Тепловой и конструктивный расчет секционного водо-водяного подогревателя теплосети (стр. 3 из 4)

Пластинчатые теплообменники бывают различных конструкций; их обычно применяют, когда коэффициенты теплообмена для обоих теплоносителей одинаковы.

Недостатками изготовлявшихся в прошлом конструкций теплообменников с большими расстояниями (10-40 мм) между пластинами являлась малая герметичность и применимость лишь для газов из-за незначительных допустимых перепадов давлений между теплоносителями (несколько сотен паскалей или десятком миллиметров водяного столба).

В настоящее время разработано большое число теплообменников, поверхность теплообмена которых выполнена из гофрированных пластин с незначительным расстоянием между пластинами (6-8 мм) (рисунок 1.6.)

Рисунок 1.6. Воздухоподогреватель из гофрированных пластин.

а – элемент пакета; б – модель воздухонагревателя.

Эти теплообменники очень компактны и по технико-экономическим, а для разборных конструкций и по эксплуатационным показателям превосходят лучшие трубчатые теплообменники. Однако они пока еще не могут работать в области высоких температур и давлений, поэтому в настоящее время их применяют при давлениях до 16 * 105 Па и температурах до 150 °С при разборных конструкциях (между пластинами укладываются уплотнительные прокладки) и до 400 °С – при неразборных конструкциях (уплотнение пластин достигается сваркой).

Высокотемпературные рекуператоры. Для подогрева воздуха в промышленных печах при температурах газа 800-900 °С применяются трубчатые рекуператоры из углеродистой стали и рекуператоры из игольчатых труб. При температурах 900-1000 °С используются термоблочные рекуператоры, в которых гладкие трубы находятся в профильном чугунном каркасе, имеющем каналы для дымовых газов. Термоблочные рекуператоры, при одинаковой теплопроизводительности имеют в 2-3 раза больший вес, чем игольчатые, но обладают лучшей газовой плотностью. При температурах газа от 1000 до 1200 °С внутри трубок из легированной стали (со стороны нагреваемого воздуха) устанавливают металлические вставки, которые нагреваются за счет радиационного потока от наружных стенок и снижают их температуру.

Пленочные конденсаторы поверхностного типа. В некоторых промышленных установках (например, холодильник) большое распространение получили вертикальные пленочные конденсаторы, один из которых изображен на рисунке 1.7. Пары аммиака поступают в межтрубное пространство и конденсируются на внешней поверхности вертикальных труб, имеющих длину 3-6 мм. Охлаждающая вода поступает в бак, дном которого является верхняя трубная решетка, и из него равномерно распределяется по трубкам. В каждую трубку вставляется завихритель, обеспечивающий спиральное движение пленки воды во внутренней поверхности трубки с целью интенсификации теплообмена за счет большей скорости при небольших расходах воды.

Оросительные конденсаторы горизонтального типа состоят из нескольких трубчатых змеевиков, внутри которых протекает конденсируемый теплоноситель. Змеевики снаружи орошаются водой. Вода стекает каскадно пленкой с горизонтальных труб змеевика в поддон, откуда насосом подается в градирню и после охлаждения в ней снова в верхние распределительные перфорированные трубы или корыта этого конденсатора. Достоинством такого конденсатора является простота, а недостатком – громоздкость.

Рисунок 1.7. Вертикальный пленочный конденсатор поверхностного типа завода «Компрессор».

1 и 2 – указатели уровня жидкого аммиака; 3 – уравнительная труба; 4 и 5 –трехходовые вентили с двумя предохранительными клапанами; 6 и 11 – манометры; 7 – водоприемный бак; 8 – обечайка; 9 – колпачки с трубками; 10 – ресивер; 12 – патрубок для присоединения к воздухоотделителю.

Испарители и парообразователи широко применяются для уменьшения и восполнения потерь конденсата. Их можно разделить на аппараты с естественной циркуляцией воды между трубками и с принудительной циркуляцией воды в кипятительных трубках.

В качестве примера испарителя воды с естественной циркуляцией на рисунке 1.8. представлен вертикальный аппарат типа ИСВ. Естественная циркуляция в этом аппарате происходит вследствие того, что образующаяся в кипятительных трубках пароводяная эмульсия имеет меньшую плотность, чем вода в кольцевом зазоре между корпусом и трубной системой, где ей сообщается значительно меньшее удельное количество тепла на единицу объема. При этом в трубках устанавливается подъемное движение пароводяной эмульсии, а в кольцевом зазоре – опускное движение воды. Паровые пузырьки по выходе среды из трубок переходят в паровой объем. Уровень воды в аппарате поддерживается с помощью поплавкового регулятора питания выше верхней трубной решетки. Подача воды производится через пеноразмывочное устройство, предназначенное для того, чтобы размывать шапку пены, образующуюся над зеркалом испарения при значительной концентрации растворенных примесей в испаряемой воде. Первичный (греющий) пар поступает в межтрубное пространство греющей камеры. Для отделения влаги из вторичного пара в верхней части парового пространства встроено сепарирующее устройство.

