容积式换热器的能量消耗(半)容积式换热器的能量消耗
(半)容积式换热器在酒店、医院、工厂等热水系统运用较为广泛,也是目前较为理想的热交换设备。很多厂家或者设计师在设备选型的过程中,往往只计算把流体加热到目标温度温度所需要的热量,再在此基础上放大15%-20%的设计富裕量作为设计负荷,其实这不是最准确的计算,尤其是针对星级酒店,负荷往往过大,造成设备初期投资大,后期运行过程中能量损失过大。
针对该问题,本文主要讲述如何精准计算罐体的能量需求:
当计算制程流体的罐体需要的热量时,需要的总热量包含部分或全部下列热量:
1. 把流体加热到目标温度需要的热量...
(半)容积式换热器的能量消耗
(半)容积式换热器在酒店、医院、工厂等热水系统运用较为广泛,也是目前较为理想的热交换设备。很多厂家或者设计师在设备选型的过程中,往往只计算把流体加热到目标温度温度所需要的热量,再在此基础上放大15%-20%的设计富裕量作为设计负荷,其实这不是最准确的计算,尤其是针对星级酒店,负荷往往过大,造成设备初期投资大,后期运行过程中能量损失过大。
针对该问题,本文主要讲述如何精准计算罐体的能量需求:
当计算制程流体的罐体需要的热量时,需要的总热量包含部分或全部下列热量:
1. 把流体加热到目标温度需要的热量;
2. 把容器
加热到工作温度需要的热量;
3. 从容器表面散失到大气环境的热损失;
4. 从液体表面散失到大气环境的热损失;
5. 其它冷的物体浸入制程流体时吸收的热量;
第1、第2项 - 用来加热流体和罐体温度的热量和第5项 - 被冷的物体吸收的热量,可以用公式
计算。通常,在设计过程中,第2-5条往往容易忽略,第3和第4项, 罐体和液体表面的散热损失可以用公式
来计算。但是,散热损失计算要复杂的多,通常使用的是经验数据,正如上文提到的15-20%的设计富裕量,其实这并不准确,应根据实际情况,利用可信赖的图表和数据一一计算。
罐体表面的散热损失:
热量仅在表面与环境之间存在温差的时候才会发生热传递。
如果罐体的底部没有暴露在空气中,而是采用裙座放置在地上(裙座一般运用到容积较大的情况),通常,这部分的散热损失可以被忽略。但是一般的容换规格都不是太大,基本在10m3之内,约70%集中在2.0-4.5m3,常规采用支承式支座,罐体底部暴露在空气中的情况居多)
例如:一台立式的容积式换热器,容积为2.5m3(直径1300mm,直段1400mm,封头为标准椭圆封头),加热时间1小时,管/壳程的设计压力为1.0/1.0MPa,型号为RV-04-2.5H(1.0/1.0),水的初始温度为7℃,终温为60℃。
请计算出启动时需要的平均换热功率:
第1部分 启动时需要的平均换热功率:
第2部分 运行过程中最大传换热功率:
第1部分 计算启动时平均换热功率QM(启动)
它是以下各项的总和:
A1. 加热流体的热量QM(液体)
A2. 加热水罐材料的热量QM(箱体)
A3. 水箱表面的散热损失QM(表面)
A4. 液体表面的热损失QM(表面)
1.1 加热液体的热量QM(液体)
初始状态T1 = 7℃ 最终状态T2 = 60℃ 温度上升ΔT = 60-7= 53℃
液体体积 = 2.5m3 液体质量m = 2500kg t = 1h = 3600s
液体比热cp = 4.187kJ/(kg·℃)
KW
1.2加热罐体材料所需的热量QM(罐体)
筒体和封头的名义厚度 = 8mm
主筒体的质量M1 = 361 kg
主封头对的质量M2=119.3*2
=238.6 kg
管箱附件质量(含换热机芯)M3=165kg
备注:(钢板Q235-B密度 = 7850 kg/m3, cp = 0.5 kJ/(kg·℃))
1.3罐体表面的热损失QM(表面)
式中:
ΔT为平均温差ΔTm,℃;
ΔTM = Tm - Tamb,℃;
Tm = 平均液体温度(即(7+60)/2=33.5℃);
Tamb = 设计环境温度(按流体初始温度7℃计);
F为罐体的外表面积(该罐体的外表面积约为11.2㎡);
U为罐体与空气的换热系数;(查下表可得: U = 11 W/(m2·℃)
静止的空气条件下的总的传热系数(该表参考斯派莎克的实验数据)
对25mm的隔热层,换热系数U需要乘以系数0.2。
对50mm的隔热层,换热系数U需要乘以系数0.1。
备注:暂不考虑保温措施。
1.4 液体表面的热损失QM(液体表面):
由于该罐体是全闭式状态工作,满罐工作,液体表面不存在热损失,故QM(液体表面)=0KW
备注:针对开式水箱需考虑该部分损失。(其具体计算方法不在此描述)
1.5 总的平均需要传热量QM(start-up)
QM(启动) = QM(液体)+QM(罐体)+QM(罐体表面)+QM(液体表面)
QM(启动) = 154.1 kW+5.63 kW+3.3 kW+0kW
QM(启动) = 160.33 kW
按照经验值15-20%的选型:QM(启动) =(1.15-1.2)* QM(液体)
=174.11-181.68KW
相比实际核算出来的,每台高出大约14-21KW,大约高出9%-15%,一般的星级酒店对容换的配置为一用一备,分区供应热水,少则三个分区,多则四到五个分区。这样下来整个热水系统高出的负荷按照10%计算,以一个1500KW的热水系统,则有150KW的浪费,这150KW的负荷可产热水量2.44m3(7/60℃)的,实在是浪费资源。
由上述结果看到:针对工厂定时供应热水的系统,可以延长启动过程,这样可以降低最大传热率,对锅炉的运行有好处,而且对温度控制系统的
也降低了。设备投资也降低了,能耗也降到最低。
本文由四川迪瑞机电设备有限公司提供,上述计算数值仅供参考。
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