Теплонспользующие установки промышленных предприятий
Интегральная модель регенератора с подвижной насадкой
Регенераторы с подвижной насадкой представляют собой аппараты, в которых периодическое взаимодействие насадки с потоками «горячего» и «холодного» теплоносителей
Происходит вследствие перемещения насадки относительно потоков теплоносителей.
Насадки, выполненные в форме топких профильных листов или в виде заключенных в кассеты засыпок правильной формы (обычно шаров), монтируются на вращающемся роторе и перемещаются с помощью механического привода. Кроме того, насадка может иметь форму зернистого материала, перемещающегося в канале относительно потоков теплоносителя под действием сил тяжести.
Из-за сложности форм каналов для течения потоков газа и воздуха через насадку, а в случае сыпучей насадки еще и в силу
|
I М Ы И М II |
|
Рнс. 6.5. Схема дппжения газа в слое шариковой насадки |
Нестабильности каналов (см. рис. 6.5) получить аналитическое решение задачи о переносе количества движения, массы и энергии тепла не представляется возможным. В связи с этим для аппаратов с подвижной насадкой единственным подходом к решению задачи о переносе тепла является создание интегральных моделей переноса.
|
II 1МЩ1 111)] |
![подпись: ii 1мщ1 111)]](/img/541/image353.gif "Интегральная модель регенератора с подвижной насадкой"){kind=small}
Интегральная математическая модель переноса тепла в аппаратах такого типа представляется в форме приближенной модели, рассчитанной на регенераторы с неподвижной насадкой по формуле (6.29): С} = кГА1. В аппаратах с подвижной насадкой массивность и термическое сопротивление насадки вследствие малых линейных размеров се невелики, поэтому коэффициент теплопередачи насадки таких аппаратов рассматривается как для «идеальных» регенераторов, т. е.
« = , ‘ ~ , (6-46)
3|Б| ^ Зд
В), Ш2
Где е|=2^-; е2 = («1(21 — центральный угол зоны взаимо
Действия насадок с газом, воздухом). Среднелогарифмический температурный напор А( определяется по формуле для рекуперативного теплообменника (1-44).
Коэффициенты теплоотдачи в газовый и воздушный периоды определяются из уравнений теплообмена для данного типа насадок и условий течення (для шариковой насадки — по известным формулам [60, § 2.6}).
При проектировании регенеративных аппаратов с подвижной насадкой обычно задаются, условия на входе и выходе по нагреваемому теплоносителю и начальная температура газа. В стабилизированном режиме работы количество тепла, подведенное в газовый период, должно быть равно количеству тепла, отведенному от насадки в дутьевой период. Следовательно, среднюю за цикл температуру газа на выходе из регенератора без учета к. п. д. регенератора и перетечек воздуха получим из уравнения
І" ^ГСРГ^Г^Г ^ИСрвРв (*Б *в} /с л-,
I г у. ^0.41)
|Лрггг
Задача определения поверхности регенератора с подвижной насадкой не может быть формализована разрешением уравнения (6.29) относительно /г, так как тепловоспринимающая поверхность насадки, скорость фильтрации через насадку и средние коэффициенты теплоотдачи в каналах в газовый и воздушный периоды взаимосвязаны. Скорость фильтрации газа и воздуха через насадку обычно задается в интервале 2,5—3,5 м/с. Тогда задав скорость фильтрации для найденных из теплотехнического расчета масс теплоносителей, определим живые сече - ння каналов в газовой и воздушной зонах из уравнения сплошности.
По заданным живым сечениям и некоторым конструктивным параметрам осуществляем конструктивный расчет геометрии аппарата и поверхности тепловосприятия, удовлетворяющей заданной теплопроизводителыюсти.
Мстоди-ка такого расчета приведена в табл. 6.9, 6.10 на примере регенеративного воздухонагревателя с шариковой насадкой.
Пример. Расчет регенеративного ио? духонагревателя стариковой насадкой для парового котля ТГМ-220 производптели'пг. тмо 200 т/ч при следующих исходных данных.
Рлі'ход жидк. теплим И = 14 т/ч (3,Ь0 кг/с); теоретически необходимое колнчегтви поздух. 1.,= 10,5 кг; коэффициент нзОыгка воздуха е учетом переноса в газовую зону а.= 1,2.5; удельный объем продуктов сгоранмя топлива V’,. *= 12 ма/кг; температура холодного воздуха ^ = 30 С; температура (ннобхо - лнмая) нагретого воздух;) = 300'С; температура продуктов сгорання на входе и насадку — 350 С.
