2020-06-10
674
| Тип подогревателя | ПВД | ПНД | ||
| Стоимость топлива | Дорогое | Дешевое | Дорогое | Дешевое |
| Минимальный температурный напор, °С: | ||||
| Δ t о.п | 10 | 15 | 7 | 12 |
| Δ t п | 3 | 5 | 2 | 4 |
| Δ t о.к | 6 | 10 | 3 | 6 |
Средний температурный напор для поверхностей нагрева отдельных элементов и подогревателя в целом определяется как среднелогарифмический, К
 .
| (1.6) |
Для тонкостенных труб, применяемых в регенеративных подогревателях, коэффициент теплопередачи с достаточной степенью точности может быть определен по формуле для плоской стенки, Вт/(м2·К)
 ,
| (1.7) |
где α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке труб и от стенки к нагреваемой среде соответственно, Вт/(м2·К); δст, δн – толщины стенки трубы и слоя накипи, м; λст, λн – теплопроводность материала трубы и накипи, Вт/(м·К).
При расчете регенеративных подогревателей термическим сопротивлением стенки можно пренебречь, а накипь на стенках труб практически всегда отсутствует.
Площадь поверхности теплообмена подогревателя определяется из уравнения теплопередачи
|
|
|
 ,
| (1.8) |
где d р – расчетный диаметр, м.
Выбор определяющего размера d р зависит от соотношения коэффициентов теплоотдачи с наружной и внутренней стенок труб (см. табл. 1.2).
Таблица 1.2
К выбору определяющего размера d р
| Соотношение коэффициентов теплоотдачи α1 и α2 | Рекомендации к выбору d р |
| α1 >> α2 | d р = d вн |
| α1 ≈ α2 | d р = 0,5(d вн + d н) |
| α1 << α2 | d р = d н |
При расчете коэффициентов теплоотдачи важным является знание условий теплообмена и состояния теплопередающих сред. В охладителях пара и конденсата теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителей. В собственно подогревателе происходит конденсация пара отбора. Для всех элементов регенеративных подогревателей характерно вынужденное движение нагреваемой среды, при этом режим течения, как правило, турбулентный.
Теплообмен при развитом турбулентном движении жидкости (Re > 104) в трубах и в прямолинейных каналах некруглого сечения с достаточной точностью может быть описан уравнением
 ,
| (1.9) |
где ε l – коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы.
Для труб с отношением длины l к эквивалентному диаметру d э, равным или превышающим 50 (l/d э ≥ 50), коэффициент ε l = 1. Значения коэффициента ε l при l/d э < 50 для различных величин числа Рейнольдса приведены в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Значения коэффициента ε l
| Re | l/d э | |||||||
| 1 | 2 | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | |
| 1·104 | 1,65 | 1,50 | 1,34 | 1,23 | 1,17 | 1,13 | 1,07 | 1,03 |
| 2·104 | 1,51 | 1,40 | 1,27 | 1,18 | 1,13 | 1,10 | 1,05 | 1,02 |
| 5·104 | 1,34 | 1,27 | 1,18 | 1,13 | 1,10 | 1,08 | 1,04 | 1,02 |
| 1·105 | 1,28 | 1,22 | 1,15 | 1,10 | 1,08 | 1,06 | 1,03 | 1,02 |
| 1·106 | 1,14 | 1,11 | 1,08 | 1,05 | 1,04 | 1,03 | 1,02 | 1,01 |
|
|
|
Для определения коэффициента теплоотдачи при движении жидкости в спиральных трубах, применяющихся в ПВД, в формулу (1.9) вводится поправка на турбулизацию потока за счет его поворота
 ,
| (1.10) |
где D вн – внутренний диаметр наименьшего витка спирали, м; n в – число витков в одной плоскости спирали; n п – число плоскостей у спиральной трубы (одинарная или двойная спираль); l сп – длина спирали, м.
Входящие в числа подобия теплофизические параметры сред определяются при средней расчетной температуре теплоносителя, °С
 .
| (1.11) |
При ламинарном течении воды (Re < 2000) для определения коэффициента теплоотдачи может быть использована формула
 ,
| (1.12) |
где Gr – число Грасгофа.
Число Грасгофа определяется
 ,
| (1.13) |
где Δ t – разность температур стенки и теплоносителя, °С; β = 1/ t – коэффициент объемного расширения, 1/°С.
При переходном режиме движения жидкости коэффициент теплоотдачи определяется по одной из формул – (1.9) или (1.10) – с учетом поправки φ, значения которой приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Значения поправки φ
| Re | 2200 | 2300 | 2500 | 3000 | 3500 | 5000 | 6000 | 7000 | 10000 |
| φ | 0,22 | 0,35 | 0,45 | 0,59 | 0,70 | 0,86 | 0,91 | 0,96 | 0,99 |
При турбулентном движении пара (Re > 6·103) уравнение для определения коэффициента теплоотдачи имеет вид
 ,
| (1.14) |
где S 1, S 2 – шаги труб в поперечном и продольном направлениях потока, м; d н – наружный диаметр труб, м; ε Z – коэффициент, учитывающий влияние числа рядов труб z вдоль потока (для подогревателей ТЭС z > 20; ε Z = 1).
