой кожухотрубчатый теплообменный аппарат (рис.1) состоит из кожуха и пучка труб, закрепленных в решетках для создания двух противоточных каналов. Первый канал находится в межтрубном пространстве и предназначен для нейтральных сред, а второй, полученный из проходного сечения труб, предназначен для растворов и жидкостей, способных загрязнять внутренние поверхности труб.

Рисунок 1. Двухходовой кожухотрубный рекуперативный аппарат

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

Тепловой расчет теплообменников очень громоздок, так как он выполняется методом последовательных приближений.

Исходные данные для расчета многоходового кожухотрубного теплообменного аппарата: давление воды, 0,16 МПа; температура воды на входе, 7⁰С; температура воды на выходе, 81⁰С; расход воды, 115м³/ч; температура греющего пара, 154⁰С; тепловые потери, 4%.

1.1При средней температуре воды tв.ср=0,5(t`в+t``в)=0,5(7+81)=44 ⁰С

определяем теплофизические характеристики теплоносителя внутри труб, с помощью таблицы «Теплофизические свойства воды на линии насыщения» (приложение 7):

1. C_в - удельная теплоемкость воды, С_в= 4,1798

2. r_в - плотность воды, r_в= 990,5

3. u_в - коэффициент кинематической вязкости, u_в= 0,617 10^-6

4. l_в - коэффициент теплопроводности, l_в =63,96 10^-2

5. Рr_в - число Прандтля 3, Рr_в =4,002.

1.2При средней температуре пара t_п.ср=0,5(t_п+t_s),⁰С, определим теплофизические характеристики теплоносителя в межтрубном пространстве, с помощью таблицы «Физические свойства водяного пана на линии насыщения» (приложение 8):

где t_п. - температура перегретого пара, °С; t_п=154 °С (дано по заданию), t_s - температура насы­щенного пара, °С, t_s= t_п - 25 °С, t_s= 154 - 25 = 129 °С,

t_п.ср=0,5(154+129)=141,5 ^оС,

1. С_п - удельная теплоемкость пара, С_п= 2,327

2. r_п- плотность пара, r_в= 2,053

3. u_п - коэффициент кинематической вязкости, u_в= 6,677 10^-6

4. l_п - коэффициент теплопроводности, l_п =2,8049 10^-2

5. Рr_п - число Прандтля 3, Рr_п =1,126.

С помощью h-S диаграммы определяем состояние пара при заданном его давлении Р_п. Если пар перегрет, то имеются две зоны теплообмена (Рис.2)

первая – охлаждение пара от t_п до t_s(F_зо- зона охлаждения);

вторая – конденсация насыщенного пара на вертикальных трубах (F_зк- зона конденсации).

Считаем, что переохлаждения конденсата нет. Расчет поверхности проводим отдельно для каждой зоны (Рис.2)

Вначале определяем параметры теплоносителей при средних температурах воды и пара в 1-й зоне, ⁰С

Рисунок 2. Изменение температуры теплоносителей в пароводяном подогревателе

1.3Определяем количество теплоты, передаваемой паром воде,

Q = G_в × ρ_в × С_в × (t_в^’’ + t_в^’), кВт

где G_в - объемный расход воды, ; (G_в= ),

С_в - теплоемкость воды, ; (С_в=4,1798 )

Q=0,032 × 990,5 × 4,183 × (81-7)=9 803,74 кВт.

1.4Определяем массовый расход пара,

,

где r-теплота парообразования, определяемая по температуре насыщения

пара (Приложение 8), r=2 177,15 ).

D_п= =4,386 ;

1.5Вычисляем количество теплоты, передаваемой паром воде в 1-й зоне,

Q ₁ = D _n× С _n×( t_п – t _s), кВт ,

где D_п - массовый расход пара, ; (D_п=8,14 ),

С_п- теплоемкость пара, ;; (С_n=2,49 ;),

Q₁=4,386 × 2,327 × (154-129)=255,15 кВт.

1.6Определяем количество теплоты, передаваемой паром воде во 2-й зоне,

Q₂=D_n×r, кВт.

Q₂=4,386 × 2177,15=9548,95 кВт.

1.7Проверим полученное значение переданной теплоты паром воде:

Q=Q₁+Q₂₌ 255,15+9548,95= 9804,13, кВт.

1.8Выберем произвольно диаметр трубок и скорость воды в них:

материал: сталь;

скорость воды: w_в =1 ;

толщина стенок трубок : d_{С Т}=0,001 м;

внутренний диаметр трубы: d_вн=0,027м;

наружный диаметр трубы: d_н=0,029м;

1.9Определяем режим течения воды в трубах:

Re=

где Re - критерий Рейнольдса;

n_в - коэффициент кинематической вязкости воды, ;

w_в - скорость воды в трубках, ,

Re= =43760,

Так как , то режим течения жидкости турбулентный.

1.10Определимкритерий Нуссельта для турбулентного режима течения воды в трубках:

Nu _ж = 0,023 Re ^0,8 Рr ^0,4 e_l

где - поправочный коэффициент,

Nu_ж=0,023 × 43760^0,8 × 4,002^0,4 × 1=206,776;

1.11Определяем коэффициент теплоотдачи от внутренней поверх­ности стенки трубки к водe:

α_ж= ,
где l_ж - коэффициент теплопроводности воды, ;

Nu - критерий Нуссельта для воды;

d_вн - внутренний диаметр тру­бок, м,

α_ж= =4898,29 .

1.12Вычисляем количество трубок:

, шт

шт.

1.13 Вычисляем шаг между трубками:

S= 1,4×d _н =1,4×0,029=0,0406, м.

1.14 Выбираем стандартное количество трубок, близкое к полу­ченному значению n_ст=61, шт.

1.15 Определяем (по Приложению 17) при n=61 шт. =8. Отсюда определяем диаметр трубной решетки D'=8 ×0,406= 0,3248 м.

1.16 Определяем внутренний диаметр корпуса:

D_вн = D' + d_н + 2К, м.

где - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата, К=0,001м.

D_BH=0,3248+0,029+2 ×0,01=0,4 м.