Boler - расчет бойлерных установок

Расчёт водо-водяного теплообменника

Исходные данные:

Для выполнения расчёта необходимы следующие параметры:

•Теплопроизводительность;

•Температуры греющей и нагреваемой воды (в градусах Цельсия).

 

Методика расчёта:

1. Определение средней разности температур (ΔT):

 

•Если , то:

 

•Если , то:

 

Где:

T1, T2 – температуры греющей воды на входе и выходе теплообменника;

TM1, TM2 – температуры нагреваемой воды на входе и выходе.

 

2. Определение средних температур:

•Средняя температура греющей воды:

•Средняя температура нагреваемой воды:

 

3. Вычисление промежуточных коэффициентов:

•

•

•Q – теплопроизводительность (Гкал/ч)

4. Скорость нагреваемой воды:

, (м/сек)

Gм – расход нагреваемой воды: ,(т/ч)

Fтр – площадь живого сечения трубок (м²)

 

5. Скорость греющей воды:

(м/сек)

•Gт – расход греющей воды: ,(т/ч)

•Fм.тр – площадь живого сечения межтрубного пространства (м²)

6. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемой воде:

,(ккал/м²·ч·град)

7. Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенкам трубок:

 

,(ккал/м²·ч·град)

 

Dэкв – эквивалентный диаметр межтрубного пространства (м)

FI – понижающий коэффициент при переходном режиме (Re от 2300 до 10000):

 

9. Коэффициент теплопередачи:

 

 ,(ккал/м²·ч·град)

 

 

•Tнак – толщина накипи (м), принимаемая по эксплуатационным данным.

 

9. Расчётная поверхность нагрева (м²):

10. Количество секций водоподогревателя:

Fс – поверхность нагрева одной секции (м²)

11. Потеря напора в трубках :

•Wтр – скорость воды в трубках (м/сек)

•K – коэффициент гидравлического сопротивления:

oВодонагреватель для отопления:

▪775 (длина 4 м)

▪480 (длина 2 м)

oВодонагреватель для ГВС:

▪3000 (длина 4 м)

▪1600 (длина 2 м)

 

11. Потеря напора в межтрубном пространстве:

 

 

A – коэффициент гидравлического сопротивления (по данным для типа водонагревателя)

Wм – скорость воды в межтрубном пространстве (м/сек)

 

Расчёт пароводяного теплообменника

Исходные данные для расчёта пароводяных теплообменников:

•Теплопроизводительность (Гкал/час);

•Температура насыщенного пара (°C);

•Температура нагреваемой воды (°C).

 

Формулы расчёта:

1. Средняя температура стенки трубок

 

 

Тн - температура насыщенного пара в град,

Тм - средняя температура нагреваемой воды в град,

 

 

2. Промежуточные коэффициенты

 

 

 

3. Средняя разность температур

 

 

4. Скорость нагреваемой воды,м/сек:

 

 

Gм - расход нагреваемой воды в т/ч,

Fтр - площадь живого сечения трубок в м2.

 

5. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам трубок, расположенных горизонтально,ккал/м2 ч град:

 

 

м - среднее количество трубок в вертикальном ряду.

 

6. Определение коэффициента теплоотдачи от стенок трубок к нагреваемой воде см. Раз.1 "расчёт параллельной схемы", п.6.

 

7. Величина Тм ст сравнивается с новым значением, определяемым по формуле:

 

 

если , то Тм ст присваевается значение Тм'ст и определяются новые А1 и А2 вычисления прекращаются при выполнении неравенства.

 

8. Коэффициент теплопередачи,ккал/м2 ч град:

 

;

 

9. Расчетная поверхность нагрева (м²):

 

 

10. Потеря напора в трубках:

 

 

Коэффициент B принимается:

•2690 для 4-ходовых,

•1360 для 2-ходовых с длиной секции 3 м

•1070 для 2-ходовых с длиной секции 2 м.

 

Расчёт пароводяной бойлерной установки

Комплекс пароводяной бойлерной, как узел тепловой схемы состоит из пароводяного теплообменника (охладителя конденсата), регулятора уровня конденсата, обвязочных трубопроводов.

