Комина Г.П., Яковлев В.А. Энергосбережение и экономия энергоресурсов в системах ТГС

Подождите немного. Документ загружается.

4140

Объём содержащегося в продуктах сгорания непрореагировавшего кис-

лорода находится по формуле (3.15):

  

с 33

O тг

0,21 1 0,21 1,1 1 9,6 0,2 мм.VV / D 

Объём продуктов сгорания, которые образуются в результате полного сго-

рания 1 м

газовой смеси с коэффициентом избытка воздуха = 1,1, определя-

ется по формуле (3.16):

22 22

вл 33

п.с CO H O N O п.сг

1,03 2,1 7,66 0, 2 11 мм.VV V VV /  

Физическая теплота, вносимая в топочный объём с газовым топливом,

вычисляется по формуле (3.22):









26 38

42638

410 512

СН СНСН

физ г г г СН г С Н г С Н

СН СН

гСНгСНг

0,845 2,17 0,038 1,65

0,019 1,55 0,009 1,596 0,003 1,6 0,078 1,042 0,008 0,82 16

35 кДж/м .

i' ' ' ' '

рi

'''

qVctVcVcVc

Vc Vct

    

  

    

Физическая теплота, вносимая в топочный объём с подогретым воздухом,

определяется по формуле (3.23):

ввл 3

физ д в в г

10,8 1,325 340 4865 кДж/м .

qVct   

Физическая теплота, подаваемая в топочный объём с газом и воздухом,

рассчитывается по формуле (3.21):

гв 3

физ физ физ г

35 4 865 4900 кДж/м .qqq  

Калориметрическая температура горения газового топлива с коэффици-

ентом избытка воздуха

= 1,1, являющимся оптимальным для большинства

применяемых моделей газогорелочных устройств, определяется по формулам

(3.19), (3.20):

22 22

2222

рр

нфиз нфиз

кккк

CO H O N O

36 585 4900

2256 C.

1,03 2,45 2,1 1,97 7,66 1,49 0,2 1,57

ipi

Qq Qq

Vc Vc VcVc











При температурах в топках котлов и печей до 1500 1600 °С степень дис-

социации водяных паров невелика, ею можно пренебрегать. Из этого следует,

что калориметрическая температура горения приравнивается к теоретической:

кт

tt .

Действительная температура горения зависит от пирометрического коэф-

фициента. Для термических печей

пир

0,75K

Действительная температура горения газа определяется по формуле (3.26):

дтпир

2256 0,75 1692 С.tt K  q

Расчёт теплового баланса печи

Целью составления теплового баланса для промышленной печи является

определение необходимого расхода газового топлива, который обеспечит над-

лежащую её работу.

Прежде чем приступить к составлению теплового баланса промышлен-

ной печи, необходимо составить перечень статей приходов и расходов теплоты

в топочную камеру при рабочей температуре в топочной камере

1200 С

t q

согласно уравнению теплового баланса (4.1).

Статьи часовых приходов теплоты в топочную камеру печи

1. Часовой приход теплоты с загружаемыми в печь деталями

Часовой приход теплоты с загружаемыми в печь деталями определяется

по формуле (4.3):

мммммм

90 0,51 16 734 кДж/ч.

''''

QGI Gс t    

Детали выполнены из углеродистой стали марки Ст. 45; теплоёмкость стали

при начальной температуре деталей

мм

16 C, 0,51 кДж/кг град.

t с q 

2. Часовой приход теплоты с подаваемым в топку воздухом

Часовой приход теплоты с подаваемым в топку воздухом определяется по

формуле (4.5).

Заметим, что часовой расход воздуха, продуктов сгорания и другие часо-

вые расходы теплоты, которые зависят от часового расхода подаваемой на горе-

ние газовой смеси, необходимо выражать через часовой расход газовой смеси,

выделяя

единственную неизвестную

V . Часовой приход теплоты с подавае-

мым в топочный объём подогретым воздухом может быть определён несколько

4342

иным выражением: как произведение часового расхода газовой смеси на физи-

ческую теплоту подаваемого воздуха в количестве, необходимом для полного

сгорания 1 м

газовой смеси:

вввгфизг

4865 кДж/ч.

