Гидравлический расчет ТА

Наряду с тепловым расчетом производится гидравлический расчет теплообменника. Это нужно для определения необходимой мощности насосов или вентиляторов, обеспечивающих движение теплоносителей через теплообменник.

С теплотехнических позиций увеличение скорости движения теплоносителей дает положительный эффект, так как улучшает условия и увеличивает коэффициент теплоотдачи. В этом нетрудно убедиться, проанализировав любую формулу конвективного теплообмена (17.1, 17.4 и др). С другой стороны, при повышении скорости потока увеличивается гидравлическое сопротивление в трубах, и это требует увеличения мощности для прокачки теплоносителей через ТА. Кроме того, с повышением гидравлического сопротивления возможно увеличение давления в трубах, что должно быть компенсировано увеличением толщины стенок или иным образом. Опыт показывает, что в рекуперативных теплообменниках скорости движения теплоносителей внутри труб должны быть следующими:

перегретого пара - от 40 до 80 м/с;

насыщенного пара - от 20 до 60 м/с;

охлаждающей воды в трубах конденсаторов – от 1,8 до 3 м/c;

охлаждающей воды в водоводяных и водомасляных охладителях дизелей - от 0,4 до 1,2 м/с;

нефтяное топливо в трубах топливоподогревателей - от 0,4 до 1,0 м/с;

газообразные продукты сгорания и воздух в трубках воздухоподогревателей - от 10 до 15 м/с;

вода в экономайзере котла - от 0,3 до 0,8 м/с.

Скорость движения газообразного теплоносителя в межтрубном пространстве принимается в пределах от 5 до 20 м/с, а жидкостей - от 0,1 до 1 м/с.

Полное гидравлическое сопротивление движению потока теплоносителя определяется по формуле

, (21.16)

где: - сопротивление трения;

- cумма местных сопротивлений, связанных с изменением направления движения, сужением или расширением потока, а также с преодолением гидравлических препятствий;

- гидравлическое сопротивление, вызванное изменением плотности а, следовательно, и скорости движения газа вдоль поверхности теплообмена; для жидкостей этим сопротивлением можно пренебречь;

- гидравлическое сопротивление самотяги, вызванное гравитационными силами и изменением плотности теплоносителей при нагреве или охлаждении; для судовых теплообменников эта составляющая может быть принята нулю;

- коэффициент трения для турбулентного режима течения и гладких труб с высотой неровностей меньше пограничного слоя; для этого коэффициента существуют другие формулы и способы определения числовых значений;

l - длина трубки или пучка труб;

d - диаметр трубки или эквивалентный диаметр пучка труб;

w - скорость движения потока;

r - плотность теплоносителя;

с - коэффициент местного сопротивления, значения которого даны в справочной литературе;

- числа Прандтля для теплоносителя при температуре потока и температуре стенки.

Мощность насоса для прокачки теплоносителя через теплообменник определяется по формуле

, (21.17)

где h - коэффициент полезного действия насоса.

Современные промышленные предприятия потребляют более 50 % энергетических ресурсов и около 65 % производимой электроэнергии. Как правило, основными теплоносителями в быту и промышленности являются котельные установки, вырабатывающие пар и горячую воду, которые используются в различных отраслях промышленности. Производимый котельными пар активно применяется для производства электроэнергии. Количество и насыщенность пара зависят от используемого топлива в котельных.

Котельные могут работать на разном виде топлива, твёрдом, газообразном и жидком. Современные котельные представляют собой сложное устройство, состоят из различных элементов, конструкций, которые связаны в единую систему по производству технологического пара.

Наиболее распространённым топливом для современных котельных считается твёрдое и газообразное топливо, как самое доступное и относительно недорогое. В зависимости от используемого топлива технологическая схема котельной может видоизменяться. Например, технологическая схема котельной, работающей на твёрдом топливе, выглядит следующим образом: в качестве топлива используется уголь, который с помощью транспортного механизма поступает в специальное дробильное устройство. Измельчённое топливо из бункеров направляется в мельницы, где приобретает вид угольной пыли, которая, в свою очередь, поступает в топку котельной установки и сгорает. Издержки продуктов горения выходят через дымовые трубы, а полезное тепло (производственный пар) используется в промышленности и быту. Единственный минус использования твёрдого топлива – это образование шлаков и золы в процессе сгорания угля, что требует периодической очистки, удаления отходов горения. Хранение твёрдого топлива предполагает наличие дополнительного помещения, а также необходимо учесть дополнительные расходы на доставку. Так, при строительстве, установке транспортабельной котельной доставка твёрдого топлива осуществляется непосредственно на территорию заказчика.

Котельные, работающие на жидком или газовом топливе, исключают из своей конструкции устройства для удаления шлаков и отходов горения, а для газового топлива не требуется и сооружения для хранения, транспортировки и подготовки к сжиганию.

Таким образом, неотъемлемой частью любой котельной установки является котёл – основной агрегат. На сегодняшний день современные котлы оснащаются автоматическими системами управления, позволяющими отслеживать работу котла (расход топлива, параметры пара и тд), что повышает надёжность, безопасность и производительность котельной.

Условное топливо — Химическая или ядерная энергия топлива переводится в различные виды энергии, и чаще всего через преобразование выделяемого при реакциях тепла тепловыми двигателями.

Основной показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива.