Тепловой расчёт бойлеров

3.1.1 Исходные данные для теплового расчёта бойлеров

 

Таблица 6 – Параметры воды и пара основных бойлеров

Расход воды, т/ч	2300
Температура воды при входе в подогреватель, ˚С	70
Температура воды при выходе из подогревателя, ˚С	105
Давление греющего пара, кгс/см2	1,6
Температура насыщения греющего пара, ˚С	113,3

 

Таблица 7 – Параметры воды и пара пиковых бойлеров

Расход воды, т/ч	1800
Температура воды при входе в подогреватель, ˚С	105
Температура воды при выходе из подогревателя, ˚С	150
Давление греющего пара, кгс/см2	8
Температура насыщения греющего пара, ˚С	170,41

 

Таблица 8 – Параметры воды и пара бойлеров в неотопительный период

Расход воды, т/ч	2300
Температура воды при входе в подогреватель, ˚С	40
Температура воды при выходе из подогревателя, ˚С	70
Давление греющего пара, кгс/см2	1,6
Температура насыщения греющего пара, ˚С	113,3

 

 

3.1.2 Тепловой расчёт кожухотрубчатых основных бойлеров в отопительный период

Тепловая мощность бойлера  кДж/ч:

, (1)

где – расход подогреваемой воды, кг/ч;

– теплоёмкость воды /1,254/;

 - температура воды при входе в бойлер, ˚С /таблица 1/;

 - температура воды при выходе из бойлера, ˚С /таблица 1/.

Часовой расход обогревающего пара , кг/ч, находится из уравнения теплового баланса:

 (2)

где кДж/кг - теплосодержание (энтальпия) обогревающего пара при входе в бойлер /3, 434/;

кДж/кг - теплосодержание (энтальпия) обогревающего пара при выходе из бойлера /3, 434/;

- КПД бойлера, учитывающий потери в окружающую среду /1,254/.

кг/ч

Средняя разность температур  ˚С:

,  (3)

 

где  - температура нагреваемой воды, ;

 - температура нагретой воды, .

 

˚С

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам нагревательных трубок :

,  (4)

где – внешний диаметр трубы, м;

– теплота парообразования насыщенного пара, кДж/кг;

 γ – удельный вес конденсата, м³/кг;

- коэффициент вязкости конденсата, м²/с;

 - температура стенки со стороны пара, ˚С.

Обозначая выражение через , а  через Δt, получим:

,  (5)

где  зависит от температуры конденсата.

Температура конденсата , ˚С:

, (6)

где  - температура стенки со стороны пара, ;             

. (7)

˚С

 

˚С

 

При ; ккал/кг.  

 

 

 

Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемой воде :

 

,  (8)

 

где - средняя температура воды, ˚С;

 

;  (9)

 

– внутренний диаметр трубки /3, 38/;

 

 – скорость воды, м/с;

 

, (10)

 

где – площадь живого сечения для прохода воды в трубках /3, 38/;     

 – плотность воды при средней температуре воды /2, 434/.  

м/с

 

 

Коэффициент теплопередачи от пара через стенку трубы к воде , :

 

(11)

 

где =1*10^{-3 м} - толщина стенки трубы /3, 38/;  

 

 - теплопроводность латуни /1, 443/.  

 

 Вт/(м*˚С)

 

Средний тепловой поток через стенку 1 м трубки , Вт/м:

 

 (12)

 

Вт/м

 

Площадь поверхности нагрева бойлера :

 (13)

 

Коэффициент теплопередачи от пара через стенку трубы к воде с учётом поправочного коэффициента на загрязнение трубок , :

 

 (14)

 

где - поправочный коэффициент на загрязнение трубок /3, 51/.  

 

 

Средний тепловой поток через стенку 1 м трубки определяется по формуле (12):

 

 

 

Площадь поверхности нагрева бойлера определяется по формуле (13):

 

 

3.1.3 Тепловой расчёт кожухотрубчатого пикового бойлера

Тепловая мощность бойлера определяется по формуле (1):

 

Часовой расход обогревающего пара определяется по формуле (2):

 

кг/ч

 

Средняя разность температур определяется по формуле (3):

 

˚С

 

Температура стенки  определяется по формуле (7):

 

˚С

 

Температура конденсата определяется по формуле (6):

 

˚С

 

При ; .