Исходными данными являются: теплопроизводительность установки в гкал/час, температуры насыщенного

пара, конденсата и нагреваемой воды в градусах, теплосодержание насыщенного пара в ккал/кг.

 

1. Расход нагреваемой воды:

 

 

Q- теплопроизводительность в гкал/час.

Тм1, Тм2- температуры нагреваемой воды в градусах на выходе и на входе в бойлерную установку.

 

2. Расход пара:

 

 

0.95 - коэффициент запаса

I''- теплосодержание насыщенного пара в ккал/кг,

Тмк - температура конденсата в градусах.

 

3. Для определения температуры слоя конденсата на поверхности трубок используется метод последовательных приближении.

Задаемся первым приближением:

 

 

Тн - температура пара в градусах.

 

Определяем температуру нагреваемой воды на выходе охладителя конденсата:

 

 

среднюю температуру нагреваемой воды:

 

 

среднюю температуру стенки:

 

 

температуру слоя конденсата на поверхности трубок:

 

 

Полученные значения тау пр и тау ок сравниваются.

В случае, если тау пр>тау ок к значению тау пр прибавляется 0.5 град с,а если тау пр<тау ок, от значения тау пр вычитается 0.5 град с.

Расчёт повторяется при новом значении тау пр до тех пор, пока разница между тау пр и тау ок будет не >0.5 град.

 

4. Теплопроизводительность пароводяного теплообменника:

 

, ккал/час

 

5. Теплопроизводительность водоводяного теплообменника:

 

,

 

по вычисленным значениям теплопроизводительности и температуры нагреваемой воды на выходе из водоводяного теплообменника (Тм'1) можно рассчитать пароводяной и водоводяной теплообменники следуя методике,приведенной в пунктах"1" и "2" настоящего раздела.

 

 

Расчёт двухступенчатой последовательной схемы

В двухступенчатой последовательной схеме водоподогреватели первой и второй ступени включены последовательно с системой отопления (рис. 1б).

Исходными данными являются: расходы тепла на горячее водоснабжение и отопление в гкал/час., температуры воды в системе отопления в переходный период и при нормальном отопительном графике и температуре нагреваемой воды в градусах.

1. Расход нагреваемой воды:

 

,

 

Qгб - балансовый часовой расход тепла на горячее водоснабжение в гкал/час;

 

2. Дополнительный расход теплофикационной воды на горячее водоснабжение:

 

,

 

Тмр = тау20 - t температура нагреваемой воды после I ступени. Обычно t=8 °С. Параметр t вынесен в исходные данные.

 

3. Расход воды на отопление и вентиляцию:

 

,

 

Тм10, Тм20 - температуры воды в системе в системе отопления при нормальном отопительном графике, °С.

 

4. Расчётный (балансовый) расход сетевой воды:

 

 

5. Теплопроизводительность 1 ступени при балансовой нагрузке:

 

 

6. Температура сетевой воды в обратной линии ввода:

 

 

7. Среднелогарифмическая разность температур в подогревателе 1 ступени:

 

 

8. Суммарный период температур сетевой воды в подогревателях 1 и 2 ступени:

 

,

 

 

9. Pасчетный коэффициент смешения элеватора:

 

 

10. Kоэффициент смешения элеватора:

 

,

 

где пси=G1D/G10

 

11. безразмерная характеристика отопительной системы:

 

 

где пси м=1,1*G1б/Gо;

 

 

12.  Безразмерная характеристика подогревателя 1 ступени:

 

при Dт < Тм1 - Тм2

 

 

при Dт > Тм1 - Tм2

 

 

13. Температура воды после системы отопления:

 

 

14. Производительность подогревателей 1 и 2 ступени:

 

 

 

15. Температура сетевой воды перед системой отопления:

 

 

16. Температура сетевой воды в оборотной линии ввода:

 

 

17. Температура местной воды после подогревателя 1 ступени:

 

 

По вычисленным значениям теплопроизводителей и температур греющей и нагреваемой воды можно рассчитать 1  и 2 ступени бойлерной, следуя методике пункта '1' настоящего раздела.

 

Расчет двухступенчатой смешанной схемы.

