Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Литозбор по использованию вторичного тепла
• 2. Тепловой расчет рекуперативного теплообменника
• 3. Выбор основного оборудования
• 4. Оценка гидравлического сопротивления
• 5. Подбор вспомогательного оборудования
• 6. Контрольно-измерительные приборы
• Заключение
• Список использованных источников
• ВВЕДЕНИЕ

Теплообменники - устройства, предназначенные для передачи тепла от одних тел к другим. В теплообменных аппаратах могут происходить различные тепловые процессы: изменение температуры, испарение, кипение, конденсация, расплавление, затвердевание и, наконец, более сложные комбинированные процессы. Количество тел, участвующих в этих процессах, может быть больше двух, а именно: тепло может передвигаться от одного тела к нескольким другим телам или, наоборот, от нескольких тел к одному. Эти тела, отдающие или воспринимающие тепло, принято называть теплоносителями.

В зависимости от назначения, теплообменные аппараты называются подогревателями. Конденсаторами, испарителями, паропреобразователями и т.д.

По принципу действия теплообменные аппараты делятся на поверхностные и смесительные.

В поверхностных аппаратах теплоносители разделены твёрдыми теплопроводными стенками, через которые происходит теплообмен между теплоносителями. Та часть поверхности стенок, через которую передаётся тепло, называется поверхностью нагрева.

В свою очередь поверхностные теплообменные аппараты делятся на рекуперативные и регенеративные.

Теплообмен между теплоносителями является одним из наиболее важных и часто используемых в технике процессов. Например, получение пара заданных параметров в современном парогенераторе основано на процессе передачи тепла от одного теплоносителя к другому. В конденсаторах и градирнях тепловых электростанций, воздухоподогревателях доменных печей и многочисленных теплообменных устройствах химической промышленности основным рабочим процессом является процесс теплообмена между теплоносителями. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности стенки, а если хоть одна из жидкостей является излучающим газом, то и за счет теплового излучения.

Если же два и больше теплоносителей попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, то теплообменный аппарат называют регенеративным. В период соприкосновения с одним из теплоносителей стенки аппарата получают тепло и аккумулируют его; в следующий период соприкосновения другого теплоносителя с той же поверхностью стенок аккумулированное тепло передаётся теплоносителю. Направление теплового потока во втором периоде изменяется на противоположное.

В большинстве рекуперативных аппаратов осуществляется непрерывная передача тепла через стену от одного теплоносителя к другому. Эти аппараты, как правило, являются аппаратами непрерывного действия. Рекуперативные аппараты, в которых производится периодический нагрев или охлаждение одного из теплоносителей, относят к аппаратам периодического действия.

К рекуперативным поверхностным теплообменникам непрерывного действия, наиболее распространенным в промышленности относятся ребристые теплообменники.

Ребристые теплообменники применяют для увеличения теплообменной поверхности оребрением с той стороны, которая характеризуется наибольшими термическими сопротивлениями. Ребристые теплообменники (калориферы) используют, например, при нагревании паром воздуха или газов. Важным условием эффективного использования ребер является их плотное соприкосновение с основной трубой (отсутствие воздушной прослойки), а также рациональное размещение ребер.

Ребристые теплообменники широко применяют в сушильных установках, отопительных системах и как экономайзеры.

Ребристые теплообменники бывают разнообразных конструкций. Наиболее распространены воздухонагреватели с поперечными круглыми и прямоугольными рёбрами. Иногда рёбра выполняют навивкой металлической ленты, поставленной на ребро. В качестве рекуператоров промышленных печей применяют чугунные игольчатые теплообменники с иглами на внешней и внутренней стороне. При продольном обтекании труб целесообразно располагать рёбра вдоль образующих труб.

За счет применения поперечных ребер (рис. 1) достигается значительное увеличение площади поверхности теплообмена. Отношение площадей поверхности ребер и неоребренной части труб может достигать 10. Правда, поверхность ребер менее эффективна в отношении теплопередачи, нежели собственная поверхность труб. И все же правильно спроектированный ребристый теплообменник более компактен, чем теплообменник без оребрения труб, т.е. при одинаковых рабочих условиях у него более высокая интенсивность теплопередачи, приходящаяся на единицу объема. Поперечные ребра теплообменника, показанного на рис. 1, припаиваются к трубам твердым или мягким припоем.

Рис.1

Существенное значение для эффективности работы ребристых аппаратов имеет материал труб и рёбер, а также контакт между ними. Для повышения теплопроводности часто применяют латунь, алюминий или медь. Хороший контакт между трубами и рёбрами достигается лужением или оцинкованием.

