Использование вторичных тепловых ресурсов Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Орский гуманитарно-технологический институт (филиал) ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» механико-технологический факультет кафедра электроснабжения и энергообеспечения РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине «Тепломассообменное оборудование предприятий» ОГТИ 140106.19 Руководитель: ______________ Елыкова А.Р. «____»______________2006 г. Исполнитель: студент группы ЭО-41 ______________ Словцов А.Е. «____»______________2006 г. Орск 2006 Задача 1 Произвести тепловой расчёт секционного кожухотрубного водо-водяного теплообменного аппарата (схема противоток). 1 Исходные данные Теплопроизводительность водоподогревателя Начальная температура греющей воды Начальная температура нагреваемой воды Конечная температура нагреваемой воды Рис. 1. Общий вид горизонтального секционного кожухотрубного теплообменника с опорами-турбулизаторами Рис. 2. Конструктивные размеры теплообменника 1 - секция; 2 - калач; 3 - переход; 4 - блок опорных перегородок; 5 - трубки; 6 - перегородка опорная; 7 - кольцо; 8 - пруток; 2 Тепловой расчёт секционного кожухотрубного водо-водяного теплообменного аппарата (схема противоток) 2.1 Максимальный расход нагреваемой воды, проходящей через водоподогреватель где с2 – удельная теплоёмкость нагреваемой воды, кДж/(кг ·0 С). Удельная теплоёмкость нагреваемой воды при температуре (1, прил. 9) 2.2 Необходимое сечение трубок водоподогревателя при скорости нагреваемой воды в трубках ωтр = 1 м/с где ρ2 – плотность нагреваемой воды, кг/м3 . Плотность нагреваемой воды при температуре (2, табл. 1.4) По табл. 1 прил. 7 СП 41 – 101 – 95 и полученной величине необходимого сечения трубок водоподогревателя подбираем тип водоподогревателя со стандартными характеристиками. Таблица 1 – Характеристики водоподогревателя Величина Обозначение Ед. измер. Значение Наружный диаметр корпуса секции DH м 57 Число трубок в секции n шт 4 Площадь сечений межтрубного пространства fмтр м2 0,00116 Площадь сечения трубок fтр м2 0,00062 Эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэкв м 0,0129 Коэффициент теплопроводности трубок λст Вт/(м·0 С) 105 Поверхность нагрева одной секции при длине секции 2м fсек м2 0,37 Тепловая производительность одной секции Система из гладких труб длиной 2м (исполнение 1 ) Qсек кВт 8 Размер трубки мм (3, табл. 7.1) 2.3 Скорость воды в трубках при двухпоточной компоновке 2.4 Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя Принимаем температуру греющей воды на выходе из водоподогревателя 2.5 Максимальный расход греющей воды, проходящей через водоподогреватель где с1 – удельная теплоёмкость греющей воды, кДж/(кг·0 С). Удельная теплоёмкость греющей воды при температуре (1, прил. 9) 2.6 Скорость воды в межтрубном пространстве при двухпоточной компоновке где ρ1 – плотность греющей воды, кг/м3 . Плотность греющей воды при температуре (2, табл. 1.4) 2.7 Средняя температура греющей воды 2.8 Средняя температура нагреваемой воды 2.9 Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки 2.10 Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к нагреваемой воде 2.11 Коэффициент теплопередачи водоподогревателя где φ – коэффициент эффективности теплообмена; β – коэффициент, учитывающий накипь и загрязнение поверхности труб в зависимости от свойств воды; а – толщина стенки трубы, м. λст = 105 Вт/(м·0 С); φ = 1,2; β = 0,92; а = 0,001 м (3,прил. 7) 2.12 Среднелогарифмическая разность температур между нагреваемой и греющей водой в водоподогревателе 2.13 Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя 2.14 Число секций водоподогревателя Принимаем 6 секций в одном потоке. Действительная поверхность нагрева одного потока Рис.3. Изменения температур теплоносителей по поверхности аппарата 2.15 Выбор теплообменного аппарата По полученной действительной поверхности нагрева водоподогревателя выбираем горизонтальный теплообменный многоходовой кожухотрубный аппарат для систем горячего водоснабжения