Раздел шестнадцатый теплообменные аппараты

При тепловом расчете теплообменных аппаратов основными расчетными уравнениями являются:

уравнение теплоотдачи

и уравнение теплового баланса

Здесь: Qккал/час — количество переданного тепла;

kккал/м²час град коэффициент теплопередачи;

Fм²— поверхность нагрева теплообменного аппарата;

∆t⁰С -среднелогарифмическая разность температур;

Gкг/час — весовой расход рабочей жидкости (теплоносителя);

c_pккал/кг град — весовая изобарная теплоемкость рабочей жидкости;

t^/0С — температура рабочей жидкости на входе в теплообменный аппарат;

t^/°С— температура рабочей жидкости на выходе из теплообменного аппарата.

Индекс «1» означает, что величины относятся к греющей жидкости, а индекс «2» — к нагреваемой.

Среднелогарифмическая разность температур греющей и нагреваемой жидкости или, иначе, среднелогарифмический температурный напор определяется во формуле

где — разности температур жидкостей на входе и на выходе из теплообменного аппарата. В случае включения теплообменника

по схеме прямотока

При включении теплообменника по схеме противотока определяют как (t^/₁-t^//₂) и (t^//₁-t^/₂), причем большую из этих двух разностей принимают в качестве, а меньшую — в качестве.

Если теплообменник работает по схеме перекрестного или смешанного тока, среднелогарифмический температурный напор определяется как для противотока и умножается на поправочный коэффициент <1. Этот коэффициент зависит от схемы включения теплообменного аппарата и от параметров Р иR:

В приложении приведены графики =f(Р;R) для наиболее

распространенных схем включения теплообменных аппаратов.

В случае, если , среднелогарифмический температурный напор может быть подсчитан как среднеарифметический

Целью теплового расчета теплообменного аппарата обычно является определение его поверхности нагрева, обеспечивающей передачу заданного количества тепла. Рекомендуется выполнять тепловой расчет теплообменного аппарата в следующей последовательности:

1. Определить количество передаваемого тепла по уравнению теплового баланса. В случае, если теплоносителем является водяной пар, количество отданного (или полученного) тепла следует определять по формуле

Здесь i_вхиi_вых— энтальпия пара соответственно на входе и на выходе из теплообменного аппарата, ккал/кг.

2. Выбрать схему включения теплообменного аппарата и диаметр труб, составляющих его поверхность нагрева, и, задавшись скоростью течения теплоносителя, протекающего внутри труб, определить число труб одного хода

где Gкг/час — часовой расход жидкости, протекающей внутри труб;

м/сек -скорость ее течения;

кг/м³- ее удельный вес;

dм- внутренний диаметр труб.

Скорости течения различных жидкостей могут быть выбраны в следующих пределах (в м/сек):

Скорость перегретого пара ....... 40—80

·насыщенного пара …………. 20—60

·охлаждающей воды в трубках конденсаторов… 1,8—2,4

·охлаждающей воды в трубках масло- и водоохладителей 0,4—1 ,0·дымовых газов в трубках воздухоподогревателя . . . . 5—10

·воды в трубках водяного экономайзера ….0,2—0,8

3. Выбрать число ходов жидкостей и расположение труб (шахматное или коридорное). Определить общее количество труб n=n₁z, гдеn₁- число труб одного хода,z— число ходов. Произвести разбивку труб по поперечному сечению теплообменного аппарата. При этом относительные шаги труб при их коридорном расположении рекомендуется выбирать в пределах(s₁— расстояние между осями труб в одном ряду;s₂— расстояние между рядами;d_н— наружный диаметр труб).

При шахматном расположении трубможно выбирать в пределах от 1,5 до 3,0, а— в пределах от 1,0 до 2,2. В случае выбора теплообменного аппарата круглого сечения трубы рекомендуется разбивать по треугольнику (рис. 90). В этом случае относительные расстояния между осями труб можно выбирать в пределах от 1,3 до 2,5.

