2.9.2. Расчет гидравлического сопротивления рекуператора в борове

Для нахождения гидравлического сопротивления рекуператора рассчитаем критерий Эйлера для коридорного расположения труб в пучке по формуле (2.134) [13]:

где – коэффициент, зависящий от угла атаки, при 90° b = 1;

– число рядов труб в направлении движения, m = n_L;

d_тр – расстояние между трубами, d_тр = 0,025 м;

s – расстояние между трубами, s = 2d_тр = 0,05 м;

Re – критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса найдем по формуле (2.135) [13]:

где – скорость газов в борове, м/с;

– эквивалентный диаметр борова, м;

– плотность дымовых газов при t_ср, кг/м³;

– динамическая вязкость газов при t_ср, Па ∙ с.

Эквивалентный диаметр борова определим по формуле для трубопроводов прямоугольного сечения (2.136) [13]:

где – ширина борова, х = 2 м;

– глубина борова, у = 1,5 м;

.

Живое сечение борова (формула (2.137)):

.

Плотность дымовых газов при t_ср определим по формуле (2.138) из найденной в расчете процесса горения плотности при нормальных условиях:

Скорость газов в борове вычисляем по формуле (2.139):

Вязкость дымовых газов: μ = 2,79 ∙ 10⁵ Па ∙ с.

Критерий Рейнольдса по формуле (2.135) равен:

Критерий Эйлера по формуле (2.134):

Так как критерий Эйлера является отношением гидравлического сопротивления к произведению плотности на квадрат скорости дымовых газов, то из него можно получить значение гидравлического сопротивления той части борова, в которой поток газов проходит через пучок тепловых труб (формула (2.141)):

Δp_б = Eu ∙ ρ ∙ w² = 135,949 Па.

Для сравнения рассчитаем гидравлическое сопротивление данного участка борова, если на нем не установлен рекуператор, используя формулу (2.142) [13]:

где – коэффициент трения, для Re ≤ 100000 определяется по формуле (2.143):

Тогда гидравлическое сопротивление рассматриваемого участка борова без рекуператора определяется по формуле (2.142):

2.9.3. Расчет гидравлического сопротивления воздушной части рекуператора

В надземной части рекуператора для П-2 происходит нагревание воздуха, забираемого из окружающей среды, перед подачей его в печь. Пучок труб здесь имеет длину 1 м, т.е сверху остается область высотой примерно 30 см, не занятая трубами. Ввиду малого гидравлического сопротивления в свободном сечении воздушной части рекуператора в расчетах его не учитываем.

Для расчета гидравлического сопротивления также используем критерий Эйлера, предварительно вычислив все необходимые величины.

Часовой расход воздуха для подачи в печь по формуле (2.145):

G_в = L_в ∙ B₁,

где L_в – расход воздуха, необходимый для сжигания 1 кг топлива (найден в расчете печи при коэффициенте избытка воздуха 1,5), кг/кг;

B₁ – расход топлива при работе печи с рекуператором, кг/ч;

G_в = 22160 кг/ч.

Определим температуру воздуха на выходе из рекуператора по формуле (2.146):

где – количество теплоты, передаваемое воздуху тепловыми трубами, кДж/ч;

средняя теплоемкость воздуха, кДж/кг;

.

Рассчитаем коэффициент теплопередачи рекуператора:

• поверхность теплообмена равна суммарной поверхности тепловых труб (длина каждой трубы l_тр = 2 м) по формуле (2.147):

• с

  20°С

  242,5°С

  хема теплообмена в рекуператоре:

296°С

300°С

• средняя движущая сила по формуле (2.65):

• коэффициент теплопередачи рекуператора по формуле (2.148):

Средняя температура воздуха в рекуператоре по формуле (2.149):

Плотность воздуха при по формуле (2.150):

Динамическая вязкость воздуха при [13]: .

Эквивалентный диаметр живое сечение воздушной части рекуператора совпадают с и рекуператора для печи П-1: .

Линейная скорость воздуха в рекуператоре по формуле (2.152):

Критерий Рейнольдса в воздушной части рекуператора по формуле (2.135):

Критерий Эйлера по формуле (2.134):

Гидравлическое сопротивление воздушной части рекуператора определяем по формуле (2.141):

Тогда общее гидравлическое сопротивление рекуператора по формуле (2.151):

Расчет гидравлического сопротивления показал, что при установке рекуператора необходимо также использовать дымосос для создания искусственной тяги.

Минимальная необходимая мощность дымососа с учетом 30%-й надбавки (учитывает неадиабатичность процесса) рассчитывается по формуле (2.152):

где – объемный расход дымовых газов в борове, м³/ч (формула (2.153));

По найденной минимальной мощности выбираем стандартный дымосос мощностью 4 кВт с числом оборотов в минуту 1000.

Выводы

В ходе проектного расчета рекуператора на тепловых трубах для печи П-2 были рассчитаны его основные технические параметры:

• общее количество тепловых труб 3861, диаметр 25×2, длина 2 м, из которых на 1 м каждая труба находится в воздушной части рекуператора и на 1 м – в борове, расположение труб в пучке коридорное, расстояние между осями труб по ширине и по длине рекуператора 50 мм;

• длина рекуператора 5 м, ширина – 2 м, высота воздушной части 1,3 м;

• температура дымовых газов на входе 300°С, на выходе 293°С при расходе 23016 кг/ч;

• температура воздуха на входе 20°С, на выходе 241,5°С при расходе 22160 кг/ч;

• коэффициент теплопередачи 58,436 Вт/(м² ∙ К);

• гидравлическое сопротивление рекуператора 244,337 Па;

• для работы рекуператора необходим дымосос мощностью 4 кВт.

• сокращение расхода топливного газа на печь П-2 при работе с рекуператором составляет 803 т/год (9,89%).