Регенеративные теплообменники в большинстве случаев являются аппаратами периодического действия; в них разные теплоносители поступают в различные периоды времени. Непрерывная работа осуществляется в таких аппаратах лишь в том случае, если они снабжены движущимися стенками или насадками, попеременно соприкасающихся с потоками разных теплоносителей и непрерывно переносящими тепло из одного потока в другой.

Достоинством дымовых газов и топочных газов как теплоносителя являются возможность достижения высокой температуры при атмосферном давлении, недостатками - громоздкость аппаратуры, обусловленная низкой теплоотдачей от газов к стенке, сложность регулирования рабочего процесса в теплообменном аппарате, пожарная безопасность и сравнительно быстрый износ поверхностей теплообмена от золы, а также при чистке аппаратов. Существенным недостатком дымовых газов является также возможность использования их даже на небольшие расстояния требует значительных расходов электроэнергии, громоздкость каналов и связана с большими тепловыми потерями.

Тепловые расчеты теплообменников могут быть конструктивными и проверочными. Конструктивные тепловые расчеты выполняются при проектировании новых аппаратов, и целью расчета является определение поверхности теплообмена.

1.Литозбор по использованию вторичного тепла

В соответствии с официальным определением, вторичные энергоресурсы - это энергетический потенциал (запас энергии в виде физической теплоты, потенциальной энергии избыточного давления, химической энергии и др.) продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, которые не могут быть использованы в самом агрегате, но могут частично или полностью применяться для энергоснабжения других потребителей [1].

По виду содержащегося в них энергетического потенциала ВЭР подразделяются на три основных группы: горючие, тепловые и избыточного давления.

Горючие ВЭР - это отходы одного производства, которые могут быть утилизированы непосредственно в виде топлива в других производствах. К ним относятся, например, технологические газы черной и цветной металлургии, жидкие и твердые топливные отходы химической и нефтегазоперерабатывающей промышленности, щепа, опилки, стружка, щелоки деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной отраслей.

Тепловые ВЭР - это физическая теплота отходящих газов, основной и побочной (нецелевой) продукции производства: нагретых металла, шлаков и зол; горячей воды и пара, отработанных в технологических установках, системах охлаждения и пр.

Следует отметить, что тепловая энергия отходов, выходящая из технологического агрегата и используемая для подогрева вещественных потоков, поступающих в этот же агрегат (процессы регенерации и рекуперации), ко вторичным энергоресурсам не относятся.

ВЭР избыточного давления - это потенциальная энергия покидающих установку газов, воды, пара, имеющих повышенное давление, которое может быть еще применено перед выбросом в окружающую среду. Основное направление утилизации таких ВЭР - получение электрической или механической энергии.

Многие горючие ВЭР, например черной металлургии, имеют низкую теплоту сгорания и химически агрессивны. Это создает значительные трудности при их утилизации. Они же имеют место и при сжигании высококалорийных, но одновременно легко воспламеняемых, взрывоопасных и токсичных ВЭР (водород, сухие абгазы и др.).

Для утилизации горючих вторичных энергетических ресурсов часто необходимо специальное оборудование, однако основной путь их использования - применение в агрегатах индустриальных технологий.

Тепловые ВЭР - наиболее распространенный вид энергетических отходов.

Их утилизация проводится практически повсеместно. В то же время привлекаются в основном высокопотенциальные (высокотемпературные) тепловые ВЭР (см. далее). Значительно меньше востребованы среднетемпературные энергетические отходы, низкотемпературные применяются еще реже.

Основное оборудование для использования тепловых ВЭР - котлы-утилизаторы (к/у), системы испарительного охлаждения промышленных печей, различного рода теплообменники, в том числе контактные нагреватели.

ВЭР избыточного давления образуются в ряде металлургических, химических, нефтеперерабатывающих производств. Ими могут обладать жидкие и газообразные отходы. Однако их применение пока не носит массового характера (избыточное давление доменного газа используют, например, в газовых бескомпрессорных турбинах).

По температуре, с которой тепловые ВЭР покидают технологические агрегаты, их делят на высоко-, средне- и низкопотенциальные.

Четкой градации ВЭР по этому признаку нет. Можно принять, что к высокопотенциальным относятся ВЭР, температура которых превышает наименьшую температуру газов в автогенном процессе сжигания топлива (не менее 600°С). К низкопотенциальным принадлежат ВЭР, представляющие собой жидкости с температурой менее 100°С и газы с температурой ниже 300°С [2]. В этом случае среднепотенциальные ВЭР по температуре будут занимать промежуточное положение между высоко- и низкопотенциальными энергетическими отходами.

