Теплообменные аппараты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Тепловой расчет теплообменного аппарата

2. Определение теплофизических параметров теплоносителей

3. Уточненный расчет теплообменного аппарата

4. Аэродинамический расчет теплообменного аппарата

5. Поверочный расчет теплообменного аппарата

6. Технико-экономический расчет теплообменного аппарата

Вывод

Список использованной литературы

Приложение А



Введение

Воздухоподогреватели (ОП) широко применяют в котельных установках ТЭС и пром. предприятий, в пром. печных агрегатах, в системах воздушного отопления, приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. В качестве теплоносителя используют горячие газообразные продукты сгорания (в котельных и печных установках), водяной пар, горячую воду или электроэнергию (в системах отопления и вентиляции).

По принципу действия ВП разделяют на:

* Рекуперативные;

* Регенеративные.

В рекуперативных теплообмен между теплоносителем и нагревается воздухом происходит непрерывно через разделяющие их стенки поверхностей нагрева, в регенеративных - попеременно нагревом и охлаждением насадок (металлич. или керамич.) Неподвижных или вращающихся.

Воздухоподогреватель вместе с экономайзером и пароперегревателем входит в число так называемых хвостовых поверхностей котлоагрегата. Воздухоподогреватель, отбирая тепло от отходящих газов и соответственно уменьшая потери с отходящими газами, непосредственно это отнятое тепло теплоносителю не сообщает. Горячий воздух направляется от воздухоподогревателя в топку котла, где улучшаются условия сгорания топлива, уменьшаются топочные потери q и а, увеличивается теоретическая температура горения, следовательно, увеличивается передача тепла радиацией по сравнению с менее эффективной теплоотдачей - конвекцией. В результате увеличивается КПД. Всей установки в целом при одинаковых прочих условиях, уменьшается поверхность нагрева котла.

Цель: разработка рекуперативного пластинчато-ребристого подогревателя воздуха, согласно исходных данных.

Задание:разработать рекуперативный пластинчато-ребристый теплообменный аппарат для подогрева воздуха дымовыми газами с выходом на геометрические размеры, потери гидравлического давления, величины энергетической эффективности (тепловой и эксергетический КПД), компактность, металлоемкость, выполнение поверочного расчета аппарата.

Исходные данные:потерями тепла теплообменного аппарата пренебрегаем. Допустимые потери гидравлического давления для обоих теплоносителей не должны превышать 3-5%

теплообменный аппарат подогреватель воздух

Параметр	Числовое значение
Температура выхлопных газов	420
Расход выхлопных газов, кг/с	100
Давление дымовых газов на входе в воздухоподогреватель р1/, МПа	0,11
Давление воздуха на входе в воздухоподогреватель р2/, МПа	0,11
Давление окружающей среды ратм, МПа	0,101
Температура окружающей среды Татм, К	293



1. Тепловой расчет теплообменного аппарата

Запишем формулу для расчета расхода выхлопных газов,которая имеет вид:

,кг/с;

где - удельный расход топлива относительно расхода воздуха, .

Для твердого топлива .

В реальных апаратах массовый расход гарячого теплоносителя определяеться как:

,

где б - коэффициент избытка воздуха.

Из формулы 1.1 выражаем и подставляем числове значение:

Запишем формулу для расчета оценочной площади теплообменного апарата:

м²

где - передаваемый тепловой поток, Вт;

k - оценочный коэффициент;

- средний логарифмический температурный напор.

Находим передаваемый тепловой поток по формуле:

; , [2]

где о - потери в окружающую среду. В нашем случае, о=1, так как тепловые потери в окружающую среду отсутствуют.

Средний температурный напормежду двумя теплоносителями на поверхности теплообмена определяется таким способом.

Среднелогарифмический напор для противоточной схемы движения теплоносителей:

,

где большая и меньшая разница температур теплоносителей на концах теплообменника;

Рисунок 1.1 график распределения температур для противоточной схемы

- коэффициент который определяется в зависимости от параметров P,Rи схемы движения теплоносителей, при этом:

Находим большую и меньшую разницу температур теплоносителей на концах теплообменника:

Находим средний логарифмический температурный напор:

,

Где е= 0,98 [3].

Уравнение теплового баланса теплообменника определяет количество теплоты, которая отдается горячим теплоносителем и воспринимается средой что нагревается учетом потерь тепла в окружающую среду.

Запишем уравнение теплового баланса для теплообменника:

Принимаем, что

С уравнения теплового баланса находим:

кДж/(кг·К),[2]

,кДж/(кг·К),[2].

Уточняем значение:

,кДж/(кг·К), [2].

Найдем коэффициент теплопередачи для плоской стенки:

,

где б₁=60 Вт/(м²·К) - коэффициент теплоотдачи гарячего теплоносителя;

б₂=55 Вт/(м²·К)- коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя;

л=150 Вт/(м·К) -коэффициент теплопередачи стенки;

д=10^-3 мм - толщина стенки,[1, с.9 табл. 3.3].

Находим оценочную площадь теплообменного апарата:

2. Определение теплофизических параметров теплоносителей

Определим основные теплофизические свойства теплоносителей.

