Выбор и расчет водоподогревателя

К установке принимаем скоростной водоводяной трубчатый нагреватель конструкции ВТИ МОСэнерго (ГОСТ 34 588−68*). Теплоноситель — вода из системы теплоснабжения (сетевая вода). Теплоноситель и нагреваемая вода движутся по изолированным контурам на встречу друг другу. Нагреваемая вода движется по теплообменным трубкам диаметром d = 16 мм и толщиной стенки д = 1 мм, а теплоноситель — по межтрубному пространству. Водоподогреватель рассчитываем на максимальный часовой расход горячей воды q hhr=2. 97м3/ч и максимальный часовой расход теплоты уhhr =0. 651ГДж/ч.

Для предварительного выбора водоподогревателя определим часовой расход нагреваемой воды qhhr нв, м3/ч, по формуле:

qhhr нв = уhhr / [с · с (th — tс) ] (1. 26).

qhhr нв = 650 580 / [4. 2 · 1000 (55 — 5) ] = 3. 10 м3/ч.

Определим площадь латунных трубок fлт, м2, водоподогревателя, приняв скорость движения нагреваемой воды в них хнв = 1. 0 м/с:

fлт = qhhr нв / (3600 · хнв) = 3. 10 / 3600 · 1. 0) = 0. 86 м².

По табл. 22 [44] подбираем водоподогреватель № 4 у которого площадь сечения латунных трубок составляет f’лт = 10. 8 см² = 0. 108 м², площадь межтрубного пространства fмп = 23. 3 см² = 0. 233 м², площадь нагрева одной секции f = 1. 31 м², длина секции l = 4 м, количество нагревательных трубок — 7 штук. Фактическая скорость движения нагреваемой воды хфнв, м/с, составит:

хфнв = qhhr нв / (3600 f’лт) = 3. 10 / (3600 · 0. 108) = 0. 80 м/с.

При максимальном секундном расходе горячей воды qh = 1. 26 л/с = 4. 54 м3/ч (см. п. п. 1. 6. 1) скорость х, м/с, составит:

х = 4. 54 / (0. 108 · 3600) = 1. 17 м/с.

Поверхность нагрева водоподогревателя F, м2, определим по формуле:

F = в · уhhr. (м · k · Дt · 3. 6) (1. 27).

где:

в = 1. 1, коэффициент запаса, учитывающий неучтенные потери теплоты трубами в окружающую среду;

уhhr = 650 580 KДж/ч, максимальный часовой расход теплоты на горячее водоснабжение;

м = 0. 7, коэффициент снижения теплопередачи через теплообменную поверхность, из-за отложений накипи на стенках;

k — коэффициент теплопередачи нагревательной поверхности, Вт/ (м2 оC), табл. 29 [44];

Дt — расчетная разность температур теплоносителя и нагреваемой воды, оC.

В связи с тем, что работа водоподогревателей в летнее и зимнее время (неотопительный и отопительный сезоны) значительно отличается друг от друга, расчет поверхности нагрева проводим на два режима.

Первый режим соответствует отопительному сезону и работе отопительной системы. В этот период расчетная начальная температура теплоносителя, в соответствии с заданием, принимается равной Тн = 130 оC, конечная Тк = 130 — 60 = 70 оC.

Второй режим соответствует летнему периоду, когда Тн = 70 оC,.

Тк = 70 — 30 = 40 оC.

Во время летнего периода водоподогреватель подключается к сети теплоснабжения по одноступенчатой схеме, а зимой — по двухступенчатой, причем первая ступень подключается к обратной системе отопления.

Водоподогреватель выбираем по наибольшему значению требуемой площади нагрева, с таким расчетом, чтобы скорость движения воды была в пределах (0. 5 ч 1. 5) м/с.

Коэффициент теплопередачи нагревательной поверхности К, зависит от вида теплоносителя, скорости движения нагреваемой и греющей воды.

Часовой расход греющей воды qh hr ГВ, м3/ч, в соответствии с формулой (1. 26), составит:

в зимний период, при параметрах теплоносителя.