QVI Vq V   

3. Часовой приход теплоты с газовым топливом

Определяется часовой приход аналогичным образом, как приход теплоты

с подаваемым воздухом, по формуле (4.8):

ггфиз г

35 кДж/ч.

QVq V  

4. Часовой приход теплоты, поступающей в результате прохождения

химических реакций горения газового топлива

Приход теплоты в результате прохождения химических реакций горения

газового топлива вычисляется по формуле (4.9):

тр

хгн г

36 585 кДж/ч.QVQ V  

Статьи часовых расходов теплоты из топочной камеры печи

1. Часовой расход теплоты с нагретыми до температуры

термообработки деталями, выгружаемыми из печи

Часовой расход теплоты с нагретыми до температуры термообработки

деталями, выгружаемыми из печи, определяется по формуле (4.12):

мммммм

90 0,51 1200 55 080 кДж/ч.

""""

QGI Gс t    

2. Часовой расход теплоты, уносимый из камеры сгорания с отходящими

газами

Этот расход теплоты определяется по формуле (4.14):

 







2222

22 22

2 п.сп.сг п.сгCO CO H O H O

NN OOп.сг

1,03 2,355 2,1 1,78 7,66 1,42

0,2 1,51 1200 20 810 кДж/ч.

""" ""

i рi

"""

QGI V Vс tVVc Vc

VcVct V

       

  

  

3. Часовой расход теплоты, затрачиваемый на компенсацию

теплопотерь через ограждающие конструкции печи

Такой расход теплоты определяется по формуле (4.16):

  

5 кн

7,0 12,4 1200 18 102 600 кДж/ч.QkFtt     

4. Часовые потери теплоты вследствие химической неполноты

сгорания газового топлива

При правильной наладке газогорелочных устройств печи химического

недожога топлива не происходит:

0 кДж/чQ

5. Часовые потери теплоты через открытые загрузочные окна в виде

тепловой лучистой энергии, выбивающейся в момент загрузки и выгрузки

деталей

Эти потери теплоты определяются по формуле (4.17):

1473

20,8 Фψ 20,8 0,188 0,7 0,1 12 887 кДж/ч;

100 100

§·

    

¨¸

©¹

110,4

Ф 0,7

M 

6. Часовой расход теплоты, требуемый для компенсации неучтённых

потерь теплоты

Такой расход теплоты принимается в размере 10

15 % от общего прихода

теплоты в печь:



неуч м 5 л

0,10 0,15 0,12 55 080 102 600 12 887

20 468 кДж/ч.

QQQQ y   

Приравняв найденные суммы статей приходов с расходами теплоты в печи

согласно уравнению теплового баланса

пр расх

¦¦

, определяют необхо-

димый расход газового топлива

V :

гг г г

734 4865 35 36 585 55 080 20 810 102 600 12 887 20 468;VV V V     

55 080 102 600 12 887 734 20 468

9,2 м /ч.

4865 35 36 585 20 810



 

4544

После определения необходимого расхода газовой смеси

V находят чис-

ленные значения всех составляющих статей прихода и расхода теплоты. Все

найденные значения сводим в сводную балансовую таблицу:

Статьи прихода теплоты

Наименование статей

Обо-

значе-

ние

Величина

Ед. изме-

рения

Приход теплоты с металлом

740

кДж/ч

Приход теплоты с подаваемым возду-

хом

44 760

кДж/ч

Приход теплоты с газовым топливом

320

кДж/ч

Приход теплоты в результате сгора-

ния газового топлива

336 580

кДж/ч

прих

общ

382 340

кДж/ч

Статьи расхода теплоты

Расход теплоты с нагретым металлом

55 080

кДж/ч

Расход теплоты с продуктами сгора-

ния газа

191 450

кДж/ч

Расход теплоты, затрачиваемый на

компенсацию теплопотерь через огра-

ждающие конструкции печи

102 600

кДж/ч

Расход теплоты, затрачиваемый на

компенсацию потерь в виде лучистой

энергии, теряемой во время загрузки и

выгрузки материала из открытых за-

грузочных дверец печи

12 890

кДж/ч

Неучтённые потери

неуч

20 470

кДж/ч

расх

общ

382 490

кДж/ч

Невязка теплового баланса:

382 490 382 340

Δ 100 % 0,04 %.