4. Определить скорости течения теплоносителей и коэффициенты теплоотдачи для внутренней и наружной поверхности труб, после чего определить коэффициенты теплопередачи k. Если внешняя поверхность труб омывается теплоносителем в продольном направлении, длина труб определяется дальнейшим расчетом; если же трубы омываются теплоносителем в поперечном направлении, то для определения скорости теплоносителя необходимо предварительно задаться длиной труб. Если полученная в дальнейших расчетах длина труб будет отличаться от предварительно принятого значения более чем на 5%, необходимо принять новое значение длины труб и повторить расчет.

5. Определить среднелогарифмический температурный напор.

б. Из уравнения теплопередачи определить необходимую поверхность нагрева теплообменного аппарата

7. Определить длину труб теплообменного аппарата

При определении значения диаметра, подставляемого в формулу, необходимо исходить из следующего. Если коэффициент теплоотдачи внутри труб значительно меньше, чем снаружи, то в качестве dподставляют внутренний диаметр трубd_в. Если, наоборот, коэффициент теплоотдачи снаружи труб значительно меньше, чем внутри труб, то в качествеdподставляют наружный диаметр трубd_н. Если же порядок величин коэффициентов теплоотдачи внутри и снаружи труб одинаков, то в качествеdподставляют средний диаметр трубd_ср= 0,5 (d_в+d_н).

Определением длины труб 1 заканчивается определение основных размеров теплообменного аппарата. После этого может быть вычерчена конструктивная схема теплообменного аппарата.

В некоторых случаях приходится выполнять проверочный расчет теплообменного аппарата. Обычно при этом заданными являются следующие величины:

а) размеры теплообменного аппарата (число, диаметр и расположение труб и т. д.) и схема его включения (прямоток, противоток, перекрестный ток и т. д.);

б) род греющей и нагреваемой жидкостей и их расход;

в) температура греющей и нагреваемой жидкостей на входе в теплообменный аппарат.

Определению подлежат: количество переданного тепла и температуры греющей и нагреваемой жидкостей на выходе из теплообменного аппарата.

Выполнение поверочного теплового расчета теплообменного аппарата показано на конкретном примере (см. стр. 244).

Рекомендуемые трубы для некоторых теплообменных аппаратов указаны в табл. 13.

Гидромеханический расчет теплообменных аппаратов, а также расчет деталей теплообменных аппаратов на прочность здесь не рассматриваются.

Пример. Определить среднелогарифмический температурный напор для теплообменника, включенного по схеме противотока,

если известно, что t^/₁= 300⁰С,t^//₁= 180⁰С;t^/₂= 30⁰иt^//₂= 120⁰С.

Р е ш е н и е. Определяем:

Пример. Определить среднелогарифмический температурный напор для теплообменника, работающего по схеме, показанной на

рис. 91, если t^/₁= 290°;t^//₁= 200°;t^/₂= 30⁰;t^//₂= 120° С.

Решение. По условию задачи, . Равенствоимеет место в том случае, когда водяные эквиваленты греющей и нагреваемой жидкостей одинаковы:G₁с_p1=G₂c_p1. В этом случае для противотока ∆t=. Таким образом, для противотока получаем ∆t= 170° С.

Определим параметры Р и R:

По графику для данной схемы включения теплообменного аппарата находим (см. приложение): = 0,95. Следовательно

Пример. В водоподогревателе в качестве греющей жидкости используется 180 кг/час водяного пара, отработавшего во вспомогательных механизмах. Параметры пара на входе в водоподогреватель: р = 1,4 ата, х = 0,75; в водоподогревателе пар полностью конденсируется без переохлаждения конденсата. Определить, какое количество воды и до какой температуры можно нагреть в водоподогревателе, если вода поступает с температурой 40⁰С, поверхность нагрева водоподогревателя равна 0,8 м², а коэффициент теплопередачи составляетk= 2200 ккал/м²час град.

Ре ш е н и е. В условиях задачи не задана схема включения теплообменника. Но так как температура одного из теплоносителей (конденсирующегося пара) не изменяется, то схема включения теплообменника безразлична: в этом слу-

чае при любом включении теплообмен

ника среднелогарифмический темпера-

турный напор имеет одно и то же зна-

чение

где t_s109° С— температура насыщения при р = 1,4 ата. Количество тепла, отдаваемое паром при конденсации

где г = 533,4 ккал/кг — теплота парообразования при р= 1,4 ата.