Тн = 130оC и Тк = 70оC: qh зhr ГВ = 650 580 / [ 4. 2 · 1000 (130 — 70) ] = 2. 58 м3/ч;

в летний период.

Тн = 70 оC и Тк = 40 оC:

qh лhr ГВ = 650 580 / [ 4. 2 · 1000 (70 — 40) ] = 5. 16 м3/ч.

Скорость греющей воды хГВ, м/с, в межтрубном пространстве составит;

в зимний период:

хз ГВ = qh зhr ГВ / (fмп · 3600) = 2. 58 / (0. 233 · 3600) = 0. 31 м/с;

в летний период:

хл ГВ = qh лhr ГВ / (fмп · 3600) = 5. 15 / (0. 233 · 3600) = 0. 61 м/с.

В соответствии с табл. 29 [44], коэффициент теплопередачи К, ккал/ (м2· ч· оC) составит:

для зимнего периода:

Кз = 1201 ккал/ (м2 · ч · оC) · 1. 163 = 1397 Вт / (м2 · оC) ;

для летнего периода:

Кл = 1266 ккал/ (м2 · ч · оC) · 1. 163 = 1472 Вт / (м2 · оC).

где:

1. 163 — коэффициент перевода ккал/ (м2 · ч · оC) в Вт / (м2 · оC).

С целью учета влияния накипи на теплопередачу, выше приведенные значения умножим на коэффициент к1 = 0. 6, т. е. :

Кз = 1397 · 0. 6 = 838 Вт / (м2 · оC).

Кл = 1472 · 0. 6 = 883 Вт / (м2 · оC).

Расчетную разность температур теплоносителя и нагреваемой воды, для скоростного противоточного водоподогревателя, определим по формуле:

Дt = (Дtмакс — Дtмин) / [2. 31 · lg (Дtмакс / Дtмин) ] (1. 28).

где:

Дtмакс, Дtмин — наибольшая и наименьшая разность температур между теплоносителем и нагреваемой водой по концам водоподогревателя (в осях входного и выходного патрубков теплоносителя, рис. 1. 5).

Т_н = 130 ^оC.

t_н = 55 ^оC t_к = 5 ^оC.

Т_к = 70 ^оC.

Рис. 1. 5 Схема изменения параметров теплоносителя и нагреваемой воды в водоподогревателе, в зимний период.

Дtзмакс = Тн — tн = 130 — 55 = 75 оC.

Дtзмин = Тк — tк = 70 — 5 = 65 оC.

Желательно, чтобы величина Дtмин была больше 10 оC.

Для зимнего режима:

Дtз = (75 — 65) / [2. 31 · lg (75 / 65) ] = 69. 66 оC.

Для летнего режима:

Дtлмакс = 70 — 55 = 15 оC.

Дtлмин = 40 — 5 = 35 оC.

Дtл = (15 — 35) / [2. 31 · lg 15 / 35] = 23. 53 оC.

Подставляя в формулу (1. 27), получим:

для зимнего периода:

Fз = 1. 1 · 650 580 / (0. 7 · 838 · 69. 66 · 3. 6) = 4. 86 м²;

для летнего периода:

Fл = 1. 1 · 650 580 / (0. 7 · 883 · 23. 53 · 3. 6) = 13. 67 м².

По большей площади нагрева (Fл = 13. 67 м2) определяем число секций водоподогревателя n, шт. :

n = Fл / f = 13. 67 / 1. 31 = 10. 4 = 11 шт.

Принимаем к установке 11 секций водоподогревателя № 4.

При максимальном секундном расходе горячей воды qh = 1. 26 л/с, потери напора в водоподогревателе ДН, м, при длине одной секции l = 4 м и скорости движения воды х = 1. 17 м/с, вычислим по формуле:

ДН = (0. 6 ч 0. 7) х2 n (1. 29).

ДН = 0. 65 · 1. 172 · 11 = 9. 79 м.