更新時間：2010-07-29 09:11:37
摘要：通過板式換熱器的結構特點和流體流動狀態的分析,闡述了基於熱電廠熱源的熱力站板式換熱器選型設計和計算方法,並通過工程例項對該計算方法進行了論證。關鍵詞：
熱電廠熱源,熱力站,板式換熱器,選型,計算中圖分類號：tu833文獻標識碼:a
板式換熱器的發展已經經歷了100多年的歷史,通過應用實踐,人們加深了對板式換熱器優越性的認識,隨著應用領域的擴大和製造技術的進步,使板式換熱器的發展不斷加快,目前已成為高效、緊湊、重要的換熱裝置。1板式換熱器1.1結構特點概述
板式換熱器大量的應用於供熱系統中,它由一組波紋板片橡膠密封墊和一副金屬框架組成。板片之間構成流道並由密封墊密封。冷熱流體在密封墊的引導下分別交替地流過各自的流道並通過板片傳遞熱量。
1.2流體在板式換熱器中的流動狀態要了解流體在板式換熱器中的流動狀態,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角流和單邊流,如圖2所示。目前主流品牌的板式換熱器多採用單邊流,單邊流相對於對角流的優勢在於:備件種類少;易於安裝保養;工廠排片容易。
2板式換熱器選型設計和計算方法2.1板式換熱器選型設計原則
1)單板面積的選擇。單板面積過小,則板片數目多,占地面積大,阻力降減少;反之,單板面積過大,則板片數目少,占地面積小,阻力降增大,但是難以保證適當的板間流速。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,影響換熱效能和壓力降。流速高,換熱係數高,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。
流速小於0.2 m/s時,流體達不到湍流狀態,且會形成較大的死角區;流速過高會導致阻力降劇增,氣體板間流速一般不大於10 m/s。3)流程的確定。
兩側流體的流量大致一致時,應盡量按等流程布置;當兩側流體的流量相差較大時,則流量小的一側按多流程布置或採用不等截面通道的板式換熱器。另外,當某一介質的溫公升或溫降幅度較大時,也可採用多流程。4)流向的選取。
單相換熱時,逆流具有最大的平均溫差,一般在板式換熱器的設計中要盡可能把流體布置為逆流。兩側流體為等流程時,為逆流;當兩側流體為不等流程時,順流與逆流
交替出現,平均溫差要小於純逆流。2.2板式換熱器選型計算準備
1)計算方法。板式換熱器的計算是乙個比較複雜的過程,目前比較流行的方法是對數平均溫差法和ntu法。生產廠家採用計算機計算,這樣,板式換熱器的工藝計算變得快捷、方便、準確。
2)必要說明。由於板式換熱器的平公尺數、片數、流道數、流程數與選型計算有關,因此需要必要說明:當選用型號已定時,片數=平公尺數/該型號單片面積;甲介質(或乙介質)流道數=(片數-1)/2,若甲介質(或乙介質)為n流程時,應將其流道數均勻分布為1/n來計算板內流速。
3)計算已知條件。在進行計算時,應已知的條件:冷、熱介質品種,粘度,密度,比熱,導熱係數;冷、熱介質流量;冷、熱介質進出口溫度;冷、熱介質要求的阻力損失;板式換熱器單通道截面積,當量直徑,nu準則式,eu準則式。
2.3板式換熱器選型計算步驟及公式
1)求熱負荷q:q=v·ρ·cp·δt。其中,q為熱負荷,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t1-t2=t2-t1時,採用δtm=[(t1-t2)+(t2-t1)]/2。
其中,δtm為平均溫度差,℃;t1,t2分別為熱流體進出口溫度,℃;t1,t2分別為冷流體進出口溫度,℃。5)設定冷、熱流體板內流速w,m/s。6)確定總傳熱系數:
查表k,w/(m2·℃)。7)計算傳熱面積: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:n=傳熱面積/單片傳熱面積。9)求流道數:n=(n-1)/2。
10)計算實際流速:w=v/(3 600·f·n)。
其中,w為流速,m/s;f為單通道截面積,m2,查效能引數表;n為流道數。11)計算實際k值:ka=1/(1/ah+1/ac+δ/λ0);a=nu·λ/de;re=w·de/γ。
其中,a為給熱係數,w/(m2·℃);γ為運動粘度,m2/s;λ為介質導熱係數,w/(m·℃);re為雷諾數;de為當量直徑,m;λ0為板片導熱係數,w/(m·℃)。12)計算實際帶走熱量:q=ka·f·δtm。
13)計算壓降:δp=eu·ρ·v2·m。其中,m為壓降修正係數,單流程時取1.
2~1.4,2,3流程取1.8~2.
0,4,5流程取2.6~2.8。
3工程例項
隨著唐山市城市規模的日益擴大,全市集中供熱熱源日益緊張,為滿足市中心區及開平區的供熱需求,根據市中心城區2023年~2023年供熱規劃,市**將陡電二期供熱管網改造工程列為2023年唐山市節能減
排及「三年大變樣」重點工程專案。工程專案由唐山市熱力總公司、大唐陡河發電廠、華潤熱電公司三家公司共同出資,按公司化方式運作。專案總投資5.
57億元,以大唐陡河發電廠為主熱源,建設一級管網34.5 km,二級管網11.7 km,中繼幫浦站1座、用熱小區換熱站54座。
工程2023年8月開工建設,11月完工達到執行條件。專案建成新增集中供熱面積933萬m2,使4.1萬戶居民和840個公建單位享受集中供熱,全部解決唐山市開平區及市中心區東北部區域集中供熱問題。
開平區地處河北省唐山市中心區東部,全區轄2鎮、4鄉、5個街道,總面積251.3 km2,總人口24.5萬人。
以半壁店村小區換熱站板式換熱器更新改造工程為例,通過選型計算後,確定使用型號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,整機公稱換熱面積為120 m2,設計壓力為1.6 mpa,密封墊為三元乙丙膠墊,懸掛式板式換熱器,經驗算阻力損失符合要求。4結語
同樣是板式換熱器,由於生產廠家的水平不同,同樣存在著選型選優的問題。在可比條件下,以同樣的阻力損失來獲得高的傳熱系數是衡量板式換熱器水平的一項主要標準。通過設計計算和產品選型,尋求用最小的阻力損失來獲得最高的傳熱系數,使換熱裝置始終執行於最經濟的工況點上,從而產生最佳的經濟和社會效益是供熱企業技術人員夢寐以求的奮鬥目標。
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