Введение. 
Расчет сетевого подогревателя

Производим конструкторский тепловой расчёт четырёх ходового вертикального пароводяного подогревателя сетевой воды со свободной задней решёткой.

Исходные данные

Производительность аппарата — Q = 42 ГДж/час.

Параметры греющего пара:

давление Р = 0,25 МПа, температура t = 143⁰С (T = 416 K), энтальпия i = 2750 кДж/кг.

При давлении Р = 0,25 МПа температура насыщенного пара (при = 1.0) t = 127⁰C (T = = 400 K), а энтальпия насыщенной жидкости (при = 0) i = 534 кДж/кг.

Температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t₂^/ = 70⁰С, на выходе из теплообменник t₂^// = 130⁰С.

Поверхность нагрева состоит из латунных трубок диаметром d=18/20мм. Толщина стенки = 0.001м. Вода проходит через трубки, пар поступает в межтрубное пространство.

Коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду _п = 0.99.

Тепловой расчёт

Определяем расход пара по формуле:

Определим расход воды по формуле:

где С_р = 4,19 кДж/(кг К) — теплоёмкость воды, f = 965 кг/м³ — удельный вес воды при средней температуре tf = (130 + 70)/2 = 100⁰С.

Определим среднелогарифмическую разность температур теплоносителей в сетевом подогревателе воды по формуле:

где t_б = 143 — 130 = 13⁰С — больрный напор, тогда.

Коэффициент теплопередачи k определяем графоаналитическим способом, для чего предварительно находим для различных участков перехода тепла зависимость между тепловым напряжением q и среднелогарифмическим перепадом температур t.

1) передача тепла от пара к стенке. Коэффициент теплоотдачи определяем для случая конденсации пара на вертикальной стенке по формуле:

где Ar = ³²/ - число Архимеда, t_m = Ѕ(127 + 113) = 120⁰С (при t_m = 120⁰C Ar = 2300), r = i — i_m = 2750 — 534 = 2216 кДж/кг — скрытая теплота парообразования, Н = 4м — длина трубки, тогда.

тогда Задаёмся рядом значений t₁ и вычислим соответствующие значения q (табл.4.1).

Таблица 4.1.

Строим в масштабе кривую t₁= f (q₁).

2) передача тепла через стенку. Для латунной стенки _ст= 377 кДж/(м^,час^{, ,}К). Тогда.

Аналогично строим кривую t₂= f (q₂) (рис. 4.1).

3) передача тепла через накипь. Приняв для накипи _н= 12.6 кДж/(м^,час^,К) находим.

Строим кривую t₃= f (q₃) (рис. 4.1).

4) передача тепла от стенки к воде.

Скорость воды в пароводяных подогревателях обычно составляет от 0,5 до 3 м/сек, движение воды в трубках турбулентное, поэтому пользуемся формулой:

По таблице для средней температуры воды t_f = 100⁰C находим величину В = 45,25. Удельный вес воды при 100⁰С t = 965,5 кг/м³. Скорость воды в трубках принимаем равной 1,4 м/сек. Подставляя соответствующие величины имеем, что.

Аналогично предыдущему строим прямую линию зависимости t₄= f (q₄) (рис. 4.1), проходящую через начало координат.

Складывая ординаты четырёх кривых, строим суммарную кривую тепловых перепадов. Из точки m на оси ординат, соответствующей t_ср= =29.8⁰С, проводим прямую параллельную оси абсцисс, до пересечения её с суммарной кривой. Из точки пересечения n опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим, что.

q = 280^.10³ кДж/(м^2,час).

При этом коэффициент теплопередачи равен:

тепловой подогреватель температура вода.

Рис. 4.1. Тепловое напряжение поверхности нагрева.

Поверхность нагрева теплообменника равна.

Определяем основные конструктивные данные и размеры аппарата. Количество трубок в одном ходе равно.

Общая длина трубок равна.

Число ходов z равно.

Шаг между трубами принимаем равным Для определения диаметра корпуса аппарата необходимо найти размеры трубной решётки; поскольку аппарат 4-х ходовой, необходимо предусмотреть место для перегородок и анкерных болтов и в каждом ходе разместить 156 трубок. Всего трубок 156^,4 = 624 шт.

Нормальным расположением трубок считаем размещение центров трубок на трубной доске по углам равносторонних треугольников. По количеству трубок z = 624 шт, определяем диаметр D^/, на котором располагаются крайние трубки, выраженный через шаг S между трубками.

Находим внутренний диаметр корпуса по формуле:

где d_нар — наружный диаметр трубки, k — кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом, который принимаем равным 10 мм.

D₀=780 + 20 + 20 = 820 мм = 0,82 м.