2020-01-14
304
Данная система служит для передачи теплоты пара, получаемого в котле, воде, циркулирующей в контуре горячей воды, и обеспечивающей нужды всех потребителей. Т.к. на судне производится замена водогрейного котла паровым, то чтобы не переделывать всю систему горячей воды, необходимо установить пароводяные теплообменные аппараты и, тем самым, осуществить передачу тепла от пара воде. Расчет данной системы сводится к определению необходимой поверхности нагрева и выбору соответствующего пароводоподогревателя. Для повышения надежности, экономичности и безотказности системы нужно установить два параллельных однотипных пароводоподогревателя с одинаковыми техническими характеристиками.
Рассчитать два основных подогревателя воды на судне, которые должны подогревать воду в количестве 56.000 кг / ч от t1 = 40 ОС до t2 = 90 ОС паром с давлением Р = 0,5 МПа (tн = 151,8 оС).
*** - Количество воды максимально расходуемой потребителями в течение часа выбрано согласно сумме производительностей насосов горячей воды:
|
|
|
Насос камбузного водоподогревателя: 4,5 м3 / час;
Насос бойлеров горячей мытьевой воды: 18 м3 / час;
Насос горячей воды системы кондиционирования: 30 м3 / час;
Насос радиаторного отопления МКО: 3 м3 / час;
Итого: 55,5 м3 / час;
Требуется выбрать типоразмер пароводяного вертикального подогревателя серии «Промстройпроект». При расчете загрязнение поверхности нагрева учесть понижающим коэффициентом b = 0,8.
Решение: из теплотехнического справочника видно, что наиболее подходящим является типоразмер № 11 со следующими данными:
Поверхность нагрева: F = 10,4 м2 ;
Число ходов: четыре;
Количество трубок: n = 172 шт.;
Длина трубок: l = 1,2 м;
Полная длина подогревателя: L = 1,5 м;
Расстояние между соседними
перегородками каракаса: Н = 0,332 м;
Площадь проходного сечения по воде: f = 0,0874 м2 ;
1. Температурный напор: dt = (tн - t1 ) - (tн - t2 ) / ln (tн - t1 ) / (tн - t2 ) =88,5 оС;
где: tн =151,8 оС - температура влажного насыщенного пара на входе в пароводоподогреватель;
t1 = 40 оС – температура воды на входе в пароводоподогреватель;
t2 = 90 оС – температура воды на выходе из пароводоподогревателя;
Расчет производится таким образом, что после отдачи паром определенного количества теплоты, он конденсируется и поступает в цистерну питательной воды котла.
|
|
|
2. Средняя температура воды: t = tн - dt = 63,3 оС;
3. Средняя плотность воды (по приложению 2): r = 983,24 кг / м2 ;
4. Средняя температура стенки: tст = 0,5 × (tн + t) = 107,55 оС;
5. Критерий Григулля для конденсата (по приложению 7):
z = А1 × Н × (tн - tст) = 1572;
где: А1 = 107 1/м × оС;
6. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара при z < 2300:
a п = А1 / [ Н × (tн - tст) ] 0,22 = 28.875 кДж / м2 × ч × оС;
где: А3 = 12375;
7. Скорость теплоотдачи воды: w = G / 3600 × f × r = 0,1 м / сек;
где: G = 28.000 кг / ч – количество воды проходящее через пароводоподогреватель при его работе со 100% загруженностью.
8. Коэффициент теплоотдачи воды (по приложению 7):
a В = А5 × w0,8 / d 0,2 = 3.499,5 кДж / м2 × ч × оС;
где: А5 = 2350;
d = 0,018 м - диаметр трубок;
9. Расчетный коэффициент теплопередачи при lлат = 210 кДж / м2 × ч × оС:
к = b / (1 / a п + d лат / lлат + 1 / a В) = 2469,45 кДж / м2 × ч × оС;
где: d лат – толщина стенки латунной трубки;
10. Необходимая поверхность нагрева: F = Qобщ / (к × dt) = 9,2 м2 ;
Таким образом выбранный типовой пароводоподогреватель имеет некоторый запас поверхности нагрева, а следовательно абсолютно подходит для установки в систему «пар-вода».
Принципиальная схема работы данных подогревателей воды отражена на чертеже №3 системы парового снабжения.
Гидравический расчет циркуляционной системы горячей воды не производиться, т.к. установка двух пароводоподогревателей производится вместо двух водогрейных котлов и потери на трение в трубопроводах изменяются незначительно.
V. Расчет и выбор котла-утилизатора на ДГ.
Необходимо произвести расчет получаемой теплоты от отработанных газов при работе ДГ на 50% нагрузке (согласно вахтенному журналу):
Q о.г. = 0,5 × Ne × gг × cp × (t1 – t2) × hт , где
0,5 – коэффициент учитывающий 50% нагрузку ДГ;
Ne – эффективная мощность ДГ (кВт);
gг – удельная масса газов на выходе из ДГ (6 – 7 кг/кВт × ч);
cp – массовая теплоемкость газов (1,05 – 1,13 кДж/кг × ч);
t1 – температура газов на входе в УК (на 10оС ниже температуры газов на выходе из ДГ);
t2 – температура газов на выходе из УК (для водогрейного 185 – 215 оС);
hт – коэффициент потери теплоты в окружающую среду (0,95);
Q о.г. = 0,5 × 330 × 6 × 1,05 × (510 – 380) × 0,95 = 158.195,75 кДж/ч
Исходя из полученного количества теплоты:
1. необходимо выбрать и установить котел-утилизатор на газоходы всех трех ДГ, путем соединения их (газоходов) в конструкцию, принципиальная схема которой отражена на чертеже №6 / при этом используется регуляторная пневматическая заслонка для введения утиль-котла в работу от какого-либо газохода /;
2. Модернизировать систему радиаторного отопления так, чтобы ее можно было отключить от общей тепловой централи потребителей горячей воды и замкнуть на контур котла-утилизатора ДГ. Так как один из ДГ во время зимней стоянки все время работает, а система радиаторного отопления будет работь от собственного циркуляционного насоса (расчет см. ниже), то данный вариант может быть использован.
1. По полученному значению выбираем водогрейный утилизационный котел марки КАУ – 4,5 со следующими техническими характеристиками:
Рабочее давление: Р = 0,2 МПа;
Поверхность нагрева: Нк = 4,5 м2 ;
Теплопроизводительность: Qк = 170.000 кДж / ч;
Температура воды на выходе: t = 95 оС;
Масса котла с водой: 460 кг;
|
|
|
Габариты котла: d = 0,75 м – диаметр котла;
h = 2,4 м – высота котла;
2. Для модернизации системы радиаторного отопления нужно произвести гидравлический расчет трубопроводов и по полученному значению напора выбрать насос горячей воды. Тогда при задействовании утилизационного котла любого из дизель-генераторов снабжение горячей водой всех потребителей на судне производится автономным котлом КВ 1,6 / 5, а системы радиаторного отопления (после переключения соответствующих вентелей) этим утиль-котлом КАУ – 4,5.