382 490



|

Термический КПД промышленной печи определяется по формуле (4.21):

мм

гн

55 080 734

η 100 % 100 % 16 %.

336 580



 |



Количество теплоты, отдаваемой продуктами сгорания до выхода из ра-

бочего пространства печи, определяется по формуле (4.24):

прих

раб.п 2

общ

382 340 191 450 190 890 кДж/ч.QQQ  

Коэффициент использования химической энергии топлива вычисляется

по формуле (4.22):

раб.п

и.т

гн

190890

η 0,57

336 580



ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В результате составления теплового баланса промышленной термичес-

кой печи, работающей на газовом топливе, мы определили, что для создания

температуры

, необходимой для осуществления термической обработки ме-

таллических деталей, выполненных из Ст. 45, следует обеспечить расход газо-

вого топлива через горелочные устройства печи V

= 9,2 м

/ч. При данном расхо-

де температура в печи будет поддерживаться в пределах 1200 °С. При этих усло-

виях работы термический КПД печи

составит всего 16 %, а коэффициент ис-

пользования газового топлива – 0,3, что говорит о необходимости принятия мер

по утилизации выбрасываемой теплоты с последующим её использованием.

Глава 5. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РА Б О Т Ы

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

НИЗШЕЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА

5.1. Использование вторичных энергоресурсов

Тепловая эффективность пламенных нагревательных печей

(в том числе газовых) очень невелика. Например, в методических

нагревательных печах, где температура в рабочем пространстве

печи составляет 1300

1400 °С, температура уходящих газов очень

велика: порядка 800

1000 °С, в результате потери теплоты с ухо-

дящими газами достигают 30

45 %, а эффективность полезно ис-

пользованной теплоты, затраченной на нагрев заготовок, состав-

ляет всего 30

35 %. В кузнечных камерных печах температура

в рабочем пространстве такая же, как и в методических, а темпера-

4746

тура уходящих газов значительно выше 1200

лоты с уходящими газами в кузнечных печах достигают 55 65 %,

тем самым эффективность использования теплоты всего 10

15 %.

Рассмотренные примеры указывают на чрезвычайно низкий КПД

промышленных печей, который приводит к огромному перерасхо-

ду газового топлива.

Промышл.

печь

х.т

ф.т

ф.в

ш.о

г.

п.т

г.

о.г

н.т

Рекуператив.

теплообменник

Ре генер ат

в.

еплообменни

Котё

-утилиз.

Кон тактн ы

еплообменник

Сушильна

становка

Кон тактн ы

еплообменни

Контактны

теплообменник

Сушильна

ус тан овк а

ступень

II ступень

III ступень

III

у.г

н.т

у.г

Рис. 2. Схема возможного ступенчатого использования тепловой энергии

в промышленных печах

На рис. 2:

ф.в

– физическая теплота, подаваемая с наружным воздухом, кДж/ч;

ф.т

– физическая теплота, подаваемая топливом, кДж/ч;

х.т

Q – химическая теплота топлива, кДж/ч;

ш.о

Q – теплота, теряемая из-за выгрузки горячего шлака, кДж/ч;

г.п

Q – теплота, теряемая из-за выгрузки горячей продукции, кДж/ч;

Q – теплота, теряемая печью за счёт теплопотерь через наружные

ограждения, кДж/ч;

о.г

Q – теплота, выносимая из топки печи с отходящими продукта-

ми сгорания, кДж/ч;

п.т

Q – теплота, вносимая в печь с подогретым топливом, кДж/ч;

г.д

– теплота, вносимая в топку с подогретым воздухом (горячее

дутьё), кДж/ч;

н.т

Q – теплота, отводимая с нагретым теплоносителем, кДж/ч;

у.г

Q – теплота, выносимая с уходящими газами после первой сту-

пени, кДж/ч;

у.г

Q – теплота, выносимая с уходящими газами после второй сту-

пени, кДж/ч;

III

у.г

Q – теплота, выносимая с уходящими газами после третьей сту-

пени, кДж/ч.