Из уравнения теплопередачи находим среднелогарифмический

температурный напор

Подставляя в первое уравнение известные величины, получаем

Задаемся различными значениями t^/₂и находим соответствующие им значенияt(при данных значенияхt^/₂= 40° С иt_s=109° С), после чего строим график (рис. 92)t=f(t^//₂). Отмечая на этом графике точкуt= 41° С, находим искомое значение

t^//₂= 87° С).

Затем из уравнения теплового баланса определяем количество подогреваемой воды

При наличии номограммы для определения t(см. приложение) можно обойтись без приведенного построения, так как номограмма позволяет определить одну из трех величин:t,или, если

известны значения двух остальных. При = 109 —40 = 69°

иt=41°С по номограмме получаем:=21°, откуда находим

t^/₂=t_s-=109-21=88⁰C.

Пример. Выбрать схему и

выполнить тепловой расчет котельного воздухоподогревателя.

Часовой расход воздуха 2300

нм³/час, его температура на

входе 30°, на выходе 130° С.

Часовой расход дымовых газов 2800 нм³/час, их температура

на входе 320° С. Поперечное сечение воздухоподогревателя в

направлении движения дымовых газов должно составлять 2350x800 мм.

Р е ш е н и е. Выбираем схему вертикального одноходового воздухоподогревателя с шахматным расположением труб (см. рис. 93; по условиям задачи 1 = 2350 мм, b= 800 мм). По табл. 13 принимаем: трубы стальные диаметром 38/32 мм ГОСТ 301-50. Внутри труб движутся дымовые газы, снаружи трубы омываются нагреваемым воздухом.

Количество переданного тепла определяем по формуле

Весовой расход воздуха

Средняя температура воздуха

При этой температуре с_p2= 0,241 ккал/кг град (по приложению 12).

Весовой расход дымовых газов

Определяем температуру дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя, задаваясь теплоемкостью дымовых газов

C_p1 =0,268 ккал/кг град

Средняя температура потока дымовых газов

При этой температуре C_p1= 0,267 ккал/кг град (по приложению 13), что незначительно отличается от принятого значения. В случае большого расхождения между принятым и полученным значениямиC_p1следует принять новое значениеC_p1, и повторить вычисление

t^//₁.

Задаемся скоростью движения дымовых газов в 5 м/сек и определяем необходимое количество труб воздухоподогревателя

где = 0,639 кг/м³— удельный вес дымовых газов приt₁= 283° С (по приложению 13).

Производим разбивку труб по поперечному сечению воздухоподогревателя. Принимаем поперечный шаг труб s₁= 73 мм

1,92). Тогда число труб в одном ряду определится как

где а — расстояние от кромки трубной решетки до оси крайней трубы; из условия а = 0,5 d_н+ (15+ 25) мм принято равным 35 мм.

При шахматном расположении труб число труб в ряду неодинаково: в «длинном» ряду расположено 11 труб, а в «коротком» на одну трубу меньше, т. е. 10 труб. Итого в двух смежных рядах расположена 21 труба. Количество рядов труб

Принимаем 37 рядов труб, из них 19 «длинных» и 18 «коротких». Тогда общее количество труб воздухоподогревателя равно

19·11 + 18•10 = 389.

Определим продольный шаг труб, приняв в продольном направлении а =41 мм.

Относительный продольный шаг находится в рекомендуемых пределах.

Зная значения величин ,b,s₁,s₂и а, можно вычертить поперечное сечение воздухоподогревателя (рис. 94).

Определяем скорость движения дымовых газов

Затем определяем значение коэффициента теплоотдачи α₁от дымовых газов к стенке трубы. Критерий Рейнольдса

где приt₁= 283t° С взято из таблицы (приложение 13).