в ИТП при двухпоточной схеме. Таблица 2 – Техническая характеристика ТМПГ 76×2 –1,0 – 5 – УЗ Величина Ед. измер. Тепловая мощность кВт 270 Площадь поверхности нагрева м2 3,25 Число ходов (секций) шт 5 Площадь сечения трубок м2 0,00108 межтрубного пространства м2 0,00233 Размер трубки, мм Эквивалентный диаметр мм 0,0164 Наружный диаметр корпуса секции мм 500 Габариты, a×l×h мм 0,55 × 2,51 × 0,73 Масса одного блока кг 350 Потери давления по трубкам кПа 20 по межтрубному пространству кПа 29 Максимальный расход нагреваемой воды м3 /ч 6,7 Коэффициент теплопередачи Вт/(м2 ·0 С) 5180 (3, табл. 7.4) 3 Тепловой расчёт пластинчатого водо-водяного теплообменного аппарата (схема противоток). Величины расходов и температуры теплоносителей на входе и выходе из водоподогревателя принимаются такими же, как и в преды­дущем расчёте. 3.1 Оптимальное соотношение числа ходов для греющей и нагреваемой среды Прини маем располагаемую разность давлений греющей и нагреваемой воды DР1 = 40 кПа; DР2 = 1 20 кПа Соотношение ходов не превышает 2, следо­вательно, принимается симметричная компонов­ка теплообменника. Рис. 1. Симметричная компоновка пластинчатого теплообменника 3.2 Тип и техническая характеристика пластины Выбираем тип пластины – 0,6р. Таблица 2 – Техническая характеристика пластины Показатель Ед. измер. Тип пластины – 0,6р Габариты, l × h × a мм 1370 ×300×1 Поверхность теплообмена м2 0,3 Вес (масса) кг 3,2 Эквивалентный диаметр канала м 0,008 Площадь поперечного сечения канала м2 0,0011 Смачиваемый периметр в поперечном сечении канала м 0,66 Ширина канала мм 150 Зазор для прохода рабочей среды в канале мм 4 Приведённая длина канала м 1,12 Площадь поперечного сечения коллектора (угловое отверстие на пластине) м2 0,0045 Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера мм 65 Коэффициент общего гидравлического сопротивления − Коэффициент гидравлического сопротивления штуцера − 1,5 Коэффициент теплопроводности пластины Вт/(м·0 С) 16 Коэффициент А − 0,368 Коэффициент Б − 4,5 (3, прил. 8.1) 3.3 Требуемое количество каналов по нагреваемой воде при оптимальной скорости воды в каналах ω2 = 0,4 м/с где fк – площадь поперечного сечения канала, м2 . Количество каналов по нагреваемой воде принимаем равным 1. 3.4 Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды Компоновка водоподогревателя симметричная, то есть m1 = m2 . 3.5 Фактическая скорость греющей воды 3.6 Фактическая скорость нагреваемой воды 3.7 Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины А = 0,368 3.8 Коэффициент тепловосприятия от стенки пластины к нагреваемой воде 3.9 Коэффициент теплопередачи λст = 16 Вт/(м·0 С); β = 0,82; а = 0,001 м (3, прил. 8) 3.10 Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя 3.11 Число ходов водоподогревателя Принимаем 7 ходов. Действительная поверхность нагрева Задача 2 Произвести расчёт двухступенчатой смешанной схемы теплоснабжения потребителей и ИТП. 1 Исходные данные Теплопроизводительность водоподогревателя Температурный график – 130/70 ºС 2. Расчет двухступенчатой смешанной схемы 2.1. Первая ступень Температура греющей воды на входе , ºС 41 Температура греющей воды на выходе, ºС 39 Температура нагреваемой воды на входе , ºС 15 Температура нагреваемой воды на выходе, ºС 29 Расход нагреваемой воды , кг/час 2098 Расход греющей воды, кг/час 16935 Теплопроизводительность, кВт 34 Обозначение подогревателя по гост Фактическая поверхность нагрева, кв.м. Расчетная поверхностннагрева, кв.