Для повышения эффективности использования газового топ-

лива в печах может быть применен ряд мероприятий: подогрев

воздуха, идущего на горение, увеличение степени использования

пода печей, уплотнение печей, улучшение изоляции стен и сводов,

автоматизация теплового режима, повышение температуры в ра-

бочей камере

и пр.

Для более полного использования теплоты сгорания природ-

ного газа, повышения КПД и коэффициента использования топли-

ва применяются различные схемы ступенчатого использования

теплоты продуктов сгорания газового топлива. Схемы возможной

ступенчатой утилизации теплоты отходящих газов промышленной

печи показаны на рис. 2.

4948

В частности, для снижения огромных потерь теплоты с ухо-

дящими газами используют низкотемпературные теплоутилизато-

ры (различные теплообменные аппараты): рекуперативные тепло-

обменники (рекуператоры), регенеративные теплообменники

(регенераторы), контактные теплообменники (смесительные теп-

лообменники).

Теплообменными аппаратами называют устройства, предназ-

наченные для передачи теплоты от более нагретого теплоносителя

к менее нагретому. Они широко применяются в различных

облас-

тях техники.

По способу передачи теплоты различают контактные и поверх-

ностные теплообменные аппараты. В контактных теплота переда-

ется в результате непосредственного контакта (смешения) двух

теплоносителей. Поверхностные теплообменные аппараты разде-

ляют на рекуперативные, регенеративные и конденсационные.

В рекуперативных теплота передается от одного теплоносителя

к другому через разделяющую их твердую стенку; в регенератив

ных – следующим образом: стенка, являющаяся массивным тепло-

аккумулирующем телом, находится попеременно в контакте

то с горячим, то с холодным теплоносителем, передавая теплоту от

первого ко второму; в конденсационных происходит рекуператив-

ный теплообмен между пластинами и трубной поверхностью теп-

лообменника, в результате того, что продукты сгорания переохлаж-

даются ниже точки росы, на

теплообменных поверхностях кон-

денсационного теплообменника происходит конденсация влаги.

В конденсационных теплообменниках отбирается скрытая теплота

конденсации водяных паров, поэтому расчёт теплового баланса про-

мышленной установки с установленными конденсационными теп-

лообменниками ведётся по высшей теплоте сгорания топлива.

5.2. Рекуперативные теплообменные аппараты

Наибольшее распространение при утилизации теплоты отходя-

щих газов промышленных печей получили поверхностные реку-

перативные теплообменные аппараты. В утилизационных рекупе-

раторах в качестве греющего теплоносителя используются продук-

ты сгорания промышленных печей, а в качестве нагреваемого теп-

лоносителя могут применяться газы, пары и капельные жидкости.

Отобранная рекуператором теплота может использоваться

непосредственно в самих печах на подогрев воздуха, идущего

на горение, подогрев топлива (для газового топлива, как правило

не применяется) или вне печи. Например, в теплообменном аппа-

рате нагревается наружный воздух, который затем, становясь су-

шильным агентом, подаётся в камеру сушильной установки, или

вода, применяемая в качестве теплоносителя для производствен-

ных и непроизводственных целей.

Использование тепла отходящих газов для подогрева воздуха,

идущего на горение, является одним из наиболее эффективных

способов повышения экономичности печей. В современных реку-

родного газа, до 250 300 °С экономия топлива составляет 15 25 %.

В нагревательных печах (за исключением печей скоростного

и безокислительного нагрева) подогрев воздуха применяют только

для экономии топлива, так как необходимая температура

(1300

1400 °С) развивается в них и при сжигании природного газа

в смеси с холодным воздухом. Целесообразные температурные

пределы подогрева воздуха определяются технико-экономически-

ми показателями. Так, подогрев воздуха до t < 100 °С нецелесооб-

разен, потому что затраты на сооружение и эксплуатацию рекупе-

ратора не окупятся экономией топлива. Верхний предел темпера-

туры подогрева воздуха

обычно принимают 300 400 °С, так как

дальнейшее её повышение приводит к резкому увеличению сто-

имости рекуператора (из-за использования дорогостоящих жаро-

прочных сплавов), кроме того, усложняется эксплуатация горелок

и снижается срок службы кладки печи.