При Re= 3700 имеет место переходный режим движения газов. По данным раздела 14 находим

откуда

Для дымовых газов при t₁= 283° С Рг_пот= 0,65 и.

Таким образом

Искомый коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы

Принимая длину труб равной h= 0,7 м, определяем скорость движения воздуха

где Υ₂= 1,0 кг/м³— удельный вес воздуха приt₂= 80° С.

Определяем коэффициент теплоотдачи α₂от стенки трубы к воздуху. Так как число рядов труб велико, можно считать, что для всех рядов коэффициент теплоотдачи имеет одинаковое значение (т. е. не учитывать меньшую интенсивность теплообмена в первых двух рядах труб).

По таблице для воздуха при t₂= 80⁰С находим:λ₂= 2,62• 10^-2ккал/м час град;= 21 ,09·10^-6м²/сек.

Критерий Рейнольдса для потока воздуха

Так как поток воздуха омывает трубы под углом атаки = 90° то

= 1.

Таким образом

и, следовательно

Коэффициент теплопередачи

В данном случае термическое сопротивление - стальной стенки

очень мало по сравнению с другими термическими сопротивлениями, и им можно пренебречь. Тогда

Среднелогарифмическая разность температур

где = 0,975 — поправочный коэффициент, определяемый по вспомогательному графику для выбранной схемы включения теплообменного аппарата при

и

Необходимая поверхность нагрева воздухоподогревателя

Длина труб (т. е. высота воздухоподогревателя)

где d= 0,5 (d_в +d_н) = 0,5·(0,032+ 0,038)= 0,035 м.

Полученное значение h= 0,934 м значительно отличается от ранее принятогоh= 0,7 м. Как указано выше, в этом случае необходимо задаться новым значениемhи повторить расчет, пока полученное расчетом значениеhне будет достаточно близким к принятому.

Выполняем расчет во втором приближении, приняв h= 0,95 м. Скорость течения воздуха

Определяем новое значение коэффициента теплоотдачи α₂. Учитывая, что температурные условия не изменились, а изменилась только скорость, можно найтиα₂путем указанного ниже пересчета

где α^/₂= 44,4 ккал/м²час град и= 3,01 м/сек — значения коэффициента теплоотдачи и скорости воздуха, полученные при расчете в первом приближении;= 2,28 м/сек — значение скорости воздуха, полученное при расчете во втором приближении.

Так как общее количество труб не изменилось, значение коэффициента теплоотдачи остается прежним.

Коэффициент теплопередачи

Поверхность нагрева воздухоподогревателя

Длина труб

что мало отличается от принятого значения h=0,95 м. Следовательно, можно окончательно принятьh=0,95 м.

Действительная поверхность нагрева воздухоподогревателя

Количество передаваемого тепла

что отличается от заданного на

Пример. Выполнить поверочный тепловой расчет котельного воздухоподогревателя, конструктивная схема которого показана

на рис. 95. Поперечное сечение воздухоподогревателя bх= 600x1700 мм; высотаh= 1,18 м. Трубы стальные, диаметром

38/32 мм. Число труб в одном ряду n₁= 9 ();

число рядов труб n₂= 18 (); общее количество

труб n=n₁n₂=162. Часовой расход дымовых газов 4600 нм³/ час, их температура на входе 340° С; количество нагреваемого воздуха 3800 нм³/ час, его начальная температура 30° С.

Р е ш е н и е. Конечные температуры теплоносителей и количество передаваемого тепла могут быть определены графическим путем следующим образом. Задаемся рядом значений температуры дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя t^//₁и из уравнения теплового баланса определяем соответствующие им значения количества передаваемого теплаQ^//и температуры нагретого воздухаt^//₂. В результате этих расчетов строим графикQ^//=f(t^//₁) и проводим на нем вспомогательную кривуюt^//₂=f(t^//₁). Затем для тех же значенийt^//₁определяем количество передаваемого теплаQ^/.

по уравнению теплопередачи и строим кривую Q^/=f(t^/₁). Все три кривые удобно построить на одном графике. Точка пересечения

кривых Q^/=f(t^//₁) иQ^//=f(t^//₁) определяет искомое значение температурыt^//₁и количества передаваемого теплаQ. По вспомогательной кривойt^//₂=f(t^//₁) определяется искомое значение температурыt^//₂.

