Тепловий потік, що прямує від газів до стінки,

Визначення коефіцієнта тепловіддачі

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до води, /,

_.

Критерій , що характеризує режим руху нагрівного теплоносія по трубках теплообмінника, при його середній температурі = 42, 4

Згідно знайденого значення критерія вибирають вираз для розрахунку критерія .

При значенні >  2 ∙ 10³ встановлюється турбулентний режим течії. Для такого режиму при поздовжньому омиванні труб критерій визначається за формулою

Для води, яка має температуру = 42,5, критерій = 4,14.

Критерій для нагрівного теплоносія перебуває при середній температурі стінки внутрішньої поверхні трубок теплообмінника . Для води при = 83 критерій = 2,1.

Коефіцієнт теплопровідності нагрівного теплоносія при його середній температурі = 42,5 дорівнює 2,279 /.

Тепловий потік, що прямує від стінки трубки теплообмінника до нагрівного теплоносія,

Визначають нев'язку теплових потоків:

Похибка нев'язки становить 2%, що є допустимим, тому середню температуру стінки поверхні теплопередачі трубок теплообмінника можна вважати підібраною вірно.

Визначають коефіцієнт теплопередачі за формулою (5.25):

Необхідну площу поверхні теплопередачі рекуперативного теплообмінника F знаходять за формулою (5.17) або (5.18):

Для забезпечення нагріву води від температури 4 до 85 з витратою 200 л / с необхідно встановити рекуперативний теплообмінник, який матиме площу поверхні нагріву F = 1,73.

Площа поверхні теплопередачі однієї трубки теплообмінника

Кількість трубок теплообмінника обчислюють за формулою (5.45):

Розділ 6 ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ

ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК. ВИКОРИСТАННЯ

ВИЩОЇ ТЕПЛОТИ ЗГОРЯННЯ ПАЛИВА

6.1. Контактні теплообмінні апарати

Як відомо, всі теплові розрахунки промислових печей, опалювальних котлів та інших тепловикористовуючих установок ведуться за нижчою теплотою згоряння палива, іншими словами, при розрахунку не враховується прихована теплота конденсації водяної пари, яку несуть в собі продукти згоряння палива. Температура вихідних газів більшості типів теплотехнічного обладнання, що розраховується з урахуванням нижчої теплоти згоряння, приймається в межах 150 ... 160 , а то і вище. При установці рекуперативних і регенеративних теплообмінних апаратів приймати температуру нижче вказаної межі невигідно, оскільки подальше зниження температури продуктів згоряння збільшує громіздкість і вартість теплоутилізаційного обладнання.

Однак якщо баланс теплоти зводити з вищої теплоти згоряння палива, тобто з огляду на приховану теплоту конденсації водяної пари, що містяться у відхідних газах (ця теплота становить близько 4190 / спалюваного природного газу, тобто 10 ... 12%), то втрати теплоти з цими газами складуть в сучасних котлоагрегатах більше 18%, а в промислових печах - близько 50%. Втрата теплоти з відхідним сушильним агентом в сушильних установках лежить на рівні втрат промислових печей внаслідок високого вмісту вологи.

---

Утилізація теплоти відхідних газів різними установками через поверхні теплопередачі не повною мірою відповідає сучасним вимогам максимально ефективного використання палива. Особливо це відноситься до сушильних установок, з яких продукти згоряння виходять з порівняно низькою температурою (порядку 100), але з дуже високим вологовмістом (близьким до 100%), в результаті чого ентальпія цих продуктів іноді знаходиться на рівні ентальпії відхідних з промислових печей газів з температурою 800 ... 1000.

Температура вихідних газів за котлами-утилізаторами промислових печей становить 200 ... 300, за опалювальними котлами 200 ... 250, а за котлами промислових і комунальних підприємств, не обладнаних економайзерами, ще вище. Знижувати цю температуру нижче 120 за допомогою поверхневих утилізаторів теплоти економічно невигідно, тому що значно збільшуються металоємність, розмір і вартість теплообмінного обладнання. У результаті прихована теплота пароутворення всеодно не використовується, оскільки для цього необхідно знизити температуру відхідних газів до 50 ... 60.

Природний газ при використанні утилізаторів по ряду своїх властивостей вигідно відрізняється від усіх інших видів палив. По-перше, газ переважної більшості газових родовищ характеризується відсутністю сірки, що в порівнянні з твердим і рідким паливом забезпечує відсутність низькотемпературної сірчанокислої корозії металу. По-друге, продукти згоряння не містять будь-яких забруднюючих твердих частинок. По-третє, ці продукти містять порівняно багато водяної пари. Наведені особливості природного газу і продуктів його згорання дають можливість застосовувати контактні теплообмінники, які забезпечують досить глибоке охолодження відхідних газів (до 40) і конденсацію 70 ... 80% наявної в них водяної пари.

