Тепловой расчет водяного змеевикового экономайзера

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУВПО «Марийский государственный университет»

Электроэнергетический факультет

Кафедра электромеханики

Специальность: 140400.62 электроснабжение

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Энергоснабжение»

на тему: «Тепловой расчет водяного змеевикового экономайзера»

Вариант № 20

 

 

 

Допустить к защите

____________

«_____»___________20___г.                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Йошкар-Ола, 2013 
Содержание

            Введение    ...…………………………………………………………………………….4

1. Тепловой расчет водяного змеевикового экономайзера ….......................................10

1. Формулировка задачи..……………………………………………………….........10
2. Решение………………………………………………………………......................10
1. Определение теплофизических свойств дымовых газов, водяного пара………………………………………………………………………….10

1.2.2   Определение: степени черноты водяного пара, ; поправочного коэфициента  ………………………………………………………………13

1.2.3    Определение  площади теплообменника и длины  трубок………………………………………………………………………15

2. Эскиз теплообменника ………………………………………………………………..16

Приложения…… …………….......................................................................................17

Приложение 1……………….……………………………………………………...17

Приложение 2………………………………………………………………………18

Приложение 3………………………………………………………………………19

Таблица 1…………………………………...……………………………………….20

Таблица 2……….…………………………………………………………………...21

Заключение…………………………………………………………………...…………22

Список литературы……………………………………………………………………..23

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Теплообменниками называются аппараты, в которых происходить теплообмен, между рабочими средами не зависимо от их технологического или энергетического назначения (подогреватели, выпарные аппараты, концентраторы, пастеризаторы, испарители, деаэраторы, экономайзеры и д.р.) 
Технологическое назначение теплообменников многообразно. Обычно различаются собственно теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспомогательную роль.

В зависимости от вида рабочих сред различаются теплообменники: 
а) жидкостно-жидкостные - при теплообмене между двумя жидкими средами; 
б) парожидкостные - при теплообмене между паром и жидкостью (паровые подогреватели, конденсаторы);

в) газожидкостные - при теплообмене между газом и жидкостью (холодильники для воздуха) и др.

По тепловому режиму различаются теплообменники периодического действия, в которых наблюдается нестационарный тепловой процесс, и непрерывного действия с установившимся во времени процессом. 
В теплообменниках периодического действия тепловой обработке подвергается определенная порция (загрузка) продукта;

вследствие изменения свойств продукта и его количества параметры процесса непрерывно варьируют в рабочем объеме аппарата во времени. 
При непрерывном процессе параметры его также изменяются, но вдоль проточной части аппарата, оставаясь постоянными во времени в данном

 

 

сечении потока. Непрерывный процесс характеризуется постоянством теплового режима и расхода рабочих сред, протекающих через теплообменник. 
В качестве теплоносителя наиболее широко применяются насыщенный или слегка перегретый водяной пар. В смесительных аппаратах пар обычно барботируют в жидкость (впускают под уровень жидкости); при этом конденсат пара смешивается с продуктом, что не всегда допустимо. В поверхностных аппаратах пар конденсируется на поверхности нагрева и конденсат удаляется отдельно от продукта с помощью водоотводчиков.                       Водяной пар как теплоноситель обладает множеством преимуществ: легкостью транспортирования по трубам и регулирования температуры, высокой интенсивностью теплоотдачи и др. Применение пара особенно выгодно при использовании принципа многократного испарения, когда выпариваемая изпродукт вода направляется в виде греющего пара в другие выпарные аппараты и подогреватели.

Обогрев горячей водой и жидкостями также имеет широкое применение и выгоден при вторичном использовании тепла конденсатов и жидкостей (продуктов), которые но ходу технологического процесса нагреваются до высокой температуры. В сравнении с паром жидкостный подогрев менее интенсивен и отличается переменной, снижающейся температурой теплоносителя. Однако регулирование процесса и транспорт жидкостей так же удобны, как и при паровом обогреве.

Общим недостатком парового и водяного обогрева является быстрый рост давления с повышением температуры. В условиях технологической аппаратуры пищевых производств при паровом и водяном обогреве наивысшие температуры ограничены 150-160 С, что соответствует давлению (5-7) 105 Па.

 

В отдельных случаях (в консервной промышленности) применяется масляный обогрев, который позволяет при атмосферном давлении достигнуть температур до 200°С.

Широко применяется обогрев горячими газами и воздухом (до 300—1000°С) в печах, сушильных установках. Газовый обогрев отличается рядом недостатков: трудностью регулирования и транспортирования теплоносителя, малой интенсивностью теплообмена, загрязнением поверхности аппаратуры (при использовании топочных газов) и др. Однако в ряде случаев он является единственно возможным (например, в воздушных сушилках).

Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные, где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой.

Рекуперативные теплообменники

Рекуператеивный теплообменник — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными.

В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в

 

одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также перекрестными при взаимно перпендикулярном движении двух взаимодействующих сред.