Указанные расчеты сводим в табл. 14

Графическое построение по результатам выполненных расчетов приведено на рис. 96. С графика получаем: Q=1З0 000 ккал/час;

t^//₁259° С;t^//₂= 140⁰С.

Задачи

473. Определить среднелогарифмический температурный напор для теплообменника, включенного по схеме прямотока, если температуры горячей и холодной жидкостей на входе и на выходе из теплообменника равны t^/₁= 250°;t^//₁= 160°;t^/₂= 20°;t^//₂= 80° С.

Ответ: t= 142° С.

474. Решить предыдущую задачу для случая включения теплообменника: а) по схеме противотока; б) по схеме, показанной на рис. 91.

Ответ: а) t= 153° С; б)t= 147° С.

475. Определить среднелогарифмический температурный напор приt^/₁= 340°;t^//₁= 220°;t^/₂= 10° иt^//₂= 190° С для теплообменника, включенного по схеме: а) прямотока, б) противотока. Определить погрешность в случае расчета среднего температурного напора как среднеарифметического.

Ответ: а) t= 125° С;

б) t= 178,5°С;

476. Определить среднелогарифмический температурный напор для теплообменника, включенного по схеме, показанной на рис. 97.

Если t^/₁= 240°;t^//₁= 160°;t^/₂= 40° иt^//₂= 120° С.

Ответ: t= 111,5° С.

477. Сравнить среднелогарифмические температурные напоры для воздухоподогревателей, работающих по схемам, показанным на рис. 98, 99 и 100, при t^/₁= 340° С;t^//₁= 260° С;t^/₂= 30° С,

t^//₂=140° С.

Ответ: t= 208,5° С; 214° С и 203° С.

478. Показать, что в случае, если температура одного из теплоносителей не изменяется, среднелога рифмический температурный напор имеет одно и то же значение для любой схемы включения теплообменного аппарата.

479. В воздухоподогревателе происходит нагревание воздух за счет тепла дымовых газов. Весовой расход дымовых газов составляет 3000 кг/час, их температура на входе в воздухоподогреватель равна 360° С, на выходе из воздухоподогревателя 250⁰С. Весовой расход воздуха равен 2500 кг/час, его температура на входе в воздухоподогреватель равна 20° С. Определить температуру воздуха на выходе из воздухоподогревателя. Определить также, какую поверхность нагрева должен иметь воздухоподогреватель,

если он включен по схеме, показанной на рис. 100, а коэффициент теплопередачи равен 30 ккал/м²час град.

Ответ:t^//₂=166,5⁰С;F=15,65 м².

480. В водоохладителе,

включенном по схеме

смешанного тока (рис. 91),

происходит охлаждение

воды, поступающей из

системы охлаждения

двигателя внутреннего

сгорания, забортной водой.

Часовой расход охлаждаемой

воды составляет 2800 кг/час,

ее температура на входе в

охладитель 85° С, на выходе

из охладителя 40° С. Температура забортной воды на входе в водоохладитель 10⁰С, на выходе из водоохладителя 25° С. Какое количество забортной воды необходимо прокачивать через водоохладитель? Какова должна быть длина труб водоохладителя, если общее количество труб равно 40, трубы латунные диаметром 16/14 мм., а коэффициент теплопередачи 2600 ккал/м²час град?

Ответ: G₂= 8400 кг/час;0,645 м.

481. В водоподогревателе происходит нагревание 4 т/час воды, поступающей в паровой котел, за счет тепла пара, отработавшего во вспомогательных механизмах. Часовой расход пара 430 кг/час, его параметры на входе в водоподогреватель р = 1,2 ата, х = 0,95. В водоподогревателе пар полностью конденсируется. Чему равна температура воды, выходящей из водоподогревателя, если ее температура на входе в водоподогреватель равна 35° С, а температура конденсата на выходе из водоподогревателя равна 100⁰С?