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам нагревательных трубок определяется по формуле (5):

 

 

 

Средняя температура воды определяется по формуле (9):

 

 

Плотность воды при средней температуре . /2, 434/

Скорость воды определяется по формуле (10):

 

м/с

 

Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемой воде определяется по формуле (8):

 

 

 

Коэффициент теплопередачи от пара через стенку трубы к воде определяется по формуле (11):

 

 

Средний тепловой поток через стенку 1 м трубки определяется по формуле (12):

 

 Вт/м

 

Площадь поверхности нагрева бойлера определяется по формуле (13):

м²

 

Коэффициент теплопередачи от пара через стенку трубы к воде с учётом

поправочного коэффициента на загрязнение определяется по формуле (14):

 

 

Средний тепловой поток через стенку 1 м трубки определяется по формуле (12):

 

Вт/м

 

Площадь поверхности нагрева бойлера определяется по формуле (13):

 

3.1.4 Тепловой расчёт кожухотрубчатых бойлеров в неотопительный период

Тепловая мощность бойлера определяется по формуле (1):

 

 

Часовой расход обогревающего пара определяется по формуле (2):

 

 

Часовой расход обогревающего пара для двух бойлеров:

 

 

Средняя разность температур определяется по формуле (3):

 

˚С

 

Температура стенки определяется по формуле (7):

 

˚С

 

Температура конденсата определяется по формуле (6):

 

˚С

 

При , ккал/кг.  

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам нагревательных трубок определяется по формуле (5):

 

 

Средняя температура воды определяется по формуле (9):

˚С

 

При средней температуре воды . /2,434/

Скорость воды определяется по формуле (10):

 

м/с

 

Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемой воде определяется по формуле (8):

 

 

 

Коэффициент теплопередачи от пара через стенку трубы к воде определяется по формуле (11):

 

 

Средний тепловой поток через стенку 1 м трубки определяется по формуле (12):

 

 

 

Площадь поверхности нагрева бойлера определяется по формуле (13):

 

Коэффициент теплопередачи от пара через стенку трубы к воде с учётом поправочного коэффициента на загрязнение определяется по формуле (14):

 

 

Средний тепловой поток через стенку 1 м трубки определяется по формуле (12):

Вт/м

 

Площадь поверхности нагрева бойлера определяется по формуле (13):

 

 

3.1.5 Тепловой расчёт пластинчатого основного бойлера в отопительный период

Тепловая мощность бойлера определяется по формуле (1):

 

 кДж/ч

 

Принимаем КПД бойлера .

Часовой расход обогревающего пара определяется по формуле (2):

 

кг/ч

 

Соотношение числа ходов греющего пара и нагреваемой воды m:

 

,  (15)

 

где живое сечение одного межпластинчатого канала, .

Принимаем тип пластины 0,5 Пр. Технические показатели пластины представлены в таблице 9.

Принимаем оптимальную скорость воды м/с /4/.

Плотность воды определяется по средней температуре воды , ˚С:

 

(16)

 

˚С

 

Для средней температуры воды  плотность воды . /2, 434/

 

Таблица 9 – Технические показатели пластины

Показатель	Тип пластины 0,5 Пр
Габариты (длина х ширина х толщина)	1380х650х0,6
Поверхность теплообмена, кв.м	0,5
Вес (масса), кг	6,0
Эквивалентный диаметр канала, м	0,009
Площадь поперечного сечения канала, кв.м	0,00285
Зазор для прохода рабочей среды в канале, мм	5
Приведённая длина канала, м	0,8
Площадь поперечного сечения коллектора (угловое отверстие в пластине), кв. м	0,0283
Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера, мм	200
Коэффициент общего гидравлического сопротивления	15/Re0.25
Коэффициент А	0,492
Коэффициент Б	3,0
Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера, мм	200

 

 

Принимаем  по пару и нагреваемой воде.

Общее живое сечение каналов в пакете , :

 

(17)

 

 

Скорость воды , м/с:

 

(18)

 

м/с

 

Эквивалентный расход потока по пару , кДж/(с*˚С):

 

 (19)

 

 

Эквивалентный расход потока по воде , кДж/(с*˚С):

 

(20)

 

 

Число ступеней подогрева :

 (21)

где - удельный параметр пластины /1,274/;  

безразмерная удельная тепловая нагрузка;

,  (22)

 

где  - максимально возможный температурный перепад;

 

. (23)

 

 ˚С

 

 

Принимаем 2 хода в теплообменнике (несимметричная компоновка).

