Расчет подогревателя мазута перед форсунками.

1. Тепловой поток на разогрев мазута от температуры t_п^'=80⁰С до температуры t_п^”=110⁰С (температура при которой достигается требуемая вязкость перед форсунками 1,5-2,0⁰ВУ):

(6.43)

где G_м – расход мазута через подогреватель, равен расходу мазута котлами, G_м=0,348 кг/с;

с_ср^м – теплоемкость мазута при средней температуре мазута в подогревателе. t_ср = (t_п^'+ t_п^”) / 2 = (80 + 110) / 2 = 95⁰С. Теплоемкость мазута вычисляется по формуле (5.15), с_ср^м=1975,50 Дж/кг×⁰С;

2. Тепловые потери через стенки подогревателя:

(6.44)

где k_из – коэффициент теплопередачи через изолированную стенку, определяется по формуле (5.12) при заданной t_из=40⁰С и t_п=158,08⁰С, k_из=4,44 Вт/м²×⁰С;

F_из – площадь изолированной поверхности при заданном числе секций n=2, F_из=3,606 м²;

t₀ – температура окружающей среды, так как теплообменник устанавливается на открытой площадке около мазутонасосной, то принимаем t₀=-34⁰С;

3. Общая мощность подогревателя:

(6.45)

Далее расчет выполняется аналогично пунктам 3–20 по формулам 6.13-6.33 теплового расчета подогревателя и пунктам 1-11 по формулам 6.34-6.42 гидродинамического расчета подогревателя раздела 6.1. Результаты расчета сведены в таблицу 6.1.

Расчет подогревателей типа «труба в трубе».Таблица 6.1

Параметр	Подогрева-тель основного резервуара	Подогрева-тель перед форсунками

Тепловой расчет
Начальная температура t_п', ⁰С
Конечная темпереатура t_п^", ⁰С
Средняя температура мазута в подогревателе t_ср, ⁰С	58,5	95,0
Температура окружающей среды подогреватель t₀, ⁰С	-34	-34
Средняя теплоемкость мазута в подогревателе c_ср, Дж/кг×⁰С	1884,25	1975,50
Расход мазута через подогреватель G_м, кг/с	0,236	0,348
Тепловой поток на нагрев мазута Q_н, Вт
Температура изоляции подогревателя t_из, ⁰С
Температура насыщения пара t_п, ⁰С	158,08	158,08
Коэффициент теплопередачи через стенку подогревателя в окружающую среду k_из, Вт/м²*⁰С	4,44	4,44
Площадь изоляции F_из, м²	5,482	3,606
Тепловой поток на компенсацию тепловых потерь Q_п, Вт/м²*⁰С
Мощность подогревателя Q, Вт
Диаметр корпуса D´S, мм	108´4	108´4
Диаметр внутренней трубы d´s, мм	59´4	59´4
Длина рабочей части трубки L, м	5,1	5,1
Плотность мазута в подогревателе r_ср при t_ср, кг/м³	928,27	900,89
Расчетная площадь поперечного сечения трубок f_тр^расч, м²	1,696×10^-4	1,696×10^-4
Площадь поперечного сечения трубок f_тр, м²	2,043×10^-3	2,043×10^-3

Расчетное число параллельно установленных секций m	0,08	0,13
Принятое число параллельно установленных секций m
Площадь межтрубного пространства f_м.т_., м²	5,120×10^-3	5,120×10^-3
Плотность пара r_п при давлении p=0,5 МПа, кг/м³	3,11	3,11
Скрытая теплота парообразования r, кДж/кг	2090,39	2090,39
Коэффициент теплоусвоения h	0,8	0,8
Расход пара D_п, кг/с	0,026	0,014
Скорость пара в подогревателе w_п, м/с	1,61	0,89
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке a₁, Вт/м²×⁰С	2162,29	1965,35
Коэффициент теплопроводности мазута l_ср^м при t_ср, Вт/м×⁰С	0,150	0,142
Коэффициент температуропроводности a, м²/с	8,573×10^-8	7,996×10^-8
Вязкость мазута n_ср^м при t_ср, м²/с	4,047×10^-4	5,723×10^-5
Критерий Pe
Критерий Nu	67,615	79,561
Коэффициент теплоотдачи от стенки к мазуту a², Вт/м²×⁰С	198,79	222,00
Коэффициент теплопроводности стали l_ст, Вт/м×⁰С
Коэффициент теплопередачи k, Вт/м²×⁰С	179,54	196,45
Средний логарифмический температурный напор Dt_ср, ⁰С	98,01	61,87
Плотность теплового потока q, Вт/м²	17597,19	12154,91
Расчетная площадь поверхности нагрева F_н^расч, м²	2,440	1,951
Фактическая площадь нагрева одной секции F_н¹, м²	0,945	0,945
Расчетное число последовательно установленных секций n	2,58	2,06

Принятое к установке число последовательно включенных секций n
Фактическая площадь теплообмена подогревателя F_н, м²	2,836	1,891
Невязка h, %	14,0	3,1
Гидродинамический расчет
Критерий Re_м	15,69	168,59
Критерий Pr_ж2 при средних параметрах мазута в подогревателе	4721,00	715,79
Температура стенки со стороны пара t_ст1, ⁰С	149,94	151,90
Температура мазута в пристенном слое t_ст2, ⁰С	148,59	150,96
Вязкость мазута n при t_ст2, м²/с	1,068×10^-5	1,011×10^-5
Коэффициент теплопроводности l при t_ст2, Вт/м*⁰С	0,131	0,131
Теплоемкость c при t_ст2, Дж/кг*⁰С	2109,47	2115,40
Плотность r при t_ст2, кг/м³	868,94	867,44
Коэффициент температуропроводности a при t_ст2, м²/с	7,151×10^-8	7,117×10^-8
Критерий Pr_ст2 при параметрах мазута в пристенном слое	149,37	142,11
Коэффициент гидравлического трения l_тр	0,051	0,052
Путевые потери DP_l^м, Па	109,8	166,1
Суммарный коэффициент местных потерь Sz_м	7,0	5,0
Местные потери давления DP_мест^м, Па	50,4	80,6
Суммарные потери давления в подогревателе DP_м, Па	160,2	246,7

Расчет погружного подогревателя мазута

Расходной емкости.

В тупиковой схеме снабжения котельной жидким топливом предусмотрены расходные емкости, одна из которых является резервной. При проектировании принимаем к установке две емкости, объем V каждой емкости 5 м³. В расходных емкостях для компенсации тепловых потерь и подогрева мазута от 60⁰С до 80⁰С устанавливаются погружные парозмеевиковые подогреватели. В качестве теплоносителя применяется насыщенный пар при p=0,6 МПа (t_нас=158,08⁰С). Расчет подогревателя ведем по упрощенной методике.

1. По известной норме на 1 тонну мазута М40 в емкости f=0,45 м²/т определяем поверхность нагрева змеевика:

F_н=f × M^расх, м² (5.46)

где M^расх – масса мазута в расходной емкости:

M^расх=r_ср × V^рез/1000, т (5.47)

где V^рез – емкость расходной емкости, V^рез=5 м³;

r_ср – плотность мазута при средней температуре t_ср^м=(t^’+t^”)/2=(60+80)/2=70⁰С:

(5.48)