Ответ: t^//₂90⁰С.

482. В промежуточном пароперегревателе паровой машины происходит подогрев влажного пара за счет охлаждения свежего пара, подаваемого в паровую машину из котла. Весовой расход свежего и влажного пара одинаков и равен 2 т/час. Свежий пар имеет давление 40 ата и температуру 420° С, в пароперегревателе он охлаждается до 340° С. Влажный пар на входе в пароперегреватель имеет температуру 170° Си степень сухости 0,95. Определить температуру перегреваемого пара на выходе из пароперегревателя. Определить также, какую поверхность нагрева должен иметь промежуточный пароперегреватель, если коэффициент теплопередачи равен k= 350 ккал/м²час град. Пароперегреватель выполнен по схеме, изображенной на рис. 91.

Ответ: t^//₂= 210⁰С;F= 1,435 м².

483. Через трубки конденсатора, в котором происходит конденсация отработавшего пара, поступающего из паровой машины с параметрами р = 0,2 ата, х = 08, прокачивается забортная вода. Температура воды на входе в трубки конденсатора равна 10° С. Количество отработавшего пара 3 т/час. в конденсаторе происходит его полная конденсация без переохлаждения конденсата. Какое количество воды необходимо прокачать через конденсатор в течение часа в чему равна температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора, если поверхность нагрева конденсатора равна 13,5 м², а коэффициент теплопередачи составляетk= 2500 ккал/м²час град? Ответ:G₂73 т/час;t^//₂= 28,5⁰С.

484. В воздухоохладителе, установленном между 1-й и 2-й ступенями компрессора и работающем по схеме противотока, происходит охлаждение 100 кг/час воздуха от 120° до 40° С забортной водой. Температура поступающей воды 10° С. Определить часовой расход охлаждающей воды. Известно, что поверхность нагрева воздухоохладителя равна 0,92 м², а коэффициент теплопередачиk= 35 ккал/м²час град. Ответ:G_в= 482,5 кг/час.

485. Выбрать схему и выполнить тепловой расчет промежуточного пароперегревателя, предназначенного для нагревания 2,5 т/час водяного пара при давлении p₂= 6 ата и х = 0,85 до температуры 200° С за счет охлаждения 2,5 т/час водяного пара с параметрами р₁= 35 ата иt^/₁= 420° С.

486. Выбрать схему и выполнить тепловой расчет водоподогревателя, предназначенного для нагревания G_вт/час воды за счет охлажденияG_вкг/час водяного пара с давлением р и степенью сухости х до его полной конденсации (без переохлаждения конденсата). Температура воды на входе в подогреватель равна 35° С. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам труб принять равнымα₁= 8000 ккал/м²час град. Задачу решить в следующих вариантах:

487. Выбрать схему и выполнить тепловой расчет конденсатора

для конденсации Gт/час отработавшего пара, имеющего давление

р ата и степень сухости х. Температура конденсата на выходе из

конденсатора t_к° С. Температура охлаждающей воды: на входе

в конденсатор 10°, на выходе 25° С. Коэффициент теплоотдачи

от конденсирующегося пара к стенке трубы считать равным

α₁= 9500 ккал/м²час град. Задачу решить в следующих вариантах:

488. Выбрать схему и выполнить тепловой расчет водяного экономайзера, устанавливаемого в газоходе судового парового котла. Вода подается под давлением 16 ата, температура воды на входе 35°, на выходе 150° С. Часовой расход воды Q_вт/час. Часовой расход дымовых газовG_гкг/час, температура газов на входе в экономайзер 325° С. Поперечное сечение экономайзера в направлении движения газов должно составлять аxbмм. Задачу решить в следующих вариантах:

489. Выбрать схему и выполнить тепловой расчет котельного воздухоподогревателя. Весовой расход воздуха 1750 кг/час, его температура на входе 30°, на выходе 125° С. Весовой расход дымовых газов 2100 кг/час, их температура на входе в воздухоподогреватель 340° С. Поперечное сечение воздухоподогревателя (по отношению к направлению движения газов) должно быть 1780 x680 мм.

