Расчёт калориферной установки

1 Расчёт калориферной установки

     Общие исходные данные для расчёта:

      - производительность L_в=90 м³/с;

      - температурный интервал нагрева воздуха [1]:

t`= - 55°С t`` = + 10°С

   Калориферная  установка выбирается исходя из площади поверхности нагрева, которая определяется:

                                                 _(1.1)

 где Р_в - плотность теплого воздуха на выходе из КУ, р_в = 1,291 кг/м³; (рv) - массовая скорость воздуха, проходящего через калориферы, кг/(м²с).

    Принимается решение - КУ монтировать калориферами типа KC_к-4-10-01. Это калорифер с биметаллической с накатанными ребрами трубкой. Эти калориферы обладают повышенными показателями теплосъёма по сравнению с другими типами.

    Технические характеристики калорифера [2]:

     - площадь нагрева F_с = 30,82 м²;

     - живое сечение секции:

     • по воздуху f_в = 0,24 м²;

     • по теплоносителю f_т = 0,00111 м²;

     - число ходов по теплоносителю  - 8;

     - эмпирическое выражение для расчёта  коэффициента теплопередачи

                              _(1.2)

где W - скорость прохождения греющего теплоносителя по трубкам секций, м/с; а, b, А - эмпирические коэффициенты. Для этого типа секции:

а = 0,51; Ь = 0,17; А = 15,96.  

1. Расчётная тепловая мощность КУ

                            _(1.3)

где L_в - производительность вентилятора, м³/с; Р_в - плотность теплого воздуха на выходе из КУ, р_в = 1,291 кг/м³;  С_Рв -удельная средняя массовая изобарная теплоёмкость воздуха, С_Рв = 1005 кДж/(кгК); t``, t` - начальная и конечная температуры нагреваемого воздуха соответственно, °С.

      

    2. Согласно [1] допустимая массовая скорость прохождения воздуха через КУ принимается в интервале (3-5) кг/(м²•с). Принимаем в пределах допустимой (pv) = 4,0 кг/(м²•с).

    3. Для обеспечения прохождения воздуха через калориферные секции с принятой массовой скоростью 4,0 м/с в установке должно быть секции:

                      _(1.4)

     _{Принимается 124 секции}

     4. Для дальнейшего расчета принимаем схему компоновки калориферных секций (рис. 1.)

     

     Рис. 1. Схема компоновки калориферных секций стояками в установке:

1,2,3,4 –  калориферные секций последовательно  соединенных  в стояк, m =4; I,II, …. n – стояки, параллельно присоединенные к теплосети Т₁ –Т₂.

    По схеме рис. 1 m = 4 секций, последовательно соединенные в стояке. Стояки (n) подключаются но теплосеть параллельно. Следовательно, согласно аэродинамики в установке будет всего 75 секций и     стояков.

5. Для  исключения замораживания КУ  в аварийных ситуациях и повышения  эффективности работы принимаем  двух контурную систему теплоснабжения с промежуточным теплоносителем – антифризом (рис.2).  
 

      Рис. 2. Схема двух контурной системы теплоснабжения калориферной установки.

    Поскольку у двухконтурной КУ исключена опасность замораживания - появляется возможность подбирать наиболее выгодный температурный режим работы, при котором устанавливается наивысший теплосъём с антифриза, проходящего через калориферные секции.

    Согласно [2] температуры греющего антифриза определяем

методом подбора из выражения:

                                                                                          

Где С_Ра - средняя массовая изобарная теплоёмкость теплоносителя (антифриза), С_Ра = 3,45 кДж/(кг•К); Ра - плотность теплоносителя (антифриза), Р_а = 1060 кг/м^З; А, Ь, а - коэффициенты и показатели степеней в выражении расчёта коэффициента теплопередачи, соответственно А = 15,96 b = 0,51 a = 0,17 ∆t_л – температурный напор между теплоносителем и воздухом на поверхности теплообменной трубки калорифера;   ∆t_a= t`_a – t``_a – разность температур греющего теплоносителя (антифриз).