2.1 Для дымових газов теплофизическиесвойства теплового потока при средней температуре:

2.2 Для воздуха теплофизические свойства теплового потока:

3. Уточненный расчет теплообменного аппарата

Тепловая нагрузка аппарата по холодному потоку:

Принимаем размеры ребер и каналов одинаковыми для обоих потоков.

Задаем скорость теплового потока .

Определяем площадь свободного сечения:



Скорость холодного потока:

Число Рейнольдса:

= 1958

Коэффициенты теплоотдачи определяем по зависимости, которая для диапазона Re= 1800…6000имеет вид j = 0.23

Тогда j₁ = 0.23 = 0,014;

Учитывая, что j =; , определяем:

= 0,014

= 0,0139

где0,59,

0,68.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к поверхности теплого потока:

,

Где - КПД оребренных поверхностей по теплому и холодному потокам.

Значение определяем по формуле:

= 104,8;

- теплопроводность материала ребра (алюминевый сплав типа АМц).

В результате

Площадь поверхности теплообмена:

Основные геометрические характеристики:

- свободный обьем каналов по теплому потоку:

- высота теплообменника:

-площадь полного поперечного сечения теплообменеика (без учета толщины разделительных пластин)

Число каналов высоты l=12мм для каждого потока N =64 при ширине каналов (значение определено без учёта размеров поставленных брусков).

При толщине разделительных пластин площадь сечения пакета теплообменника

4. Аэродинамический расчет теплообменного аппарата

Гидродинамическое сопротивление собственно поверхности теплообменника определяем по формуле:

Где , B=0.12 m= - 0.08 [4,c 329],

Для теплого потока:

Для холодного потока:



5. Поверочный расчет теплообменного аппарата

Рассчитываем водные коэффициенты:

- для дымовых газов

- Для воздуха

Для поиска поправочного коэффициента, находим величины:

Из выше наведенных значений определяем значение: Z=0.761

При экспоненциальном изменении температурного напора за длинной теплообменника разница температур определяется с учитыванием схемы движения теплоносителей.

При противоточной схеме движения:

- для горячего теплоносителя:

- для холодного теплоносителя:

Количество теплоты, которое передается при противоточной схеме движения, определяем за формулой:

Действительные температуры на выходе из теплообменника:

- дымовые газы

- для воздуха

Подсчитываем отклонения температур для теплоносителей и количества теплоты:

6. Технико-экономический расчет теплообменного апарата

Компактность:

B=3000мм; n=64;

Объем пластины:

.

Объем проставочного листа:

мм³

Общий объем пластины и проставочного листа:

Металлоемкость:

где - единица площади теплообмена;

- масса аппарата.

Определяем КПД теплоагрегата:



Для определения величиныэксергетического КПД определимследующие значения:

Изменение энтропии дымовых газов:

.

Изменение энтропии воздуха:

.

Изменение эксергии дымовых газов:

Изменение эксергии воздуха:

Тогда эксергетический КПД будет равен:

.



Вывод

В ходе работы мы выяснили, что при установлении воздухоподогревателя в котельном агрегате мы можем дополнительно отобрать 3575 кВт тепла. Это тепло пойдет на повышение энтальпии холодного воздуха, который подается в топку. Повышение энтальпии холодного воздуха повысит КПД всего котельного агрегата.

При этом температура дымовых газов на выходе будет 120 ^оС. Дальнейшее понижение температуры нецелесообразно, так как понижение температуры ниже 120 ^оС ведет за собою образование конденсата на стенках дымовой шахты. Конденсат может образовываться в достаточно больших количествах, ведь при сгорании 1 м³ газа выделяется примерно 2 л жидкости, в виде пара уходящего с дымовыми газами.



Список использованной литературы

1. МВ 2112 Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Тепломасообмін»/ Укладачі: В.М. Марченко, С.С. Мелейчук. Суми: Вид-во СумДУ, 2008. 28 с.

2. МВ 3225 Методичні вказівки до практичних занять «Теорія подібності теплових процесів», «Конвекція»з дисципліни “Тепломасообмін” / укладачі: В.М. Козін, С.С. Мелейчук. Суми: Сумський державний університет, 2011. Ч.2. 73 с.

3. МВ 3705 Методичні вказівки до практичних занять на теми: «Фазові перетворення», «Теплообмін випромінюванням», «Основи розрахунку рекуперативних теплообмінників» із дисципліни «Тепломасообмін» / укладачі: В.М.Козін, М.І. Проценко. Суми: Сумський державний університет, 2014. Ч.3. 84 с.

4. Криогенные системы: Учебник для студетов вузов по специальностям «Техника и физика низких температур» и «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование»: В 2 т. Т.2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем/А.М. Архаров, И.А.Архаров, В.П.Беляков и др.; Под общ. ред. А.М.Архаров и А.И.Смородина. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Машиностроение, 1999. 720 с.: ил



Приложение А

Рис. 2 Конструктивная схема пластинчато-ребристого теплообменника а - канал теплообменника(1 - проставочный лист, 2 - элемент поверхности оребрения, 3 - боковая уплотнительная проставка); б - противоточный теплообменник; в - перекресно-точный теплообменник

Размещено на Allbest.ru