Расчет гидравлического сопротивления воздушной части рекуператора

В надземной части рекуператора происходит нагревание воздуха, забираемого из окружающей среды, перед подачей его в печь. Пучок труб здесь имеет длину 1 м, т.е сверху остается область высотой примерно 30 см, не занятая трубами. Ввиду малого гидравлического сопротивления в свободном сечении воздушной части рекуператора в расчетах его не учитываем.

Для расчета гидравлического сопротивления также используем критерий Эйлера, предварительно вычислив все необходимые величины.

Плотность воздуха при нормальных условиях [13]:

Температуру воздуха в окружающей среде t_вх принимаем равной 20°С (293 К).

Средняя теплоемкость воздуха: .

Часовой расход воздуха для подачи в печь:

G_в = L_в ∙ B₁, (2.145)

где L_в – расход воздуха, необходимый для сжигания 1 кг топлива (найден в расчете печи при коэффициенте избытка воздуха 1, 5), кг/кг;

B₁ – расход топлива при работе печи с рекуператором, кг/ч;

G_в = 43900 кг/ч.

Определим температуру воздуха на выходе из рекуператора:

где – количество теплоты, передаваемое воздуху тепловыми трубами, кДж/ч;

.

Рассчитаем коэффициент теплопередачи рекуператора:

- поверхность теплообмена равна суммарной поверхности тепловых труб (длина каждой трубы l_тр = 2 м):

(2.147)

-

	298°С		300°С

- средняя движущая сила по формуле (2.65):

- коэффициент теплопередачи рекуператора:

Средняя температура воздуха в рекуператоре:

Плотность воздуха при :

Динамическая вязкость воздуха при [13]: .

Сечение воздушной части рекуператора имеет следующие размеры: ширина x = 2 м, высота y = 1, 3 м. Исходя из этого определяем эквивалентный диаметр по формуле (2.132):

Живое сечение воздушной части рекуператора по формуле (2.137):

.

Линейная скорость воздуха в рекуператоре по формуле (2.139):

Критерий Рейнольдса в воздушной части рекуператора по формуле (2.135):

Критерий Эйлера по формуле (2.134):

Гидравлическое сопротивление воздушной части рекуператора определяем, используя формулу (2.141):

Тогда общее гидравлическое сопротивление рекуператора:

Очевидно, что при установке рекуператора гидравлическое сопротивление борова многократно возрастет (от 0, 65 Па до 748, 4 Па), и дымовая труба уже не будет обеспечивать тягу дымовых газов. Следовательно, при установке рекуператора на тепловых трубах необходимо использовать дымосос для создания искусственной тяги.

Минимальная необходимая мощность дымососа с учетом 30%-й надбавки (учитывает неадиабатичность процесса):

где – объемный расход дымовых газов в борове, м³/ч;

По найденной минимальной мощности выбираем стандартный дымосос мощностью 30 кВт с числом оборотов в минуту 1500.

Выводы

В ходе проектного расчета рекуператора на тепловых трубах для печи П-1 были рассчитаны его основные технические параметры:

- общее количество тепловых труб 3861, диаметр 25× 2, длина 2 м, из которых на 1 м каждая труба находится в воздушной части рекуператора и на 1 м – в борове, расположение труб в пучке коридорное, расстояние между осями труб по ширине и по длине рекуператора 50 мм;

- длина рекуператора 5 м, ширина – 2 м, высота воздушной части 1, 3 м;

- температура дымовых газов на входе 300°С, на выходе 296°С при расходе 45588 кг/ч;

- температура воздуха на входе 20°С, на выходе 132°С при расходе 43900 кг/ч;

- коэффициент теплопередачи 10, 353 Вт/(м² ∙ К);

- гидравлическое сопротивление рекуператора 748, 379 Па;

- для работы рекуператора необходим дымосос мощностью 30 кВт;

- сокращение расхода топливного газа на печь П-1 при работе с рекуператором составляет 803 т/год (5, 25%).