Принимаем температуру конденсата 102˚С. Для этой температуры:

;  

;  

 /2, 434/.

Средняя разность температур , ˚С:

 

(24)

˚С

Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке пластины , :

 

,  (25)

 

где критерий Нуссельта;

- коэффициент теплопроводности конденсата /2, 434/;

 - эквивалентный диаметр канала пластины /таблица 9/. Для вертикальной стенки при конденсации пара на ней критерий Нуссельта Nu определяется по формуле:

 

,  (26)

 

где критерий Прандтля;

критерий конденсации;

; (27)

 

где - критерий Галилея;

,  (28)

 

где - вязкость конденсата /2, 434/.

, (29)

 

где  кДж/кг - теплота испарения /2, 434/;  

 кДж/(кг*˚С) - теплоёмкость конденсата.

 

, (30)

 

где  - температура стенки со стороны пара, ˚С; определяется по формуле (7).  

 

 

При температуре стенки /2, 434/.

 

˚С

 

 

 

 

 

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки пластины к воде , :

 

,  (31)

 

где – коэффициент пластины.

 

Коэффициент теплопередачи К определяется по формуле (11):

 

 

где коэффициент теплопроводности стали = 60 .

Тепловой поток определяется по формуле (12):

 

 

Площадь нагрева бойлера определяется по формуле (13):

 

Действительная поверхность нагрева бойлера F, м²:

 

(32)

 

 

Количество пластин n при площади поверхности одной пластины :

 

 (33)

 

 

3.1.6 Тепловой расчёт пластинчатого пикового бойлера

Тепловая мощность бойлера определяется по формуле (1):

 

 

Часовой расход обогревающего пара определяется по формуле (2):

 

 

Принимаем тип пластины 0,5 Пр.

Принимаем оптимальную скорость воды м/с.

Средняя температура воды определяется по формуле (16):

 

 

Для этой температуры плотность воды .

Соотношение числа ходов греющего пара и нагреваемой воды определяется по формуле (15):

 

 

Принимаем .

Общее живое сечение каналов в пакете определяется по формуле (17):

 

 

Скорость воды определяется по формуле (18):

 

 

Эквивалентный расход потока по пару определяется по формуле (19):

 

 

Эквивалентный расход потока по воде определяется по формуле (20):

 

 

 Максимально возможный температурный перепад определяется по

формуле (23):

 

Безразмерная удельная тепловая нагрузка определяется по формуле (22):

 

 

Число ступеней подогрева определяется по формуле (21):

 

Принимаем 1 ход в теплообменнике (симметричная компоновка).

Принимаем температуру конденсата 155˚С. Для этой температуры:

;  

;  

.

Средняя разность температур , ˚С:

 

 (34)

 

Температура стенки со стороны пара определяется по формуле (7):

 

 

 

 

Критерий Галилея определяется по формуле (28):

 

 

Критерий конденсации определяется по формуле (27):

 

 

Критерий Нуссельта определяется по формуле (26):

 

 

Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке пластины определяется по формуле (25):

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки пластины к воде определяется по формуле (31):

 

 

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле (11):

 

Тепловой поток определяется по формуле (12):

 

 

Площадь нагрева бойлера определяется по формуле (13):

 

 

Действительная поверхность нагрева бойлера определяется по формуле

(32):

 

 

Количество пластин при площади поверхности одной пластины f_пл=0,5м² определяется по формуле (33):

 

 

3.1.7 Тепловой расчёт пластинчатого бойлера в неотопительный период

Тепловая мощность бойлера определяется по формуле (1):

 

 

Часовой расход обогревающего пара определяется по формуле (2):

 

 

Принимаем температуру конденсата 90˚С. Для этой температуры:

 

;  

;  

.  

Средняя разность температур определяется по формуле (34):

 

˚С

 

Температура стенки со стороны пара определяется по формуле (7):

 

 

 

Средняя температура воды определяется по формуле (16):

 

Критерий Галилея определяется по формуле (28):

 

 

Критерий конденсации определяется по формуле (27):

 

 

Критерий Нуссельта определяется по формуле (26):

 

Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке пластины определяется по формуле (25):

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки пластины к воде определяется по формуле (31):

 

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле (11):

Тепловой поток определяется по формуле (12):

 

 

Площадь нагрева бойлера определяется по формуле (13):