ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ЭКОНОМАЙЗЕРА

регатное состояние теплоносителя в процессе теплообмена не изменяется, то уравнение теплового

— средние

=

(

−

)

=

( −

),

баланса может быть записано в следующем виде:

2

p2

2,,

2,

p1

; p2

1 p1

1,

1,,

где

удельные изобарные массовые теплоемкости теплоносителей в соответст-

вующих интервалах изменения температур, кДж/(кг ·К).

По уравнению теплового баланса определяем тепловую мощность экономайзера и массовый

ды 2, кг/с:

задана, определяем массовый расход во-

расход дымовых газов. Так как скорость движения воды

Живое сечение для прохода воды ж2, м22:=

ср2 2 ж2.

вн

ж2

=

2

,

где

1

.

— внутренний диаметр трубы, мм.

π4вн

Массовый2

расход дымовых газов М , кг/с:

1

=

p1

( 1,

− 1,, )

Применяем критериальные уравнения для определения среднего коэффициента теплоотдачи:

Nu = 0,021Re0,8Pr0,43

PrPrст 0,25 ε ,

где Prст — критерий Прандтля при средней температуре стенки.

ср

2,

+ 2,,

.

ст

2

, Вт/(м

2

· К):

Коэффициент теплоотдачи от

внутренней поверхности трубы экономайзера

=

+ 20

Nuλ2.

α1

α1

=

вн

где Sp — шаг ребра, м.

Для труб, оребренных снаружи, применяем критериальное уравнение:

где

н

— высота ребра, мм;

Nu = 0,097Re0,72

pн −0,54 pp −0,14,

2

p — наружный диаметр, мм.

Находим коэффициент теплоотдачи от газообразных продуктов сгорания наружной поверхно-

сти трубок экономайзера

, Вт/(м К):

Nuλ1.

α1

α1 =

Определяем лучистый тепловой поток:

ε

−

,

со

— коэффициент излучения = ε

4

с

4

о

′

где

абсолютнол о [

гчерного100

телаг, принимаем100

равным с

= 5,7 Вт/(м2 ·К4);

Аг — поглощательная способность газов;

′

— степень черноты диоксида углерода и водяного пара, определяется по номограмме в зави-

εсимости от их содержания в газовом потоке и парциального давления при средней температуре

дымовых газов;

— степень черноты газов;

с1

εг

— абсолютная температура горячего теплоносителя, К;

1

— абсолютная температура стенки со стороны горячего теплоносителя, К.

Эффективная толщина излучающего слоя или средняя длина пути луча:

2

л = 1,08 н

1н22

−0,785 ,

где

— шаг трубы в поперечном направлении, м;

.

1

1

= 2

= 2 н

— шаг трубы в продольном направлении, м;

Произведения парциальных давлений газов и средней длины пути луча:

H2O л

,

CO2 л,

кПа ·м.

ε

= ε

+ 1,08ε

Определяем степень черноты газов при средней температуре:

CO2

л при средней

εCO2

εH2O

r

:

CO2

t1, +t1,,

.

H2O.

H2O л

и

1ср,

ср

,

Степени черноты

находим по графикам в зависимости от произведений

температуре газа

1

объема вычисляем, исходя из известной

Эффективную степень черноты ε′

оболочки газового2

=

степени черноты поверхности труб. Для чугуна

εcI = 0,85..

′

определяемcI cI

с учетом средней температуры стенки трубы:

Поглощательную способность газов ε

= 0,5(ε

+

1)

г

= εCO2

ст1срср

0,65 + 1,08 ε1H2O.

2

1

qл

.

α

· К):

Коэффициент теплопередачи посредством излучения

1

, Вт/(м

в воде допустимо

н/ вн < 1,5

1

ср

.

газов.

Определение коэффициента теплоотдачиα =отT1срдымовых−T т

При отношении

для вычисления коэффициента теплоотдачи

от дымовых газов

=

α11

+λδ +

α12

применять расчетную формулу для плоской стенки с оребрением, Вт/(м2 · К):

Определение среднего температурного напора. Так как принята перекрестно-противоточная

схема движения теплоносителя, температурный напор находят из следующего выражения:

∆ср

ср.х.