|
6.9. Расчет ротора воздухонагревателя
|
|
ЕЗЕІ' |
 |
|||
|
|||
|
|
||
30 + 280
|
2 3,0 • 273 350 + 140 |
|
= 1,538 |
Средняя температура воздуха ів, °С
Площадь живого сечения шарикового слоя воздушной зоны Р, м2
Средняя температура газа }г, °С
Объем продуктов сгорания топлива с учетом перетока воздуха 5% Кр> м3/кг Площадь живого сечения шарикового слоя газовой зоны ма
Суммарная рабочая поверхность воздухонагревателя ма
Объем шариков в иасадке воздухонагревателя Уш’
Масса шариков Мш, кг Об1.ем кассет Кк. м3 Масса кассет с шариками Мк, кг Объем ступицы УСТ, м3
Диаметр ротора Ор, м _ Ооъем спиц-перегородок Усп, м3
ВаУо ив + 273) 2юф. „273
К + *"г 2
1.5 Кр
ВУТ (<г+ 273)
2^ф. г273 Рв+ґг + 0.2 (Р. + Р,) р>пйш/Ка
*?шУш
Р{т+2)<ІШІКЛ
Задаемся
3.89 1,25-10,5 428
- = 13,34
= 245
1,5 12 = 12,6
3,89 12,6(245 + 273)
= 15,5
2 • 3.0 • 273 13,34 + 15.5 + 0,2 (13,34 + 15,5)=34.61
3-1.61 10- 0.004
0,9
0.5 1,538 • 7800 = 5999
34,61 12.0.004-1.1 = 1.83
0.5 7800-1,83 = 7137
3.14 • 0.62
------- ^------ 0,75 = 0,212
4
2.7
2.7 — 0,6
24 0,01 - 0,75----------- £----- =0,189
Толщина обода 60(,а м Объем обода Уоб, м"
Объем каналов УЛан, м*
Общий объем ротора воздухонагревателя Ур, м3
Диаметр ротора Ор, м
Высота кассет Н, м
Количество коробок в кассете л„
Уточненный размер диаметра ротора £)р. м
Площадь поверхности одного ряда шариков на
1 м» поверхности ротора, м2
Общая площадь поверхности нагрева одного воздухонагревателя Н, м1
Теплота, вносимая воздухом в насадку при коэффициенте избытка воздуха а = 1, Тъ, кДж/ма Коэффициент избытка воздуха за горячей частью насадки о
Теплота, выносимая нагретым воздухом из насадки, У”, кДж/ма
|
Расчетная формула, рекомендуемо; значение |
Результат (расчет), примятое |
|
Конструктивно ’-лУсАб |
0,01 3,14 • 2.7 . 0,75 • 0.01 =0,0636 |
|
Л к |
1,2 ■ 1.83 = 2,2 |
|
1'кан+ Ук + 1/ст+ ^сч+ У |
2,2+ 1.83 + 0.212 + 0.189 + 0.0636 = = 4.495 |
|
/-г- |
/ 4 4,495 |/ 3,14 0,75 76 |
|
°р — °СТ |
2,76 _0’6 1030 |
|
2 |
2 , — ^ >иои |
|
"к |
1,080 1П п - 1П |
|
К+к' |
0,048+ 0.и576 |
|
Дст+2пк (Л + Л')+280„ |
0,6 + 2 • 10 (ОДМЙ + 0.0576) + 2 X X 0.01 = 2,732 ~3 |
|
/=■ (т + 2) • 3 |
34.61 (10 + 2) -3 = 1246 |
|
Тепловой расчет |
|
|
С (V Рв В О |
1,32 . 30 ■ 10,5 = 415.6 |
|
А — Да Т т |
1,2 — 0,15= 1,05 |
|
С {У ЬРВ! ' О |
1,34 • 280 ■ 10,5 = 3939.6 |
|
Показатель |
|
(рпсчсТ), прип>«10с значение |
Расчетная формула, рекомендуемое значение
|
2345,3 • |
|
= 46.5 |
|
=- 40,02 |
Теплопосприятие насадки воздухонагревателя <2В п. кДж/м»
Температура газов на выходе из воздухонагревателя °С
Теплота, выносимая с газами из насадки воздухонагревателя, Jг, кДж/м[1] Коэффициент сохранения тепла Теплота, вносимая с газами в насадку воздухонагревателя, /р, кДжУм“
Температура газа при входе в насадку воздухонагревателя °С
Секундный объемный расход газа Ус г, м®/с
Секундный объемный расход воздуха Ус в, м*/с
Коэффициент кинематической вязкости газа при (г = 245 'С ур1 м*/с
Критерий Рейнольдса для газа Кер
Коэффициент кинематической вязкости воздуха при? = 155°С V , м*/с
Задаемся
С * V
Т>г. г* г
Задаемся
О „ Да
В. п г
2 г
С V сргу г
ВУр (<г + 273)
2 • 273
2 • 273
Из таблиц теплофизических свойств
^ф. г^ш
Из таблиц теплофизических свойств
(1,05 + 0,05) (3939,6 — 415.8) = 3876,2 140
1.396- 140- 12 = 2345,3
0.99
3876,2
0,05 • 2345,3 =
0,99 = 6143.3
6143,3 1.475 12 _347
3.89 ■ 12,0(245 + 273)
2 • 273
