Задача 3

Определить площадь поверхности нагрева, высоту труб в одном ходе и количество труб, расположенных поперёк и вдоль потока воздуха, трубчатого двухходового воздухоподогревателя парового котла (рис. 5.4), в котором воздух в количестве G₂, кг/с, должен нагреваться от до t₂'', °С.

Дымовые газы (13% СО₂, 11% Н₂О) в количестве G₁ кг/с движутся внутри стальных труб [коэффициент теплопроводности λ- 46,5 Вт/(м∙К)] диаметром мм, со средней скоростью ω₁, м/с. Температура газов на входе в воздухоподогреватель t₁' °С.

Воздух движется поперёк трубного пучка со средней скоростью в узком сечении пучка ω₂, м/с. Поперечный шаг труб в пучке S₁, м, продольный S₂, м.

Исходные данные приведены в табл. 7.3.

Таблица 7.3

Исходные данные к задаче 3

Первая цифра варианта	G2, кг/с	t'2, °С	t2'', °С.	G1, кг/с	, мм	Вторая цифра варианта	ω1, м/с	t1' , °С	ω2, м/с			Расположение труб в пучке
0	24	19	240	22	48/45	0	9	340	4	1,35	1,05	шах­матное
1	23	20	230	21	46/43	1	9.5	330	4,5	1,4	1,1
2	22	21	220	20	44/41	2	10	320	5	1,45	1,15
3	21	22	210	19	42/39	3	10,5	310	5,5	1.5	1,2
4	20	23	200	18	40/37	4	11	300	6	1,55	1,25
5	19	24	190	17	38/35	5	11,5	290	6,5	1,6	1,05	кори­дорное
6	18	25	180	16	36/33	6	12	280	7	1,4	1,15
7	17	26	170	15	34/31	7	12,5	270	7,5	1,5	1,1
8	16	27	160	14	32/29	8	13	260	8	1,6	1,2
9	15	28	150	13	30/27	9	13,5	250	8,5	1,35	1,25

Пример 3

Согласно условию к задаче выполнить конструктивный тепловой расчет трубчатого двухходового воздухоподогревателя парового котла. Трубы в пучке расположены в шахматном порядке.

Исходные данные:

- расход воздуха G₂=21,5 кг/с;

- температура воздуха на входе t'₂=30°С;

-температура воздуха на выходе t''₂=260°С;

- расход дымовых газов G₂=19,6 кг/с;

- диаметры труб мм;

- средняя скорость дымовых, газов трубах ω₁=14 м/с;

- температура дымовых газов на входе t'₁=380°С;

- средняя скорость воздуха в узком сечении пучка ω₂=8 м/с;

- поперечный шаг труб S₁=1,3d_нар, м;

- продольный шаг труб S₂=1,3d_нар, м.

Решение:

1. Среднеарифметическая температура воздуха и его физические свойства при этой температуре, принимаемые согласно прил. 4

t₂=0,5(t₂'+ t₂'')=0,5(30+260)=145 °С

ρ2, кг/м3	ν2 ,м2/с	λ2, Вт/(м∙К)	Рr2	Ср2, кДж/(кг∙К)
0,844	28,4∙10-6	0,0353	0,684	1,014

2. Тепловая нагрузка (тепловая мощность ТА) определяется по (3.4)

кВт

3. Принимаем среднюю температуру дымовых газов в первом приближении t₁= 300 °С, при которой согласно прил. 5 Ср₁=1,122 кДж/(кг∙К).

Тогда температура газов на выводе из воздухоподогревателя составит

°С,

тогда t₁=0,5(t₁'+ t₁'')=0,5(380+152)=266 °С.

При этой температуре Ср₁=1,114 кДж/(кг∙К). В результате второго при­ближения

°С и t₁=0,5(380+1502)=265 °С.

Физические свойства дымовых газов при t₁= 265 °С принимаются согласно прил. 5.

ρ1, кг/м3	ν1 ,м2/с	λ1,. Вт/(м∙К)	Рr1	Ср1, кДж/(кг∙К)
0,663	41,2∙10-6	0,0455	0,657	1,113

4. Число Рейнольдса для потока газов согласно (4.10)

5. Так как режим движения дымовых газов турбулентный, расчёт числа Нуссельта ведём по (4.16)

6. Коэффициент теплоотдачи дымовых газов к стенкам труб по (4.8)

Вт/(м²∙К)

7. Число Рейнольдса для потока воздуха

8. Так как режим движения воздушного потока турбулентный, расчёт числа Нуссельта ведём по (4.31)

где для шахматного расположения труб при , и так как S₁=S₂, то ε_S=1.

В связи с тем, что число рядов труб вдоль потока неизвестно, расчёт про­изведём для третьего ряда труб, начиная с которого поправочный коэффициент ε_S=1.

9. Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемому воздуху по. (4.8)

Вт/(м²∙К)

10. Коэффициент теплопередачи по (4.7)

Вт/(м²∙К)

где толщина стенки δ=0,5(d_нар–d_вн)=0,5(0,053–0,005)=0,0015 м.

11. Приближённо принимая схему движения теплоносителей за противоточную, строим график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена (рис. 7.3) и находим большую и меньшую разности температур

Рис. 7.3. Характер изменения температур теплоносителей (к примеру 3)

Δt_δ=Δt_μ=380-260=150-30=120°С.

12. Так как , то расчет среднего температурного противотока можно вести по (4.3)

Δt_прот=0,5(Δt_δ+Δt_μ)=0,5(120+120)=120°С.

13. Значения вспомогательных величин по (4.4) и (4.5)

Для рассматриваемой схемы движения теплоносителей по прил. 1 находим поправочный коэффициент ε_Δt=0,88 и по (4.6) находим средний температурный напор

Δt=ε_Δt=0,88∙Δt_прот=0,88∙120=105,6 °С.

14. Площадь поверхности нагрева согласно (4.1)

м².

15. Общее число труб по (5.7)

.

16. Высота труб в одном ходе по (5.8)

м

17. Площадь живого сечения для прохода воздуха по (5.9)

м².

18. Число труб, расположенных поперёк потока по (5.10)

.

Принимаем n₁=36.

19. Число рядов труб, расположенных вдоль потока по (5.11)

Принимаем n₁=30.