Схема компоновки игольчатого рекуператора

Практическое занятие по теплоэнергетике

на тему «Расчет игольчатого рекуператора».

Задача.

В игольчатом рекуператоре воздух подогревается до = 350 ^оС. Температура дыма на входе в рекуператор = 800 ^оС, начальная температура воздуха = 20 ^оС. Расход воздуха V_В = 0,3 м³/c, расход дыма V_Д = 0,45 м³/c. Состав дыма: 15 % СО₂ , 15 % Н₂О и 70 % N₂. Определить размеры рекуператора и аэродинамическое сопротивление по воздушному и дымовому тракту.

Решение.

1. Считаем, что рекуператор собирается из труб длиной 1135 мм с иглами только на воздушной стороне (табл. 30).

2. Принимаем скорость движения воздуха w_В = 7 м/с, w_Д = 4 м/с (табл. 28 – для металлических трубчатых рекуператоров).

3. Теплоемкость дыма на входе в рекуператор (приложение I):

СО₂ . . . 2,1517 × 0,15 = 0,32276

Н₂О . . . 1,6601 × 0,15 = 0,24902

N₂ . . . 1,3683 × 0,7 = 0,95781

= 1,5300 кДж/(м³ × К)

4. Теплоемкость дыма на выходе из рекуператора. Зададимся температурой дыма = 575 ^оС.

СО₂ . . . 2,0557 × 0,15 = 0,30836

Н₂О . . . 1,6016 × 0,15 = 0,24024

N₂ . . . 1,3388 × 0,7 = 0,93716

= 1,4858 кДж/(м³ × К)

5. Найдем действительную температуру дыма на выходе из рекуператора из уравнения теплового баланса с учетом 10 %-ной утечки воздуха в дымовые каналы

где - удельная теплоемкость воздуха при температуре ;

0,9 – поправка, учитывающая потери теплоты в окружающую среду.

0,3 × 10³ × (1,3242 × 350 – 1,3017 × 20) + 0,1 × 0,3 × 10³ ×(1,3547 × - 1,3017 × 20) =

= 0,9 × 0,45 × 10³ × (1,5300 × 800 – 1,4858 × ) .

Отсюда = 569 ^оС.

6. Количество теплоты, передаваемой от дыма к воздуху

Q = 0,9 × 0,45 × 10³ × (1,5300 × 800 – 1,4858 ×569) = 153320 Вт.

- 2 -

7. Для определения средней разности температуры принимаем, что движение теплоносителей происходит по схеме перекрестного противотока. Средняя логарифмическая разность температуры при противотоке

где для противотока , .

= 498 ^оС.

8. Для определения поправки на перекрестный ток находим величины

= 0,42; = 0,7.

9. Поправка на перекрестный ток согласно рис. 47 e_D_t = 0,96.

10. Средняя логарифмическая разность температуры с учетом поправки

Dt_СР = × e_D_t = 498 × 0,96 = 478 ^оС.

11. Суммарный коэффициент теплопередачи, согласно рис. 48, при w_В = = 7 м/с, w_Д = 4 м/с k = 46 Вт/(м² × К).

12. Общая поверхность нагрева рекуператора

= 7,0 м².

13. Выбирая трубы длиной 1135 мм, по табл. 30 находим, что условная поверхность этих труб равна 0,33 м² (последний столбец). Отсюда общее число труб n = 7,0 / 0,33 = 21,2 » 22 шт.

14. Необходимое общее сечение для прохода воздуха

F_В = 0,3 / 7 = 0,043 м².

15. Необходимое общее сечение для прохода дыма

F_Д = 0,45 / 4 = 0,113 м².

16. По ходу движения воздуха должно быть установлено не менее 0,043 / 0,008 » 6 труб, а по ходу дыма 0,113 / 0,055 » 2 трубы (в знаменателе – проходные сечения для воздуха и дыма трубы типа 3, т.е. без наружных игл).

17. Принимаем, что по ходу дыма установлено 2 трубы, а по ходу воздуха – 6 труб в 2 ряда. Тогда общее число ходов по воздуху 22 / 6 = 3,67 » 4, т. е. рекуператор будет четырехходовым, по шесть труб в каждом ходе.

- 3 -

Дым

Схема компоновки игольчатого рекуператора

- 4 -

18. Фактическое сечение для прохода воздуха

f_В = 6 × 0,008 = 0,048 м².

19. Фактическая скорость воздуха

w_В0 = 0,3 / 0,048 = 6,25 м/с.

20. Фактическое сечение для прохода дыма

f_Д = 2 × 0,055 = 0,110 м².

21. Фактическая скорость дыма

w_Д0 = 0,45 / 0,110 = 4,09 м/с.

22. Суммарный коэффициент теплопередачи при фактических значениях скоростей дыма и воздуха (рис. 48) k = 45 Вт/(м² × К).

23. Общая поверхность нагрева

= 7,13 м².

24. Полученное значение поверхности нагрева отличается от расчетного всего лишь на 100 × ( 7,13 – 7,0 ) / 7,0 = 2 %. Перерасчет не производим.

25. Потери давления на пути движения воздуха.

Согласно № 13 приложения V для игольчатых рекуператоров длиной 1135 мм коэффициент местного сопротивления x = 1,9. Тогда при средней температуре воздуха t_В = ( 350 + 20 ) / 2 = 185 ^оС.

= 321 Па.

Здесь 4 – число ходов воздуха.

Для расчета потери давления в трех коробах примем коэффициент местного сопротивления согласно № 6 приложения V x = A × B × C = 1,25 ×3 × 1 = 3,75 (поворот на 180⁰).

= 476 Па.

26. Потери давления на пути движения дыма.

По № 13 приложения V находим для пучка игольчатых труб без наружных игл x = x^¢ × ( n + m ) = 0,066 × (12 + 2 ) = 0,924, где n = 12 – число рядов труб в направлении движения дыма; m = 2 –число труб в поперечном направлении.

При средней температуре дыма (800 +569) / 2 = 684,5 ^оС.

= 35,0 Па.