Расчет выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлоагрегатах котельной

1. Определить необходимую площадь поверхности нагрева теплообменного аппарата типа водовоздушного рекуператора для обеспечения степени утилизации теплоты сточных вод, равной 0,8. Сточная вода используется для предварительного нагревания дутьевого (приточного) воздуха. Поверхность нагрева выполнена в виде коридорного пучка оребренных труб. Наружный диаметр труб d = 12 мм; толщина стенки трубы д = 1 мм; рабочая длина L = 5,2 м; диаметр круглых ребер D = 23 мм; толщина ребра дP = 0,3 мм; степень оребрения ш = 8,2; гидравлический диаметр dЭ = 4,7 мм. Теплопроводность материала ребра л = 116 Вт/м К. Вода движется по трубам, воздух — в межтрубном пространстве. Число ходов греющего теплоносителя z = 5. Термическим сопротивлением стенки и гидравлическим сопротивлением при повороте воды в трубах пренебречь. Мощность, затрачиваемая на прокачку воды по трубам, не должна превышать 60 Вт. Скорость воздуха принять равной 5 м/с. Начальную температура воды t2' = 49 0 C, воздуха t1'= 6 °C; расход воды G2 = 0,65 кг/с, воздуха G1 = 0,3 кг/с.

Решение:

1. Температура воздуха на выходе из аппарата при эффективности теплообменника:

= 0,8;

=0,8*(49−6)+6=40,4°C.

2. Средняя температура воздуха:

==23,2°C.

3. Теплофизические свойства воздуха при t1:

с1 = 1,193 кг/м3, Ср1 = 1005 Дж/(кг*К), л1 = 0,0207 Вт/(м*К), н1 = 15,6*10−6 м2 /с, Pr1 = 0,703.

4. Тепловая мощность аппарата:

Q=G1· Cp1=0,3*1005*(40,4−6)=10 370 Вт.

5. Температура греющего теплоносителя (воды) на выходе из аппарата:

==45,17°C,.

Здесь теплоемкость воды взята при средней температуре воды.

Проверяем значение средней температуры воды:

°C.

• 6. Теплофизические свойства воды при t2 = 47 °C: с2 = 985 кг/м3, Ср2 = 4180 дж/(кг*К), л2 = 0,638 Вт/(м*К), н2 =0,669 10−6 м2 /с, Pr2 = 3,6.
• 7. Мощность, затрачиваемая на прокачку воды по трубам с внутренним диаметром d2 и диной L, может быть рассчитана по формуле:

.

где з = 0,65? КПД насоса; ДР = о*с2W2L/2d2 ДР? гидравлическое сопротивление.

Принимаем, что режим течения воды турбулентный. Тогда коэффициент сопротивления для гидравлически гладких труб о = 0,316 Re0,25 и скорость воды внутри труб равна:

м/с.

8. Число Рейнольдса для воды:

т.е. соответствует турбулентному режиму течения.

9. Число Нуссельта при турбулентном течении воды в трубе:

.

10. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

11. Число Рейнольдса для воздуха:

.

12. Число Нуссельта:

.

13. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха:

14. Эффективность оребрения:

эффективная высота круглого ребра:

;

комплекс:

эффективность одиночного ребра:

;

эффективность ребристой поверхности:

.

15. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней поверхности труб:

16. Логарифмический температурный напор между теплоносителями:

.

где, °С и ,°С; = 0,95? поправка на вид относительного движения теплоносителей (для перекрестного тока) при:

и.

17. Поверхность теплообмена:

.

м2.

2. Определить тепловую мощность, гидравлические сопротивления и степень утилизации теплоты низкопотенциального источника ВЭР — турбинного масла при его охлаждении водой, направляемой затем в систему комбинированного производства теплоты и холода. Охлаждение масла осуществляется в кожухотрубном теплообменнике с перегородками в межтрубном пространстве. При решении задачи использовать методику теплового поверочного расчета.

Масло течет в межтрубном пространстве, вода? внутри труб. Внутренний диаметр кожуха Dо = 0,16 м; наружный диаметр труб d1 = 0,012 м; внутренний d2 = 0,01 м; рабочая длина L = 746 мм; число труб n = 64 штук; теплопроводность материала труб л, = 58 Вт/(м· К); поверхность теплообмена со стороны воды F2 = 1,5 м²; число перегородок в межтрубном пространстве m = 10; расположение трубок? по углам равностороннего треугольника, шаг между трубками S = 0,02 м; толщина перегородки д = 0,002 м.

Горячий теплоноситель (масло турбинное): расход G1, кг/c …0,75;

температура масла на входе t?1, °С… 45;

Холодный теплоноситель (вода): расход G2, кг/c …5,4;

температура воды на входе t?2, °С… 25.