Застосування природного газу допускає пряме використання нагрітої контактним способом води. Підвищення ККД установок теоретично на 11 ... 12%, а практично на 8 ... 9% тільки за рахунок конденсації водяної пари видається цілком достатнім для широкого практичного застосування контактних водонагрівачів на газовому паливі.

Як відомо, у поверхневих теплообмінниках при застосуванні протитоку воду можна нагрівати до температури, близької до початкової температури газів, що відходять, а в контактних водяних економайзерах - лише до так званої температури мокрого термометра . Ця температура становить 70 ... 75 для економайзерів, встановлюваних після промислових печей, при температурі газів за ними порядку 500 і тиску газів, близькому до атмосферного; 65 ... 70 - для економайзерів, які встановлюються безпосередньо після промислових котлів, при температурі газів за ними 350 ... 300 ; 50 ... 60 - для контактних економайзерів, встановлюваних за хвостовими поверхнями нагріву енергетичних і великих промислових котельних агрегатів, тобто при температурі газів на вході в контактний економайзер 120 ... 140.

---

У процесі теплообміну з гріючими газами, що відходять, відбувається випаровування води при її температурі вище точки роси після досягнення водою постійної температури . При нагріванні води до температури < парціальний тиск водяної пари в газах вищий, ніж біля поверхні води, тому на вході газів, що відходять в контактну камеру починається конденсація водяної пари, яка міститься в продуктах згоряння, і, отже, їх осушення.

Осушення газів, що відходять, тим інтенсивніше і глибше, чим нижча початкова температура води і більша її кількість, що припадає на 1 кг газів. У будь-якому випадку в контактних економайзерах відбувається одночасно «сухий» і «мокрий» теплообмін, тобто. теплообмін без зміни і із зміною агрегатного стану води в залежності від характеру процесу.

Застосування контактних водонагрівачів повністю залежить від відповідності якості нагрітої води вимогам до неї згідно з напрямками використання.

6.2. Основи розрахунку контактних теплообмінних апаратів

Основними цілями теплових розрахунків контактних економайзерів є визначення:

1) теплопродуктивності економайзерів по заданим витраті і параметрам продуктів згоряння на вході і виході з економайзера;

2) параметрів відхідних газів за заданими теплопродуктивністю економайзера, витраті і параметрами продуктів згоряння на вході до нього, витраті і температурі води;

3) витрати підігрівної води та її кінцевої температури;

4) обсягу контактної камери, вибору типу і розмірів насадки;

5) розмірів корпусу економайзера, підвідних і відвідних газоходів, типу димососа;

6) економічного ефекту від установки економайзера, і зокрема економії палива і збільшення коефіцієнта використання палива.

Теплопродуктивність економайзера, /, обчислюється за формулою

(6.1)

де k - коефіцієнт теплопередачі від гріючого теплоносія до нагрівного;

F - площа поверхні насадки в одиниці об'єму, /;

-середня температура гріючого теплоносія в теплообміннику, ;

- середня температура нагрівного теплоносія в теплообміннику,.

Середня температура гріючого теплоносія в контактному економайзері визначається як середньоарифметична півсума температур гріючого теплоносія на вході і виході з контактного економайзера, , за формулою

(6.2)

Середня температура нагрівного зрошуваного теплоносія в контактному економайзері знаходиться як середньоарифметична півсума температур нагрівного теплоносія на вході і виході з контактного економайзера, , за формулою

(6.3)

Коефіцієнт теплопередачі від гріючого теплоносія до нагрівного, / , визначається за формулою

(6.4)

де Ki - критерій Кирпічова;

-коефіцієнт теплопровідності гріючого теплоносія, /;

-еквівалентний діаметр насадки, м.

Критерій Кирпічова знаходиться за формулою

(6.5)

де - критерій Рейнольдса для гріючого теплоносія;

---

- критерій Рейнольдса для нагрівного теплоносія;

-критерій Прандтля для гріючого теплоносія.

Еквівалентний діаметр, м,

(6.6)

де V - вільний об'єм насадки, /;

F - площа поверхні насадки в одиниці об'єму, /.

Критерій Рейнольдса для гріючого теплоносія визначається за формулою

(6.7)

де - швидкість гріючого теплоносія у вільному перерізі насадки,м/с;

-коефіцієнт кінематичної в'язкості гріючого теплоносія, /с.

Площа поперечного перерізу насадки теплообмінника для проходу гріючого теплоносія, ,

(6.8)

де - витрата гріючого теплоносія через контактний теплообмінник, / ;

- швидкість гріючого теплоносія в теплообміннику, м / с.

Витрата нагрівного (зрошуваного) теплоносія через контактний економайзер, / , визначається за формулою

(6.9)

де - середня об'ємна теплоємність нагрівного теплоносія в oбласті температур і ,/..

Критерій Рейнольдса для нагрівного теплоносія

(6.10)

де G - інтенсивність зрошення, / ;

- коефіцієнт кінематичної в'язкості нагрівного теплоносія, /.

