Пример расчёта теплообменника

1. Составим уравнение теплового баланса:

Q=G_г∙С_рг∙ (t_нг-t_кг)=G_в ∙C_рв ∙ (t_вк-t_вн)=K∙ F∙ ∆t_ср

2.Количество теплоты

Q=G_г∙С_рг∙ (t_нг-t_кг),

где G _г =V∙ρ_г - расход газа;

С - удельная теплоемкость газа;

t _нг - температура входящего газа;

t _кг - температура выходящего газа.

3.Расход воды из уравнения теплового баланса

G_в=Q/C_рв ∙ (t_вк-t_вн),

где - C_рв - удельная изобарная теплоёмкость воды, кДж/(кг К);

t_вк -температура воды на выходе, °C ;

t _вн - температура воды на входе, °С .

4.Поверхность теплообмена, м²

F=Q/K ∙∆t_ср,

где - К - коэффициент теплопередачи, Вт/ (м²∙К):

К=1/(1/α_в d_в)+(1/λ∙(lnd_н/d_e))+il/α_н∙d^н),

где - α - коэффициент теплоотдачи от ядра потока, движущейся среды к стенке:

α _в =450 Вт/ (м ²∙К); α _н =2500 Вт/ (м²∙К);

λ - коэффициент теплопроводности, λ =90 Вт/ (м² ∙К);

d _н - наружный диаметр трубки, м;

d _в - внутренний диаметр трубки, м;

Средний температурный напор, °С :

∆t_ср=∆t_б - ∆t_м /ln∆t_б/∆t_м .

Из рисунка В.1 определяем ∆t_б = t_нг- t_вк : ∆t_м = t_кг- t_вн.

Рисунок B.l-График распределения температур по поверхности теплообмена

Из опыта известно, что при шахматном расположении трубок коэффициент заполнения равен

η_з =S₁/S_mp ,

где – S₁ - площадь, занимаемая трубным пучком.

Тогда η_з=π∙ d_н²n/(π D²/4); η_з =d_н^2∙n/D²,

отсюда n=D²∙ η_з/d_н² - количество трубок.

При большой поверхности теплообмена принимаем два теплообменника диаметром

D=1m.

Длина теплообменника

l=F/π∙d_н∙n

1.5 D<1<3.5D,

ширина крышки:

H=0.3D, м.

Общая длина теплообменника:

L = (2Н+1) м.

ПриложениеД

4.1 Методика расчета осадительной камеры.

4.1.1 По дисперсному и фракционному составу пыли разработчик ПГУ учитывает, что диаметр(d_п) частиц соответствует скорости в осадительной камере не менее 0,1 м/с.

4.1.2 Определяется величина критерия Архимеда:

Ar = ((d_п³ * _г² * g) / _г² )*((_п - _г )/  _г (4.1)

4.1.3 По величине Ar определяют область, в которой происходит осаждение, и вычисляют число Рейнольдса:

При Ar  36 Rе = Ar/18; (4.1а)

При 36<Ar<8300 Rе = 0,152 Ar^0,715; (4.2)

При Ar>8300 Rе = 1,74 Ar . (4.3)

4.1.4 Вычисляют теоретическую скорость осаждения шарообразной частицы:

При Ar  36 _ос= d_п² * g * (_п - _r)/ 18 _r, (м/с); (4.4)

При 36<Ar<8300 _ос = 0,78*(d_п^0,43(_п - _г)^0,715/ _г^0,285 * _r ^0,43).

При Ar>8300 _ос = 5,46 *  d _п * (_п - _г)/_г.

Проверка скорости _ос выполняется по формуле : _ос = Re* _r / d _п *_г

4.1.5 Опытным путем установлено, что снижение скорости осаждения частиц составляет: для округлой формы ₀ = 0,87; для угловатых частиц _у = 0,77; для продолговатых частиц _пр = 0,68; для пластинчатых частиц _пл. = 0,58;

Доля (m) различных форм частиц, учитывающихся в процессе осаждения, задается в таблице 4.1 (по вариантам).