м. Потеря напора в трубах , Па fi / скорсть воды в трубах , м. / с. Число секций, штук Потеря напора в межтрубном пространстве, Па 2-х метровые 57*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 4.06 2 1 1.1 12469 1.0 / 0.94 3 473841 75*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 2.02 22 2 1.6 4109 0.9 / 0.54 3 127632 88*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 1.64 25 3 2.7 1400 0.6 / 0.32 3 67534 114*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 0.94 2 5 5.2 558 0.4 / 0.20 3 23943 168*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е0.9 / 0.39 26 14 10.8 197 0.3 / 0.10 4 5158 219*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 0.6 / 0.23 4 18 17.1 49 0.3 / 0.6 3 1370 273*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 0.4 / 0.15 12 30 26.7 17 0.3 / 0.3 3 577 325*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.11 11 41 37.1 9 0.3 / 0.3 3 251 57*2000-Р –2 ЗТУ 400-28-406-88Е 1.0 / 4.06 3 9 8.3 956 0.3 / 0.9 23 11120764 75*2000-Р –2 ТУ 400-28-406-88Е 1.0 / 2.02 3 1 1.3 2739 0.9 / 0.54 2 239685 168*2000-Р –2 ЗТУ 400-28-406-88Е 0.9 / 0.39 23 10 8.5 148 0.3 / 0.10 3 10928 4-х метровые 168*4000-Р – 2ТУ 400-28-429-8Е 0.9 / 0.39 28 14 10.8 159 0.3 / 0.10 2 3162 75*4000-Р –1ТУ 400-28-406-88Е 1.0 / 2.02 4 1 . 0 / 2 . 02 3 1 1.3 2212 0.9 / 0.54 1 119843 2.2 Вторая ступень Температура греющей воды на входе (ºС) 70 Температура греющей воды на выходе (ºС) 41 Температура нагреваемой воды на входе (ºС) 29 Температура нагреваемой воды на выходе (ºС) 65 Расход нагреваемой воды (кг/час) 2098 Расход греющей воды (кг/час) 2604 Теплопроизводительность (кВт) 88 Обозначение подогревателя по гост Фактическая поверхность нагрева, кв.м. Расчетная поверхность нагрева, кв.м. Потеря напора в трубах, Па fi / скорсть воды в трубах, м./с. Число секцийштук Потеря напора в межтруб-ном пространст-ве, Па 2-х метровые 75*2000-Р – 19ТУ 400-28-429-82Е 0.9 / 0.31 2 12 12.1 26025 1.0 / 0.54 19 19118 168*2000-Р – 3ЗТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.6 2 112 109.7 1623 0.3 / 0.10 33 1006 219*2000-Р – 29ТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.3 2 171 168.2 478 0.3 / 0.6 29 313 273*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.02 1 240 237.1 136 0.3 / 0.3 24 109 75*2000-Р –15ТУ 400-28-406-88Е 0.9 / 0.31 2 10 9.6 20546 1.0 / 0.54 15 42516 114*2000-Р –15ТУ 400-28-406-88Е 0.6 / 0.23 2 27 26.3 2792 0.6 / 0.20 15 7694 168*2000-Р –2 5ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.6 1 87 86.0 1229 0.3 / 0.10 25 2154 219*2000-Р – 24ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.3 3 138 133.8 435 0.3 / 0.6 24 538 273*2000-Р – 19ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.2 4 195 187.2 108 0.3 / 0.3 19 206 325*2000-Р –18ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.2 3 256 250.1 53 0.3 / 0.3 18 93 4-х метровые 57*4000-Р – 11ТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 0.62 6 8 7.8 73.816 1.0 / 0.94 11 54090 75*4000-Р – 10ТУ 400-28-429-82Е 0.9 / 0.31 8 13 12.1 22115 1.0 / 0.54 10 12424 88*4000-Р –8ТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 2.02 7 1 . 0 / 2 . 02 3 18 16.7 6030 0.8 / 0.32 8 5853 114*4000-Р –8ТУ 400-28-429-82Е 0.5 / 0.14 7 35 33.2 3005 0.6 / 0.20 10 2421 273*4000-Р –12ТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.02 3 244 237.1 110 0.3 / 0.3 12 68 325*4000-Р –12ТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.02 6 336 316.1 57 0.3 / 0.3 12 30 75*4000-Р –8ТУ 400-28-406-88Е 0.9 / 0.31 10 11 9.6 17692 1.0 / 0.54 8 22675 88*4000-Р –8ТУ 400-28-406-88Е 0.7 / 0.22 7 15 14.0 7673 0.9 / 0.36 8 11512 114*4000-Р –8ТУ 400-28-406-88Е 0.5 / 0.14 9 29 26.3 2404 0.6 / 0.20 8 4103 168*4000-Р –13ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.6 6 91 86.0 1032 0.3 / 0.10 13 1120 219*4000-Р –12ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.03 3 138 133.8 351 0.3 / 0.6 12 269 273*4000-Р –10ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.02 10 206 187.2 92 0.3 / 0.03 10 108 325*4000-Р –9ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.02 256 250.1 43 0.3 / 0.03 9 0 Примечание. Расчет произведен с учетом снижения теплоотдачи в переходной области fi = 0,464·ln(Re) – 3.28 [fi = 0.35 (при Re<2300), fi = 1 (при Re>10000)] Список используемой литературы 1 Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. – 7-е изд., стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.: ил. 2 Манюк В.И., Каплинский Я.И., Хиж Э.Б. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1988. – 432 с.: ил. 3 Проектирование тепловых пунктов СП 41-101-95.