Материал: Расчет контактного теплоутилизатора. методические указания к выполнению практических занятий и курсового проекта для студентов. Сотникова О.А., Тульская С.Г

Таблица 12

Техническая характеристика калориферов КСК3-02хЛЗА и КСК 4-С2хЛЗА

2. МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА КОНТАКТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ

ЗА КОТЛАМИ

При расчете КТАН заданы: расход газа Gс.г., начальная температура дымовых газов t0, начальная температура воды tв. Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах αух.

По этим данным определяются начальное влагосодержание дымовых газов x0 (кг/кг с.г.) и их начальная энтальпия i0 по формуле:

где с2 – теплоемкость газа, кДж/кг∙(tпр2-t”ст)

Определяются конечные параметры теплоносителей: энтальпию газа на выходе из КТАНа iк и энтальпию воды на выходе из КТАНа iвк.

Значение iк принимаются в зависимости от начальной температуры воды tв0 путем построения процесса в Jd - диаграмме.

Рекомендуются следующие значения: tв0= 10, 20, 30, 40, 50 оC,

iк= 115, 140, 160, 220, 310 кДж/кг с.г.

Температура воды на выходе из КТАНа tвк определяется исходя из сл е- дующих соображений: в сечении КТАН, соответствующему моменту перехода «сухого» режима в конденсационный, энтальпия дымовых газов должна быть больше энтальпии насыщенного воздуха при температуре стенки, равной температуре точки росы дымовых газов. Так как в граничном сечении влагосодержание газов и насыщенного воздуха при температуре точки росы одинаковы, то превышение энтальпии газов над энтальпией стенки составит

Разность ( tгпр −tст// ) следует принимать для водогрейных котлов 80 оC Величина tвк, оC определяется по формуле

tпрв= tp - ∆; tв0= t0cm - ∆;

где t0cm, tкcm – начальная и конечная температура стенки, соответствующая начальному и конечному значениям температуры воды;

∆= tcm – tв (принимается 2oС);

tпрв – температура воды в граничном сечении, oС;

27

tр – температура точки росы, oС.

Значение температуры точки росы определяется по Jdдиаграмме либо по следующей зависимости:

Энтальпия газов в сечении КТАНа, где температура стенки станет равной температуре точки росы, находится из соотношения

После этого определяются конечная температура воды tкcm и ∆, а также конечная температура воды tкв.

На этом заканчивается расчет параметров теплоносителей в «узловых» точках и далее проводят расчет отдельно для «сухой» и конденсационной зон.

2.1. Расчет «сухой» зоны

При расчете «сухой» зоны коэффициент теплопередачи от дымовых газов к жидкости, циркулирующей внутри змеевика К, кДж/м2∙ч∙К, определяется по формуле

где К – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к жидкости, кДж/м2∙ч∙К;

αг, αв – соответственно коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к наружной стенке змеевика и коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки к воде внутри змеевика;

δcm, – толщина материала стенки трубки змеевика, м;

λ cm – коэффициент теплопроводности материала стенки трубки змеевика, кДж/(м∙К).

Начальная разность температур газов и стенки ∆t0, oC определяется из выражения

где tкс.г. – начальная температура стенки, oC.

Конечная разность температур газов и стенки равна ранее принятому значению, то есть 80 oC.

28

Соответственно находят среднюю разность температур газов и стенки ∆tср, oC по формуле

где ∆tб, ∆tм – соответственно большая и меньшая разности температур, оС. Величина теплового потока gc, Вт/м2:

Теплопроводность ∆Qc, кДж/ч определяется по формуле

∆Qc=Gс.г.(i0–iгпр). (2.10)

Площадь поверхности нагрева Fс, м2 определяется по формуле

2.2. Расчет конденсационной зоны

Конденсационная зона рассчитывается по уравнению

где в качестве расчетного значения ∆iср следует использовать среднее интегральное значение разности ( iг −iст// );

σ – коэффициент массоотдачи, кг/(м2∙ч).

Текущее значение iг и iст// , кДж/кг, находят из экспериментально выведенных соотношений:

29

Используя выражение (13) и (14) после интегрирования и подстановки пределов получаем:

Затем для конденсационной зоны определяется тепловая мощность ∆Qк, Вт, тепловой поток gк, Вт/м2, и площадь поверхности теплообмена Fк, м2, по формулам:

По результатам расчетов и данным [2, табл. 2] cтроится в Jd-диаграммах кривая энтальпии насыщенных паров. По результатам расчетов на ЭВМ строится Jd-диаграмма продуктов сгорания при различных значениях коэффициента избытка воздуха α в правой части графика.

Принимаем температуру уходящих газов tух=t0=150 оС восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с линией α=1,35 и через эту точку проводим горизонтальную прямую. Эта линия будет соответствовать энтальпии газов на входе в контактный теплоутилизатор.

Далее наносим точку А, соответствующую состоянию дымовых газов на выходе из контактного теплоутилизатора. Принимая температуру точки росы уходящих газов равной 55 oС при α=1,35 согласно [2], восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой энтальпий насыщенных паров. Получаем точку d, над которой в выбранном масштабе откладываем на этом же перпендикуляре значение разности ∆iг:

Получаем точку Б, которая соответствует состоянию дымовых газов на границе «сухой» и конденсационной зон. Соединяем точку А и Б прямой лин и- ей и продолжаем ее до пересечения с горизонталью i0.

Получаем точку В, которая соответствует температуре стенки охлаждающего змеевика во входном по ходу движения дымовых газов сечении контактного теплоутилизатора.

Полученная прямая А-Б-В – это линия температур стенки змеевика. Участок А-Б соответствует конденсационной зоне, а Б-В – «сухой» зоне.

Наиболее эффективно применение контактных теплоутилизаторов для нагрева холодной подпиточной воды, так как в этом случае вся поверхность

30