Расчет и выбор теплообменных аппаратов.

Для расчетов используем уравнения теплового баланса, расходы греющего пара или воды через теплообменники.

Таблица 2.1 – Расчет тепловых мощностей в аппаратах

Наименование	Формула	ед. изм	Знач.	Тип
ПСВ		кВт	4070,5	п-в
ОК		кВт		в-в
Конд.бак		кВт
ОДВ		кВт		в-в
ПСыВ		кВт		п-в
РНП		кВт
Деаэратор Д		кВт

Площадь поверхности нагрева (F) теплообменника, м²[2. формула (4.2)]:

, (27)

где Q_i – тепловая мощность теплообменника, кВт;

k – коэффициент теплопередачи, кВт/(м² · К), при учебных расчетах k принимается равным:

- для водоводяных теплообменников 1 кВт/(м² · К),

- для пароводяных – 2 кВт/(м² · К);

- для пластинчатых – в 2 раза больше

– коэффициент, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения;

– температурный напор, определяется по [2. формула (4.3-4.4)]:

При / > 1,7 ,

При / ≤ 1,7 , (34)

где и – большая и меньшая разности температур теплоносителей на разных концах теплообменного аппарата.

Таблица 2.2 – Расчет площади поверхности нагрева по формуле (27-28)

Таблица 2.3 – Принятые диаметры и действительные скорости в трубах аппаратов

При расчете температурного напора для каждого теплообменника строим графики, указав значения температур, большие и меньшие перепады температур и направление движения потоков (рисунок 2.1).

1. Пароводяной подогреватель сетевой воды

2. Водо – водяной охладитель конденсата

120,2

3. Пароводяной подогреватель сырой воды

104,8

92,2

4. Водо – водяной охладитель деаэрированной воды

Рисунок 2.1 – Графики по определению температурного напора для

теплообменников 1…4

2.2.1 Выбор теплообменника подогрева сетевой воды.

Для котельной второй категории нужно 2 параллельно работающих теплообменника подогрева сетевой воды на расчетную мощность – т.е. вдвое меньшей площади.

По расчетной поверхности нагрева выбираем теплообменник, имеющий ближайшую большую поверхность нагрева.

По [2. таблица 3] выбираем тип теплообменника ПП-1-17-7-II для графика 70/130ºС.

Определяем для выбранного теплообменника скорость подогреваемой воды в трубах, которая не должна превышать 1,5–2,0 м/с [2. формула (4.5)]:

(35)

где D – расход подогреваемой воды в трубах, кг/с;

ν’ – удельный объем воды, м³/кг;

f – живое сечение для прохода воды, f =0,0096 м². (справочн. данные)

Скорость воды в трубах одного теплообменника при полном расходе:

Принимаем горизонтальный пароводяной теплообменник ПП-1-17-7-II и количество устанавливаемых теплообменников – два параллельно работающих.

Характеристика:

- Площадь поверхности нагрева 17,2 м².

- Давление греющего пара 2,0 МПа.

- Расход воды номинальный - 59 т/ч.

- Гидравлическое сопротивление при расчетном расходе воды -0,03 МПа.

- Длина трубок (мм) × количество трубок (шт.) - 3000 × 124.

- Сечение для прохода воды -0,0096 м2.

- Диаметр корпуса - 426 мм. Длина подогревателя - 3630 мм.

- Число ходов по воде -2 шт. Масса -700 кг.

Рисунок 2.2 – Подогреватель пароводяной с эллиптическими днищами: 1-корпус; 2-камера водяная передняя; 3- камера водяная задняя; 4-трубная система; 5-трубы теплообменные; 6-доска трубная задняя; 7- доска трубная передняя; 8-днище камеры передней; 9-днище камеры задней; 10-днище корпуса; 11-отбойный лист.

Подогреватель представляет собой кожухотрубный теплообменник горизонтального типа, основными узлами которого являются: корпус, трубная система, передняя и задняя (плавающая) водяные камеры, крышка корпуса (рисунок 2.2).