В смешанной схеме первая ступень водоподогревателей включена последовательно системе отопления,а вторая - параллельно .Исходные данные те же, что и при расчёте двухступенчатой последовательной схемы.

1. Расход нагреваемой воды,т/час:

 

 

2. Производительность 2 ступени,гкал/час:

 

 

где

Тмр = тау20-t;

 

Тмр = тау20-t температура нагреваемой воды после I ступени. Обычно принимается t=12 °С. Параметр t вынесен в исходные данные.

 

3. Производительность 1 ступени,гкал/час:

 

 

4. Расход воды на отопление и вентиляцию,т/чс:

 

 

5. Расход греющей воды во второй ступени,т/час:

 

 

6. Расход греющей воды в 1 ступени:

 

 

7. Температура греющей воды после 1 ступени,град:

 

 

На основе рассчитанных значений теплопроизводительности, а также температур греющей и нагреваемой воды, можно выполнить расчет первой и второй ступеней бойлерной системы горячего водоснабжения, следуя методике, изложенной в пункте 2.1 данного раздела.

 

Определение параметров двухступенчатой смешанной системы с ограничением максимального расхода сетевой воды на входе для схем присоединения водонагревателей горячего водоснабжения, использующих скоростные кожухотрубные теплообменники с блоком опорных перегородок (в соответствии с ГОСТ 27590-88).

 

Предлагаемая методика расчета двухступенчатой смешанной системы горячего водоснабжения с ограничением расхода сетевой воды учитывает недостатки традиционного подхода, изложенного в «Руководстве по проектированию тепловых пунктов» (М., Стройиздат, 1983). В отличие от косвенного метода, где первая ступень определяется балансовой нагрузкой, а вторая — разницей между максимальночасовой нагрузкой и нагрузкой первой ступени, новый метод обеспечивает соблюдение принципа непрерывности, согласовывая температуры на выходе первой и входе второй ступени.

 

Основные положения новой методики:

 

1.1 Определение расхода греющей воды

 

•В условиях максимального водоразбора, при отсутствии подачи тепла на отопление, весь поток направляется на горячее водоснабжение.

 

•Для тепловых пунктов без вентиляционной нагрузки:

 

I.Расход греющей воды одинаков для обеих ступеней и принимается равным максимальному расчетному расходу сетевой воды при ограничении:

 

II.Определение максимального расхода по формуле:

 

где:

t1′, t2′ — температуры воды в подающем трубопроводе после отопительной системы;

​ — максимальный часовой расход тепла на ГВС, Вт.

 

III.Для учета отопительной нагрузки:

 

где:

t1, t2 — температуры, соответствующие расчетной наружной температуре для отопления;

​ — расчетный расход теплоты на отопление, Вт;

C — теплоемкость воды (4,19 кДж/кг·°C).

 

1.2 Контроль температуры сетевой воды после первой ступени

 

•Проверяется температура на выходе из первой ступени:

 

 

•Если полученное значение ниже 15°C, принимается t1' = 15°C, и расход греющей воды корректируется:

 

 

1.3 Для тепловых пунктов с вентиляционной нагрузкой

 

•Расход греющей воды для второй ступени:

 

•Для первой ступени:

 

 

2. Определение расхода нагреваемой воды через обе ступени:

•Расход определяется исходя из максимальночасовой нагрузки Qг.в.макс.Q_{г.в.макс.}Qг.в.макс.​ и температуры нагрева до 60°C во второй ступени:

 

 

где

tx​ — температура воды на входе в систему ГВС.

 

2.1 Температурные условия первой ступени:

 

•Вода в первой ступени нагревается до температуры на 5°C ниже температуры воды в обратном трубопроводе системы отопления:

 

 

3. Расчет производительности водонагревателей:

 

•Для первой ступени:

 

•Для второй ступени:

 

 

4. Температура греющей воды на выходе из водонагревателя горячего водоснабжения II-ой ступени на входе в водонагреватель I-ой ступени t11 находится из уравнения:

 

 

5. Температура сетевой воды после водонагревателя I-ой ступени:

 

 

6. Определение температурного напора установки

•Если Δtb=Δtm , то

 

 

где Δtb и Δtm​ — большая и меньшая разность температур на входе и выходе водонагревателя.

