Расчёт трубчатого воздухоподогревателя

Тепловой расчет воздухоподогревателя выполняется как конструктивный так и тепловой. Трубчатый воздухоподогреватель – теплообменник с перекрестным током теплообменивающихся сред: газовый поток омывает трубы изнутри продольно, а воздушный поток омывает трубы снаружи, поперечно, многократно меняя направление внутри пучка труб.

Трубчатый воздухоподогреватель изготавливается из труб диаметром 40 мм, с толщиной стенки 1,5 мм. Трубы располагаются в шахматном порядке. воздухоподогреватель выполняется двухпоточным, т.к. такая схема позволяет получить оптимальную скорость воздуха и газов.

Наружный диаметр труб ;

Толщина стенки труб ;

Внутренний диаметр труб ;

Поперечный шаг труб , - выбирается в соответствии с рекомендациями / 1 /;

Продольный шаг труб - выбирается в соответствии с рекомендациями / 2 /;

Относительный поперечный шаг труб ;

Относительный продольный шаг труб ;

Температура газов на выходе из воздухоподогревателя

Энтальпия газов на выходе из воздухоподогревателя /2/;

Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель /2/;

Температура воздуха на выходе из воздухоподогревателя /2/;

Средняя температура воздуха в воздухоподогревателе

Глубина канала между двумя потоками газа

,

где - коэффициент избытка воздуха в канале /2/;

- теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива /1/;

- скорость воздуха в канале /1/;

=10,227 кг/c-расчётный расход топлива/2/;

= =8 м- ширина конвективной шахты/2/.

Количество труб в одном ряду поперек потока воздуха

.

Количество рядов труб вдоль потока воздуха

.

Площадь живого сечения для прохода газов

.

Уравнение теплового баланса для воздухоподогревателя:

,

где: – коэффициент сохранения тепла /2/;

– присос воздуха в газоход воздухоподогревателя;

- Средний коэффициент избытка воздуха по воздушной стороне воздухоподогревателя;

= 1,09 + 0,5∙0,03 = 1,105.

Тепло полученное воздухоподогревателем за счёт охлаждения газов

,

где – энтальпия теоретически необходимого количества горячего воздуха при температуре /2/;

- энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре /2/.

Энтальпия газов на входе в воздухоподогреватель (на выходе из экономайзера)/1/

,

где – коэффициент сохранения тепла /2/;

Температура газов на входе в воздухоподогреватель (на выходе из экономайзера), при

.

Средняя температура газов в воздухоподогревателе

.

Расчетная скорость газов в воздухоподогревателе

,

где - объем продуктов сгорания 1 кг топлива в газоходе воздухоподогревателя /2/.

.

Трубчатые воздухоподогреватели рассчитываются с использованием коэффициента эффективности y, учитывающего влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее газами и воздухом, перетоки воздуха.

Коэффициент теплопередачи трубчатого воздухоподогревателя

,

где: - коэффициент тепловой эффективности в одноходовой ступени /1/ ;

- коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке, Вт/(м²×К);

– коэффициенты теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде, Вт/(м²×К);

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке труб воздухоподогревателя

,

где: – коэффициент использования;

- коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/(м²×К);

– коэффициент теплоотдачи излучением (теплообмен не значителен при низких температурах среды, поэтому величиной можно принебреч);

Коэффициент теплопередачи конвекцией при продольном обтекании поверхности нагрева однофазным турбулентным потоком дымовых газов, воздуха, воды и пара до критических параметров

,

где: -коэффициент теплопередачи конвекцией при продольном омывании/1/ ;

- поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик от температуры и состава газов (при и ) /1/;

- поправка на относительную длину канала;

.

.

Коэффициент теплоотдачи от стенки труб воздухоподогревателя к воздуху

,

где: – коэффициент использования;

- коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/(м²×К);

– коэффициент теплоотдачи излучением, ;

Задаемся скоростью воздуха, принимаем

Коэффициент теплопередачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков

,

где: - номограмма при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков /1/ ;

- поправка на число рядов труб по ходу газов;

- поправка на геометрическую компоновку пучка /1/;

- поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик от температуры воздуха /1/;

.

Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки труб воздухоподогревателя к воздуху:

,

где: – коэффициент использования;

- коэффициент теплопередачи конвекцией;

– коэффициент теплоотдачи излучением;

.

Определяем коэффициент теплопередачи воздухоподогревателя:

,

где: - коэффициент тепловой эффективности в одной ступени воздухоподогревателя /1/;

- коэффициент тепловой эффективности в трехходовой ступени/1/;

Разность температур на том конце поверхности нагрева, где она больше

Разность температур на том конце поверхности нагрева, где она меньше

Температурный напор при перекрёстном токе определяется по формуле/1/

Поверхность нагрева воздухоподогревателя из условия теплообмена

.

Высота трубной поверхности воздухоподогревателя:

,

– средний диаметр труб;

.

Площадь живого сечения для прохода воздуха

,

– число ходов;

– диаметр труб;

– количество потоков;

.

Высота трубной поверхности воздухоподогревателя с учетом разрывов l_об между кубами:

Расчетная скорость воздуха в воздухоподогревателе

.

.

.

Так как полученная скорость отличается от ранее принятой не более чем на ±10% и удовлетворяет равенству расчет считается законченным.