Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

В трубчатом двухходовом воздухоподогревателе воздух в количестве G₂=18 кг/с, воздух нагревается от t_ж2=30⁰C до t_ж2=260⁰C. Состав дымовых газов: CO₂=13%, H₂O=11%, N₂=76%. Дымовые газы в количестве G₁=19,6 кг/с движутся внутри стальных труб (_с=46,5Вт/(мград)) диаметром d₂/d₁=53/50 мм со средней скоростью ₁=14 м/с. Температура газов на входе в воздухоподогреватель t_ж1=380⁰C.

Воздух движется поперёк трубного пучка со средней скоростью в узком сечении пучка ₂=8 м/с. Трубы расположены в шахматном порядке с шагом s₁=s₂=1.3d₂.

Выполнить конструктивный и тепловой расчет воздухоподогревателя парового котла.

Выполнить аэродинамический расчет воздухоподогревателя.

1. Тепловой и конструктивный расчёт

Средняя арифметическая температура воздуха

t_ж2= 0.5 (t₂+t₂)=0.5 (30+260)=145⁰C

При этой температуре физические параметры воздуха равны соответственно:

C_pж2=1.01 кДж/(кгград) _ж2=3.5210^-2 Вт/(мград)

_ж2=28.310^-6 м²/с Pr_ж2=0.684

_ж2=0.844 кг/м³

Количество передаваемого тепла

Q=G₂C_pж2(t₂-t₂)=181.01 (260-30)=4181,4 кВт

Определяем температуру газов на выходе из воздухоподогревателя.

В первом приближении принимаем среднюю температуру газов в воздухоподогревателе t_ж1=300⁰C. При этой температуре

С_pж11.12 кДж/(кгград)

t_ж1=t_ж1- = 380 - = 172,6⁰С

тогда t_ж1=0.5 (t_ж1+t_ж1)= 0.5 (380 + 172,6) = 276,3⁰С.

При этой температуре С_pж1=1.11 кДж/(кгград), и в результате второго приближения

t_ж1 = 150⁰С и t_ж1 = 265⁰С.

При температуре t_ж1=265⁰С физические параметры дымовых газов заданного состава равны соответственно

_ж1=0.622 кг/м³ _ж1=0,0454Вт/(мград)

С_рж1=1.11 кДж/(кгград) _ж1=41.210^-6 м²/сек

Pr_ж1=0.66

Число Рейнольдса для потока газов

Re_ж1===17000

Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб

Nu _ж1=0.021=0.021(17000)^0.8(0.66)^0.43=43.5

₁= Nu _ж1 =43.5 =39.5 Вт/(м²град)

Число Рейнольдса для потока воздуха

Re_ж2===15000

Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к воздуху при поперечном потоке

Nu _ж2=0.41=0.41(15000)^0.6(0.684)^0.33=115

где при шахматном расположении труб и и так как

₂= Nu _ж2 =115 =76.2 Вт/(м²град)

коэффициент теплопередачи

= = =26 Вт/(м²град)

Средний температурный напор

= =1

то средний температурный напор:

? t_л.прод t_a= t_ж1 - t_ж2 = 265 - 145= 120⁰С

По графикам для рассматриваемой схемы движения теплоносителей находим

Р= = =0,658

R=1 и =0.88

Следовательно,

t= t_прот=0.88 120=105,5 ⁰С

Поверхность нагрева воздухоподогревателя

F= = =1524,4м²

Общее число труб

n= = =1146

Высота труб в одном ходе

l₁== = 4,24 м

Живое сечение для прохода воздуха

f = = =2,67 м²

Число труб, расположенных поперек потока,

n₁= = 40

Число труб, расположенных вдоль потока,

n₂= = 28

воздухоподогреватель котел нуссельт теплоотдача

2. Аэродинамический расчёт

Газовый тракт.

Газовое сопротивление воздухоподогревателя складывается из сопротивления трения в трубах и сопротивления входа в трубы и выхода из них.

h = h_тр + h_изм

Сопротивление трения:

h_тр = h_гр с_ш l, где по графику 3 [2] h_гр = 5.5кГ/(м²м)

с_ш = 0,7

l = 5.07 м

Тогда h_тр = 5,5 0,7 5,07 = 19,5 (кГ/м²)

Сопротивление вследствие изменения сечения при входе и выходе:

h_изм = (_вх + _вых) , где = h_g - динамическое давление

_вх и _вых определяем в зависимости от отношения суммарной площади живого сечения труб, к площади живого сечения газохода до и после воздухоподогревателя.

Отношение живых сечений:

По графику 8 [2] определяем:

_вх = 0,29

_вых= 0,38

По графику 4 [2] определяем: h_g = 6.4

Тогда h_изм = (0,29 + 0,38) 6,4 = 4,3 (кГ/м²)

h = 19,5 + 4,3 = 23,8 (кГ/м²) = 23,8 9,8 = 233,2 Па

Воздушный тракт.

Сопротивление шахматных пучков при поперечном омывании:

h_г = C_sC_d h_гp(z₂ + 1) m

По графику 6 [2] определяем: C_s = 1.6

C_d = 0.87

h_гр = 0,67

m = 2

z₂ = 29

h_г = 1.6 0.87 0.67 60 = 56 кГ/м²

Сопротивление поворота:

h_пов = = h_g

= 3.5

h_g = 2.8 кГ/м²

h_пов 3.5 2.8 = 10 кГ/м²

Общее сопротивление:

h = h_г + h_пов = 56 + 10 = 66 кГ/м² = 9,8 66 = 646,8 Па

Заключение

В результате проведенного конструктивного и аэродинамического расчетов теплообменника были определены следующие параметры:

требуемая поверхность нагрева: F = 1863 м²

скорость движения воздуха: ₂=8 м/с

скорость движения газа: ₁=14 м/с

количество труб: N=1170

общее сопротивление по воздуху: h = 646,8 Па

общее сопротивление по газу: h = 233,2 Па.

Список литературы

1. Краснощеков Е.А. «Задачник по теплопередаче», 1975

2. Мочанов С.И. `'Аэродинамический расчет котельных установок'', 1969

3. Исаченко В.П. `'Теплопередача'', 1981

Размещено на Allbest.ru