Возможен подогрев не только воздуха, но и газа, однако

при сжигании природного газа подогрев обычно не применяют.

Это объясняется, во-первых

, малым количеством газа в газовоз-

душной смеси (~ 10 %) и, во-вторых, тем, что при подогреве

до t > 300 °С природный газ начинает разлагаться с выделением

5150

свободного углерода, который загрязняет поверхности нагрева теп-

лообменника (происходит крекинг газа).

ного воздуха изменяется в широких пределах от 200 300

до 1100

1300 °С. Но исходя из конструкционных возможностей

материалов, из которых изготавливаются теплообменники, целе-

сообразно установить некоторую рациональную шкалу темпера-

ня: 300 400, 700 800 и 1000 1300 °С. Нагрев дутья до 300 400 °С

осуществляется в трубчатых рекуператорах из обычной углероди-

стой стали. Этот уровень дает наиболее заметный прирост эффек-

тивности использования теплоты в топочных парогенераторах

и при умеренной температуре выдаваемого технологического про-

дукта.

Нагрев дутья до 700

800 °С – это диапазон температур вос-

пламенения всех топлив, чем и определяется возможность значи-

тельной интенсификации горения. Температурой до 800 °С исчер-

пываются конструкционные возможности специальных сталей,

но еще не оправдано применение керамических теплообменников,

значительно менее эффективных по уде льной теплопроизводитель-

ности и эксплуатационной газоплотности.

Нагрев дутья до 1000

1300 °С технологически необходим

в плавильных ванных печах реверсивного типа, для плавки чугуна

в доменных печах, а также для скоростного нагрева слитков перед

обработкой. В теплообменниках в этом случае применяют огнеупор-

ные керамические материалы. Отрицательными моментами исполь-

зования таких теплообменников являются интенсивное шлакование

и разъедание керамических материалов плавильным уносом и ма-

лая удельная

производительность при плохой газоплотности.

5.3. Основы расчёта рекуперативных теплообменных

аппаратов для промышленных печей

Конструкции теплообменных аппаратов весьма разнообраз-

ны, однако существует общая методика теплотехнических расчё-

тов, которую можно применить для частных расчётов в зависимо-

сти от имеющихся исходных данных.

Существуют два типа расчётов: конструкторский (проектный)

и поверочный.

Конструкторский расчёт выполняется при проектировании

теплообменного

аппарата. Целью расчёта является определение

поверхности теплообменного аппарата и его конструктивных раз-

меров. Конструкторский расчёт состоит из теплового (теплотех-

нического), гидравлического и механического расчётов.

Поверочный расчёт производится с целью установить воз-

можности имеющихся или стандартных аппаратов для необходи-

мых технологических процессов. При поверочном расчёте заданы

размеры аппарата и условия его работы;

требуется определить ко-

нечные параметры теплоносителей и теплопроизводительность

аппарата. В некоторых случаях при таком расчёте теплопроизво-

дительность аппарата является заданной, а требуется определить,

например, расход и начальную температуру одной из сред.

В нашем случае, мы будем выполнять тепловой расчёт тепло-

обменного аппарата.

Для выполнения теплового расчёта рекуперативного теплооб-

менного аппарата необходимо

иметь следующие исходные данные:

1) вид греющего теплоносителя (пар, газ или жидкость);

2) теплопроизводительность аппарата, расход, начальную

и конечную температуру одного из теплоносителей;

3) вид и начальную температуру нагреваемого теплоносителя.

Требуется определить:

1) физические параметры и скорости движения теплоноси-

телей;

2) расход нагреваемого теплоносителя из уравнения тепло-

вого баланса;

3) среднелогарифмическую разность температур (её

называ-

ют также движущей силой процесса теплообмена);

4) коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи;

5) поверхность теплообмена.

5352

Для выполнения теплового расчёта должны быть известны

часовые расходы нагреваемой и греющей жидкостей V

, V

, их тем-

пературы на входе

и выходе

и удельные теплоемкости

при постоянном давлении

; искомой величиной является

площадь теплопередающей поверхности F. Допустим, что грею-

щим теплоносителем являются продукты сгорания промышленной

печи и что процесс передачи теплоты в рекуперативном теплооб-

меннике стационарный (установившийся), т. е. не изменяющийся

во времени. В этих условиях для определения необходимой тепло-

передающей поверхности F рекуперативного теплообменного ап-

парата можно использовать известное уравнение

теплового балан-

са для любой тепловой установки (4.1).