В целом основными источниками тепловых ВЭР в различных отраслях промышленности выступают технологические агрегаты, как правило, недостаточно совершенные с энергетической стороны. Особенно неблагоприятны с точки зрения использования теплоты сгорания топлива нагревательные и термические печи (их тепловой КПД равен 12-18%), вагранки чугунолитейных цехов (теплопотери с газами превышают 50-60%), паровые котлы низкого давления (КПД порядка 50%), паровые молоты кузнечных цехов (КПД не более 2-5%) и др.

2. Тепловой расчет рекуперативного теплообменника

Для расчета теплообменника принимаю трубы, диаметром 14/16, расположенные в коридорном порядке с шагом 55 мм, диаметр ребра 50 мм, ширина ребра 1,5 мм, шагом ребра 3мм.

Определение массовых секундных расходов теплоносителей (воды).

На основе уравнения теплового баланса (при отсутствии потерь тепла и фазовых переходов теплоносителей):

где - коэффициент тепловых потерь, 0,97.

Где G_в, G_вз - массовый секундный расход теплоносителей, в котором для газа:

теплообменник рекуперативный гидравлический сопротивление вентилятор насос

кг/с

Определение температурных условий работы теплообменника.

Находим среднюю температуру жидкости, воздуха по всей длине теплообменника:

Среднелогорифмический температурный напор между теплоносителями:

По полученным данным расчета из таблиц записываем теплофизические свойства теплоносителей:

где 1 - для воды, 2 для воздуха.

Определение коэффициента теплопередачи и конструктивных размеров теплообменника.

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки определяют с учетом числа трубок, по которым она протекает, ориентировочно это число может быть найдено по формуле:

Принимаем количество трубок n=4.

Скорость воды в трубках принимаем 0,5 м/с, воздуха в межтрубном пространстве 5 м/с. Т.к. число трубок идеально, то уточнять скорость воды не надо.

Определяем предварительно критерий Рейнольдса:

Вычисляем значение коэффициента теплоотдачи из уравнения:

Имеем:

Находим коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности трубок к нагреваемому воздуху, для чего предварительно определяем проходное (живое) сечение межтрубного пространства, а также коэффициент и КПД оребрения:



Площадь живого сечения одного межреберного канала в поперечном ряду пучка:

Длина трубы:

Для начала найдем коэффициент оребрения:

Длина обтекания ребристой трубы:

В первом приближении коэффициент теплоотдачи для многорядных пучков равен:

Рассчитываем КПД ребра:



По номограмме при D/d_нар=3,125 и Д₁/Д₂=1 выбираем .

Определяем эффективность ребристой поверхности:

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к средней площади поверхности трубы:

Площадь поверхности нагрева:

м²

Количество труб:

Количество продольных рядов труб в пучке:

Диаметр кожуха теплообменника:



Находим диаметры штуцеров:

м²;

м.

3. Выбор основного оборудования

Выбор вентилятора.

Объемный расход воздуха

где 1,1-коэффициент запаса.

По значению потерь давления и расходу воздуха выбираем вентилятор:

ВЦ14-46-5К-02 с расходом 3,67 м³/с и перепадом давления 2,7 кПа в количестве 2ух агрегатов, установленных последовательно.

Тип двигателя АО2-61-4 мощностью 13кВт.

Конструкция привода вентилятора.

Вентиляторы и привод должны иметь низкую стоимость, жесткость и надежность. Поэтому вентиляторы с диаметром от 1,5 м часто устанавливаются непосредственно на валу двигателя. Если используются вентиляторы большего диаметра, то для уменьшения шума (растущего с увеличением частоты вращения) частота вращения вентилятора должна быть уменьшена. Самым экономичным способом уменьшения частоты вращения является использование клиновидной ременной передачи между двигателями и вентилятором.

Клиновидные ремни используются при мощности приводов до 30--40 кВт. При более высоких мощностях приводов используются различные типы редукторов с шестеренчатой передачей. Они могут быть установлены на бетонной опоре при удлиненном вале вентилятора или непосредственно закреплены на ступице вентилятора.