490. Выбрать схему и выполнить тепловой расчет водоохладителя, предназначенного для охлаждения G₁т/час воды отt^/ ₁⁰С доt^//₁⁰С. В качестве охлаждающей среды используется забортная вода, температура которой равна 15° С. Расходом забортной воды задаться. Длина водоохладителя не должна превышатьм.

491. Выбрать схему и выполнить тепловой расчет маслоохладителя для охлаждения V_мл/мин дизельного масла отt^/₁⁰С доt^//₁° С. Тепловоспринимающей средой является забортная вода; ее температура на входе в маслоохладитель равна 15° С. Часовым расходом воды задаться. Длина маслоохладителя не должна превышатьм. Задачу решить в следующих вариантах:

492. Выбрать схему и выполнить тепловой расчет воздухоохладителя, устанавливаемого между цилиндрами 1-й и 2-й ступеней компрессора. Производительность компрессора 200 нм³/час. Воздух, выходящий из цилиндра 1-й ступени, имеет температуру 140°С. При входе в цилиндр 2-й ступени температура воздуха не должна превышать 40° С. В качестве тепловоспринимающей среды используется забортная вода с температурой 10° С. Расходом забортной воды задаться.

493. Произвести поверочный тепловой расчет котельного воздухоподогревателя, выполненного по схеме рис. 95. Внутри труб движется воздух в количестве 2360 нм³/час, температура воздуха на входе 30° С; снаружи трубы омываются дымовыми газами, часовой расход которых равен 2830 нм³/час, а температура на входе 340° С. Трубы стальные. Длина труб= 2,4 м, ширина воздухоподогревателяb= 0,8 м. Количество рядов трубn₁, количество труб в одном рядуn₂и другие конструктивные характеристики приведёны в таблице:

Ответ: а) Q=78500 ккал/час;t^//₂= 137⁰С;

б) Q=68500 ккал/час;t^//₁= 275⁰С;t^//₂= 118⁰С.

494. Произвести поверочный тепловой расчет котельного воздухоподогревателя, схема которого показана на рис. 101.

Внутри труб движется воздух в количестве 2800 нм³/час, температура воздуха на входе 30° С. Снаружи трубы омываются дымовыми газами, часовой расход которых 3350 нм³/час, а температура на входе в воздухоподогреватель 325° С. Трубы стальные. Длина труб=2,2 м, ширина воздухоподогревателяb= 0,8 м. Общее количество трубn, количество рядов трубn₁, количество труб в одном рядуn₂, и другие конструктивные характеристики приведены в таблице:

Ответ: а) Q= 87 500 ккал/час;t^//₁= 250° С;t^//₂=130⁰С;

б) Q= 68500 ккал/час;t^//₁= 266° С;t^//₂= 108,5⁰С.

495. Какое количество пара может быть сконденсировано в конденсаторе, схема которого показана на рис. 102, а основные раз-

меры указаны в приведенной таблице? Пар на входе в конденсатор имеет давление р ата и степень сухости х. Количество охлаждающей воды G_вт/час указано в таблице; температура воды на входе в конденсатор равна 15° С. Поверхность нагрева конденсатора состоит из мельхиоровых труб диаметром 16/14 мм. Общее количество трубnуказано в таблице. Распределение труб по ходам воды равномерное. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке трубы принять равнымα=12000 ккал/м²час град.

Ответ: а) G_п= 20,4 т/час; б)G_п= 61 т/час;

в) G_п=14,5 т/час; г)G_п=33,2 т/час.

496. Решить предыдущую задачу для случая, если бы конденсатор имел два хода охлаждающей воды в трубках (вместо четырех в предыдущей задаче). Все остальные данные остаются прежними.

Ответ: а) G_п=15,5 т/час; б)G_п= 51,5 т/час;

в) G_п =11,6 т/час; г)G_п= 29,0 т/час.