Раскрывая статьи прихода и расхода теплоты, записываем урав-

нение теплового баланса в общем виде для рекуперативного теп-

лообменника:

исп пер 5

,QQQ 

(5.1)

где

исп

Q – расход теплоты, используемый в рекуперативном теп-

лообменнике, кДж/ч;

пер

– расход теплоты, полезно используемый (расход теплоты,

передаваемой нагреваемому теплоносителю) в рекуперативном

теплообменнике, кДж/ч;

Q – расход теплоты, теряемый в результате теплопотерь черезз

наружные ограждения теплообменника, кДж/ч.

Часовой расход теплоты, используемой в рекуперативном

теплообменнике, кДж/ч, определяется по формуле



1111111исп

ttWIIVQ







U

 , (5.2)

где

V – объёмный часовой расход греющего теплоносителя (про-

дуктов сгорания), м

/ч;

I,I

– начальная и конечная энтальпия греющего теплоносителя,

кДж/кг;

c – средняя плотность продуктов сгорания при температуре

кг/м

;

W – водяной эквивалент, кДж/ч град.

111111 pp

cVcGW U

 

, (5.3)

где

G – массовый расход греющего теплоносителя, кг/ч;

– средняя удельная массовая теплоёмкость греющего теплоно-

сителя в области температур

, кДж/кг град.

111

;

'''

Ict  (5.4)

111

"""

Ict  (5.5)

где

рр

c,c – удельные массовые теплоёмкости продуктов сгора-

ния при постоянном давлении и температурах

соответствен-

но, кДж/кг

град. Данные величины зависят от температуры и со-

става продуктов сгорания;

t,t

– начальная и конечная температуры греющего теплоносите-

ля, °С.



п.с

; (5.6)



п.с

, (5.7)

5554

где

V – объёмная доля i-го компонента, входящего в состав про-

дуктов сгорания,

п.с

м /м

. Состав и объёмные доли определяются

по уравнениям материального баланса горения газов (см. форму-

лы (3.12)–(3.15);

п.с

– полный объём влажных продуктов сгорания газа, м

/м

. На-

ходится по формуле (3.16);

с , с

– удельные объёмные теплоёмкости i-го компонента, входя-

щего в состав продуктов сгорания, кДж/м

град, при постоянном

давлении и температуре

соответственно. Определяется по

таблицам справочной литературы или по табл. 1 прил. II;

,UU

– плотности i-х компонентов, входящих в состав продук-

тов сгорания, кг/м

, при температуре

соответственно.

Плотность продуктов сгорания при нормальных физических

условиях, кг/м

п.с

U U

(5.8)

где

– плотности i-х компонентов, входящих в состав продуктов

сгорания, при нормальных физических условиях, кг/м

. Определя-

ются по таблицам справочной литературы или по табл. 12 прил. II.

273

;

273

U



(5.9)

273

U



(5.10)

Средняя теплоёмкость продуктов сгорания

в области тем-

ператур

кДж/кг град

, вычисляется по формулеле



(5.11)

где

рр

c,c – удельные массовые теплоёмкости продуктов сгора-

ния при постоянном давлении и температуре

соответствен-

но, кДж/кг

град. Данные величины зависят от температуры и со-

става продуктов сгорания и определяются по формулам (5.6), (5.7).

Часовой расход теплоты, полезно используемой в теплообмен-

нике (переданной нагреваемому теплоносителю), кДж/ч, находит-

ся по формуле



пер 222 222

"' "'

QGIIWtt  

(5.12)

где

G – массовый расход нагреваемого теплоносителя, кг/ч;

I,I

– начальная и конечная энтальпия нагреваемого теплоноси-

теля, кДж/кг. Определяется по формулам (5.4), (5.5);

W – водяной эквивалент нагреваемого теплоносителя, кДж/ч град;

t,t

– начальная и конечная температура нагреваемого теплоно-

сителя, °С;

222

,WGc  (5.13)

где

c – средняя теплоёмкость нагреваемого теплоносителя в об-

ласти температур

, кДж/кг

град. Если в теплообменникее

нагревается вода при атмосферном давлении, то теплоёмкость воды

в области температур от 0 до 100 °С меняется незначительно, по-

этому можно принимать

419 кДж/кг градc, .