3,89 10,5 ■ 1.2 (155 + 273)
|
Показатель |
|
Результат (расчет), пр. шятое значение |
‘Раачетная формула, рекомендуемое значение
|
Критерий Рейнольдса для воздуха Рев Критерий гомохроиностн по газовой яоне насадки Но, Критерий гомохронности по воздушной зоне на» садки Но,. Критерий Прандтля для гаяа при /г = 245 СС Рг. Критерий Прандтля для воздуха при = = 155 °С Рг,, Коэффициент теплопроводности газов при средней температуре газов в насадке — 245 °С Хг> Ит/(м • К) Коэффициент теплообмена между газами и поверхностью шариковой насадки ар> Вт/(ма • К) |
|
Из таблиц теплофизических свойств То же |
|
®ф. гтг Н ^ф. втв |
|
^ф. в^ш |
|
0,048 0,66 0,68 4,43 ■ 10-2 |
|
0,048 3,1 • 5 |
|
30.1 3 . 6 |
|
■ = 375 |
|
= 323 |
|
= 399 |
|
3 - 0,004 - 10е |
|
0.0046Не>'5 но- |
|
323“°-25 |
|
1,- |
|
0.004 |
|
Коэффициент теплопроводности воздуха при Средней температуре воздуха я насадке Вт( (м-- К) Коэффициент теплообмена между шариками насадки и воздухом а. Вт/(ма • К) |
|
Х Рг0;33 Ш Иа таблиц теплофизических свойств |
|
/ Н .68 0,075 И ег Но“0'25 ^“3—] X |
|
“(тГ |
|
„ „ 0 ,, ( 0.048 ’68 ^ 0,075 • 270 • 3?5 ~oi004-) * X 0-660'33 о. оо4МГоГ - = 240-0 |
|
-/0,048^ 0,6 8 |
|
0.0046 399 |
|
3.6 ю |
|
____ 2 |
 |
 |
 |
|
X Ргг0-33-/- Ш |
|
= 367 |
3.6
X 0.680,33 о,004 103
|
Показатель |
|
Результат (распет), принятое значение |
Расчетная формула, рекомендуемое значение
|
/ я - I— / а *В1-*г Г Ав + аг ШВ _ 5/6* 2л |
|
2* |
|
Г. |
|
2*' + 2г. |
|
1 |
|
(<г-0-К-0 |
|
2.3 ]к ■ |
![подпись: 2.3 ]к ■](/img/541/image375.gif "Интегральная модель регенератора с подвижной насадкой"){kind=small}
|
—І,. — і. |
|
КЫН ВТ 22—24 С А Рг®ф. г 2 С Л Рв^ф. в |
|
= 3741 = 861,3 = 926,6 |
|
86,9 |
Средняя температура поверхности шаров насадки <н, °С
Коэффициент омывання насадки в воздушной зоне г
Коэффициент смывания насадки в газовой аоне ег
Коэффициент теплопередачи А, Вт/(м2 • К) Температурный напор Д/, К
Расход топлива на один воздухонагреватель В. кг/с
Тепловосприятие в насадке воздухонагревателя Сн, кДж/кг
Коэффициент гидравлического сопротивления прп г 0,5
Гидравлическое сопротивление газовой зоны насадки воздухонагревателя Дрг, Па
Гидравлическое сопротивление воздушной зонь насадки воэдухонягревателя Дрв, Па
155 • 367 + 243,5 240
367 + 240 0,417 0.5
1
I
0.417 ■ 367 ^ 0,5 240
(140 — 30) —(347 — 280)
1.945
|
1,945 |
||
|
22 |
||
|
, 0,048 |
0,725 |
■ 32 |
|
0.004 |
2 |
|
|
0.048 9.-------- |
0,78 |
3^ |
|
67,2 ■ 86.9 • 1246 |
|
0,004 |
|
Показатель |
Расчетная формула, рекомендуемое значение |
Результат (расчет), принятое значение |
|
Безразмерные параметры воздухонагревателя |
Агй |
240 0,048 |
|
А |
ЕГ 0 С ш ф. р“г рг |
0,5 • 0,002 • 3 • 0,725 -1040 ~ ^ |
|
Ь |
“г“ Г |
240 • тг ■ 60 |
|
2г. я(1 — £)гшршсш |
2 • 3,14 ■ 5 (1 — 0.5) 0.002 • 7800 ■ 505“ 0.36 |
|
|
С |
“г“р |
6 ■ х • 240 |
|
Й |
“вав “в^ф. ВРвсрв |
5 • л ■ 367 — 0,/и‘' 5 • 3 • 0,765 1,02 |
|
“г^ф. гРгсрг |
6 - 3 - 0,725 - 1.04 -°'0С |
|
|
Коэффициент полезного действия |
По табл. 6.10 |
0,67 |
|
Безразмерная температура газа Тг |
1 |
1 — 0,67 = 0.33 |
|
Конечная температура охлаждения газа /г, °С |
Тг +'в |
0,33 (347 — 30) + 30 = 134.6 |
|
Безразмерная температура воздуха Тв |
Т1ГШ |
0.67 0,86 -°-78 |
|
Конечная температура нагретого воздуха °С |
0,78(347 — 30)+ 30 = 277 |
|
6. 10. Зависимость к. п. д. воздухонагревателя от безразмерных параметров [60]
|