 

7. Определение скорости воды

• Для трубок:

 

 

• Для межтрубного пространства:

 

 

где fтр и fм.тр​ — площадь сечения трубок и межтрубного пространства (по табл. 1).

                                                               

8. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи

 

•Расчет коэффициентов теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы  ()  и от стенки к нагреваемой воде  ()

                           

10. Расчет требуемой площади теплообмена

•Площадь поверхности нагрева:

 

 

•Число секций водонагревателя округляется в большую сторону:

 

 

11. Расчет потерь давления

•Для прохождения нагреваемой воды через трубки:

 

 

•Для греющей воды через межтрубное пространство:

 

 

где Λ — коэффициент, зависящий от типоразмера труб (определяется экспериментально).

 

Эта методика позволяет выполнять более точный расчет двухступенчатых водонагревателей, обеспечивая согласованность температурных параметров и эффективное использование теплоносителей.

 

                                         Таблица 1

 

                    ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОВОДЯНЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ

                                        ГОСТ 27590-88

         (трубный пучок из гладких труб с каркасом опорно-направляющих перегородок)

 

    +-----------------------------------------------------------------------------------+

    | Наруж | Чис- | Живое   | Живое   | Эквива | Поверхнос     | Расчет.теплов | Масса |

    | диаме | ло   | сечение | сечение | диамет | нагрева, м,к. | производ. кВт | одной |

    | корпу | тру- | трубок, | межтруб | межтру | при длине     | при длине     | 4м се |

    | са,   | бок, |         | ного пр | бного  | секции        | секции        | кции, |

    |       |      |         | остранс,| простр,|---------------+---------------|       |

    | Дн,мм |  шт  | м.кв.   | м.кв    | мм     |  2м   |  4м   |  2м  |  4м    | кг.   |

    |-------+------+---------+---------+--------+-------+-------+------+--------+-------|   

    |  57   |  4   | 0,00062 | 0,00116 | 0,0129 | 0,37  | 0,75  | 8    |  17    |  37   |

    |  76   |  7   | 0,00108 | 0,00233 | 0,0164 | 0,65  | 1,32  | 13   |  28    | 52,4  |

    |  89   |  10  | 0,00154 | 0,00327 | 0,0172 | 0,93  | 1,88  | 18   |  40    | 64,2  |

    |  114  |  19  | 0,00293 | 0,005   | 0,0155 | 1,79  | 3,58  | 40   |  85    | 97,1  |

    |  168  |  37  | 0,00570 | 0,0122  | 0,019  | 3,49  | 6,98  | 75   | 150    | 193,8 |

    |  219  |  61  | 0,00939 | 0,02139 | 0,0224 | 5,75  | 11,51 | 115  | 240    | 301,3 |

    |  273  |  109 | 0,01679 | 0,03077 | 0,0191 | 10,28 | 20,56 | 240  | 480    | 461,7 |

    |  325  |  151 | 0,02325 | 0,04464 | 0,0208 | 14,24 | 28,49 | 300  | 630    | 594,4 |

    +-----------------------------------------------------------------------------------+

 

 

Примечание:

Рабочее давление  - 1 МПа.Теплопроизводительность определена  при  скорости  воды  внутри труб - 1 м/сек, равенстве расходов теплообменивающихся средств и температурном  напоре 10 гр.С. При этом гидравлическое сопротивление в трубах не более 0,004 МПа при длине  секции 2 м  и 0,006 МПа при длине секции 4 м;  в межтрубном пространстве соответственно 0,007 и 0,009 МПа.    

 

DРн=7,5*Wтр.р.2*п       (14)   греющей воды

DРтр=Ш*Wм.кв.тр.*п    (15)

где п - число секций по ходу воды;

Ш - коэффициент, равный 30 для типоразмера

57,76 и 89 мм;

25 для типоразмера 114,168 мм и

20 для типоразмера219,273 и 325 мм

(из эксперимента).

Для водонагревателей  длиной  2м  в  ф-ле (14) вместо 7,5  представлять 5,  а в ф-ле (15) Ш принимать 25 для типоразмеров 76 и 89 мм, 18 для 114 мм и 11 для 168,219,273 и 325 мм. гр.С.