Расчет радиационного рекуператора в системе комбинированного радиационно-конвективного рекуператора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет радиационного рекуператора в системе комбинированного радиационно-конвективного рекуператора

Рассчитать радиационный рекуператор, работающий в системе комбинированного радиационно-конвективного рекуператора. Температура воздуха на входе в радиационный рекуператор tвн =430 °С; конечная температура подогрева tвк воздуха =620°C; температура дымовых газов на входе в рекуператор

tдн = 1005(950+5*11) °С;

количество подогреваемого воздуха VB = 0,695 м3/с; количество дымовых газов Уд=0,805 м3/с; состав дымовых газов, %: 19 СО2; 1,0 Н2О; 80 N2. Толщина стенки рекуператора д=6 мм.

Для определения температуры дымовых газов на выходе из рекуператора tдк составляем уравнение теплового баланса. В металлическом рекуператоре утечками воздуха в дымовые каналы пренебрегаем, а потери тепла принимаем равными 15%. Теплоемкость дымовых газов на входе в рекуператор (tдн = 1005°С):

сСО2 =0,19-2,24 = 0.426;

c Н2О = 0,01-1,726 = 0,017;

c N2 =0,80-1,3^9= 1,115;

Сд1005 = 1,558 кДж/(м3*К).

рекуператор дымовой газ нагрев

Принимая температуру дымовых газов на выходе низ рекуператора равной tдк = 850°С, находим теплоемкость дымовых газов при этой температуре:

сСО2 = 0,19*2,1716 = 0,413;

c Н2О = 0,01*1,672 = 0,017;

c N2 = 0,80*1,370= 1,098

Сд850 = 1,528 кДж/(м3*К).

Тогда:

0,85*0,805(1,558*1005--1,528tдк)=0,695(1,3583*620--1,3320*430)= 174600 Вт.

Откуда tдк =845°С.

Считая схему движения теплоносителя противоточной, определяем среднюю разность температур по формуле (114):

Для определения суммарного коэффициента теплопередачи принимаем скорость движения воздуха wв0= 10 м/с.

Зная расход и скорость воздуха, можно найти поперечные размеры рекуператора.

Сечение кольцевого канала для прохода воздуха

fB = 0,695/10= 0,0695 м2.

Принимаем ширину кольцевого канала для прохода воздуха b=20 мм(19 и 22мм). Тогда средний диаметр кольцевого канала для прохода воздуха

При толщине стенки 6 мм диаметр трубы для прохода дымовых газов

dB = 1100 -- 20 -- 2*6= 1068 мм.

dB = 1100 -- 19 -- 2*6= 1134 мм.

dB = 1100 -- 22 -- 2*6= 972 мм.

Сечение дымового канала

fд= (р*d2В) / 4 = (3,14*1,0682)/4) = 0,9 м2.

fд= (р*d2В) / 4 = (3,14*1,1342)/4) = 1,01 м2.

fд= (р*d2В) / 4 = (3,14*0,9722)/4) = 0,74 м2.

Скорость дымовых газов

w д0 = 0,805/0,9 = 0,9 м/с.

w д0 = 0,805/1,01 = 0,8 м/с.

w д0 = 0,805/0,74 = 1,09 м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне Определим режим течения воздушного потока.

При средней температуре воздуха

= (430+620)/2=525°С

кинематический коэффициент вязкости согласно приложению IV равен хB=81,0*10-6 м2/с.

Фактическая средняя скорость воздуха

щв= 10*(525 + 273)/273 = 29,23 м/с.

Периметр воздушного кольца

П = р (1,07 -- 0,01) + р (1,07 + 0,01 ) = 6,950 м.

П = р (1,165 -- 0,01) + р (1,165 + 0,01 ) = 7,316 м.

П = р (1,006 -- 0,01) + р (1,006 + 0,01 ) = 6,318 м.

Приведенный диаметр воздушного кольца

dB. пр = (4,0*0,695)/6,950 = 0,040 м.

dB. пр = (4,0*0,695)/7,316= 0, 038 м.

dB. пр = (4,0*0,695)/6,318 = 0,044 м.

Критерий Рейнольдса

Re =

Re =

Re =

Поскольку Re, коэффициент теплоотдачи на воздушной стороне определяем с помощью графика на рис. 5. При скорости движения воздуха щво=10м/с и приведенном диаметре канала 0,0403 (0,04; 0,038; 0,044) м бв=50 Вт/(м3*К).

Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне

бд = бконв + бизл

Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией. Средняя температура дымовых газов

= (1005 + 845)/2 = 925° С.

Действительная средняя скорость дымовых газов

щД= 0,9 (925 + 273)/273 = 4,1 м/с.

щД= 0,8 (925 + 273)/273 = 3,5 м/с.

щД= 1,09 (925 + 273)/273 = 4,8 м/с.

Рис. 1. Зависимость коэффициента теплоотдачи конвекцией в пределах и трубах от скорости движения газового потока

Согласно рис. 1. при скорости движения дыма щД0 =0,9 м/с и диаметре канала dд= 1,068 м коэффициент теплоотдачи конвекцией бконв=7 Вт/ /(м2*К).

Находим коэффициент теплоотдачи излучением бизл. Поскольку температура дымовых газов на входе и выходе из рекуператора различна, коэффициент теплоотдачи излучением для верха и низа рекуператора находим раздельно.

Низ рекуператора

Согласно номограммам на рис 2,3 и 4.

Рис. 2. Номограмма для определения степени черноты СО2

Рис. 3. Номограмма для определения степени черноты Н2О

Рис. 4. Номограмма для определения поправочных коэффициентов в

еСО2 =0,12; еH2O =0,017; в = 1,06;

ег =0,12+1,06*0,017 = 0,138.

Принимая температуру стенки равной tcт=800°С и степень черноты ест = 0,8, коэффициент теплоотдачи излучением [формула (5)]:

,

где = 0,14 - степень черноты дымовых газов при температуре стенки.

Эффективная степень черноты стенки определена по формуле

Тогда:

Верх рекуператора

Коэффициент теплоотдачи излучением в этом случае определяется аналогично предыдущему. Считая tст=600°С, находим :

Средний коэффициент теплоотдачи излучением

Тогда:

Суммарный коэффициент теплопередачи рекуператора:

Поверхность нагрева по формуле (6):

(6)

F = 174600/(23,8*400) = 18.34 м2.

Высота рекуператора:

Н =

Определим температуру стенки рекуператора, считая стенку тонкой, по формуле (7):

(7)

Температура стенки рекуператора не превышает допустимого значения и соответствует принятой в расчете.

Оценка влияния различных факторов на суммарный коэффициент теплопередачи и поверхности нагрева F

Таким образом, в результате расчетов было выявлено, что при изменении скорости дымовых газов, изменился диаметр трубы для прохода дымовых газов: в первом случае увеличился 66 мм, во втором уменьшился на 96 мм. Действительная средняя скорость дымовых газов при х=0,8 уменьшилась на 17,14, а при х=1,09 увеличилась на 14,58 %.

Размещено на Allbest.ru