ср

∆

— средний температурный напор∆при

(∆ б−∆ м),

где

,

противоточной схеме движения теплоносителя, ◦С;

= ∆

ε

∆ср =

ln ∆∆ б

м

где

— наибольшая разность температур между теплоносителем на входе и выходе из теплооб-

менника, °С;

м

∆б — наименьшая разность температур между теплоносителем на входе и выходе из теплооб-

менника, °С.

= ∆ср.х.

Отсюда выражаем F, м2:

Требуемую∆

площадь поверхности пароперегревателя находим из уравнения теплопередачи:

=

∆ ср

.

2 1

=

жтр1

Находим число труб, которые расположены поперек потока, шт.:

ж1

ж ,

где

.

тр — площадь живого сечения трубы, м .

Находим число труб, которые расположены по вертикали, шт.:

где N — общее количество труб в экономайзере2

,=шт.1

После вычисления полной поверхности теплообмена F, используя известное значение площади

=

жнаг1

поверхности нагрева одной трубы, находим общее количество труб для экономайзера, шт.:

.

1 2

В случае если экономайзер получается слишком высоким и узким, т.е.

, то его ком-

поновку можно предусмотреть в виде двух вертикальных колонок.

Пример выполнения работы. Исходные данные. Тип теплообменного аппарата/ > 4— экономай-

Параметр

Значение

Первичный («горячий») теплоноситель

Скорость движения теплоносителя w1, м/с

8

Температура теплоносителя на входе в теплообменник t1′, ºС

380

Температура теплоносителя на выходе из теплообменника t1″, ºС

140

Вторичный («холодный») теплоноситель

Скорость движения теплоносителя w1, м/с

1,4

Температура теплоносителя на входе в теплообменник t1′, ºС

105

Температура теплоносителя на выходе из теплообменника t1″, ºС

185

Толщина слоя сажи δсажи, мм

2

Таблица 2.2

Параметры труб

Параметр

Значение

Коэффициент теплопроводности материала λ, Вт/(м · К)

63

Наружный диаметр dн, мм

76

Внутренний диаметр dвн, мм

68

Длина, м

1,5

Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2

2,18

Площадь живого сечения для прохода газов, м2

0,088

Коэффициент оребрения

6,82

Высота ребра hр, м

0,075

Шаг ребра Sр, м

0,025

2

=

2

=

2

= 145

ным данным задания находим физические параметры воды при средней температуре:

ср

2,

+ 2,,

105+185

.

− удельную массовую теплоемкость при постоянном давлении — Ср2 = 5,333 кДж/(кг · К);

− среднюю плотность — ρср2 = 921,55 кг/м3;

= 0,21 ∙10−6 м2/с;

− коэффициент кинематической вязкости — ср2

1

=

2

=

2

= 260

При средней температуре продуктов сгорания

ср

1,

+ 2,,

380+140

.

нения теплового баланса рассчитываем тепловую мощность экономайзера и массовый расход ды-

Находим живое

=

= 921,55 ∙ 1,4 ∙ 0,00363 = 4,64

мовых газов. Используя заданную скорость движения воды, определяем массовый расход воды:

2

ср2 2 ж2

кг/с.

сечение для прохода воды:

= 0,00363

Тепловая мощность

=

π вн

=

3,14∙0,068

2

м2.

ж2

2

4

=

(

−

)

4

=

(

− ) = 5,333 ∙ 4,64(185 − 105) = 1979,61

2

p2

2,,

экономайзера:

1,

1,,

2,

=

1

p1

=

кВт.

1

p1 ( 1,

− 1,, )

1,1115(380−140) = 7,42

Массовый расход дымовых газов:

1979,61

кг/с.

Определяем режим движения воды в трубе экономайзера:

2 вн

1,4∙0,0684.