Значения коэффициента C и показателей степени m, n и p принимаются, согласно рекомендациям табл. 1.5.
Таблица 1.5
Значения коэффициента C и показателей степени m, n и p в формуле (1.14)
| Характеристика пучка труб | C | m | n | p |
| Коридорный из гладких прямых труб | 0,200 | 0,64 | 0,35 | 0,00 |
| Шахматный или спиральный | 0,305 | 0,60 | 0,35 | 0,25 |
| Спиральный при Re > 106 | 0,027 | 0,84 | 0,40 | 0,00 |
При смешанном (продольном и поперечном) омывании трубных пучков коэффициент теплоотдачи определяется раздельно для каждой части пучка и усредняется
 ,
| (1.15) |
Для расчета теплообмена в элементах подогревателей, где изменение агрегатного состояния теплоносителей не происходит, необходимо выбрать скорость движения среды (после определения конструктивных размеров подогревателя скорость уточняется). Скорость движения теплоносителя выбирается на основании технико-экономических расчетов. Увеличение скорости улучшает условия теплообмена, что приводит к снижению площади требуемой поверхности нагрева, т.е. к снижению стоимости регенеративных подогревателей. В то же время с увеличением скорости возрастает гидравлическое сопротивление движению жидкости, что приводит к возрастанию мощности, затрачиваемой на ее перекачивание. Оптимальные значения скорости зависят от стоимости топлива и давления в трубной системе. Для ПНД значения скорости принимаются равными 1,7…2,2 м/с при дешевом топливе и 1,5…1,8 м/с при дорогом, а для ПВД – соответственно 1,6…1,9 и 1,5…1,7 м/с.
В элементах подогревателей, где происходит изменение агрегатного состояния пара (конденсация), скорость пара мала, и можно считать, что теплообмен происходит при неподвижном паре. В этих условиях основными факторами, определяющими интенсивность теплообмена, являются скорость течения и толщина пленки конденсата, образующегося на трубах.
Режим течения пленки конденсата определяется числом Рейнольдса
 ,
| (1.16) |
где q – средняя плотность теплового потока через поверхность нагрева, Вт/м2; l – определяющий геометрический размер (для вертикальной трубы – ее длина l = l тр; для горизонтальной – периметр поперечного сечения l = π d н), т.е. высота участка труб, по которому происходит течение пленки, м; μк – динамическая вязкость конденсата, Па·с; r – теплота конденсации пара, Дж/кг; Δ t 1 = t н – t ст – средний перепад в слое пленки конденсата со стороны греющего пара, °С; α1 – средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К).
|
|
|
При пленочной конденсации чистого медленно движущегося пара (Re ≤ 1600) коэффициент теплоотдачи может быть определен по формуле Нуссельта с поправкой на волновое движение пленки конденсата, Вт/(м2·К):
– для вертикальных труб
 ;
| (1.17) |
– для горизонтальных труб
 ,
| (1.18) |
где λк – теплопроводность конденсата при температуре насыщения, Вт/(м·К); ρк, ρп – плотность насыщенной жидкости (конденсата) и насыщенного пара, кг/м3; νк – кинематическая вязкость конденсата при температуре насыщения, м2/с; ε t – поправка на волновое течение пленки.
Поправка на волновое течение пленки определяется как
 ,
| (1.19) |
где λс, μс – теплопроводность и динамическая вязкость конденсата при температуре стенки.
При движении пленки конденсата в смешанном режиме (ламинарном и турбулентном), когда Re > 1600, средний коэффициент теплоотдачи (на вертикальной трубе) определяется из выражения, Вт/(м2·К)
 .
| (1.20) |
Для многорядных коридорных и шахматных пучков горизонтальных труб (с числом рядов n) средний коэффициент теплоотдачи
 .
| (1.21) |
Расчет теплообмена в сетевых подогревателях не отличается от расчета регенеративных подогревателей. Теплоотдача к трубному пучку происходит при конденсации пара на вертикальных или горизонтальных прямых трубках.
Коэффициент теплоотдачи к пучку вертикальных труб от конденсирующегося пара определяется по формуле (1.17), а к пучку горизонтальных труб – по формуле
 ,
| (1.22) |
где d н – наружный диаметр труб, м.
Значения физических параметров при расчете сетевых подогревателей определяются при средней температуре пленки конденсата
 .
| (1.23) |
Значение t ст предварительно принимается из расчета по формуле
 .
| (1.24) |
Существенное значение при проектировании сетевых подогревателей имеет правильный выбор недогрева сетевой воды до температуры насыщения греющего пара. Тепловая характеристика сетевого подогревателя (отношение недогрева ϑ к полному подогреву воды Δ t при различных расходах и средней температуре подогрева), позволяющая оценивать значения ϑ, приведена на рис. 1.1.
|
|
|
| Рис. 1.1. Характеристика сетевого подогревателя: сплошная линия – опытная для чистых трубок; штрихпунктирная линия – расчетная при коэффициенте загрязнения 0,8 |
