Геометрическая характеристика экономайзера. Выбор живых сечений для потоков воды и газа. Определение коэффициента оребрения труб и поверхности теплообмена. Потери трения при движении воды в трубах. Гидродинамический расчет сопротивления теплообменника.
В соответствии с методическими указаниями выбираем вариант конструкции экономайзера - экономайзер типа ВТИ, вариант исходных данных для заданной конструкции экономайзера - вариант №3. Экономайзер представляет собою теплообменный аппарат рекуперативного типа, предназначенный для нагревания воды с использованием теплоты уходящих газов из парового котла или какого-либо технологического агрегата. Газы (продукты горения органического топлива) двигаются в экономайзере сверху - вниз, а нагреваемая в трубах вода - снизу вверх, кроме того, трубы располагаются горизонтально, т.е. имеет место противоточно-перекрестное движение воды и газов. Один размер газохода определяется длиной трубы за вычетом толщины двух фланцев, а шаг труб по фронту и в глубину пучка определяется размером фланца. В экономайзере ВТИ, предназначенном для технологических котлов средней производительности, вода из нижнего коллектора поступает параллельно в n труб с внутренним диаметром d1=60мм.Для определения коэффициента теплоотдачи от газового потока к оребренным трубам необходимо определить скорость газового потока в самом узком сечении (живом сечении) потока. К3 - коэффициент загромождения сечения газохода, учитывающий сужение сечения потока за счет наличия труб и ребер. Коэффициент загромождения определяется по геометрическим размерам оребренных труб для одного шага по фронту потока и между ребрами: , (6) где S1=150 мм - шаг труб по фронту пучка;Коэффициент оребрения определяют как отношение оребренной поверхности трубы по газу на участке шага ребер к поверхности по воде, т.е.: ,(8) где fp - полная поверхность одного ребра с учетом его торцевой поверхности.Поверхность теплообмена со стороны воды: ,(10) где La - полная активная длина труб, т.е. длина труб, омываемая газом.В уравнения теплового расчета экономайзера входят три неизвестные величины: температура теплоносителей на выходе t’г, t’в и передаваемый тепловой поток Q. Так как уравнений всего два - теплового баланса и теплопередачи, то решение может быть найдено только иттерационным путем. Предварительно зададимся температурой газа на выходе из экономайзера . Определяем тепловой поток, передаваемый от газа к воде: ,(14) где массовый расход газа Мг определяется из уравнения неразрывности по заданной скорости газа на входе в экономайзер: ,(15) где - плотность газа по температуре газа на входе (t’г=4500С).Учитывая, что интенсивность теплообмена со стороны воды примерно в 10раз выше, чем со стороны газа, даже с учетом оребрения последней, можно принять среднюю температуру стенки трубы: (22)Для ребристых труб, омываемых поперечным потоком газа, при расчете средних коэффициентов теплоотдачи можно использовать следующее критериальное уравнение (для коридорного пучка труб): (26)Газовая среда, содержащая излучающие трехатомные газы, передает тепло поверхности труб экономайзера не только теплоотдачей, но и излучением. Исходя из определения коэффициента теплоотдачи по закону Ньютона-Рихмана, можно представить условный коэффициент теплоотдачи для лучистого теплообмена в виде: ,(29) где qл - плотность теплового потока, передаваемого излучением от газовой среды к трубам. Плотность теплового потока излучением от газа к стенке трубки: (30) Степень черноты газов: (32) По номограммам в зависимости от средней температуры газа, эффективной длины пути луча и соответствующего парциального давления (; ) определяем , и поправочный коэффициент ?=1,05Для расчета коэффициента теплопередачи кроме коэффициента оребрения необходимо определить эффективность ребра. Она учитывает распределение температуры по высоте ребра и численно равна отношению теплового потока, который передает ребро, к тепловому потоку, который ребро могло бы передать, если бы температура по высоте ребра была постоянна и равна температуре у основания. Эффективность ребер ? определяется по номограммам, где в качестве аргумента принимается для экономайзера ВТИ, имеющего квадратные ребра: ,(38) где ? - полутолщина ребра; В связи с тем, что предварительно принималась средняя температура стенки трубы по (22), истинную среднюю температуру стенки трубы определим из теплового баланса, согласно которому плотность теплового потока, переданного от стенки трубы воде, должна быть равна плотности теплового потока, переданного от газа к стенке трубы (с учетом оребрения) Т.к. температура, рассчитанная по (40), практически совпадает с температурой, рассчитанной по (22), повторный расчет не требуется.Найденный тепловой поток по (47) должен быть равен тепловому потоку по уравнению теплового баланса (16).Полное гидравлическое сопротивление слагается из следующих величин: - потерь напора, обусловленных трением и отрывом пограничного слоя от поверхности; потерь напора на входе или выходе потока, обусловленных внезапным сужением или расширением потока; Если учесть специфику конструкции экономайзера, то его аэродинамическое сопротивление (потери напора по газовому тракту) слагается из потерь давления трения и потерь, связанных с охлаждением газа в канале, т.е.
