热负荷、换热器和蒸汽负荷之间的关系

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1、第13章冷凝水的排除热负荷，换热器和蒸汽负荷之间的关系章节13.213.2热负荷，换热器和蒸汽负荷之间的关系蒸汽和冷凝水系统手册13.2.1905第13章冷凝水的排除热负荷，换热器和蒸汽负荷之间的关系章节13.2热负荷，换热器和蒸汽负荷之间的关系在换热器中，饱和蒸汽通常为制程流体的加热提供热量。换热器是一类设备的总称，在这类设备中一种流体的热量会传递给另一种流体。为了方便起见，把这类设备统称为换热器。虽然，我们主要讨论管壳式换热器和板式换热器，但在其它的一些换热器诸如空气加热器组、浸没式油罐盘管、夹套罐和容积式换热器等都可能会发生失流现象。温度控制应用在某个温度控制系统中

2、，换热器二次侧流体的入口温度可能随时间发生变化。这意味着，为了维持二次侧流体出口温度的稳定，供给换热器的热量必须变化，。这可以通过在换热器一次侧流体入口处加装控制阀来实现，如图13.2.1所示。温度控制器设定在60℃温度感应器控制阀P1P2热水出口温度为60℃蒸汽入口换热器内管壳式蒸汽压力换热器冷水入口温度为10℃进入冷凝水总管蒸汽疏水图13.2.1典型的汽水管壳式换热器的温度控制控制阀通过改变进入换热器的蒸汽的流量和压力从而改变热量的输入。通过调节阀门的开度来控制二次侧流体的出口温度。在二次侧流体的出口处安装了一个温度感应器，用于给控制器提供温度信号。控制器比较实际的温

3、度值和设定值，输出控制信号驱动执行器调节阀门的开度。对于一台特定的换热器，换热面积和换热系数基本不会发生变化，换热器的换热量主要取决于两种流体之间的平均温差。两种流体之间平均温差大意味着换热量大，反之亦然。当控制阀处于部分打开的位置时，蒸汽压力和平均温差都会下降。反之，当控制阀开度增加时，换热器内的蒸汽流量和压力都会上升，两种流体之间的平均温差也会增加。由于压力的上升，饱和蒸汽的蒸发焓会下降，因此蒸汽压力的改变会稍微影响蒸汽的可用热量。如果需要精确的计量蒸汽的耗量，还需要考虑这部分影响。例13.2.1换热器的制造厂家根据以下信息设计换热器：使用4barg的饱和蒸汽将水从1

4、0℃加热至60℃，在任何情况下水流量都是1.5L/s。假设1L水的质量为1kg，因此水的质量流量为1kg/s。制造厂家设计的换热器的换热系数“U”为2500W/(m2·℃)。水的比热容为4.19kJ/(kg·℃)。13.2.2蒸汽和冷凝水系统手册906第13章冷凝水的排除热负荷，换热器和蒸汽负荷之间的关系章节13.2需要确定:(A)设计热负荷。(B)相应的蒸汽流量。(C)需要最小的换热面积。同时，如果当水的入口温度上升为30℃时，用户出现最低负荷，需要确定(D)最低负荷。(E)最低负荷时换热器内的蒸汽压力。(F)最低负荷时换热器内的蒸汽流量。计算:(A)确定设计热负荷-使

5、用公式2.6.5确定换热量Q=mcpT公式2.6.5式中:Q=平均换热量(kW)；m=二次侧流体的平均流量(kg/s)；cp=二次侧流体的比热(kJ/(kg·K))；∆T=二次侧流体的温升(k或℃)。Q=1.5kg/s×4.19kJ/kg℃×(60-10)℃Q=314.25kW负荷kWx3600蒸汽流量(kg/h)公式2.8.1运行压力下的潜热hfg(B)确定相应的蒸汽流量-4barg压力饱和蒸汽的温度(Ts)为152℃，蒸发焓hfg为=2108.1kJ/kg(查蒸汽表).用公式2.8.1计算所需的蒸汽的耗量：314.25×3600蒸汽流量(ms)=kg/h2108.1蒸

6、汽流量(ms)=536.6kg/h(C)确定需要最小的换热面积-使用公式2.5.5确定平均换热温差。注：制造厂家使用对数平均温差(∆TLM)作为计算依据。公式2.5.5式中:∆TLM=对数平均温差(LMTD)；Ts=蒸汽温度(℃)；T1=二次侧流体入口温度(℃)；T2=二次侧流体出口温度(℃)；ln=自然对数。蒸汽和冷凝水系统手册13.2.3907第13章冷凝水的排除热负荷，换热器和蒸汽负荷之间的关系章节13.2重新整理传热公式(公式2.5.3:Q=UxAx∆T)，可得到公式13.2.1，这里∆T可用∆TM替代。Q公式13.2.1A=U∆TM式中:A=加热面积(m2)；Q

7、=换热量(W)；U=传热系数(W/(m2·℃))；∆TM=平均温差。(注：∆TM可以是对数平均温差∆TLM(LMTD)也可以是算术平均温差∆TAM(AMTD))。314250WA=2500W/m2℃×115.2℃A=1.09m2对于此例而言，换热器需要拥有1.09m2的换热面积来实现热量的传递。（D）确定最低负荷，当水的入口温度上升为30℃时，使用与步骤A相同的公式2.6.5计算换热量。Q=mc公式2.6.5p∆TQmin=1.5kg/s×4.19kJ/kg℃×(60-30)℃Qmin=188.5kW要计算相应的蒸汽流量，首先