Поскольку вентилятор всегда обеспечивает постоянный объемный расход воздуха, необходимо увеличение мощности привода при снижении температуры, особенно в зимних условиях, когда уменьшается плотность воздуха. Это должно быть учтено при выборе двигателя вентилятора, мощность которого не регулируется. В этом случае мощность двигателя должна быть на 25--30% выше. Для вентиляторов, лопасти которого приспособлены для работы в летних и зимних условиях, запас мощности может составлять до 15%.

Выбор насоса подачи воды.

Выбор насосов сводится к выбору по требуемой производительности и напору и подаче.

подача (расход):

напор насоса:

где-- необходимый подпор в аппарате;

-- общее падение давления воды.

По значению потерь напора, равного и расходу воды выбираем насос:

Х2/25 с расходом 4,8*10^-4 кг/с в количестве 2ух агрегатов, установленных параллельно, тип двигателя АОЛ-12-2 мощностью 1,1кВт.

4. Оценка гидравлического сопротивления

Аэродинамический расчёт воздушного тракта.

1. Потери давления на трение на пути движения воздуха:

Относительная шероховатость:

2. Потери давления на местных сопротивлениях:

3. Потери давления на входе и выходе из труб:

Принимаем , следовательно:

4. Потери на поворотах рекуператора:

5. Суммарные потери при движении воздуха через теплообменник, определяются выражением:

Гидравлический расчёт водяного тракта.

1. Потери давления на трение на пути движения воздуха:

Относительная шероховатость:

2. Потери давления на входе и выходе из труб:

Принимаем , следовательно



3. Потери на поворотах рекуператора:

4. Суммарные потери при движении воды через теплообменник, определяются выражением:

5. Подбор вспомогательного оборудования

Для обеспечения подвода теплоносителя (воды) от насосов к теплообменнику требуется выбрать трубопровод. Диаметр трубопровода определим при скорости теплоносителя 1 м/с.

м

Выбираем ближайший больший стандартный диаметр 32 мм.

Материал труб - сталь.

Задвижка - промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или регулирующий орган перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно оси потока рабочей среды. Материал корпусных деталей - углеродистая сталь. К задвижкам относятся запорные устройства, в которых проход перекрывается поступательным перемещением затвора в направлении, перпендикулярном движению потока транспортируемой среды. В сравнении с другими видами запорной арматуры задвижки имеют следующие преимущества: незначительное гидравлическое сопротивление при полностью открытом проходе; отсутствие поворотов потока рабочей среды; возможность применения для перекрытия потоков среды большой вязкости; относительно небольшая строительная длина; возможность подачи среды в любом направлении. К недостаткам задвижек следует отнести: невозможность применения для сред с кристаллизирующимися включениями; сравнительно небольшой допускаемый перепад давления на затворе; невысокая скорость срабатывания; возможность получения гидравлического удара в конце хода; трудности ремонта изношенных уплотнительных поверхностей затвора при эксплуатации. Выбираем задвижку с D=20 мм. Основные параметры задвижки:

Наименование 31лс77нж(ЗКС):

* давление условное Ру кгс/см2: 160 кгс/см2 (16,0 МПа);

* температура рабочей среды: до + 425°С;

* тип присоединения: фланцевое с присоединительными размерами по ГОСТ 12815-80, муфтовое, под приварку внахлест, встык;

* климатическое исполнение: У1 (до - 40°С), ХЛ (от -60 до +40°С);

* класс герметичности: по ГОСТ 9544-93: “А”;

* материал корпуса: углеродистая и легированная сталь;

* материал уплотнения затвора: нержавеющая сталь.

Материалы основный деталей:

Корпус и крышка - сталь 25; 15ХМ; 15Х5М; 12Х18Н10Т; 18ХГТ

Уплотнительная поверхность затвора - сталь 20Х13; 08Х18Н10Т; 14Х17Н2. Набивка сальника - "Графлекс" Н 1200

6. Контрольно-измерительные приборы

Схемами автоматизации предусматривается:

- регулирование температуры приточного воздуха;

- блокировка регулирующего клапана на теплоносителе с пуском вентилятора;

- блокировка рециркуляционной заслонки, противопожарного клапана КЛОП-1 на приточном воздуховоде и заслонки наружного воздуха с пуском вентилятора;

- контроль перепада на фильтре;

- контроль напора воздуха в подающем воздуховоде;

- местный контроль температуры воздуха и теплоносителя;

- местное управление из венткамеры;

- дистанционное управление из обслуживающего помещения;

Для насоса подачи воды предусматривается:

- местное управление;

- дистанционное управление;

- сигнализация нормальной работы на щите управление.