5756

Часовой расход теплоты на компенсацию теплопотерь в окру-

жающую среду через теплоограждения теплообменника, кДж/ч,



51111

''"

QV II U  K

(5.14)

где

– коэффициент полезного действия теплообменника.

Уравнение теплового баланса для рекуперативных теплообмен-

ников в развёрнутом виде будет выглядеть следующим образом:

 

11 1 1 2 2 2

''" "'

VII GII.U   K  

(5.15)

Полезно используемая теплота с известной величиной расхо-

да передаётся нагреваемому теплоносителю через рекуперативную

поверхность (стенки трубок), которые должны обеспечивать про-

пуск теплоты с заданным расходом

пер

, кДж/ч.

пер ср

,QkFt '

(5.16)

где

– коэффициент теплопередачи от греющего теплоносителя к

нагреваемому, кДж/м

ч град;

– площадь теплопередающей поверхности труб теплообменни-

ка, м

;

ср

– среднелогарифмическая разность температур греющегоо

и нагреваемого теплоносителя, °С.

Подставляя уравнения (5.2), (5.14) и (5.16) в уравнение (5.1)

и выражая F, получаем уравнение для определения площади теп-

лопередающей поверхности теплообменника:

 

111 111

ср ср

'" '"

GII Wtt

kt kt

  K   K

' '

(5.17)

или, что то же самое,



222 222

ср ср

"' "'

GII Wtt

kt kt

 

' '

(5.18)

Среднелогарифимическая разность температур греющего

и греемого теплоносителя

ср

вычисляется по формуле

бм

ср

''

(5.19)

где

бм

и tt'' – больший и меньший температурные напоры между

первичными и вторичными теплоносителями на концах теплооб-

менника. Зависят от характера изменения температур теплоноси-

телей вдоль поверхности теплообмена.

На рис. 3 представлены графики изменения температур для

трёх возможных соотношений теплоёмкостей и массовых расхо-

дов теплоносителей.

Величину

ср

называют среднелогарифмическим температур-

ным напором.

Если величины

t' и

t' незначительно отличаются другуг

от друга и их отношение

бм

1,7t/ t''d, то средний температур-

ный напор можно приближенно определить из выражения средне-

арифметического температурного напора

бм

ср

''

(5.20)

5958

Прямоток

= С

Противоток

= С

Прямото

> С

Противоток

> С

max

= 't

max

= 't

max

= 't



max

Прямоток

< С

Противото

< С

max

= 't

max

Рис. 3. Графики изменения температур греющего и нагреваемого

теплоносителей в рекуперативном теплообменнике

Формулы (5.19) и (5.20) справедливы для простейших схем ап-

паратов при условии постоянства массовых расходов теплоносите-

лей и коэффициентов теплопередачи вдоль всей поверхности теп-

лообмена, что определяется стационарным температурным режимом.

Расчёт среднелогарифмической разности температур для слож-

ных схем движения теплоносителей производят следующим обра-

зом:

а) определяют температурный напор по формуле (5.19);

б) находят вспомогательные

величины по формулам

22 2

max

tt t

G



(5.21)

11 1

tt t

G



(5.22)

где

tG и

tG – приращения температур холодного и горячего теп-

лоносителя, °С;

max

t' – максимально возможный перепад температур на концах

теплообменника, °С.

Величина Р представляет собой отношение степени нагрева

нагреваемого теплоносителя

tG к максимально возможному пе-

репаду температур

max

t' , величина R – отношение степени охлаж-

дения греющего теплоносителя

tG к степени нагрева нагреваемо-

го теплоносителя

tG .

В зависимости от величин P и R из графических зависимос-

тей определенных конструкций теплообменника, приведённых

в прил. III, определяют, как показано на рис. 4, поправку



fPR

Средний температурный напор для определённой конструк-

ции теплообменника определяется по формуле

ср ср.прот

' ' H

(5.23)