7.Расчет рекуператора

Исходные данные к расчету рекуператора:

тип рекуперативного теплообменника – петлевой

вид топлива – коксодоменный газ с и = 1,06

номинальный расход топлива – 3075,5 м³/ч

температура продуктов сгорания перед рекуператором – 850 ºС

температура воздуха перед рекуператором – 20 ºС

температура подогрева воздуха – 300 ºС

Подогреватель воздуха предполагается установить в борове размером 1x3 м.

Принимаем диаметр труб подогревателя равным 57 мм 49 мм с продольным и поперечным шагом в коридорном пучке (s1 = s2 = 100 мм).

Принимаем = 9 м/с, = 16 м/с.

Определяем теплоёмкость воздуха по [1, стр. 40, табл. 4.2]:

= 1,393 кДж/( м³ · К)

Теплоемкость продуктов сгорания:

= 1,528 кДж/( м³ · К)

Рассчитываем водяные эквиваленты:

= 3,23·1,528 =4,962 кДж/(К·с)

= 2,58·1,393 = 3,6 кДж/(К·с)

Определяем температуру продуктов сгорания на выходе из трубчатого подогревателя:

= 850-(300-20)/(0.9·4,96/3,6) = 460 ºС

Средние скорости теплоносителей в рекуператоре:

= 9 м/с

= 16 м/с

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к наружной поверхности трубки рекуператора. Эффективная длина луча в коридорном пучке:

= 3,5·0,057 = 0,1995 м

Поправка на коэффициент расхода воздуха ( =1,06) по [2, стр. 407, рис. 9,25], = 0,95.

Действительная эффективная длина луча:

= 0,1995·0,95 = 0,19 м

Определяем парциальные давления и :

где , - объемы углекислоты и водяных паров

= 0,93/11,08· = 8000 Па

= 2,2/11,08· = 19000 Па

Произведения и :

= 0,19·10299 = 1957 Па·м

= 0,19·21603 =4104 Па·м

Определяем среднюю температуру дымовых газов:

= (850+460)/2 =655 ºС

Для средней температуры дымовых газов по [2, стр. 138] определяем:

0,068

0,075

1,1

Степень черноты продуктов сгорания в области рекуператора:

0,068+0,075·1 = 0,143

Определяем среднюю температуру воздуха:

(400+20)/2 = 210 ºС

Определяем среднюю температуру стенки трубки рекуператора:

= (210+716)/2 = 463 ºС

Имеем температуры:

= (273+463) = 736 К

= (273+716,5) = 989,5 К

Определяем коэффициент лучеиспускания:

= 16,7·0,143 = 2,38 Вт/(м²·К)

Лучистая составляющая равна:

62,75 Вт/(м²·К)

Оцениваем режим движения продуктов сгорания в рекуператоре. Для скорости продуктов сгорания 9 м/с режим вынужденного движения – турбулентный.

Коэффициент определяем в соответствии с [2, стр. 402, рис. 9.19]:

где – параметры, определяемые по (рисунку П5).

= 57 Вт/(м²·К)

= 1

= 1,05

= 57·1·1,05 = 59,85 Вт/(м²·К)

Коэффициент теплоотдачи :

= +

= 62,75+59,85 = 122,6 Вт/(м²·К)

Рассчитываем количество теплоты, передаваемое к подогреваемому воздуху. Полагаем, что при скорости воздуха в трубке рекуператора, равной 16 м/с, режим будет турбулентным.

Эквивалентный диаметр канала 0,049 м

Используя значения и , в соответствии с [2, стр. 399, рис. 9.16], для турбулентного режима определяем коэффициент Вт/(м²·К) :

где , , ,

= 46Вт/(м²·К)

= 1,25

= 0,87

= 1

46·1,25·0,87·1 = 50 Вт/(м²·К)

Коэффициент теплоотдачи между теплоносителями:

= (122,6·50)/(122,6+50) = 35, 5 Вт/(м²·К)

Безразмерная температура:

= (400-20)/(870-20) = 0,45

Подсчитываем величину :

0,9·4,96/3,6 = 1,24

В соответствии с [2, стр. 395, рис. 9.12] значение X, для выражения равно:

= 0,8

Площадь поверхности теплообмена:

= 0,8·3,6·3600/3,6·35, 5 = 81 м²

Площадь сечения борова (3x1 м²) позволяет разместить петлевой рекуператор с длиной трубки = 3,5 м.

Площадь поверхности теплообмена одной трубки:

= 3,14 ·0,057·3,5 = 0,63 м²

Общее число трубок, составляющих поверхность теплообмена рекуператора:

= 81/0,63 = 129,5

Принимаем = 130

По ширине борова можно разместить трубок:

= 3/0,1 =30

Число рядов по ходу газов:

= 130/30 = 4,33

Принимаем = 5

Получаем общее число трубок N_д:

= 30·5 = 150

Площадь живого сечения для прохода дыма:

1·3-30·0,057·1 = 1,29 м²

Площадь живого сечения рекуператора для прохода воздуха:

150·3,14·0,049²/4 = 0,28 м²

Находим средние секундные расходы теплоносителей при температурах и :

3,24·(273+716)/273 = 11,76 м³/с

2,58·(273+210)/273 = 4,5 м³/с

Определяем фактические значения скоростей теплоносителей при компоновке в коридорный пучок:

= 11,76/1,29 = 9,11 м/с

= 4, 5/0,28 = 16,1 м/с

Сравнивая фактические скорости теплоносителей, полученные в результате расчета, с принятыми ранее, можно сделать вывод об отклонении значений скоростей в допустимых пределах (± 5 %).