Учебное пособие 2091
.pdfРис. 5.4. Коэффициент теплоотдачи конвекцией α при поперечном обтекании гладкотрубного пучка с шахматным расположением:
а– коэффициент теплоотдачи; б – поправка на число рядов kz;
в– поправка на температуру kt; г – поправка на относительный шаг
труб kS
51
Для определения конвективного коэффициента теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности теплообмена вычисляем:
- среднюю температуру продуктов сгорания
|
|
tг tг |
, °С; |
(5.18) |
|
t |
|||||
|
|||||
г |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
- действительную скорость продуктов сгорания при этой температуре
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
гн |
273 tг |
, м/с. |
|
(5.19) |
||
|
|
||||||
|
273 |
|
|
|
|
|
|
Конвективный |
коэффициент |
теплоотдачи |
гк |
определяем по номограмме, приведённой на рис. 5.5. Лучистый коэффициент теплоотдачи от продуктов
сгорания к поверхности теплообмена гл определяем в соответствии с [7] по формуле
гл 1,163М RO2 |
H2O , Вт/(м2·K), |
(5.20) |
где М – параметр, определяемый по номограмме, приведённой на рис. 5.6.
Ориентировочная температура поверхности теплообмена (стенки) будет равна:
|
|
|
|
|
|
|
|
tст |
|
tв tг |
, °С. |
(5.21) |
|||
|
|||||||
|
2 |
|
|
|
|
Степень черноты трёхатомных газов и водяных паров определяется по номограмме, приведённой на рис. 3.1 – 3.3, при этом эффективная толщина излучающего слоя вычисляется по формуле
lэф 0,9dвн , м, |
(5.22) |
а парциальное давление принимается таким же, как и в рабочем пространстве печи.
52
Рис. 5.5. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при принудительном движении воздуха и продуктов сгорания
вканале в турбулентном режиме: а – коэффициент теплоотдачи;
б– поправка на неизотермичность при остывании газа kto ;
в– поправка на неизотермичность при нагреве газаktн ;
г– поправка на начальный участок kL
53
Рис. 5.6. Зависимость параметров М от температуры дымовых газов и поверхности теплообмена
Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности теплообмена определяется по формуле
г гк гл , Вт/(м2·K). |
(5.23) |
По формуле (5.6) вычисляем коэффициент теплопередачи воздухоподогревателя, пологая, что для металлической поверхности теплообмена Rл 0.
По формуле (5.7) вычисляем среднелогарифмический температурный напор, а из (5.5) – требуемую поверхность теплообмена.
54
При среднем диаметре трубок |
|
||||||
dср |
dн dв |
, м |
(5.24) |
||||
|
|
|
|||||
2 |
|
|
|
|
|||
длина трубного пучка будет равна |
|
||||||
L |
F |
, м, |
(5.25) |
||||
|
|
||||||
|
|
dсрn |
|
||||
а количество ходов по воздуху |
|
||||||
z |
L L1 |
, шт, |
(5.26) |
||||
|
|||||||
|
|
|
b |
|
где L1 = (0,2…0,3) – высота защитного хода в верхней
части рекуператора, м (см. рис. 5.3).
По формуле (5.9) вычисляем максимальную температуру стенки и сравниваем её с допустимым значением.
5.2. Расчёт радиационного щелевого рекуператора
Принципиальная схема щелевого радиационного подогревателя показана на рис. 5.7. Такие рекуператоры состоят из двух концентрических цилиндров, сваренных из листов жаропрочной стали толщиной от 6 до 10 мм. По внутреннему цилиндру проходят дымовые газы, а в кольцевой щели между цилиндрами – нагреваемый воздух. Диаметр внутреннего цилиндра, т.е. дымового канала, в зависимости от размеров рекуператора колеблется от 0,5 до 3,5 м. Ширину кольцевого пространства, т.е. щели для прохождения нагреваемого воздуха, принимают равной от 8 до 60 мм. На обоих концах рекуператора расположены кольцевые коробки, служащие для подвода и отвода нагреваемого воздуха, причём для более равномерного распределения по кольцевой щели подвод воздуха производят тангенциально.
55
Рис. 5.7. Принципиальная схема щелевого радиационного подогревателя
Конструктивный тепловой расчёт рекуператора производят в следующей последовательности.
Задаёмся скоростью движения воздуха, отнесённой к нормальным условиям в соответствии с [7]:
вн =10…40 м/с.
Задаёмся скоростью движения дымовых газов, отнесённой к нормальным условиям в соответствии с [7]:
гн =0,5…1,0 м/с.
Определим необходимое проходное сечение для дымовых газов и воздуха (5.10).
