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基于熱電廠熱源的換熱站板式換熱器選型計(jì)算
發(fā)布日期：2017-08-27 01:20:49 文章來源： m.shanghai-haili.com 點(diǎn)擊數(shù)：【2536】
基于熱電廠熱源的換熱站板式換熱器選型計(jì)算
摘 要：通過板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和流體流動(dòng)狀態(tài)的分析,闡述了基于熱電廠熱源的熱力站板式換熱器選型設(shè)計(jì)和計(jì)算方法,并通過工程實(shí)例對(duì)該計(jì)算方法進(jìn)行了論證。
關(guān)鍵詞：熱電廠熱源,換熱站,板式換熱器,選型,計(jì)算
板式換熱器的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了100多年的歷史,通過應(yīng)用實(shí)踐,人們加深了對(duì)板式換熱器優(yōu)越性的認(rèn)識(shí),隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和制造技術(shù)的進(jìn)步,使板式換熱器的發(fā)展不斷加快,目前已成為高效、緊湊、重要的換熱設(shè)備。
1 板式換熱器
1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)概述
板式換熱器大量的應(yīng)用于供熱系統(tǒng)中,它由一組波紋板片橡膠密封墊和一副金屬框架組成。板片之間構(gòu)成流道并由密封墊密封。冷熱流體在密封墊的引導(dǎo)下分別交替地流過各自的流道并通過板片傳遞熱量。
1.2 流體在板式換熱器中的流動(dòng)狀態(tài)要了解流體在板式換熱器中的流動(dòng)狀態(tài),首先要了解流體在板片中的流通形式以及板式換熱器的流程組合。流體在板片中的分布如圖1所示。流體在板片中的流通形式分為對(duì)角流和單邊流,如圖2所示。目前主流品牌的板式換熱器多采用單邊流,單邊流相對(duì)于對(duì)角流的優(yōu)勢(shì)在于:備件種類少;易于安裝保養(yǎng);工廠排片容易。
2 板式換熱器選型設(shè)計(jì)和計(jì)算方法
2.1 板式換熱器選型設(shè)計(jì)原則
1)單板面積的選擇。單板面積過小,則板片數(shù)目多,占地面積大,阻力降減少;反之,單板面積過大,則板片數(shù)目少,占地面積小,阻力降增大,但是難以保證適當(dāng)?shù)陌彘g流速。因此,一般單板面積可按角孔流速為6 m/s左右考慮。2)板間流速的選取。流體在板間的流速,影響換熱性能和壓力降。流速高,換熱系數(shù)高,阻力降也增大;反之,則相反。一般取板間流速為0.2 m/s~0.8 m/s,且盡量使兩種流體板間速度一致。流速小于0.2 m/s時(shí),流體達(dá)不到湍流狀態(tài),且會(huì)形成較大的死角區(qū);流速過高會(huì)導(dǎo)致阻力降劇增,氣體板間流速一般不大于10 m/s。3)流程的確定。兩側(cè)流體的流量大致一致時(shí),應(yīng)盡量按等流程布置;當(dāng)兩側(cè)流體的流量相差較大時(shí),則流量小的一側(cè)按多流程布置或采用不等截面通道的板式換熱器。另外,當(dāng)某一介質(zhì)的溫升或溫降幅度較大時(shí),也可采用多流程。4)流向的選取。單相換熱時(shí),逆流具有最大的平均溫差,一般在板式換熱器的設(shè)計(jì)中要盡可能把流體布置為逆流。兩側(cè)流體為等流程時(shí),為逆流;當(dāng)兩側(cè)流體為不等流程時(shí),順流與逆流交替出現(xiàn),平均溫差要小于純逆流。
2.2 板式換熱器選型計(jì)算準(zhǔn)備
1)計(jì)算方法。板式換熱器的計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的過程,目前比較流行的方法是對(duì)數(shù)平均溫差法和NTU法。生產(chǎn)廠家采用計(jì)算機(jī)計(jì)算,這樣,板式換熱器的工藝計(jì)算變得快捷、方便、準(zhǔn)確。2)必要說明。由于板式換熱器的平米數(shù)、片數(shù)、流道數(shù)、流程數(shù)與選型計(jì)算有關(guān),因此需要必要說明:當(dāng)選用型號(hào)已定時(shí),片數(shù)=平米數(shù)/該型號(hào)單片面積;甲介質(zhì)(或乙介質(zhì))流道數(shù)=(片數(shù)-1)/2,若甲介質(zhì)(或乙介質(zhì))為n流程時(shí),應(yīng)將其流道數(shù)均勻分布為1/n來計(jì)算板內(nèi)流速。3)計(jì)算已知條件。在進(jìn)行計(jì)算時(shí),應(yīng)已知的條件:冷、熱介質(zhì)品種,粘度,密度,比熱,導(dǎo)熱系數(shù);冷、熱介質(zhì)流量;冷、熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度;冷、熱介質(zhì)要求的阻力損失;板式換熱器單通道截面積,當(dāng)量直徑,Nu準(zhǔn)則式,Eu準(zhǔn)則式。
