Материал: Тепломассообменное оборудование предприятий. лабораторный практикум. Портнов В.В., Майоров В.В

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ГРЕЮЩЕЙ И НАГРЕВАЕМОЙ ВОДЫ В МЕЖТРУБНОМ И ТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВАХ ВОДОВОДЯНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

На промышленных предприятиях, в промышленных котельных и на ТЭЦ широко используются горизонтальные поверхностные кожухотрубные теплообменники, в которых и греющей и нагреваемой средой является вода. Важнейшими характеристиками такого аппарата является скорость движения воды как в меж трубном пространстве, так и внутри теплообменных труб. С увеличением скорости повышается эффективность теплоотдачи между поверхностью труб и омывающей их греющей и нагреваемой водой. Однако в этом случае интенсификация теплообмена сопровождается дополнительной затратой энергии на перемещение теплоносителя через трубное и межтрубное пространства аппарата, т.е. в такой ситуации выбор наивыгоднейшей поверхности теплообмена и конструкции подогревателя целесообразно осуществлять по методу технико-экономической оптимизации. Наибольшей экономической эффективностью будут обладать те конструкции, для которых годовые приведенные затраты минимальны.

Если известны капитальные затраты на аппарат КТ ,

годовые затраты на его эксплуатацию Э и нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений ЕН , то годо-

вые приведенные затраты составят:

В данном случае в качестве оптимизируемых параметров наиболее целесообразно выбрать скорость движения воды

в межтрубном пространстве W1 и скорость движения воды внутри теплообменных труб W2 , м/с, что позволяет согласно

35

где τ – число часов работы аппарата в год, ч/год; ЦЭ – стоимость 1 кВт ч электроэнергии для привода

насосов подачи греющей и нагреваемой воды в аппарат, р./кВт ч;

ξ = 0,57 – коэффициент, учитывающий амортизацию теплообменного аппарата, коэффициент экономической эффективности ЕН и стоимость инженерно-строительных работ,

включая монтаж оборудования, р./ (р. год); ЦА – удельная стоимость подогревателя, р./м2;

FР – расчетная поверхность теплообмена подогревате-

ля, м2.

Формула (2.2) позволяет получить расчетное уравнение целевой функции, т.е. уравнение связи между годовыми приведенными затратами и скоростью движения воды как в межтрубном, так и в трубном пространствах подогревателя.

Определение единовременных капитальных затрат

Единовременные капитальные затраты, т.е. общая стоимость (цена) аппарата KT , определяются по соотношению

где коэффициент 1,15 учитывает запас поверхности теплообмена, позволяющий удлинить производственный цикл между процессами очистки аппарата.

Расчетная поверхность теплообмена, м2

36

Здесь Q – тепловая производительность аппарата,

Q = G1cP1 (t1' −t1" )ηп ,Вт.

G1– расход греющей воды через подогреватель, кг/с; cP1 – средняя изобарная теплоемкость греющей воды,

Дж/(кг К);

t1' – начальная температура греющей воды, 0С; ∆t –

средняя логарифмическая разность температур между теплоносителями, оС,

ηП – коэффициент, учитывающий потери теплоты аппаратом в окружающую среду;

t1" – конечная температура греющей воды, оС;

R – термическое сопротивление теплопередаче, (К м2)/ Вт:

где α1 – коэффициент теплоотдачи от греющей воды к

наружной стенке теплообменной трубы, Вт/ (м 2 К), который определяется по формуле М.А. Михеева при условии, что

d = dЭ :

37

За определяющую температуру для выбора теплофизических свойств греющей воды принимается t1 = 0,5(t'В1 + t"В1 ) 0С;

S – шаг расположения теплообменных труб на трубной решетке, м;

δСТ – толщина стенки теплообменной трубы, м; λСТ – коэффициент теплопроводности материала теп-

лообменной трубы, Вт/(м К); α2 – коэффициент теплоотдачи от стенки теплообмен-

ной трубы к нагреваемой воде. Для турбулентного режима по формуле М.А.Михеева имеем

За определяющую температуру для выбора теплофизических свойств нагреваемой воды принимается

t2 = 0,5(t'В2 + t"В2 ), оС.

Для кальциевых накипей в случае охлаждения и нагрева воды можно термическое сопротивление двухсторонних

отложений на поверхности теплообменной трубы, (К м2)/ Вт, вычислить по формуле

На основании (2.5), (2.6), (2.7) и (2.8) получаем уравнение для вычисления сопротивления теплопередаче R , (К м2/Вт), в функции от скорости движения греющей и нагреваемой воды:

38

+0,000072(W1−0,8 + W2−0,8)

или

где

d0,36ν0,8 Pr0,25

А1 = Н В1 СТ +0,000072,

0,021λВ1dЭ−0,2S0,36 PrВ0,681

ν0,8 Pr0,25

А2 = В2 СТ +0,000072,

0,021λВ2d−ВН0,2 PrВ0,682

А3 = δСТ λСТ .

Если обозначить отношение Q/ ∆t = A4 , то в итоге

можно записать выражение для расчетной поверхности теплообмена, м2

Определение затрат на транспорт теплоносителей через подогреватель

Транспорт греющей воды через подогреватель

В составе эксплуатационных затрат основную долю составляют затраты на перемещение теплоносителей. Из (2.2) следует, что

39