56
Внутренний диаметр дымового канала |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dгв |
|
fг |
|
, м. |
|
|
|
(5.27) |
|||
0,785 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При толщине листов стали , определяем внутренний |
|||||||||||
диаметр кольцевой щели: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
dвв dгв 2 , м. |
|
|
|
(5.28) |
|||||||
Наружный диаметр кольцевой щели: |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
dвн |
f |
в |
0,785(dн) |
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
г |
|
|
, м |
(5.29) |
|||
|
|
0,785 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Для определения |
|
|
конвективного |
коэффициента |
теплоотдачи от поверхности теплообмена к воздуху, вычисляем:
- среднюю температуру воздуха (5.16); - действительную скорость воздуха (5.17); - периметр воздушного канала
П (dвв dвн), м; |
(5.30) |
||
- эквивалентный диаметр воздушного канала |
|
||
dэв |
4fв |
, м; |
(5.31) |
|
|||
|
П |
|
- конвективный коэффициент теплоотдачи гк (рис. 5.5).
Для определения конвективного коэффициента теплоотдачи от дымовых газов и поверхности теплообмена вычисляем:
-среднюю температуру продуктов сгорания (5.18);
-действительную скорость продуктов сгорания (5.19);
-конвективный коэффициент теплоотдачи (5.5).
57
Лучистый коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности теплообмена вычисляем по формуле
(5.20).
При этом среднюю температуру поверхности теплообмена (стенки) вычисляем по (5.21), а эффективную толщину излучающего слоя – по (5.22).
Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания определяем по (5.23), коэффициент теплопередачи – по (5.6), среднелогарифмический температурный напор для противоточной схемы движения – по (5.7), средний диаметр теплопередающей поверхности – по (5.24), а высоту рекуператора – по (5.25).
Учитывая недостаточно полное использование поверхности теплообмена в местах входа и выхода воздуха из рекуператора, принимаем окончательно его высоту на 10…15 % больше значения, полученного по формуле (5.25).
По формуле (5.9) вычисляем максимальную температуру поверхности теплопередачи и сравниваем её с допустимым значением.
Equation Chapter 1 Section 6
58
6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ (ВЭР)
Под вторичными энергетическими ресурсами подразумевают энергетический потенциал продуктов и отходов, который не используется в самом теплотехнологическом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов.
Основным ВЭР нагревательных печей непрерывного действия является физическая теплота уходящих продуктов сгорания топлива. По данным [7] потери теплоты с уходящими газами составляют от 30 до 45 % от расходной части теплового баланса и для использования этой теплоты применяют котлыутилизаторы (КУ) [8, 9]. Пар, выработанный в КУ, применяется для технологических нужд или для отопления, вентиляции горячего водоснабжения.
По компоновке поверхностей нагрева и газового тракта различают газотрубные и водотрубные КУ. Основная особенность газотрубных КУ заключается в движении продуктов сгорания внутри труб поверхностей нагрева. Эти КУ характеризуются простотой, высокой газоплотностью, пониженными требованиями к питательной воде. К основным недостаткам подобного типа КУ относятся низкий коэффициент полезного действия (от 50 до 60 %) и низкое давления получаемого пара (от 1,5 до 2 МПа). Кроме того, внутренние поверхности быстро загрязняются технологическим уносом, поэтому необходимо применять чистку труб с затратой большого количества ручного труда. В связи с этим применение газотрубных КУ целесообразно для печей небольшой производительности.
В зависимости от конструктивного оформления газотрубные КУ подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Технические и конструктивные характеристики газотрубных КУ приведены в табл. 6.1 – 6.3.
Основной особенностью водотрубных КУ является змеевиковая компоновка поверхностей нагрева и многократная
59
принудительная циркуляция пароводяной смеси. Эти КУ рассчитаны на температуру продуктов сгорания от 600 до 850 °C и предназначена для получения перегретого пара давлением от 1,8 до 4,5 МПа и температурой от 340 до 400 °C.
Технические и конструктивные характеристики водотрубных КУ приведены в табл. 6.4, 6.5.
Исходные данные для выбора типа КУ являются:
-объёмный расход продуктов сгорания на выходе из печи (5.2);
-температура продуктов сгорания на входе в КУ
tг tуг 50, °C. |
(6.1) |
Параметры получаемого пара принимаются равными номинальным значениям (табл. 6.1, 6.2, 6.4, 6.5), а температура питательной воды – tп.в 100 °C.
Целью проверочного теплового расчёта КУ является определение паропроизводительности котла, которая не должна отличатся более, чем на 10 % от её номинального значения.
60