- •Общие указания
- •Классификация теплообменных аппаратов
- •Основные положения расчёта рекуперативных
- •3.1. Уравнение теплового баланса
- •3.2. Уравнение теплопередачи
- •Определение поверхности теплообмена
- •4.1. Тепловая нагрузка
- •4.2. Средний температурный напор
- •4.3. Коэффициент теплопередачи
- •4.4. Коэффициенты теплоотдачи
- •Вынужденное течение жидкости в трубах и каналах
- •Поперечное омывание одиночной трубы
- •Поперечное омывание пучков труб
- •Конденсация пара
- •4.4.5. Кипение теплоносителя
- •4.4.6. Теплоотдача при наличии излучения
- •5.2.2. Общая длина трубок, м
- •Содержание заданий и примеры расчётов
- •Задача 1
- •Задача 2
- •Задача 3
- •Задача 4
- •Задача 5
- •Общие указания………………………………………………………………........3
Задача 4
Определить площадь поверхности нагрева, число и длину отдельных секций (змеевиков), а также размеры газохода экономайзера парового котла (рис. 5.5), предназначенного для подогрева питательной воды в количестве G2, т/ч, от t2' до t2''°С.
Вода движется снизу вверх по стальным трубам [коэффициент теплопроводности λ=22 Вт/(м∙К)] диаметром , мм, со средней скоростью ω2, м/с.
Дымовые газы (13 % СО2, 11% Н2О) движутся сверху вниз в межтрубном пространстве со средней скоростью в узком сечении трубного пучка ω1, м/с. Расход газов G1, т/ч, их температура на входе в экономайзер t1', °С. Трубы расположены в шахматном порядке с шагом поперёк потока S1, м, и вдоль потока S2,=2dнар, м.
Исходные данные приведены в табл. 7.4.
Таблица 7.4
Первая цифра варианта |
G2, кг/с
|
t'2, °С |
t2'', °С. |
, мм |
ω2, м/с |
Вторая цифра варианта |
ω1, м/с |
G1, т/ч |
t'1, °С |
|
0 |
175 |
105 |
245 |
38/32 |
0,3 |
0 |
15 |
400 |
700 |
2,6 |
1 |
180 |
110 |
250 |
37/31 |
0,4 |
1 |
14 |
410 |
710 |
2,7 |
9 |
185 |
115 |
255 |
36/30 |
0,5 |
2 |
13 |
420 |
720 |
2,8 |
3 |
190 |
120 |
260 |
35/29 |
0,6 |
3 |
12 |
430 |
730 |
2,9 |
4 |
195 |
125 |
265 |
34/29 |
0,7 |
4 |
11 |
440 |
740 |
3 |
5 |
200 |
130 |
270 |
33/28 |
0,8 |
5 |
10 |
450 |
750 |
3,1 |
6 |
205 |
135 |
275 |
32/27 |
0,35 |
6 |
9 |
460 |
760 |
3,2 |
7 |
210 |
140 |
280 |
31/27 |
0,45 |
7 |
8 |
470 |
770 |
3,3 |
8 |
215 |
145 |
285 |
30/26 |
0,55 |
8 |
7 |
480 |
780 |
3,4 |
9 |
220 |
150 |
290 |
29/25 |
0,65 |
9 |
6 |
490 |
790 |
3,5 |
Пример 4
Согласно условию к задаче 4 выполнить конструктивный тепловой расчёт змеевикового экономайзера парового котла.
Исходные данные:
- расход питательной воды G2=230 т/ч;
- температура воды на входе =160 °С;
- температура воды на выходе t''2=300 °С;
- диаметры труб, мм;
- средняя скорость воды в трубах ω2=0,6 м/с;
- средняя скорость дымовых газов в узком сечении пучка ω1=13 м/с;
- расход дымовых газов G1=500 т/ч;
- температура дымовых газов на входе t'1= 800 °С;
- поперечный шаг труб S1=2,1dнар, м.