Таблица 4.1

При неравномерном распределении частиц снижение скорости осаждения

 = ₀*m₀+_y*m_y+_пр*m_пр+_пл*m_пл. (4.5)

4.1.6 Фактическая скорость осаждения частиц

_т^ос = _ос * (м/с). (4.6)

4.1.7 Скорость газа в осадительных камерах не должна превышать Wг= 1.2 м/с. Оптимальная скорость газа в осадительной камере выбирается в пределах

Wг= 0,8-0,9 м/с.

4.1.8 Площадь сечения осадительной камеры, м²

S=V₁/W_г. (4.7)

4.1.9 Осадительные камеры, как правило, выполняются прямоугольного сечения. Определяем Нк (см. рисунок 4.1)

Нк = 0,707 S. (м). (4.8)

Длина осадительной камеры L определяется

L=W_г*Н_к/W_ос (м).

Остальные параметры выбираются конструктивно.

4.1.10 Конструктивно, горизонтальная осадительная камера может быть выбрана в соответствии с рисунком 4.1, вертикальная в соответствии с рисунком 4.2.

4.1.11 Выполняются расчеты параметра (П). Для осадительных камер, в которых движение пылегазового потока осуществляется с огибанием поперечных перегородок (n)

П = 2*[n^ос.*Н_кL/W_г*S]. (4.9)

4.1.12 Определяется параметр проскока частиц (р)

P = 1 / е^П. (4.10)

Определяется фракционная эффективность очистки пылеосадительной камеры

_ф⁰ = (1 - P). (4.11)

А-А В-В

Рисунок 4.1-Схема горизонтальной осадительной камеры

А―А

А

L

Пыль

Рисунок 4.2–Схема вертикальной осадительной камеры

4.1.13 После выбора и расчета геометрических характеристик пылеосадительной камеры производится расчет потерь давления в ней. Порядок расчета следующий (рассматривается горизонтальная осадительная камера):

Определяется скорость пылегазовоздушной смеси в сечениях А-А

W_А-А=V₁/S_А-А, м/с, (4.12)

где S_А-А—площадь в сеченияи А-А. Вычисляется эквивалентный диаметр в сечениях А-А и В-В, принимая во внимание, что скорость пылегазовой смеси перед входом в пылеосадительную камеру 5 м/с.

d_э = 4S/ П, (4.13)

d_эA-A = 4S_A-A/ П_A-A, d_эВ-В = 4S_В-В/ П_В-В,

где - S_В-В – площадь сечения В-В. П_A-A, и П_В-В - периметры сечений..

Определяются числа Рейнольдса в сечениях А-А и В-В

Re_A-A = d_э^А-А*_A-A*_г/ _г ; Re_B-B = d_э^B-B *W_г*_г/ _г , (4.14)

где W_г – скорость газа в указанных сечениях, м/с.

Коэффициент гидравлического сопротивления в сечениях А-А и В-В рассчитывается по формулам:

при Rе < 4000  = 64/Re;

при Re от 4000 до 10⁵  = 0,316/Re^0,25 . (4.15)

Определяются потери давления на трение

P_тр = _A-A*(l₁ / d_э^А-А)*(_г * _A-A²/ 2) + _B-B*(L/ d_э^B-B )*( _г* W_г²/2), (Па). (4.16)

Вычисляются потери давления на местные сопротивления

P_М.С = ₁* (_г*_A-A²/ 2) + n * ₂ *(_г* W_г²/2), (Па), (4.17)

где ₁ - коэффициент местного сопротивления при входе пылегазовоздушной смеси в камеру (происходит плавное расширение) ₁= 0,5;

₂ = коэффициент местного сопротивления при огибании перегородок ₂ = 2,5

n - Число перегородок, выбирается из схем осадительной камеры.

Общая потеря давления в осадительной камере состав:

P = P_тр + P_М.С, (Па). (4.18)

Аналогично выполняются расчеты для вертикальной осадительной камеры.

Приложение Е