Часто под рекуперативным теплообменником ошибочно понимается рекуперативный противоточный теплообменник. (В нём вместо уравнивания температурных потенциалов происходит их обмен, потери могут составлять до 30 %).

Наиболее распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники:

• Кожухотрубные теплообменники,

• Элементные (секционные) теплообменники,

• Двухтрубные теплообменники типа "труба в трубе",

• Витые теплообменники,

• Погружные теплообменники,

• Оросительные теплообменники,

• Ребристые теплообменники,

• Спиральные теплообменники,

• Пластинчатые теплообменники,

• Пластинчато-ребристые теплообменники,

• Графитовые теплообменники.

• фторопласт-Тефлоновые теплообменники.

Регенеративные теплообменники

В регенеративных поверхностных теплообменниках теплоносители (горячий и холодный) контактируют с твердой стенкой поочерёдно. Теплота накапливается в стенке при контакте с горячим теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным.

В период соприкосновения с одним из теплоносителей стенки аппарата

 

 

получают тепло и аккумулируют его; в следующий период соприкосновения другого теплоносителя с той же поверхностью стенок аккумулированное тепло передается теплоносителю. Направление теплового потока во втором периоде изменяется на противоположное.

В большинстве рекуперативных аппаратов осуществляется непрерывная передача тепла через стенку от одного теплоносителя к другому. Эти аппараты, как правило, являются аппаратами непрерывного действия. Рекуперативные аппараты, в которых производится периодический нагрев или охлаждение одного из теплоносителей, относят к аппаратам периодического действия.

Регенеративные теплообменники в большинстве случаев являются аппаратами периодического действия; в них разные теплоносители поступают в различные периоды времени. Непрерывная работаосуществляется в таких аппаратах лишь в том случае, если они снабжены движущимися стенками или насадками, попеременно соприкасающимися с потоками разных теплоносителей и непрерывно переносящими тепло из одного потока в другой. В смесительных теплообменных аппаратах тепло- и массообмен осуществляется путем непосредственного контакта и смешения жидких и газообразных теплоносителей.

Смесительные теплообменники

Смесительные теплообменники являются высокоинтенсивными аппаратами, так как в них теплообмен происходит при непосредственным соприкосновении теплоносителей, т.е. в смесительных теплообменниках отсутствует термическое сопротивление стенки. Эти теплообменники применяют в тех случаях, когда допустимо смешение теплоносителей или когда это смешение определяется технологическими условиями. 
Наиболее часто смесительные теплообменники применяют для

 

конденсации водяного пара, нагревания и охлаждения воды и газов (обычного воздуха). По принципу устройства, смесительные теплообменники подразделяют на барботажные, полочные, насадочные, полые (с разбрызгиванием жидкости). 

Широко распространены барботажные смесительные теплообменники для нагрева воды, градирни для охлаждения воды, барометрические конденсаторы (применяются, в частности, для создания вакуума в выпарных установках), насадочные смесительные теплообменники. 

Насадочные смесительные теплообменники применяют для конденсации паров и охлаждения газов какой-либо жидкостью, обычно водой, и представляют собой цилиндр, заполненный насадкой, которая служит для развития поверхности контакта. 

Жидкость через распределительное устройство подают на насадку, под действием силы тяжести жидкость растекается по поверхности насадки, увеличивая поверхность контакта с поднимающимся снизу паром или газом.  
В полых аппаратах (без насадок) устанавливают специальные весьма разнообразные разбрызгиватели для увеличения поверхностного контакта между водой и паром или газом. В этих аппаратах контакт между фазами происходит на поверхности капель.

 

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВОДЯНОГО ЗМЕЕВИКОВОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

1. ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ:

Определить поверхности нагрева и длину отдельных секций (змеевиков) змеевикового экономайзера парового котла, предназначенного для подогрева питательной воды в количестве 220 т/ч от = до =.

Вода движется снизу вверх по стальным трубам [ Вт/(м)] и диаметром =44/51мм со средней скоростью м/с. Дымовые газы ( 13 %)движутся сверху вниз в межтрубном пространстве со средней скоростью в узком сечении трубного пучка м/с.Расход газов 500т/ч. Температура газов на входе в экономайзер =. Трубы расположены в шахматном порядке с шагом поперек потока газов 2,1d, и вдоль потока d.

2. РЕШЕНИЕ

1.2.1 Определение теплофизических свойств дымовых газов,

водяного пара

Среднеарифметическая температура воды

= 0,5(150+330)=

 

При этой температуре физические свойства воды равны соответственно:

= кг/;

 кДж/(кг);

Вт/(м); ;

 

=0,87

Количество передаваемой теплоты

 

Число Рейнольдса для потока воды

==

Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи для воды

 

= 282,289·4028,26 Вт/

Для определения температуры газов на выходе из экономайзера примем в первом приближении теплоемкость газа . Тогда