Режим движения воды в трубе турбулентныйRe = 2

,=так0,21как∙10Re ≥ 104. Для расчета среднего коэффи-

циента теплоотдачи применяем критериальное уравнение:

1,075

∙ 1,025 = 1202,29

Nu = 0,021 0,8 0,43(Prст)0,25ε ,

=

,,0,021 ∙ 4533000,8 ∙ 1,2150,43

0,25

при условии, что

Pr

=

2

+ 20 =

2

+ 20 = 165

1,215

;

ст

, εl принимаем

равной 1,02;

ср

2+ 2

105+185

вн

внутренний диаметр труб, мм; l — длина, м.

4

Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубы экономайзера воде:

Критерий Рейнольдсаα1

=для dдвижениявн =

дымовых0,068

газов= 12102,46по коридорному пучку оребренных труб

к

(Nuλ2)

(1202,29∙0,6845)

Вт/(м2

· К).

; d=вн

38=,430,068∙10

м=. 5204,27,

где Sp = 0,025 м; hp

= 0,075 м; dн =Re0,076= м1

находим по формуле:

1 p

8∙0,025−6

Для оребренных снаружи труб используем критериальное уранение:

Коэффициент

Nu = 0,097 ∙5204,27

0,72

0,076

−0,54

0,075

−0,14

= 21,75.

0,025

0,025

номайзера:

теплоотдачи газообразных продуктов сгорания наружной поверхности труб эко-

α1

=

Sp

=

0,025

= 38,72

Вт/(м2 · К).

к

(Nuλ1)

21,75∙4,45∙10−2

Определяем плотность лучистого теплового потока:

= 32,67 Вт/м2.

л = 0,925 · 5,7 · 0,1652 100260 4 − 0,188 100165 4

н2о

= 0,11 ∙ 0,102 = 0,1122 ≈

0,011

МПа.

Тогда парциальное давление компонентов:

слоя:

Средняя длина пути лучасо,

2или= эффективная0,13 ∙ 0,102 =толщина0,1326 ≈излучающего0,013

= 1,08 · 0,076

МПа;

0,076

− 0,785 = 0,264

л

0,152∙0,152

м;

1

2

н

2

м2.

H2O л

= 0,011 · 0,264 = 0,0029 МПам = 2,9 кПа · м.;

Значения произведения парциальных= = 2 давлений= 2 · 0,076компонентов= 0,152на среднюю длину пути луча:

CO2 л = 0,013 · 0,264 = 0,0034 МПа м = 3,4 кПа · м

Находим степень черноты газов при средней температуре:

ср

=

1,

2

=

2

= 260

;

+ 1,,

380+140

ε = εCO2 + 1,08εH2O

= 0,068 + 1,08 · 0,09 = 0,1652.

Определяем

ε

= 0,5(ε

+ 1) = 0,5(0,85 + 1) = 0,925.

степени черноты поверхности труб. Для чугуна εcI = 0,85.

′

cI

cI

поглощательную способность газов при средней температуре стенки трубы:

= εCO2 TTcp1cpт 0,65 + 1,08ε1H2O = 0,068 165260 0,65

+ 1,08 · 0,09 = 0,188.

Коэффициент теплопередачи излучением:

л

32,46

= 0,34 Вт/(м2 · К).

α1 = T1ср−Tсрт = 260−165

Определение коэффициентаα = 0,34 + 32,67 = 32,8

Суммарный коэффициент теплоотдачи:

Вт/(м2 · К).

ской0,076/0,068

теплоотдачи от дымовых газов. Для определения коэффициента

теплоотдачи от дымовых газов в воде при отношении

, подставив значения, получим,

что

использовать расчетную формулу для пло-

= 1,1177, следовательно, допустимо н/ вн

< 1,5

стенки с оребрением:

= α11

+λδ + α12

= 32,46

2

1

Вт/(м2

· К).

= 1⁄(1⁄α1) + (δ⁄λ)

+ (1⁄α2) = 32,46 Вт/(м ·К).