Решение:

• 1. Для определения теплофизических свойств теплоносителей зададимся их температурами на выходе из теплообменника. Примем, что на выходе масла и воды соответственно они равны: = 36 °C, = 26°С
• 2. Средние температуры теплоносителей:

; .

°С.

°С.

3. Теплофизические свойства теплоносителей при средних температурах:

Масло: с1= 865 кг/м3, Ср1=1930 дж/(кг· К), л1=0,128 Вт/(м· К),.

н1=35· 10−6 м2/с, мст = 30,3· 10−3 кг/(м· с), Pr1=421.

Вода: с2 = 995 кг/м3, Ср2 = 4180 дж/(кг· К), л2 = 0,61 Вт/(м· К),.

н2 = 0,985*10−6 м2/с, Pr2 = 6,5.

4. Шаг между поперечными перегородками в межтрубном пространстве, м:

м.

5. Скорость воды в трубах, м/с.

.

6. Число Рейнольдса для воды:

7. Число Нуссельта при турбулентном течении:

.

8. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды.

.

9. Число трубок в среднем сечении кожуха теплообменника.

.

10. Принимаем отношение высоты сегмента к диаметру обечайки h/Dо = 0,25.

Тогда для tп/Dо из табл.1 находим ч.

Таблица 1. Топливно-энергетический баланс.

h/Do.	0,15.	0,2.	0,25.	0,3.
0,2.	0,83.	1,051.	1,23.	1,4.
0,3.	0,67.	0,858.	1,05.	1,135.
0,4.	0,587.	0,743.	0,872.	0,983.
0,5.	0,525.	0,665.	0,775.	0,880.

=0.8041.

11. Живое сечение по межтрубному пространству равно:

12. Скорость масла в межтрубном пространстве:

м/с.

13. Число Re1:

14. Принимая число рядов труб Z равным числу труб в среднем сечении кожуха теплообменника nо, из уравнения находим поправку на число рядов труб по ходу теплоносителя в межтрубном пространстве.

15. Принимаем температуру стенки труб в теплообменнике, С, число Прандтля при этой температуре Prс. И число Нуссельта:

16. Коэффициент теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя, Вт/м2*К:

17. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней поверхности трубок, Вт/м2*К:

18. Тепловые эквиваленты теплоносителей:

W1 = G1Cp1=0,75*1930=1450 Вт/К.

W2 = G2Cp2=5,4*4180=22 200 Вт/К.

Так как W2>W1, W2? максимальный тепловой эквивалент (Wмакс), а W1? минимальный (Wмин). Обозначим щ = Wмин / Wмакс =1450/22 200=0,0653.

Тогда число единиц переноса.

19. Эффективность теплообменника (при числе ходов больше трех в противоточно-перекрестном аппарате можно использовать зависимость е = f (N;щ) для чистого противотока):

20. Температура горячего и холодного теплоносителей на выходе из аппарата:

С.

Полученные значения температур теплоносителей на выходе из теплообменника не существенно отличаются от ранее принятых, поэтому считаются окончательными.

21. Тепловая мощность аппарата без учета потерь теплоты в окружающую среду:

Вт С учетом тепловых потерь в теплообменнике (обычно до 3%):

Q* = 0,97*Q=11 533 Вт.

С учетом тепловых потерь при транспорте нагретой воды (5%) и в установке комбинированного производства теплоты и холода (3%):

Q** = 0,95 * 0,97 *Q=10 627 Вт.

22. Степень утилизации теплоты турбинного масла (максимально возможное количество утилизируемой теплоты при работающей турбине определяется диапазоном изменения температуры масла в ее системах смазки и регулирования).

Q**/ Q = 10 627/11533 = 0,92.

Расчет гидравлических сопротивлений.

23. Средняя температура стенки, С:

Данной температуре соответствует коэффициент динамической вязкости: µст =61*10−3кг/(м/с).

24. Коэффициент сопротивления по межтрубному пространству находим по уравнению:

.

25. Гидравлическое сопротивление по межтрубному пространству с m числом перегородок и, следовательно, с (m + 1) числом ходов по межтрубному пространству:

ДP1= (m + 1) nо о1 с1 w21/2=(10+1)*8*2,51*2,51*865*10−3*(0,2112/2)=390,8 Па.

26. Коэффициент сопротивления по водяному тракту при турбулентном режиме течения внутри гидравлически гладкой трубы:

о2 = 0,316/Re2−0,25=0,316/10 960−0,25=3,22.

27. Гидравлическое сопротивление по водяному тракту:

.

Список литературы

теплообменник турбулентный гидравлический.

• 1. Справочник проектировщика. «Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 1». Под ред. Павлова Н. Н. — М.; Стройиздат, 1992 г. — 319с.
• 2. СНиП 23−01−99 «Строительная климатология».
• 3. «Тепломассообмен»: Под ред. Брюханов О. Н., Шевченко С. Н. — М.; Изд. Ассоциации строительных вузов, 2005 г. — 460с.