Сборка подогревателя производится из основных узлов с помощью разъемного фланцевого соединения, обеспечивающего возможность профилактического осмотра и ремонта.

Рисунок 2.3 – Схема обвязки паро-водяного подогревателя сетевой воды

Нагреваемая вода движется по трубкам, а греющий пар через патрубок в верхней части корпуса поступает в межтрубное пространство, в котором установлены сегментные перегородки, направляющие движение парового потока. Конденсат греющего пара стекает в нижнюю часть корпуса и отводится из подогревателя. Не конденсирующиеся газы (воздух) отводятся через патрубок на корпусе аппарата.

2.2.6 Выбор теплообменника охладителя конденсата.

Тип подогревателя водо-водяной.

Для котельной второй категории нужно 2 параллельно работающих теплообменника охладителя конденсата на расчетную мощность – т.е. вдвое меньшей площади.

В подогревателях для систем отопления греющая вода (конденсат) проходит по трубному пространству, а нагреваемая (сетевая вода) – по межтрубному (рисунок 2.4). В подогревателях для систем водоснабжения греющая вода проходит по межтрубному пространству, а нагреваемая – по трубкам.

Для охладителя конденсата скорость подбираем по сечению трубного пространства, так как аппарат используется в системе отопления.

Подогреватель эффективно работает при скоростях воды:

-в трубном пространстве – 0,7…1,3 м/с;

-в межтрубном пространстве – 0,7…1,1 м/с.

Для подбора скоростей меняем число секций, набирая из нескольких секций потребную площадь теплообмена.

Требуемая площадь трубного пространства при расходе конденсата D=0,846 кг/с и скорости ω=1,1 м/с:

Выбираем по [2. Таблица 5] теплообменник ПВ-Z-04 с параметрами:

- Наружный диаметр трубы × длина по фланцевому разъему – 76 × 4000мм.

- Поверхность нагрева одной секции – 1,31 м².

- Площадь сечения межтрубного пространства – 0,00233 м².

- Площадь сечения трубного пространства – 0,00108м².

Z – число секций в теплообменнике.

Действительная скорость конденсата в трубном пространстве: , что допустимо.

Для требуемой площади нагрева F_OK=8,35 м²составляем секцию из 7-и корпусов, соединенных калачами, тогда площадь нагрева в теплообменнике составит 7*1,31 м²=9,17 м²/секций.

Действительная скорость сетевой воды в межтрубном пространстве: .

Скорость подогреваемой воды в межтрубном пространстве больше допускаемой, поэтому лишнюю нагреваемую воду пускаем по байпасной линии в обход теплообменника.

Принимаем горизонтальный водо-водяной теплообменник ПВ-7-04. Количество устанавливаемых теплообменников: два параллельно работающих.

Размеры корпуса: D_н=114 мм. L₁=4000 мм.

Рисунок 2.4 – Секция охладителя конденсата из двух корпусов: 1-трубная доска; 2-трубный пучок; 3-опорные кольца; 4-соединительный калач; 5-компенсатор; 6-корпус; 7-переходный патрубок.

2.2.7 Выбор теплообменника подогрева сырой воды.

Подогреватели пароводяные типа ППВ предназначены для подогрева воды, поступающей на химводоочистку в отопительных, отопительно-производственных и производственных котельных. Представляет собой аппарат горизонтального типа, с неподвижными трубными решетками. Состоит из трубной системы, передней и задней крышек, арматуры и КИП (рисунок 2.6). Греющий пар поступает в межтрубное пространство, разделенное горизонтальной перегородкой на две части, благодаря чему имеет два хода. Нагреваемая вода движется по трубам трубной системы и за счет перегородок в передней и задней крышках имеет четыре хода. Коррозионно-стойкие латунные теплообменные трубки повышают надежность работы подогревателя. Указатель уровня жидкости позволяет визуально наблюдать за уровнем конденсата в трубной системе, а термодинамический конденсатоотводчик служит для постоянного его отвода.