497. Водоподогреватель, конструктивная схема которого показана на рис. 102, а основные размеры приведены в нижеследующей таблице, предназначен для нагрева G_вт/час воды, имеющей температуру 40° С. Греющей средой является влажный водяной пар, давление которогоpата, а степень сухости х. В водоподогревателе пар полностью конденсируется без переохлаждения конденсата. Определить, до какой температуры может быть нагрета вода и какое количество пара необходимо для этого подавать в водоподогреватель. Поверхность нагрева водоподогревателя состоит из латунных труб диаметром 16/13 мм, общее количество трубnуказано в таблице. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам трубα₁= 13500 ккал/м²час град.

Ответ: а) t^//₂=115⁰С;G_п= 2670 кг/час;

б) t^//₂= 126⁰С;G_п= 7750 кг/час;

в) t^//₂= 109⁰С;G_п= 8650 кг/час;

г) t^//₂= 99⁰С;G_п= 14 650 кг/час.

498. Решить предыдущую задачу для случая, если бы водоподогреватель имел два хода нагреваемой воды (вместо четырех в предыдущей задаче). Все остальные данные остаются прежними.

Ответ: а) t^//₂= 107° С;G_п= 2380 кг/час;

б) t^//₂= 120° С;G_п= 7230 кг/час;

в) t^//₂= 103⁰С;G_п= 7890 кг/час;

г) t^//₂= 90° С;G_п= 12400 кг/час.

499. Выполнить поверочный тепловой расчет котельного воздухоподогревателя, конструктивная схема которого показана на

рис. 93. Поперечное сечение воздухоподогревателя

bх= 800x1500 мм, высотаh= 0,7 м. Внутри труб проходит 1800 нм³/час дымовых газов, снаружи трубы омываются подогреваемым воздухом в количестве 1500 нм³/час. Температура на входе в воздухоподогреватель дымовых газов 320°, воздуха 25° С. Трубы стальные. Количество рядов трубn₁, число труб в одном рядуn₂и общее количество трубnприведено в таблице:

Ответ: а) Q= 47000 ккал/час;t^//_r= 246°С;t^//_в= 126⁰С.

б) Q=37500 ккал/час;t^//_r= 260° С;t^//_в= 105⁰С.

500. Воздухоохладитель, предназначенный для охлаждения

100 нм³/час воздуха от 120° до 60° С, работает по схеме противотока. Определить, какое количество воды необходимо прокачивать через трубки охладителя, если внутренний диаметр корпуса охладителя равен 110 мм, а его поверхность нагрева состоит из 50 мельхиоровых трубок диаметром 10/8 мм. Длина трубок 1.0 м. Температура охлаждающей воды на входе равна 15° С. Ответ:G_в= 313 кг/час.

501. Водяной экономайзер парового котла включен по схеме перекрестного тока. Сечение экономайзера составляет

bx= 750x2000 мм. Через зкономайзер проходит 2800 нм³/час дымовых газов с начальной температурой 350° С. Поверхность нагрева состоит из гладких стальных труб диаметром 38/32 мм. Сколько рядов труб должен иметь водяной экономайзер, предназначенный для нагрева 1,8 т/час воды от 40 до 120° С (давление воды равно 16 ата), если в одном ряду находится 10/9 труб (s₁= 75 мм)? Какова будет высота экономайзера, если принять продольный шаг трубs₂равным 45 мм?

Ответ: n₁=10;h=(n₁— 1)·45 + 2·37,5 = 480 мм.

П Р И Л О Ж Е Н И Я

1Под системой здесь понимается совокупность рабочего тела, совершающего цикл, и теплоотдатчиков и теплоприемников, обеспечивающих осуществление цикла.

2, так как и сжатие и расширение являются адиабатными процессами, а р₄-р₁и р₃-р₂.

3Предельное значение температуры газа должно быть таким, чтобы отсутствовала опасность вспышки или разложения смазочного масла.

4В теории паров условно принято, что в фундамеитальной точке, т. е при р = 0,00622 ата иt= 0°С величины энтальпии и энтропии равны нулю.

5Внутренняя энергия в фундаментальной точке практически равна нулю. Кроме того, в большинстве случаев принимают, что жидкость несжимаема, а следовательно внутренняя энергия жидкости не зависит от давления.