Рисунок 1.8. Вертикальный испаритель типа ИСВ.

1 – корпус; 2 – греющая секция; 3 – перегородка; 4 – трубка для отсоса воздуха из греющей камеры в корпус вторичного пара; 5 – поплавковый регулятор питания; 6 – трубопровод химически очищенной воды; 7 – спускной патрубок для опорожнения; 8 – пеноразмывочное устройство; 9 – лаз; 10 – конденсатотводчик; 11 – уровень воды («зеркало» испарения).

В вертикальных испарителях типа ИСВ коэффициент теплопередачи к = 3000 – 4000 Вт/(м2 * С) [2500 – 3500 ккал/ (м2 *ч *С)].

При термической обработке агрессивных жидкостей паров и газов (серная, фосфорная, соляная и др. кислоты) поверхности нагрева защищают антикоррозионными покрытиями: фенолформальдегидными или эпоксидными смолами, полимеризационными пластическими массами, стеклопластиками. В последние годы термическая обработка агрессивных сред производится так же в теплообменниках из непроницаемых графитовых элементов (труб или блоков), пропитанных фенолформальдегидной смолой, или из графитопласта АТМ – 1. Физико-механические свойства этих материалов приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Физико-механические свойства пропитанного графита и графитопласта АТМ – 1.

Наименование показателей	Пропитанный графит	Графопласт АТМ - 1
Плотность, (кг/м2) 10-2	1,8 – 1,85	1,80 – 1,85
Предел прочности при сжатии, МПа	70 – 100	70 – 100
То же, кг/см2	700 – 1000	700 – 1000
Теплостойкость, С	170	130
Теплопроводность, Вт/(м2 * С)	93 – 116,3	35 – 40
Водопоглащение, г/дм2	0,07 – 0,15	0,01 – 0,1

Вследствие хорошей теплопроводности графита углеграфитовые теплообменники более компактны по сравнению с теплообменниками из других неметаллических материалов. Углеграфитовые теплообменники могут иметь различные конструкции. Их можно изготовлять кожухотрубчатыми со стальным кожухом и с трубными досками, крышками и трубками из углеграфита (рисунок 1.9., г), если греющий теплоноситель неагрессивен, а также полностью из углеграфитовых деталей, например, пластинчатыми, в которых с одной стороны пластины проходит один теплоноситель, а с противоположной – другой. Получили применение углеграфитовые теплообменники из цилиндрических и прямоугольных блоков.

На рисунке 1.9., а представлена принципиальная конструкция графитового кожухоблочного теплообменника, предназначенного для нагрева или испарения кислот насыщенным водяным паром под давлением 3 * 105 Па. Он имеет четыре цилиндрических блока, в каждом из которых имеются маленькие горизонтальные круглые отверстия, соединяющиеся с большим вертикальным цилиндрическим отверстием. Блок имеет также большое число маленьких вертикальных отверстий. Греющий пар поступает в металлический кожух и конденсируется в маленьких горизонтальных отверстиях. Конденсат стекает по большой вертикальной трубе, образованной блоками. Агрессивная жидкость (кислота) проходит по мелким вертикальным трубкам и нагревается. Крышки теплообменника, соприкасающиеся с кислотой, также выполнены из графита.

Рисунок 1.9. Схемы кожухоблочного теплообменника с круглыми графитовыми блоками и теплообменника с графитовыми трубками, крышками и металлическим корпусом.

а – кожухоблочный теплообменник; б – графитовый блок; в – трубчатый теплообменник;

1 – металлический кожух; 2 – графитовый блок; 3 – металлические фланцы; 4 – анкерная связь; 5 – крышки из графита; 6 – трубки из графита.

2. Расчетная часть

2.1 Конструктивный расчет

Определяем среднюю температуру греющей воды:

t1 + t1 130 +120

t1ср = ------------ = ---------------- = 125 С.

2 2

По температуре t1ср=125 С (таблица 1) находим:

Плотность воды: 1 = 940 кг/м 3;

Удельная теплоемкость воды: Ср1 = 4,258 *10 3 Дж / кг*К;

Коэффициент теплопроводности воды: 1ж = 0,686 Вт /м * К;

Коэффициент кинематической вязкости: 1ж = 0,243 * 10 -6 м2 /с;

Критерий Прандтля при средней температуре теплоносителя: Рr1ж = 1,42;

Коэффициент температуропроводности: а1ж = 1,715 * 10 -7 м2 /с.

Определяем средний объемный расход греющей воды, протекающей в межтрубном пространстве:

Q 0.44 * 10 6

V1 = -------------------------- = -------------------------------------- = 0,202 м3/с.