Інтенсивність зрошення, / , визначається за формулою

(6.11)

де S - площа поперечного перерізу насадки теплообмінника для проходу гріючого теплоносія, . Обчислюється за формулою (6.8);

- годинна витрата нагрівного теплоносія, /. Визначається за формулою (6.9).

Площа необхідної змоченої поверхні насадки теплообмінника, м²,

(6.12)

де - ККД теплообмінника.

Необхідний об'єм насадки контактного теплообмінника,, визначається за формулою

(6.13)

де F - площа поверхні насадки в одиниці об'єму, /.

ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ

Виконати розрахунок контактного економайзера,який нагріває воду від 25 до 65 для потреб гарячого водопостачання підприємства. ККД теплообмінника 95%. Продукти згоряння охолоджуються від 150 до 70. Витрата продуктів згоряння =  160 /. Вільний об'єм насадки V = 0,5 /. Площа поверхні насадки в одиниці об'єму F=80 /. Швидкість продуктів згоряння в живому перерізі насадки =  2,5 м / с. Визначити витрати гарячої води (нагрівного теплоносія), площа омивання поверхні і об'єм насадки.

РОЗВ'ЯЗАННЯ

Середня температура продуктів згоряння в теплообміннику обчислюється за формулою (6.2):

Середня температура води в теплообміннику визначається за формулою (6.3):

Витрата води в контактному теплообміннику розраховується за формулою (6.9):

Площа необхідної змоченої поверхні насадки контактного теплообмінника визначається за формулою (6.12):

Коефіцієнт теплопередачі від продуктів згоряння до води:

Коефіцієнт теплопровідності для продуктів згоряння середнього складу при температурі 110

Критерій Кирпічова визначається за формулою (6.5):

Еквівалентний діаметр насадки обчислюється за формулою (6.6):

Площа поперечного перерізу насадки теплообмінника для проходу гріючого теплоносія визначається за формулою (6.8):

Критерій Рейнольдса для продуктів згоряння знаходиться за формулою (6.7):

---

Коефіцієнт кінематичної в'язкості продуктів згоряння при температурі 110 _:

Інтенсивність зрошення визначається за формулою (6.11):

Критерій Рейнольдса для води обчислюється за формулою (6.10):

де - коефіцієнт кінематичної в'язкості води при температурі 45;

Критерій Прандтля для води при температурі 45 _:

Об'єм насадки контактного економайзера визначається за формулою (6.13):

Розділ 7 СХЕМИ ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛОТИ

ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ ГАЗОВОГО ПАЛИВА

У СИСТЕМАХ ТГП ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМІННИКА

Рекуперативні теплообмінні апарати встановлюються за топками теплових агрегатів по ходу продуктів згоряння і здійснюють утилізацію (відбір з подальшим використанням) теплоти по нижчій теплоті згорання палива. Температура вихідних газів за рекуперативними теплообмінниками не повинна опускатися нижче 150 ... 160. В іншому випадку в газоходах і димовії трубі може наступити конденсація водяної пари, що міститься в продуктах згорання, що недопустимо.

Встановлювані за тепловими установками рекуператори, як правило, використовуються для підігріву дуттєвого повітря, яке подається на горіння безпосередньо в саму теплову установку, для підігріву газового палива, А також можуть бути використані для підігріву теплоносія сторонніх споживачів тепла на виробничі і невиробничі потреби.

Для виробничих потреб може здійснюватися вироблення гарячої води з різними вихідними параметрами температури теплоносія, що використовується для приготування бетонних сумішей та інших технологічних цілей.

Можуть здійснюватися підготовка гарячої води для невиробничих або господарсько-побутових потреб, підігрів припливного повітря для систем вентиляції в зимовий час, вироблення теплоносія для системи опалення.

На рис. 6 показано схема використання теплоти газів шляхом підігріву вторинного повітря. Вентилятор 2 забирає холодне повітря і подає його в рекуперативний теплообмінник (повітрепідігрівач) 3.У повітрепідігрівачеві повітря підігрівається і потім прямує в теплову установку 1. При реалізації такої схеми повітря, що подається в топку, вдається підігріти до 300... 400, що забезпечить підвищення ККД установки на 10 ... 15%. Однак у такої схеми температура відхідних газів досить велика.

Реалізація схеми двоступінчастого використання теплоти газів шляхом підігріву вторинного повітря і холодної води, використовуваної в системі гарячого водопостачання (рис. 7), дозволяє підвищити ККД промислових печей до 50 ... 60%, а котельних установок і ще вище. У цю схему додатково за повітрепідігрівачем включений інший рекуперативний теплообмінник 5, який готує гарячу воду для виробничих або господарсько-побутових цілей. Температура вихідних газів за другим теплообмінником знаходиться в межах 130 ... 150.

Рис. 6. Схема використання теплоти відхідних газів шляхом підігріву

---

Смотрите также файлы

• ВИМОГИkursova.doc

• 5-ЛИНЕЙНЫЕ размеры.doc

• Kursova (частина 1).docx

• Kursova (частина 2).docx

• Лаб 3.doc