2.2.2 Определяем теплоемкость продуктов сгорания на входе в рекуператор при температуре tд

С_x=X/100 ^.Cx^tд_(ср.), кДж/м^3. град

где X – составляющая продуктов сгорания;

Cx^tд_(ср.) – средняя теплоемкость компонента продуктов сгорания, кДж/м^3. град.

С_CO2¹⁵¹⁶=9,5/100 ^. 2,3636=0,225 кДж/м^3. град

С_H2O¹⁵¹⁶=14,58/100 ^. 1,8389=0,268 кДж/м^3. град

С_O2¹⁵¹⁶=3,075/100 ^. 1,5312=0,047 кДж/м^3. град

С_N2¹⁵¹⁶=72,84/100 ^. 1.4470=1,054 кДж/м^3. град

∑С_п.с = 1,594 кДж/м^3. град

2.2.3 Определяем теплоемкость продуктов сгорания на выходе из рекуператора

Задаемся температурой продуктов сгорания t^к_д на выходе из рекуператора, равной 600⁰С

С_CO2⁶⁰⁰=9,5/100 ^. 2,0592= 0,196 кДж/м^3. град

С_H2O⁶⁰⁰=14,58/100 ^. 1,6078=0,23 кДж/м^3. град

С_O2⁶⁰⁰=3,075/100 ^. 1,4152=0,044 кДж/м^3. град

С_N2⁶⁰⁰=72,84/100 ^. 1,3419=0,977 кДж/м^3. град

∑ С_п.с =1,447 кДж/м^3. град

2.2.4 Определяем действительную температуру продуктов сгорания на выходе из рекуператора

Расчет ведем из уравнения теплового баланса.

Q= V_в^.(C_в^{к .} t_в^к – С_в^{н .} t_в^н) + (∆Vв^.(С_в^{tд .} t_д^к - С_в^{н .} t_в^н)) = η ^.V_п.с^. (С_п.с^.t_п.с^н - С_п.с^к.t_д^к),

где Vв – расход воздуха на горение топлива, равный Vв/10 = 8/10=0,8 м³/с ;

η – поправочный коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду, равный 0,9;

С_в, С_п.с – удельные теплоемкости воздуха и продуктов сгорания, кДж/м^3.град;

t_в,t_п.с– температуры воздуха и продуктов сгорания, ⁰С ;

∆V_в – потери воздуха, принимаем (0,1÷0,3), м/с.

t_в^к=350⁰С = > С_в⁸⁵⁰= 1,3181+1,3302/2=1,32415 кДж/м^3. град;

С_в^tд = 1,45015 кДж/м^3. град;

t_в^н = 0⁰С => С_в⁰ = 1,3009 кДж/м^3. град;

∆V_в = 0,1 м³/с;

t_п.с^н = 1343⁰С =>С_п.с¹³⁴³ = 1, 57 кДж/м^3.град;

t_д^к = х=>С_п.с^х=1,45 кДж/м^3. град;

0,67 ^. (1,3302 ^. 400 – 1,3009 ^. 0) + (0,1 ^. (1,4642 ∙ Х – 1,3009 ∙ 0)) = 0,9 ∙ 0,77∙(1,594 ∙ 1516,39 – 1,447 ∙ Х)

356,49+0,14642 ∙ Х=1675,068-1,003 ^. Х

1,15Х=1318,578

Х=1146,59 ⁰С

2.2.5 Определяем среднюю разность температур при перекрестном движении теплоносителей

∆t_прот.= ∆t_н-∆t_к / ln (∆t_н/∆t_к), ⁰С,

г де для противотока

∆t_н = t_д^н- t_в^к= 1516,39 – 400= 1116,39 ⁰С

∆t_к = t_д^к- t_в^н= 1146,59 – 0=1146,59 ⁰С

∆t_прот.=(1116,39-1146,59 )/ (ln (1116,39 / 1146,59)) = 1131,42 ⁰С

2.2.6 Определяем поправку на перекрестный ток

R = t_д^н-t_д^к/ t_в^к - t_в^н

R=(1516,39 – 1146,59) / (400 – 0) = 0,92

P = t_в^к - t_в^н/ t_д^н - t_в^н

Р = (400 – 0) / (1516,39 – 0) = 0,264

По графику находим (по R и P)

