Решение:

Количество передаваемой теплоты:

Q = G₁ с_р1(t_ж1 – t_ж1) = ((2,9 · 10⁴ ) / 3600) · 4,187(94 – 19) = 2529 кВт.

Найдем расход пара G₂. При р = 127 кПа; t_s = 106,6° С; ί" = 2685 кДж/кг;

ί' = 447 кДж/кг;

G₂ = Q / ( 0,98 / (ί" - ί') = (2529 · 10³ ) / (0,98 / (2685 - 447) = 1,15 кг/с.

Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара необходимо знать температуру внеш­ней поверхности стенки t_с2 и высоту трубки Н.

Стр. 14.

Так как значения этих величин неизвестны, то расчет проводим методом последова­тельных приближений.

Определяем среднелогарифмический темпера­турный напор

∆t_л = t"_ж1–t'_ж1 /( ln(t_s – t'_ж1 )/( t_s – t"_ж1)) = 94 – 19 /(2,3 ln(106,6 – 19)/(106,6 – 94)) = 37°С

в первом приближении задаемся

t_с2 ≈ t_s – (∆t_л / 2) = 106,6 – (37 / 2) ≈ 88°С

Кроме того, задаемся высотой трубок Н=2,1 м.

Приведенная длина трубки:

Z = ∆t₂ НА.

При t_s =106,6° С по табл. 8-1 находим: А = 57,6 1/(м ∙ °С) и В = 6,71∙10^–3 м/Вт. Тогда

Z = (t_s – t_с2)НА = (106,6 – 88)2,1∙57,6 = 2249 < 2300.

Течение пленки конденсата ламинарное по всей высоте трубок; расчет ведем по формуле:

Rе = 3,8 ∙ Z^0,78 = 3,8 (2249)^0,78 = 1554;

α₂ = Rе / (∆t₂НВ) = 1554/ (18,6∙2,1∙6,71∙ 10^–3) = 5930 Вт(м² ∙ °С)

Определяем коэффициент теплоотдачи к воде.

Среднеарифметическая температура воды

t_ж1 = 0,5 (t'_ж1 + t"_ж1) = 0,5 (19 + 94) = 56,5 = 57°С;

при этой температуре:

ν_ж1 = 0,498 ∙ 10^–6 м²/с; λ_ж1 = 0,665 Вт/(м ∙°С); ρ_ж1 = 984 кг/м³ и Рr_ж1 = 3,12;

Rе _ж1 = (ωd₁) / ν₁ = (1,5 ∙ 1,2 ∙ 10^–2 ) / (0,498 ∙ 10^–6 ) = 3,62 ∙ 10⁴

Течение воды турбулентное; расчет ведем по формуле приведенной ниже. Перепад температур по толщине стенки оцениваем примерно в 1° С, тогда

t_с1 ≈ t_с2 – 1 = 87°С и Р r_с1≈ 2,03;

Nu_ж1=0,021Rе_ж1^0,8∙Рr_ж1^0,43∙(Рr_ж1/Рr_с1)^0,25=0,021(3,62∙10⁴)^0,8 ∙(3,12)^0,43 ∙(3,12/2,03)^0,25 = 165;

α₁ = Nu_ж1 / (λ_ж1 /d₁) = 165 / (0,655 /(1,3∙ 10^–2 )) = 8313 Вт(м² ∙ °С).

Коэффициент теплопередачи :

k =1/((1/ α₁)+(δ/λ)+(1/ α₂)) = 1/((1/ 8313) + (1∙ 10^–3 /104,5) +(1/ 5930)) = 3030 Вт(м² ∙°С) Средняя плотность теплового потока:

q = k ∆t_л = 3030 ∙ 37 ∙ 10^–3 = 112 кВт/м².

Площадь поверхности нагрева в первом приближении:

F = Q /q = 2529 / 112 = 22,6 м²

Стр. 15.

Число трубок в одном ходе:

m = (4∙ G₁) / (ρ_ж1 ∙ ωπd₁²) = ( 4 ∙ 8,06) / ( 984 ∙ 1,7 ∙3,14 ∙ (1,3 ∙ 10^–2) ² = 47

Число ходов 4 и всего трубок n = 4 ∙ 47 = 189.

Высота трубок в первом приближении:

Н = F / πd_ср∙ n = 22,6 / (3,14 ∙ 1,4 ∙ 10^–2 ∙ 189) = 2,7 м.

Температура стенок трубок:

= t_s – (q / α₂ ) = 106,6 – ((112 ∙ 10³) / 5930) = 87,7 °С;

t_с1 = t_с2 – ((q / λ ) ∙ δ) = 87,7 – ((112 ∙ 10³) / 104,5) ∙ 1 ∙10^–3) ≈ 87 °С;

Так как полученные значения величин Н, t_с2 и t_с1 не совпадают с принятыми, производим повторный расчет, принимая Н=2,7 м; t_с2= 87,7°С и t_с1 = 87°С.

В результате повторного расчета получаем: α₁ = 8313 Вт/(м² ∙ °С);

α₂ = 5900 Вт/(м² ∙°С); k = 3333 Вт/(м²∙°С); q = 123,3 кВт/м²; F = 21 м²; высота трубок во втором приближении Н = 2,5 м.

Температура поверхностей стенок трубок во втором приближе­нии: t_с2= 87,7° С и t_с1 = 87°С. Совпадение полученных значений с ра­нее принятыми лежит в пределах точности расчета, и, таким образом, окончательно принимаем F =21 м² и Н= 2,5 м.

Ответ:

Расход пара G₂=4140 кг/ч; поверхность нагрева F =21 м² ; ко­личество трубок n = 189; высота трубок Н = 2,5 м.

Задание № 3.

Определить площадь поверхности нагрева и длину отдель­ных секций (змеевиков) змеевикового экономайзера парового котла, предназначенного для подогрева питательной воды в количестве

G₂=240 т/ч от t'_ж2 =200°С до t"_ж2= 340°С (см. рис.).

Вода движется снизу вверх по стальным трубам [λ_с = 22Вт/(м∙°С)] диаметром

d₁/ d₂=45/53 мм со средней скоростью ω = 0,7м/с.

Дымовые газы (15% С0₂, 12% Н₂О) движутся сверху вниз в межтрубном пространстве со средней скоростью в узком сечении трубного пучка ω₁ = 15 м/с. Расход газов G₁ = 510 т/ч. Температура газов на входе в экономайзер t'_ж1 = 750°С. Трубы расположены в шахматном порядке с шагом поперек потока газов s₁ = 2,2d и вдоль потока s₂ = 2,1d.