Расчет воздухоподогревателя I ступени

Исходные данные:

- поверхность нагрева - =5050 м²;

продольный и поперечный шаги - =60 мм;  =42 мм;

наружный диаметр труб -  =40 мм;

проходное сечение для продуктов сгорания - =11,8 м²;

проходное сечение для воздуха -  =11,8 м²;

расположение труб по ходу воздуха шахматное;

температура воздуха перед воздухоподогревателем =30^оС;

энтальпия воздуха на входе в воздухоподогреватель =154,2 кДж/кг;

температура дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя = =150°С;

энтальпия уходящих газов ( 1238,1кДж/кг).

На рисунке 3.3 приведена схема воздухоподогревателя первой ступени.

 

 

Температура воздуха на выходе из I ступени воздухоподогревателя принимается равной =181°С.

По таблице 2 находится энтальпия воздуха ( =936,7кДж/кг).

Теплота, воспринятая воздухом в воздухоподогревателе

 

,         (3.109)

 

где  - отношение количества воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому рассчитываем по соотношению

 

;                                  (3.110)

 

(1,12+0,03+0,03/2)∙(936,7−154,2) = 911,6 кДж/кг. (3.111)

Теплота, отданная газами

 

,                      (3.112)

 

где  - энтальпия присасываемого воздуха.

Определяется по таблице 2 по средней температуре присасываемого воздуха .

 

;                               (3.113)

 

(30+181)/2 = 106^°С;                   (3.114)

= 545 кДж/кг.                           (3.115)

Из равенства уравнений (3.109) и (3.112) получится соотношение для расчёта энтальпии газов

 

 

911,6/0,99+1238,1−0,03∙545 = 2142,6 кДж/кг. (3.116)

По таблице 2 по полученному значению энтальпии находится температура газов ( =256°С).

Воздухоподогреватель является двухходовым теплообменником с перекрёстным движением нагреваемого воздуха относительно продуктов сгорания [2].

Для любой сложной схемы движения сред, если выполняется условие

 

,                                               (3.117)

 

то температурный напор рассчитывается по соотношению

 

,                                      (3.118)

 

где ,  - средние температурные напоры.

Температурные напоры рассчитываются по конечным температурам сред для всей поверхности при движении сред относительно друг друга по прямотоку и противотоку.

 

((150−30)+(256−181))/2 = 97,5°С; (3.119)

 

((256−30)+(150−181))/2 = 97,5°С; (3.120)

Температурный напор равен

= (97,5+97,5)/2 = 97,5°С.                    (3.121)

Скорость газов, скорость воздуха, средние температуры газов и воздуха

 

;                          (3.122)

;                   (3.123)

(256+150)/2 = 203°С;       (3.124)

(30+181)/2 = 105,5°С;      (3.125)

 

11,38∙5,7251∙(203+273) / (11,8∙273) = 9,6 м/с. (3.126)

11,38∙3,894∙1,12∙(105,5+273) / (11,8∙273) = 5,8 м/с. (3.127)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде (воздуху).

 

,                (3.128)

 

где  - коэффициент теплоотдачи конвекцией, который определяется по рисунку П6. Для  =40 мм и 5,8 м/с,

 = 62,8 Вт/(м²К);

 - поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов ( =1);

Относительные продольный и поперечный шаги труб

 

, .                                   (3.129)

При

, ,                         (3.130)

 

поправки равны:

 - поправка на компоновку пучка, ( =1,05);

 - поправка на влияние физических параметров среды ().

б₂ = б_к = 67∙1∙1,05∙1,1 = 72,53 Вт/(м²К).               (3.131)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности

 

,                                          (3.132)

 

где  - коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяется по рисунку П7.

Для  =40 мм и  =9,6 м/с, получается  =29,8 Вт/(м²К);

 - поправка на влияние физических параметров среды ( =1,17);

 - поправка на влияние физических параметров среды принимается ( =1);

б_к = 29,8∙1,17∙1 = 34,9 Вт/(м²К).                  (3.133)

Коэффициент теплопередачи излучением продуктов сгорания.

Для воздухоподогревателя первой ступени принимается

 

=0,                                         (3.134)

 

поскольку средняя температура газов меньше 300°С (п. 7-34 [1]).

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке.

 

;                                 (3.135)

 

34,9 Вт/(м²К).               (3.136)

Коэффициент теплопередачи

 

,                                 (3.137)

 

где  - коэффициент эффективности использования поверхности воздухоподогревателя. Определяется по таблице П2 ( =0,9);

k = 0,9∙34,9∙72,53/(34,9+72,53) = 21,2 Вт/(м²К).           (3.138)

Тепло, воспринятое воздухоподогревателем I ступени по условию теплопередачи

 

;                                  (3.139)

 

Q_т = 21,2∙5050∙97,5/(11,38∙10³) = 917,3 кДж/кг.            (3.140)

Проверка правильности выполненного расчета осуществляется по соотношению

 

;                         (3.141)

 

ДQ = |911,6−917,3|/911,6∙100 = 0,6% ≤ 2%.         (3.142)

Расчёт закончен.