Синтез системы теплообмена

Синтез системы теплообмена

GГ, GХ - расход горячего и холодного теплоносителей соответственно, кг/с;

tГ, tХ - начальная температура горячего и холодного теплоносителей, °C;

СРП, СРВ, СРВХ - теплоемкость пара, воды и воздуха соответственно, кДж/(кг·°C);

r - теплота фазового перехода (испарение, конденсация, плавление и т.п.), кДж/кг.

В расчетах принимается: СРП = 2,0 кДж/(кг·°C); СРВ = 4,2 кДж/(кг·°C); СРВХ = 1,0 кДж/(кг·°C); r = 2400 кДж/кг - конденсация паров воды.

Теплофизические свойства теплоносителей постоянны во всем диапазоне рассматриваемых значений температуры.

Исходные данные

Горячие потоки:

1. Пар: GГ1 = 11 кг/с; tГ1 = 220 °C; tS = 180 °C; СРП = 2,0 кДж/(кг·°C); r = 2 400 кДж/кг.

2. Вода: GГ2 = 32 кг/с; tГ2 = 190 °C; СРВ = 4,2 кДж/(кг·°C).

3. Воздух: GГ3 = 28 кг/с; tГ3 = 150 °C; СРВХ = 1,0 кДж/ кг·°C).

Холодные потоки:

1. Воздух: GХ1 = 42 кг/с; tХ1 = -15 °C; СРВХ = 1,0 кДж/(кг·°C).

2. Вода: GХ2 = 33 кг/с; tХ2 = 5 °C; СРВ = 4,2 кДж/(кг·°C).

3. Вода: GХ3 = 54 кг/с; tХ3 = 15 °C; СРВ = 4,2 кДж/(кг·°C).

1.1. Определение максимально возможной интегральной

величины теплового потока от горячих теплоносителей к холодным

1.1.1. Определение располагаемого теплового потока при охлаждении всех горячих теплоносителей (предполагается) до 0 °С:

суммарный тепловой поток при охлаждении пара до линии насыщения, tS = 180 °C, конденсации пара при этой температуре, охлаждении конденсата до 0 °C

Q_Г1=G_Г1∙С_РП (t_Г1-t_S )+G_Г1∙r+G_Г1∙С_РВ (t_S-0)=11∙2(220-180)+11∙2 400+11∙4,2(180-0)=880+26 400+8316=35 596 кВт;

тепловой поток при охлаждении воды

Q_Г2=G_Г2∙С_РВ (t_Г2-0)=32∙4,2(190-0)=25 536 кВт;

тепловой поток при охлаждении воздуха

Q_Г3=G_Г3∙С_РВХ (t_Г3-0)=28∙1(150-0)=4 200 кВт;

суммарный тепловой поток при охлаждении всех горячих теплоносителей до 0 °С

∑▒Q_Г = Q_Г1+Q_Г2+Q_Г3=35 596+25 536+4 200=65 332 кВт.

1.1.2. Определение суммарных тепловых потоков при охлаждении горячих теплоносителей в соответствующих температурных диапазонах.

Точка 1 соответствует координатам t = 220 °C; Q= 65332 кВт:

в температурном диапазоне от 220 до 190 °C охлаждается только пар:

Q_1=G_Г1∙С_РП (t_Г1-t_Г2 )=11∙2(220-190)=660 кВт (линия 1-2);

в температурном диапазоне от 190 до 180 °С охлаждаются пар и вода:

Q_2=〖(G〗_Г1∙С_РП+G_Г2∙С_РВ)(t_Г2-t_S )=(11∙2+32∙4,2)(190-180)=1 564 кВт (линия 2-3);

конденсация пара при tS = 180 °C;

Q_3=G_Г1∙r=11∙2 400=26 400 кВт (линия 3-4);

в температурном диапазоне от 180 до 150 °C охлаждаются конденсат пара и вода:

Q_4=〖(G〗_Г1∙С_РВ+G_Г2∙С_РВ)(t_S-t_Г3 )=(11∙4,2+32∙4,2)(180-150)=5 418 кВт (линия 4-5);

в температурном диапазоне от 150 до 0 °С охлаждаются конденсат пара, воздух и вода:

Q_5=〖(G〗_Г1∙С_РВ+G_Г2∙С_РВ+G_Г3∙С_РВХ)(t_Г3-0)=(11∙4,2+32∙4,2+28∙1)(150-0)=31 290 кВт (линия 5-6).

На графике точка 6 совпадает с точкой 0.

Таким образом, ∑▒Q_Г = Q_1+Q_2+Q_3+Q_4+Q_5=660+1 564+26 400 +5 418+31 290=65 332 кВт, что соответствует ранее полученному значению ∑▒Q_Г .

1.1.3. Определение суммарных тепловых потоков при при нагреве холодных теплоносителей в соответствующих температурных диапазонах:

в температурном диапазоне от -15 до 5 °C нагревается только воздух и используется тепловой поток:

Q_1Х=G_Х1∙С_РВХ (t_Г2-t_Г1 )=42∙1(5-(-15))=840 кВт;

в температурном диапазоне от 5 до 15 °С нагреваются воздух и вода, используется тепловой поток:

Q_2Х=(G_Х1∙С_РВХ+G_Х2∙С_РВ )(t_Г3-t_Г2 )=(42∙1+33∙4,2)(15-5)=1 806 кВт

в температурном диапазоне от 15 °С и выше нагреваются все три холодных теплоносителя. Линия нагрева является прямой. От полученной