Характеристика:

- Площадь поверхности нагрева 3,97 м2.

- Температура среды, ºС: на входе – 8,4; на выходе - 30.

- Длина трубок (мм) × количество трубок (шт.) - 1700 × 40.

- Диаметр трубки × толщина стенки - 16×1, мм.

- Сечение для прохода воды -0,00452 м2.

- Масса -275 кг.

Скорость воды в трубном пространстве при расходе сырой воды 2,169 кг/с

Рисунок 2.6 - Теплообменник подогрева сырой воды ППВ-25. Размеры: Dн=273. δ=9. δ1=14. С=1754. С1=1394. С2=160. С3=150. С4=800. С5=120. С6=230. d=120. а=180. b=195. Н=695. Н1=195. Н2=180. И=260. М=350 – мм.

2.2.8 Выбор теплообменника охладителя деаэрированной воды.

Для охладителя деаэрированной воды скорость подбираем по сечению межтрубного пространства, так как аппарат используется в системе водоснабжения.

Требуемая площадь межтрубного пространства при расходе G_подп=4,212 кг/с и скорости ω=1,1 м/с:

Выбираем по [2. Таблица 5] теплообменник ПВ-Z-08 с параметрами:

- Наружный диаметр трубы × длина по фланцевому разъему – 114 × 4000мм.

- Поверхность нагрева в одном корпусе –3,54 м².

- Площадь сечения межтрубного пространства – 0,005 м².

- Площадь сечения трубного пространства – 0,00293м².

Z – число секций в теплообменнике.

Действительная скорость деаэрированной воды в межтрубном пространстве: , что допустимо.

Действительная скорость х.о.в. воды в трубном пространстве:

Для требуемой площади нагрева F_одв=4,2 м²составляем секцию из 2-х корпусов, соединенных калачём, тогда площадь нагрева в теплообменнике составит 3,54*2=7,08 м²

Принимаем горизонтальный водо-водяной теплообменник ПВ-2-08. Количество устанавливаемых теплообменников: один рабочий и один резервный.

2.2.9 Выбор деаэратора питающей воды.

Выбор деаэратора производится по расходу деаэрированной воды.

По [2. Таблица 7] выбираем деаэратор атмосферного давления ДА-25.

Характеристика:

- Номинальная производительность 25 т/ч=6,94 кг/с.

- Диаметр и толщина стенки корпуса колонки – 530×6 мм.

- Высота колонки – 2195 мм.

- Полезная вместимость аккумуляторного бака -8,0 м³.

- Диаметр аккумуляторного бака – 1616,0 мм.

- Толщина стенки аккумуляторного бака – 8,0 мм.

- Поверхность охладителя выпара – 2,0 м².

Выделяющиеся газы О₂и СО₂, и вместе с ними небольшое количество водяного пара, выбрасываются в атмосферу. Концентрация кислорода не должна превышать за атмосферным деаэратором 30 – 50 мкг/кг. Содержание свободной углекислоты в деаэрированной воде должно быть равно нулю.

Установка резервных деаэраторов не предусматривается. Для предотвращения кавитации в питательных и в подпиточных насосах деаэраторы в зависимости от охлаждения питательной воды устанавливаются на высоту 2,0 м

при 80 ^ОС.

Деаэраторы атмосферного типа состоит из деаэраторного бака, деаэрационной колонки и гидрозатвора (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 –Общий вид деаэратора

Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэратора предусмотрено предохранительное устройство – гидрозатвор, защищающий его от опасного превышения давления и уровня воды в баке. В деаэраторах атмосферного типа применена двухступенчатая схема дегазации – первая, струйная, вторая, барботажная.

2.2.6 Расчет и выбор конденсатного бака.

Для приема конденсата с производства, из теплообменников собственных нужд в котельных устанавливают конденсатный бак.

Определяем емкость бака, равную получасовому расходу возвращаемого конденсата [2. формула (4,6)], м³: