4. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды горячего водоснабжения (рис. 5)

Данная тепловая схема обеспечивает:

- полный возврат конденсата в котельную для использования в качестве питательной воды;

- частичную утилизацию теплоты пароконденсатной смеси;

- выработку горячей воды, количество которой полностью или частично удовлетворяет потребность технологических цехов в горячей воде;

- рациональные режимы работы конденсатоприводов за счет снижения температуры конденсата до уровня, рекомендуемого нормативно-техническими документами по эксплуатации теплопроводов.

4.1. В качестве базовых данных принимаем максимальные часовые выходы теплоты пароконденсатной смеси (см. п. 1.3) и максимальную часовую потребность в горячей воде (см. п. 2.2).

4.2. Задаемся исходными условиями для расчета тепловой схемы:

4.2.1. Температуру конденсата после утилизационного теплообменника t_к принимаем равной 60…70 ^оС.

4.2.2. Температуру холодной воды, поступающей в теплообменник, t_хв принимаем равной 10…15 ^оС.

4.2.3. Температуру горячей воды после теплообменника t_гв принимаем равной 63…68 ^оС.

_

4.2.4. Средняя температура пароконденсатной смеси t_н (см. п. 1.5).

_

4.2.5. Средняя энтальпия пароконденсатной смеси h_пкс (см. п. 1.4).

_

4.2.6. Среднее давление пароконденсатной смеси P* (см. п. 3.2).

4.2.7. Теплоемкость воды при постоянном давлении С_р (приложение 9).

4.2.8. Плотность воды ρ (приложение 9).

4.2.9. Коэффициент полезного использования теплоты в теплообменнике η принимаем равным 0,92…0,95.

4.2.10. Коэффициент теплопередачи для зоны конденсации пароконденсатной смеси К_А принимается равным 1,7…1,9 кВт/(м² · К), а для зоны переохлаждения конденсата К_Б – 1,25…1,45 кВт/(м² · К).

4.2.11. В качестве спецзадания может быть поставлена задача определения коэффициента теплопередачи по известным методикам теплотехнических расчетов теплообменных аппаратов.

4.3. Процесс конденсации пароконденсатной смеси, а затем переохлаждения конденсата в утилизационном теплообменнике

_

рассматриваем происходящим при постоянном давлении P* (рис. 8).

4.4. Определяем количество теплоты, отдаваемой пароконденсатной

_

смесью Q₁ и соответствующую тепловую мощность Q₁:

4.4.1. Зона конденсации пароконденсатной смеси при постоянном давлении и постоянной температуре (рис. 8, участок 1 – 2):

_ _

Q₁^A = Q_пкс^ч · (h_пкс - h') / (h_пкс – h_к), ГДж/ч;

_

Q₁^A = Q₁^A ·10⁶ / 3600, кВт,

где h_к - энтальпия конденсата, кДж/кг:

h_к = С_р · t_к, кДж/кг.

Рис. 8. Процесс конденсации пароконденсатной смеси (1–2) и переохлаждения конденсата (2-3) в утилизационном теплообменнике (см. рис. 5)

4.4.2. Зона переохлаждения конденсата (рис. 8, участок 2 – 3):

_

Q₁^Б = Q_пкс^ч · (h' - h_к) / (h_пкс – h_к), ГДж/ч;

_

Q₁^Б = Q₁^Б ·10⁶ / 3600, кВт.

4.5. Рассчитываем количество теплоты, воспринимаемой нагреваемой

_

водой Q₂, и соответствующую тепловую мощность Q₂:

4.5.1. Нагрев воды при конденсации пароконденсатной смеси:

Q₂^A = Q₁^A · η, ГДж/ч;

_

Q₂^A = Q₂^A · 10⁶ / 3600, кВт.

4.5.2. Нагрев воды переохлаждаемым конденсатом:

Q₂^Б = Q₁^Б · η, ГДж/ч;

_

Q₂^Б = Q₂^Б · 10⁶ / 3600, кВт.

4.6. Определяем количество нагреваемой воды:

V₂ = [(Q₂^A + Q₂^Б) · 10⁶] / [Cp · ρ · (t_гв - t _хв)], м³/ч.

4.6.1. Проверяем, в какой степени количество нагреваемой воды достаточно для обеспечения потребности производственного корпуса в горячей воде. Коэффициент обеспеченности горячей водой определяется по формуле:

Ψ_гв = V₂ / V_гв^ч · 100, %,

где V_гв^ч (см. п. 2.2).

С большой долей вероятности можно предположить, что Ψ_гв < 100 %.

4.6.2. В случае, если Ψ_гв > 100 %, что маловероятно, необходимо для уменьшения количества нагреваемой воды увеличить температуру конденсата t_к. Это может быть предметом дополнительного спецзадания.

4.6.3. Строим температурный график утилизационного теплообменника

(рис. 9).

Рис. 9. Температурный график утилизационного теплообменника:

Fа и Fб – площади поверхностей нагрева теплообменника, соответствующие зонам переохлаждения конденсата, м²; t_пр – промежуточная температура нагреваемой воды в момент завершения конденсации пароконденсатной смеси, ^оС; Δt' и Δt" – соответственно разности температур между теплообменивающимися средами на входе в теплообменник и выходе из него, ^оС; Δt_пр – промежуточная разность температур между теплообменивающимися средами в момент завершения конденсации пароконденсатной смеси, ^оС

4.7. Находим промежуточную температуру нагреваемой воды t_пр из уравнения:

Q₂^A / Q₂^Б = (t_гв - t _пр) / (t_пр - t _хв), ^оС

4.8. Определяем средние разности температур между теплообменивающимися средами (температурные напоры) Δt_ср:

4.8.1. Зона конденсации пароконденсатной смеси:

при Δt_пр / Δt^' < 1,7 Δt_ср^А = (Δt^' + Δt_пр) / 2

при Δt_пр / Δt^' > 1,7 Δt_ср^А = (Δt_пр - Δt^') / ln (Δt_пр / Δt^')

4.8.2. Зона переохлаждения конденсата:

при Δt_пр / Δt^'' < 1,7 Δt_ср^Б = (Δt^'' + Δt_пр) / 2

при Δt_пр / Δt^'' ≥ 1,7 Δt_ср^Б = (Δt_пр - Δt^'') / ln (Δt_пр / Δt^'')

4.9. Находим площади поверхностей теплообмена:

4.9.1. Зона переохлаждения пароконденсатной смеси:

_

F_A = Q₂^A / (К_А · Δt_ср^А), м²

4.9.2. Зона переохлаждения конденсата:

_

F_Б = Q₂^Б / (К_Б · Δt_ср^Б), м²

где К_А и К_Б см. п. 4.2.9.

4.9.3. Общая поверхность нагрева аппарата составит:

F = F_A + F_Б, м².

4.9.3.1. Типоразмер водоподогревателя и их количество подбирается с условием запаса требуемой поверхности нагрева до 10…15% (приложение 10).

4.10. Определяем часовую экономию пара на нагрев воды в результате его замещения в качестве теплоносителя пароконденсатной смесью:

D_эк = [V₂ · Cp · ρ · (t_гв - t _хв)] / (h_x – h_пкс) · η, кг/ч,

где h_x - энтальпия влажного насыщенного пара, подаваемого в пароводяной подогреватель, кДж/кг:

h_x = f(P, X) = h' + r · X, кДж/кг

P - давление пара, подаваемого в пароводяной подогреватель, кПа (принимается равным 600…700 кПа);

X - степень сухости пара, подаваемого в пароводяной подогреватель (принимается равной 0,9 … 0,95);

h' - энтальпия кипящей воды при давлении Р, кДж/кг (приложение 2);

r - теплота парообразования при давлении Р, кДж/кг (приложение 2);

h_пкс - энтальпия пароконденсатной смеси после пароводяного подогревателя, кДж/кг;

h_пкс = h' + r · X_пп, кДж/кг;

X_пп - доля «пролетного» пара в пароконденсатной смеси после пароводяного подогревателя (принимается равной 0,05…0,10).

4.11. Недостающее количество горячей воды (см. п. 4.6.1) вырабатывается в резервном пароводяном подогревателе, расчет которого выполняется по дополнительному спецзаданию.

4.12. Определяем коэффициент утилизации теплоты пароконденсатной смеси:

_

η_пкс = (h_пкс - h_к) / h_пкс · 100, %.