Решение:
-
Среднеарифметическая температура воздуха и его физические свойства при этой температуре, принимаемые согласно прил. 3
t2=0,5(t2'+ t2'')=0,5(160+300)=230 °С
ρ2, кг/м3 |
ν2 ,м2/с |
λ2, Вт/(м∙К) |
Рr2 |
Ср2, кДж/(кг∙К) |
827,3 |
0,145∙10-6 |
0,637 |
0,88 |
4,681 |
-
Тепловая нагрузка (тепловая мощность ТА) определяется по (3.4)
кВт
-
Для определения температуры газов на выходе из экономайзера принимем в первом приближении среднюю теплоемкость газа Ср1=1,25 кДж/(кг∙К). Тогда
°С,
тогда t1=0,5(t1'+ t1'')=0,5(800+559)=679,5 °С.
При этой температуре Ср1=1,234 кДж/(кг∙К) (прил. 5) и в результате второго приближения
°С
и t1=0,5(800+556)=678 °С.
Физические свойства дымовых газов при t1=678 °С принимаются согласно прил. 5.
ρ1, кг/м3 |
ν1 ,м2/с |
λ1,. Вт/(м∙К) |
Рr1 |
Ср1, кДж/(кг∙К) |
0,372 |
108∙10-6 |
0,0808 |
0,612 |
1,234 |
-
Число Рейнольдса для потока воды согласно (4.10)
-
Так как режим движения воды турбулентный, расчёт ведём по (4.16). При этом учитывая, что коэффициент теплоотдачи со стороны воды α2 на много больше коэффициента теплоотдачи со стороны газов α1 и температура стенки трубы ts близка к температуре воды, t2 полагаем . Тогда
-
Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемой воде по (4.8)
Вт/(м2∙К)
-
Число Рейнольдса для потока газов согласно (4.10)
-
Так как , расчёт числа Нуссельта ведём по (4.27)
Где для шахматного расположения труб при
.
В связи с тем, что число рядов труб вдоль потока неизвестно, расчёт произведем для третьего ряда труб, начиная с которого поправочный коэффициент ε1=1.
-
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенкам труб по (4.8)
Вт/(м2∙К).
В промышленных условиях вследствие загрязнения хвостовых поверхностей нагрева интенсивность теплообмена снижается. Для учёта этого явления можно использовать понижающий коэффициент равный 0,8. Тогда
а1=0,8 а1'=0,8∙105,5=84,4 Вт/(м2∙К).
-
Средняя длина пути луча в пределах газового слоя по [8]
м.
-
Произведения среднего пути луча на парциальные давления диоксида углерода и водяных паров
По графикам (прил. 2) находим степень черноты дымовых газов при t1=678°С и величину поправочного коэффициента β:
-
Степень черноты газовой смеси по (4.43)
-
Находим по тем же графикам, по глотательную способность газов температуре наружной поверхности труб, которую принимаем
-
Эффективная степень черноты оболочки по (4.42)
-
Плотность теплового потока, обусловленная излучением по (4.41)
-
Коэффициент теплоотдачи, обусловленный излучением по (4.40)
-
Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенкам труб по (4.39)
-
Коэффициент теплопередачи по (4.7) где толщина стенок
где толщина стенки δ=0,5(dнар–dвн)=0,5(0,051–0,044)=0,0035 м.
-
Приближенно принимая схему движения теплоносителей за противо-точную, строим график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена (рис. 7.4) и находим большую и меньшую разности температур
Рис. 7.4. Характер изменения температур теплоносителей (к примеру 4).
-
Так как , то расчет среднего температурного напора можно вести по (4.3)
-
Площадь поверхности нагрева согласно (4.1)
-
Число параллельно включенных змеевиков по (5.12)
.
принимаем n = 85.
-
Длина отдельной секции (змеевика) по (5.13) где
м.
-
Площадь живого сечения для прохода дымовых газов по (5.14)
м2.
-
Ширина сечения газохода экономайзера по (5.15)
a=(n-1)S1+dнар=(85-1)∙0,107+0,051=9,04 м.где S1=2,1 dнар=2,1∙0,051=0,107 м.
-
Длина сечения газохода экономайзера по (5.16)
м.
-
Количество рядов труб по высоте экономайзера по (5.17)
-
Высота экономайзера по (5.18)
h=(n1-1)S2+dнар=(13-1)∙0,102+0,051=1,28 м,
где S2=2 dнар=2∙0,051=0,102 м