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基于热电厂热源的换热站板式换热器选型计算
发布日期：2017-08-27 01:20:49 文章来源： www.ambote.com 点击数：【2470】
基于热电厂热源的换热站板式换热器选型计算
摘 要：通过板式换热器的结构特点和流体流动状态的分析,阐述了基于热电厂热源的热力站板式换热器选型设计和计算方法,并通过工程实例对该计算方法进行了论证。
关键词：热电厂热源,换热站,板式换热器,选型,计算
板式换热器的发展已经经历了100多年的历史,通过应用实践,人们加深了对板式换热器优越性的认识,随着应用领域的扩大和制造技术的进步,使板式换热器的发展不断加快,目前已成为高效、紧凑、重要的换热设备。
1 板式换热器
1.1 结构特点概述
板式换热器大量的应用于供热系统中,它由一组波纹板片橡胶密封垫和一副金属框架组成。板片之间构成流道并由密封垫密封。冷热流体在密封垫的引导下分别交替地流过各自的流道并通过板片传递热量。
1.2 流体在板式换热器中的流动状态要了解流体在板式换热器中的流动状态,首先要了解流体在板片中的流通形式以及板式换热器的流程组合。流体在板片中的分布如图1所示。流体在板片中的流通形式分为对角流和单边流,如图2所示。目前主流品牌的板式换热器多采用单边流,单边流相对于对角流的优势在于:备件种类少;易于安装保养;工厂排片容易。
2 板式换热器选型设计和计算方法
2.1 板式换热器选型设计原则
1)单板面积的选择。单板面积过小,则板片数目多,占地面积大,阻力降减少;反之,单板面积过大,则板片数目少,占地面积小,阻力降增大,但是难以保证适当的板间流速。因此,一般单板面积可按角孔流速为6 m/s左右考虑。2)板间流速的选取。流体在板间的流速,影响换热性能和压力降。流速高,换热系数高,阻力降也增大;反之,则相反。一般取板间流速为0.2 m/s~0.8 m/s,且尽量使两种流体板间速度一致。流速小于0.2 m/s时,流体达不到湍流状态,且会形成较大的死角区;流速过高会导致阻力降剧增,气体板间流速一般不大于10 m/s。3)流程的确定。两侧流体的流量大致一致时,应尽量按等流程布置;当两侧流体的流量相差较大时,则流量小的一侧按多流程布置或采用不等截面通道的板式换热器。另外,当某一介质的温升或温降幅度较大时,也可采用多流程。4)流向的选取。单相换热时,逆流具有最大的平均温差,一般在板式换热器的设计中要尽可能把流体布置为逆流。两侧流体为等流程时,为逆流;当两侧流体为不等流程时,顺流与逆流交替出现,平均温差要小于纯逆流。
2.2 板式换热器选型计算准备
1)计算方法。板式换热器的计算是一个比较复杂的过程,目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。生产厂家采用计算机计算,这样,板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。2)必要说明。由于板式换热器的平米数、片数、流道数、流程数与选型计算有关,因此需要必要说明:当选用型号已定时,片数=平米数/该型号单片面积;甲介质(或乙介质)流道数=(片数-1)/2,若甲介质(或乙介质)为n流程时,应将其流道数均匀分布为1/n来计算板内流速。3)计算已知条件。在进行计算时,应已知的条件:冷、热介质品种,粘度,密度,比热,导热系数;冷、热介质流量;冷、热介质进出口温度;冷、热介质要求的阻力损失;板式换热器单通道截面积,当量直径,Nu准则式,Eu准则式。
2.3 板式换热器选型计算步骤及公式
1)求热负荷Q:Q=V·ρ·CP·Δt。其中,Q为热负荷,W;V为冷、热流体流量,t/h;ρ为流体密度,kg/m3;CP为比热,kJ/(kg·℃);Δt=t1-t2或T1-T2,℃。
2)求冷、热流体进出口温度:t1=t2+Q/( V·ρ·CP)。
3)求冷、热流体流量:V=Q/[ρ·CP(t2-t1)]。
其中,V为体积流量,m3/s。
4)求平均温度差Δtm:Δtm=[( T1-t2)-( T2-t1)]/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]。
当T1-t2=T2-t1时,采用Δtm=[(T1-t2)+(T2-t1)]/2。
其中,Δtm为平均温度差,℃;T1,T2分别为热流体进出口温度,℃;t1,t2分别为冷流体进出口温度,℃。
5)设定冷、热流体板内流速W,m/s。
6)确定总传热系数:查表k,W/(m2·℃)。
7)计算传热面积:F=Q/(k·Δtm·β)。
其中,F为传热面积,m2;β为裕度,一般取0.7~0.9。
8)求板片数:N=传热面积/单片传热面积。
9)求流道数:n=(N-1)/2。
10)计算实际流速:W=V/(3 600·f·n)。
其中,W为流速,m/s;f为单通道截面积,m2,查性能参数表;n为流道数。
11)计算实际k值:ka=1/(1/ah+1/ac+δ/λ0);
a=Nu·λ/de;
Re=W·de/γ。
其中,a为给热系数,W/(m2·℃);γ为运动粘度,m2/s;λ为介质导热系数,W/(m·℃);Re为雷诺数;de为当量直径,m;λ0为板片导热系数,W/(m·℃)。
12)计算实际带走热量:Q=ka·F·Δtm。
13)计算压降:ΔP=Eu·ρ·V2·m。其中,m为压降修正系数,单流程时取1.2~1.4,2,3流程取1.8~2.0,4,5流程取2.6~2.8。
3 工程实例
随着唐山市城市规模的日益扩大,全市集中供热热源日益紧张,为满足市中心区及开平区的供热需求,根据市中心城区2005年~2020年供热规划,市政府将陡电二期供热管网改造工程列为2009年唐山市节能减排及“三年大变样”重点工程项目。工程项目由唐山市热力总公司、大唐陡河发电厂、华润热电公司三家公司共同出资,按公司化方式运作。项目总投资5.57亿元,以大唐陡河发电厂为主热源,建设一级管网34.5 km,二级管网11.7 km,中继泵站1座、用热小区换热站54座。
工程2009年8月开工建设,11月完工达到运行条件。项目建成新增集中供热面积933万m2,使4.1万户居民和840个公建单位享受集中供热,全部解决唐山市开平区及市中心区东北部区域集中供热问题。开平区地处河北省唐山市中心区东部,全区辖2镇、4乡、5个街道,总面积251.3 km2,总人口24.5万人。以半壁店村小区换热站板式换热器更新改造工程为例,通过选型计算后,确定使用型号BR0.8-1.6-120-E-I,即等截面人字形波纹板片,单板面积为0.8 m2,整机公称换热面积为120 m2,设计压力为1.6 MPa,密封垫为三元乙丙胶垫,悬挂式板式换热器,经验算阻力损失符合要求。
4 结语
同样是板式换热器,由于生产厂家的水平不同,同样存在着选型选优的问题。在可比条件下,以同样的阻力损失来获得高的传热系数是衡量板式换热器水平的一项主要标准。通过设计计算和产品选型,寻求用最小的阻力损失来获得最高的传热系数,使换热设备始终运行于最经济的工况点上,从而产生最佳的经济和社会效益是供热企业技术人员梦寐以求的奋斗目标。
参考文献:
[1] GB 16409-1996,板式换热器[S].
[2] 05R103,热交换站工程设计施工图集[S].
[3] CJJ 34-2002,城市热力网设计规范[S].
[4] 杨崇麟.板式换热器工程设计手册(重排本)[M].北京:机械工业出版社,1998.
[5] 程宝华.板式换热器及换热装置技术应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
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