2.9. Проектный расчет рекуператора на тепловых трубах для печи п-1

2.9.1. Расчет числа тепловых труб и количества передаваемого тепла

В рекуператоре для печи П-2 планируется использовать такие же тепловые трубы, как и в рекуператоре для П-1, т.е с наружным диаметром d_тр = 25 мм, толщиной стенки 2 мм и длиной 2 м, изготовленные из стали 20. Расположение труб в пучке также коридорное. Размеры рекуператора аналогичны, так как размеры борова П-2 совпадают с размерами борова П-1, т.е. ширина A = 2 м, длина L = 5 м и высоту 1,3 м. Как и в случае с рекуператором для П-1, подсчитаем количество тепловых труб, которое возможно использовать в рекуператоре для П-2.

В качестве расстояния между осями труб и расстояния от крайних труб до краев листа примем удвоенный диаметр трубы: s = 2d_тр = 0,05 м.

Число труб по длине рекуператора по формуле (2.121):

n_L = L / s – 1 = 99.

Число труб по длине рекуператора по формуле (2.122):

n_A = A / s – 1 = 39.

Общее число труб по формуле (2.123):

n = n_L ∙ n_A = 3861.

Температуру дымовых газов перед прохождением пучка тепловых труб также планируется снижать до около 300°С посредством подачи в боров воздуха из окружающей среды. Количество подаваемого воздуха предполагается регулировать с помощью шибера, установленного на борове.

Изменение состава дымовых газов при разбавлении воздухом не учитываем.

Рассчитаем количество теплоты, передаваемое всеми тепловыми трубами рекуператора (формула (2.124)):

Q_тр = n ∙ 355 = 1,371 ∙ 10⁶ Вт.

Рассчитаем допустимое количество теплоты, которое можно передать тепловым трубам из тех же соображений, что и при расчете рекуператора для П-1.

Допустимое количество тепла, которое могут принять тепловые трубы, определяется по формуле (2.125):

Q_доп = G_дг ∙ B ∙ (C₅₇₃ ∙ 573 – C₃₉₈ ∙ 398),

где G_дг – масса дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кг/кг;

B – расход топливного газа, кг/ч;

C₅₇₃ – теплоемкость дымовых газов при температуре 573 К;

C₃₉₈ – теплоемкость дымовых газов при температуре 398 К;

Q_доп = 1,379 ∙ 10⁸ кДж/ч = 3,831 ∙ 10⁷ Вт.

Тогда допустимое количество труб по формуле (2.126) составит:

n_доп = Q_доп / 355 = 107922.

Расчет допустимого количества тепла, которое может быть передано тепловым трубам, показал, что принятое ранее число труб 3861 меньше максимально допустимого n_доп, следовательно, такое количество труб можно использовать в рекуператоре.

Рассчитываем тепло, передаваемое воздуху тепловыми трубами (по формуле (2.127)):

Q_тр = n_тр ∙ 355 ∙3,6 = 4,934 ∙ 10⁶ кДж/ч.

При работе печи без рекуператора общее количество тепла, вносимого в печь, определяется по формуле (2.40):

где – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

– коэффициент полезного действия топки;

4,74 ∙ 10⁷ кДж/ч.

В формуле (2.40) не учтено количество тепла, вносимого с воздухом, так как его количество незначительно. При работе печи с рекуператором становится необходимым учесть тепло, вносимое воздухом. Тогда общее количество тепла будет рассчитываться по формуле (2.128):

где – расход топливного газа при работе печи П-2 с рекуператором, вычисляе­мый по формуле (2.129), кг/ч;

Сокращение расхода топливного газа по формуле (2.130):

ΔB = B – = 94 кг/ч.

Массовый расход дымовых газов при работе печи с рекуператором по формуле (2.131):

Найдем температуру дымовых газов после рекуператора, считая, что изменение теплоемкости при этом пренебрежимо мало (формула (2.132)):

где – температура дымовых газов перед рекуператором, ;

.

Средняя температура дымовых газов при прохождении рекуператора:

Эффективный фонд времени работы печи П-2 составляет 8580 ч в год. Исходя из этого определим годовую экономию топлива:

• расход топлива при работе без рекуператора:

B = 946 ∙ 8580 / 1000 = 8117 т/год;

• расход топлива при работе с рекуператором:

= 852 ∙ 8580 / 1000 = 7314 т/год;

• сокращение расхода топливного газа:

ΔB = 15290 – 14791 = 803 т/год;

• экономия топливного газа в массовых процентах по формуле (2.133):