2.3 板式換熱器選型計(jì)算步驟及公式
1)求熱負(fù)荷Q:Q=V·ρ·CP·Δt。其中,Q為熱負(fù)荷,W;V為冷、熱流體流量,t/h;ρ為流體密度,kg/m3;CP為比熱,kJ/(kg·℃);Δt=t1-t2或T1-T2,℃。
2)求冷、熱流體進(jìn)出口溫度:t1=t2+Q/( V·ρ·CP)。
3)求冷、熱流體流量:V=Q/[ρ·CP(t2-t1)]。
其中,V為體積流量,m3/s。
4)求平均溫度差Δtm:Δtm=[( T1-t2)-( T2-t1)]/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]。
當(dāng)T1-t2=T2-t1時(shí),采用Δtm=[(T1-t2)+(T2-t1)]/2。
其中,Δtm為平均溫度差,℃;T1,T2分別為熱流體進(jìn)出口溫度,℃;t1,t2分別為冷流體進(jìn)出口溫度,℃。
5)設(shè)定冷、熱流體板內(nèi)流速W,m/s。
6)確定總傳熱系數(shù):查表k,W/(m2·℃)。
7)計(jì)算傳熱面積:F=Q/(k·Δtm·β)。
其中,F為傳熱面積,m2;β為裕度,一般取0.7~0.9。
8)求板片數(shù):N=傳熱面積/單片傳熱面積。
9)求流道數(shù):n=(N-1)/2。
10)計(jì)算實(shí)際流速:W=V/(3 600·f·n)。
其中,W為流速,m/s;f為單通道截面積,m2,查性能參數(shù)表;n為流道數(shù)。
11)計(jì)算實(shí)際k值:ka=1/(1/ah+1/ac+δ/λ0);
a=Nu·λ/de;
Re=W·de/γ。
其中,a為給熱系數(shù),W/(m2·℃);γ為運(yùn)動(dòng)粘度,m2/s;λ為介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃);Re為雷諾數(shù);de為當(dāng)量直徑,m;λ0為板片導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃)。
12)計(jì)算實(shí)際帶走熱量:Q=ka·F·Δtm。
13)計(jì)算壓降:ΔP=Eu·ρ·V2·m。其中,m為壓降修正系數(shù),單流程時(shí)取1.2~1.4,2,3流程取1.8~2.0,4,5流程取2.6~2.8。
3 工程實(shí)例
隨著唐山市城市規(guī)模的日益擴(kuò)大,全市集中供熱熱源日益緊張,為滿足市中心區(qū)及開平區(qū)的供熱需求,根據(jù)市中心城區(qū)2005年~2020年供熱規(guī)劃,市政府將陡電二期供熱管網(wǎng)改造工程列為2009年唐山市節(jié)能減排及“三年大變樣”重點(diǎn)工程項(xiàng)目。工程項(xiàng)目由唐山市熱力總公司、大唐陡河發(fā)電廠、華潤(rùn)熱電公司三家公司共同出資,按公司化方式運(yùn)作。項(xiàng)目總投資5.57億元,以大唐陡河發(fā)電廠為主熱源,建設(shè)一級(jí)管網(wǎng)34.5 km,二級(jí)管網(wǎng)11.7 km,中繼泵站1座、用熱小區(qū)換熱站54座。
工程2009年8月開工建設(shè),11月完工達(dá)到運(yùn)行條件。項(xiàng)目建成新增集中供熱面積933萬m2,使4.1萬戶居民和840個(gè)公建單位享受集中供熱,全部解決唐山市開平區(qū)及市中心區(qū)東北部區(qū)域集中供熱問題。開平區(qū)地處河北省唐山市中心區(qū)東部,全區(qū)轄2鎮(zhèn)、4鄉(xiāng)、5個(gè)街道,總面積251.3 km2,總?cè)丝?4.5萬人。以半壁店村小區(qū)換熱站板式換熱器更新改造工程為例,通過選型計(jì)算后,確定使用型號(hào)BR0.8-1.6-120-E-I,即等截面人字形波紋板片,單板面積為0.8 m2,整機(jī)公稱換熱面積為120 m2,設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa,密封墊為三元乙丙膠墊,懸掛式板式換熱器,經(jīng)驗(yàn)算阻力損失符合要求。
4 結(jié)語
同樣是板式換熱器,由于生產(chǎn)廠家的水平不同,同樣存在著選型選優(yōu)的問題。在可比條件下,以同樣的阻力損失來獲得高的傳熱系數(shù)是衡量板式換熱器水平的一項(xiàng)主要標(biāo)準(zhǔn)。通過設(shè)計(jì)計(jì)算和產(chǎn)品選型,尋求用最小的阻力損失來獲得最高的傳熱系數(shù),使換熱設(shè)備始終運(yùn)行于最經(jīng)濟(jì)的工況點(diǎn)上,從而產(chǎn)生最佳的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益是供熱企業(yè)技術(shù)人員夢(mèng)寐以求的奮斗目標(biāo)。
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