Для управления работой и обеспечения нормальных условий эксплуатации теплообменные аппараты должны быть снабжены арматурой и контрольно-измерительными приборами (КИП) и приборами безопасности, доступными для наблюдения и обслуживания.

Их наименование:

предохранительные устройства;

манометры;

приборы для измерения температуры сред;

приборы безопасности;

питательные приборы.

Выбираем термометр сопротивления Элемер ТС

- Назначение

Термометры технические предназначены для контроля и измерения температуры жидких, твердых, газообразных и сыпучих сред - как неагрессивных, так и агрессивных. Применяются в различных отраслях промышленности.

- Особенности и преимущества

В технологии датчиков используются технологии:

- лазерная сварка

-пайка серебряным припоем. Для производства термометров используются высококачественные материалы:

- Ряд номинальных статических характеристик

Номинальная статическая характеристика термометров ТС выбирается из ряда: 50П, 100П, Pt100, Pt500, 50М, 100М.Для двойных чувствительных элементов: 2х50П, 2х100П, 2хPt100, 2хPt500, 2х50М, 2х100М.

Таблица 6.1. Технические характеристики

Диапазон измеряемых температур, С
ТС-50П, 100П, Pt100(H)	-50...+350, -50...+200
ТС-50П, 100П, Pt100(C)	-50...+500
ТС-50М, 100М	-50...+180
Особенности исполнения
Условное давление измеряемой среды	0,4...6,3
Защитная арматура	сталь 12Х18Н10Т
Материал головки	Прессматериал АГ-4В, силумин

Выбираем электромагнитный расходомер SIMA FC 2.

Назначение и область применения электромагнитных расходомеров:

Расходомер Sima FC 2 предназначен для общих промышленных измерений расхода жидкостей с предпочтительным применением в водном хозяйстве.

Преимущества и особенности:

- высокая точность измерения расхода и объема

- возможность измерения расхода в обоих направлениях

- качественная футеровка проточной части

- стабильность метрологических характеристик

- самоочистка электродов

Технические характеристики:

Индукционный расходомер SIMA FC 2 состоит из вычислителя и датчика, поставляемых в комплекте.

Характеристики датчика SIMA FC2
Проводимость измеряемой жидкости	>=5MuС/см-1
Футеровка	техническая резина галар тефлон
Давление среды	до 2,5 МПа
Материал электродов	химически стойкая сталь титан платина hasteloy
Характеристики вычислителя SIMA FC2
Питание	230В (+10%,-15%), 50 Гц
Потребляемая мощность	12ВА макс
Температура окружающей среды	от -5 до +45 С
Диапазон измерения	от 0.1 до 10 м/сек

Выбираем датчик давления BD Sensors DPS +.

Выносной датчик дифференциального давления, предназначенный для низких давлений, используется в промышленности или в лабораторных исследованиях.

На теплообменном аппарате манометры должны быть установлены на выходе сред до запорного устройства и предохранительного клапана и на входе сред.

Манометры, устанавливаемые на теплообменниках, должны иметь класс точности не ниже:

-2,5 - для рабочего давления до 25 кгс/см²;

-1,5 -- для рабочего давления свыше 25 до 140 кгс/см² включительно;

-1,0 -- для рабочего давления свыше 140 кгс/см².

Манометры не допускаются к применению в следующих случаях:

-на манометре отсутствуют пломба или клеймо о проведении проверки;

-истёк срок проверки манометра;

-стрелка манометра при его включении не возвращается к нулевому показанию шкалы на величину, превышающую половину допустимой погрешности для данного манометра;

-разбито стекло или имеются другие повреждения манометра, которые могут отразиться на правильности его показаний.

Заключение

В данном курсовом проекте спроектирован прямоточный ребристый рекуперативный теплообменник для нагрева воздуха от 20 ^ОС до 28 ^ОС за счет теплоты горячей воды.

В результате проведенных расчетов были определены требуемая площадь теплообмена, выбраны длина труб, число труб, определена схема движения теплоносителей.

Проведен тепловой и гидравлический расчеты теплообменного аппарата.

После чего, на основании проведенных расчетов было выбрано основное и вспомогательное оборудование, а также контрольно-измерительные приборы.

Список использованных источников

1.Бакластов А.М. «Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок»

2.Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн.: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия, 1995.

3.Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков под ред. П.Г. Романкова, 10 издание, переработанное и дополненное. Л.:”Химия”, 1987.

4.Ривкин С.Л., Александров А.А. «Теплофизические свойства воды и водяного пара». М.: Энергия, 1980.

Размещено на Allbest.ru