Расчет энергосберегающей теплоутилизационной установки и её показателей эффективности

Из соотношения   ;

Получаем   ;

;

                      ;

Определяем необходимые  параметры по таблице при средней температуре чистого теплоносителя:

;

;

;

;

 

;

4. Определяем коэффициент теплоотдачи :

Предварительно находим среднюю скорость газа в межтрубном пространстве:

;

Определяем средний  объёмный расход газов:

;

 

;

 

 

 

 

 

По таблице зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости газа находим:

 

a/b	1/4	1/3	1/2	1/1
17,5	14,8	15	15,1	15,2
11,5	13,0	13,2	13,5	13,8
8	11,1	11,2	11,4	11,8
6	10	10,1	10,2	10,3
4	7,6	7,8	8,0	8,1

 

;

5. Определяем коэффициент  теплопередачи:

;

6. Общая площадь ступени:

.

 

7.2. Расчёт II ступени.

 

1. Опредеяем средний температурный  напор (противоточная схема):

                                   

 

;

 

;

2. Определяем коэффициент теплопередачи:

, где   - толщина стенки трубы;

- коэффициент теплопроводности  Сталь 3;

Для нахождения K, опредеяем коэффициенты теплоотдачи снаружи и внутри труб .

3. Определяем коэффициент теплоотдачи :

Из соотношения   ;

Получаем   ;

;                   

;

Определяем необходимые  параметры по таблице при средней  температуре чистого теплоносителя:

;

 

;

;

;

 

;

 

4. Определяем коэффициент  теплоотдачи :

Предварительно находим  среднюю скорость газа в межтрубном пространстве:

;

Определяем средний  объёмный расход газов:

;

;

По таблице зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости газа находим:

;

5. Определяем коэффициент  теплопередачи:

;

6. Общая площадь ступени:

.

 

7. Для простоты изготовления и взаимозаменяемости ступеней делаем F равными:

;

8. Определяем число рядов:

, округляя получаем: ;

9. Уточняем 

.

 

8. Поверочный расчёт.

 

1. Принимаем 

2. Принимаем 

3. Решаем уравнение:

Предварительно находим  , принимая :

;

;

 

;

Оба уравнения удовлетворяют требованиям сходимости до 0,5.

4. Принимаем 

5. Решаем уравнение:

Предварительно находим  , принимая :

;

;

 

;

Оба уравнения удовлетворяют требованиям сходимости до 0,5.

6.  Так как  , то температуры подобраны верно и заполняем таблицу:

	I	I-II	II
tг	130	55,08	36,5
хг	0,109	0,129	0,0422
tпт	58	55,08	36,5
tчт	57,6	50,74	10
LVг	2,34	1,78	1,707
Lгсч	2,068
Iг	429,65	427,97	167,713
	1,525	1,65	1,61
	0,98	1,36	1,33
LтГ	2,293	2,320	2,173

 

 

9. Гидравлический расчёт.

 

1. Сопротивление подводящего  патрубка:

, где   - коэффициент сопротивления патрубка; - плотность чистого теплоносителя;  - скорость в патрубке;

;

2. Сопротивление трубного  пучка:

а)  ;

б) - коэфициент местных сопротивлений

, где   - коэффициенты сопротивления при входе и выходе из ступени; 

-коэффициент сопротивления  поворота

, где  - коэффициент сопротивления поворота на 180 º при входе и выходе теплоносителя через промежуточную камеру

;

;

в) 

, где  

, где   - коэффициент шероховатости труб

, где  - динамичская вязкость ЧТ;                                    

;

 

;

;

;

;

3. Сопротивление при переходе в отводящий патрубок:

, где   - коэффициент сопротивления патрубка;  - скорость в патрубке;

;

4. Общее гидравлическое сопротивление одной ступени:

;

6. Полное гидравлическое  сопротивление:

Принимаем ;

.

 

10. Аэродинамический расчёт.

Суммарные потери давления складываются из потерь давления в аппарате (для первой и второй ступени) , потерь давления на преодоление самотяги и потерь давления в результате ускорения потока :

;

 

10.1. Расчёт I ступени.

Находим сопротивление  аппарата:

;

а) Потеря давления на входе:

Скорость в свободном  сечении аппарата:            

;

Потеря давления на входе:

, где  ;  - плотность газа на входе в ступень

;

б) Потеря давления на выходе:

Скорость в свободном сечении аппарата:

;

Потеря давления на выходе:

, где  -плотность газа на выходе в ступень

;

 

в) Потеря давления на трубном пучке:

Средний объёмный расход на участке первого пучка:

;

Средняя скорость газа на участке первого пучка:

;

Сопротивление трубного пучка:

, где  - коэффициент орошения;  - сопротивление сухого трубного пучка:                                               

;

 

, где  - средняя плотность газа на участке;

- динамическая вязкость газа на участке:                                                     ;       

; ;

;

г) Потеря давления в сепараторе:

;

;

Потери давления от ускорения потока в результате изменения объёма газа при постоянном сечении:

;

Находим сопротивление самотяги:

, где  - плотность воздуха при ;

Н- высота ступени.

;

;

Общие потери давления на ступени:

 

10.2. Расчёт II ступени.

 

Находим сопротивление  аппарата:

;

 

а) Потеря давления на входе:

Скорость в свободном сечении аппарата:

;

Потеря давления на входе:

, где  ;  - плотность газа на входе в ступень

;

б) Потеря давления на выходе:

Скорость в свободном сечении аппарата:

;

Потеря давления на выходе:

, где  -плотность газа на выходе в ступень

;

в) Потеря давления на трубном  пучке:

Средний объёмный расход на участке первого пучка:

;

Средняя скорость газа на участке первого пучка:

;

Сопротивление трубного пучка:

, где  - коэффициент орошения;  - сопротивление сухого трубного пучка:

;

, где  - средняя плотность газа на участке:

- динамическая вязкость газа на участке:

;

;

;

;

г) Потеря давления в сепараторе:

;

;

 

Потери давления от ускорения потока в результате изменения объёма газа при постоянном сечении:

;

Находим сопротивление самотяги:

, где  - плотность воздуха при ;

Н- высота ступени.

;

;

Общие потери давления на ступени:

;

Общее сопротивление  установки:

.

 

11. Основные показатели эффективности.

11.1. Термодинамические показатели:

1. Коэффициент термодинамического  совершенства:

, где  - водяной эквивалент чистого теплоносителя;  ;  - теплоёмкость чистого теплоносителя, ;  - расход влажного газа:

;

- теплоёмкость влажного газа, ;

;

 

2. Коэффициент использования  энергии:

, где  - электрическая мощность затраченная на прокачку теплоносителей:

, где  - мощность необходимая на вентиляторе:

, где  - к.п.д. вентилятора, ;

;

- мощность необходимая на  прокачку промежуточного теплоносителя в I ступени:  

, где  - к.п.д. насоса, ;  - сопротивление при прокачке;  -плотность промежуточного теплоносителя;

;

- мощность необходимая на  прокачку промежуточного теплоносителя  в II ступени:     

;

- мощность необходимая на  прокачку промежуточного теплоносителя  в I ступени:      

, где  - к.п.д. насоса, ;  -плотность чистого теплоносителя;

;