    Общая противоточная схема теплообмена на секциях представлена на рис. 3.

      Рис. 3. Общая противоточная схема теплообмена на секциях.

    По схеме теплообмена (рис. 3) определяем разность температур и получим  меньший (∆t_м) и большим (∆t_б) перепады:

                     ∆t_м = t`<sub>a</sub> – t``<sub>в</sub>                                        ∆t<sub>б</sub> = t``<sub>a</sub> – t`_в

    Для расчетных условиях отношение (1.5) будет равно

    Изменяя температуры антифриза, подбираем такие значения t_a` и t_a``, при которых отношение будет равно 30,64.

    В конечном итоге находим искомые температуры, которые равны 

t`_a = + 80°С                                                     t_a`` = + 4°С

∆t_a= t`_a – t_а`` = 80 – 4 = 76

    Температурный напор Δt_л при t’_в= - 55 ^оС, t”_в=  + 10 ^оС будет равен

    Отношение будет равно

                                         

    Полученная величина 30,8, с достаточной для инженерных расчётов точностью, близка требуемой 30,64 (погрешность менее 1 %). Окончательно принимаем температуру антифриза:

                                                                                  

    Определяем число секций в КУ по теплосъёму.

    Расход антифриза через КУ:

    Скорость прохождения антифриза по теплообменным трубам стояков калориферных  секций:

                          

    Коэффициент теплопередачи КУ:

             

    Расчётное число секций по теплообмену:

                         

    Окончательно принимаем большее расчётное число секций, рассчитанное по аэродинамической скорости N = 124 

1.1 Расчёт промежуточного теплообменника КУ

    Для подогрева антифриза во втором контуре системы теплоснабжения КУ принимаем пластинчатый теплообменник (бойлер см. рис 2) марки Р-06. 

Расчётные данные

Тепловая  мощность аппарата, МВт                                        7,59

Расход греющеё воды, м³/с                                                      0,0267

Расход  нагреваемого антифриза, м³/с                                   0,0273

Температуры греющей воды, ^оС                                              95 – 25

Температуры нагреваемого антифриза, ^оС                              80 – 4

Температурный напор в теплообменнике при противо-

точной  схеме движения теплоносителей , ^оС                       17,83

    Противоточная схема движения теплоносителей в пластинчатом теплообменнике представлена на рис. 4.

                                          Рис. 4. Схема теплообмена

    Согласно схеме движения теплоносителей (рис. 4) находим разность температур греющей воды ( ) и антифриза ( ), и перепад температур между теплоносителями ( , ):

                                                   

                                                  

Технические характеристики

пластического теплообменника марки Р – 06

Рабочее давление в аппарате Р, МПа                                              1,0

Максимально допустимое гидравлическое

 сопротивление  Р, МПа              

- По  стороне греющей воды                                                              0,15                                                            

- По  стороне антифриза                                                                   0,15

Располагаемый перепад давления ΔР, кПа                                     -52

Теплофизические свойства антифриза при 

средней температуре, ^оС:

-                                                              33

Теплофизические свойства греющей воды при 

средней температуре, ^оС:

-                                                                            60

- теплоёмкость , кДж/(кг∙К)                                                             4,19

- коэффициент  теплопроводности λ_а, Вт/(м²∙К)                               0,659

- плотность  , кг/м³                                                                              989

- критерий  Прандтля Pr_a                                                                        1 ,72

- коэффициент  кинематической вязкости ν_а, м²/с                         0,265∙10^-6

Теплообменник комплектуется из пластин типа                              0,6

Угол  пересечения вершин гофр                                                            120^о

Площадь поверхности теплообмена F_пл, м²                                      0,6

Эквивалентный диаметр межпластинчатого канала d_э, м²           0,008

Площадь поперечного сечения одного канала , м²                    2,45∙10^-3

Приведенная длина каната l_к, м                                                            1,01

Коэффициент гидравлического сопротивления 

относительной длины канала                                                                    1,95

Диаметр условного прохода присоединяемого  штуцера d_у, мм        200

Теплопроводность  материала пластин λ_м, Вт/(м²∙К)                            50,5