ε_∆t = 0,99

∆t_(cр.) = ∆t_прот^.E∆t

∆t_(cр.) = 1131,42 ∙ 0,99 = 1120,1⁰С

2.2.7 Определяем суммарный коэффициент теплопередачи

П ри скорости движения воздуха υ_в = 2,5 м/с =>К_(ср.) = 45 Вт/м³ ∙ град

и скорости движения дыма υ_д= 6м/с

2.2.8 Определяем количество тепла передаваемого от дыма к воздуху

Q = η ^.V_д ^. (С_д^н.t_д^н - С_д^к.t_д^к), Вт

Q = 0,9 ∙ 0,77 ∙ (1,594∙1516,39 – 1,447 ∙ 1146,59) = 525301 Вт

2.3 Расчет конструкционных характеристик рекуператора

2.3.1 Определяем общую поверхность нагрева рекуператора

F = Q / K_(ср.)∙ ∆t_(cр.), м² , где

Q – количество тепла дыма к воздуху, Вт;

К_(ср.) – суммарный коэффициент теплопередачи, Вт/м² ∙ град;

∆t_(cр.) – поправка на перекрестный ток, ⁰С.

F=525301 / (45 ∙ 1120,1) = 10,422 м²;

2.3.2 Определяем общее число труб в рекуператоре

ℓ - длина труб , равная 0,9 м = 900 мм

По справочным данным ,в зависимости от длины труб выбираем условную поверхность труб в рекуператоре f.

f = 0,25м²

n = F/f, где

F – общая поверхность нагрева рекуператора, м² ;

f – условная поверхность нагрева труб в рекуператоре, м².

n= 10,422/0,25 = 41,688≈42 труб

2.3.3 Определяем площади сечения для прохода воздуха и дыма

F_в = V_в/ υ_в, м², где

V_в – объем воздуха, м³/с;

υ_в – скорость движения воздуха, м/с.

F_в = 0,67/2,5 = 0,27 м²

F_д = V_д/ υ_д, м²,

F_д = 0,77/6=0,13 м²

2.3.4 Определяем количество труб установленных по ходу движения воздуха и дыма (справочные данные)

f_в = 0,008 м²

f_д = 0,042 м²

n_в = F_в/ f_в; n_д = F_д/ f_д

n_в = 0,27/0,008 = 34 шт

n_д = 0,13/0,042 = 3,09 =3 шт

2.3.5 Определяем общее число ходов (по воздуху) рекуператора

По ходу дыма установлено – 3 трубы; по ходу дыма установлено 34 труб. Общее число ходов(по воздуху)

Z = n/ n_в, где

n – общее число труб.

Z = 42/34 = 1,088 ≈ 1 ход

Следовательно, рекуператор одноходовой с количеством труб 34 штук.

2.3.6 Определяем фактические характеристики рекуператора

- фактическое сечение для прохода воздуха

f_в^факт.= n_в ∙ f_в = 34 ∙ 0,008 = 0,27 м²

- фактическая скорость воздуха

υ_в^факт. = V_в/ f_в^факт. = 0,67/0,27 = 2,48 м/с;

- фактическое сечение для прохода дыма

f_д^факт.= n_д ∙ f_д = 3 ∙ 0,042 = 0,126 м²

- фактическая скорость дыма

υ_д^факт. = V_д/ f_д^факт. = 0,77/0,126 = 6,1 м/с

- фактический суммарный коэффициент теплопередачи

K_(ср.) = 45, Вт/м² ∙ град;

- фактическая поверхность нагрева рекуператора

F_факт = Q/ K_(ср.) ∙ ∆t_(ср.) ;

F_факт = 525301/(44 ∙ 1120,1) = 10,422 м² .

Погрешность между полученными и расчетными значениями рекуператора равна нулю.