Розрахунок втрат тепла теплової мережі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Завдання

Вступ

1. Розрахунок теплообмінного апарату

1.1 Вибір швидкості гарячого теплоносія в трубах

1.2 Розрахунок витрат гарячого теплоносія

1.3 Розрахунок площі поперечного перерізу трубки для гарячого теплоносія

1.4 Розрахунок кількості трубок в теплообмінному апараті

1.5 Розрахунок фактичної швидкості руху гарячого теплоносія

1.6 Розрахунок площі поперечного перерізу міжтрубного простору ТА

1.7 Розрахунок масової витрати холодного теплоносія

1.8 Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті (перше наближення)

1.8.1 Розрахунок теплообміну в середині трубок

1.8.2 Розрахунок теплообміну ззовні трубок

1.8.3 Розрахунок коефіцієнта теплопередачі

1.8.4 Розрахунок температури стінки трубок

1.9 Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті (друге наближення)

1.9.1 Розрахунок теплообміну в середині трубок

1.10 Розрахунок довжини теплообмінного апарату

2. Розрахунок теплотраси

2.1 Розрахунок гарячої гілки теплотраси

2.1.1 Розрахунок діаметру трубопроводу

2.1.2 Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу

2.1.3 Втрати тепла з гарячої гілки теплотраси

2.1.4 Критичний діаметр ізоляції

2.2 Розрахунок холодної гілки теплотраси

2.2.1 Розрахунок діаметру трубопроводу

2.2.2 Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу

2.2.3 Втрати тепла з холодної гілки теплотраси

2.2.4 Критичний діаметр ізоляції

3. Розрахунок котла

3.1 Розрахунок втрат тепла з поверхні котла

3.2 Визначення товщини ізоляції котла

3.3 Внутрішній баланс котла

3.3.1 Знаходження конвективної складової балансу

3.3.2 Розрахунок степеня чорноти димових газів

3.3.3 Розрахунок променевої складової балансу

3.4 Розрахунок фактичних розмірів котла

Література

Вступ

Досягнення сучасної промисловості, техніки стали можливими у результаті опанування потужних джерел енергії - гідравлічних, парових і газових турбін, паросилових установок, двигунів. Провідну роль в розвитку енергетики займає тепломасообмін, який розглядає основні механізми передачі теплоти (теплопровідність, конвекція, промінювання), і являється теоретичною базою для створення теплоенергетичних машин і установок.

На сучасному етапі розвитку енергетики неможливо обійтися без застосування теплообмінних апаратів. Теплообмінний апарат - це пристрій, в якому відбувається передача теплоти від гарячого теплоносія до холодного. За принципом дії всі теплообмінні апарати поділяються на: рекуперативні, регенеративні та змішуючи.

Метою даної курсової роботи є виконання теплового розрахунку теплообмінного апарата. Тепловий розрахунок зводиться до визначення площ поверхонь теплообміну та втрат тепла елементів теплової мережі, яка буде складатися з котла, теплотраси та теплообмінного апарату.

1. Розрахунок рекуперативного теплообмінного апарату (ТА)

Теплообмінними апаратами називаються пристрої, в яких відбувається процес передачі тепла від одного теплоносія до іншого.

Рекуперативними називаються теплообмінники, в яких гарячий і холодний теплоносії протікають одночасно, і теплота передається через стінку, що їх розділяє (котли, підігрівачі, випаровувачі, конденсатори та ін.).

Рис. 1.1. Кожухотрубний, рекуперативний, одноходовий теплообмінний апарат безперервної дії.

1 - корпус або кожух; 2 -теплообмінні труби; 3 - трубні решітки; 4 - днища або кришки розподільчої камери; 5 - фланці.

1-1 - рух гарячого теплоносія; 2-2 - рух холодного теплоносія.

1.1 Вибір швидкості гарячого теплоносія в трубах

Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія рівною:

.

1.2 Розрахунок масової витрати гарячого теплоносія

Запишемо рівняння теплового балансу ТА:

, (1)

де - масова витрата гарячого теплоносія, кг/с;

- масова витрата холодного теплоносія, кг/с;

- середня ізобарна теплоємність гарячого теплоносія, кДж/(кг·К);

- середня ізобарна теплоємність холодного теплоносія, кДж/(кг·К);

- температура гарячого теплоносія на вході в ТА, оС;

- температура гарячого теплоносія на виході з ТА, оС;

- температура холодного теплоносія на вході в ТА, оС;

- температура холодного теплоносія на виході з ТА, оС.

Визначаємо середньоарифметичне значення температури гарячого теплоносія, оС

, (2)

.

При цій температурі, методом інтерполювання, визначаємо фізичні властивості гарячого теплоносія(Вода), (), [6, додаток 1, табл. 1, ст. 25].

З рівняння (1) знаходимо масову витрату гарячого теплоносія, кг/с

,

де - загальна теплова потужність тепломережі, кВт.

1.3 Розрахунок площі поперечного перерізу трубки для гарячого теплоносія

Масова витрата теплоносія, з іншого боку, буде записана через рівняння нерозривності потоку:

, (3)

де - швидкість руху гарячого теплоносія, м/с (див. п. 1.1);

f1 - площа поперечного перерізу трубки, м2;

- густина гарячого теплоносія, кг/м3.

З формули (3) площа поперечного перерізу трубки рівна:

,

.

Згідно [1, табл. 2.15, ст. 110] приймаємо стандартні значення діаметрів теплообмінних труб:

- внутрішній ;

- зовнішній=;

- товщина стінки трубки

Значення площі поперечного перерізу теплообмінної трубки визначається за формулою, м2

(4)

1.4 Розрахунок кількості трубок в теплообмінному апараті

Теоретична кількість трубок в ТА визначається за формулою,

, (5)

Згідно [1, табл. 2.13, ст. 107] приймаємо стандартну кількість трубок в ТА рівною:

Крок між трубками в трубній решітці визначається за формулою, м

, (6)

Внутрішній діаметр кожуха ТА визначається за формулою, м

, (7)

Округляємо отримане значення до стандартного значення згідно ГОСТ 9617-79, [1, ст. 108]. Приймаємо

1.5 Розрахунок фактичної швидкості руху гарячого теплоносія

Фактична швидкість гарячого теплоносія визначається за формулою, м/с

, (8)

1.6 Розрахунок площі поперечного перерізу міжтрубного простору ТА

Площа поперечного перерізу міжтрубного простору ТА визначаємо за формулою, м2

, (9)

1.7 Розрахунок масової витрати холодного теплоносія

Визначаємо середньоарифметичне значення температури холодного теплоносія, оС

, (10)

При цій температурі, методом інтерполювання, визначаємо фізичні властивості холодного теплоносія(Ароматизоване масло), (), [6, додаток 1, табл. 6, ст. 28]:

З рівняння теплового балансу ТА масова витрата холодного теплоносія визначається за формулою, кг/с

. (11)

З рівняння нерозривності потоку, швидкість руху холодного теплоносія визначається за формулою, м/с

, (12)

де - густина холодного теплоносія при середній температурі,

1.8 Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті (перше наближення)

Окремо проводимо розрахунок теплообміну всередині трубок (гарячий теплоносій - трубка) і зовні (трубка - холодний теплоносій).

1.8.1 Розрахунок теплообміну в середині трубок

Для цього використаємо формулу для примусового руху рідини в середині круглих, гладких труб.

Для визначення режиму руху гарячого теплоносія необхідно визначити число Рейнольдса за формулою

, (13)

де - коефіцієнт кінематичної в'язкості гарячого теплоносія при середній температурі,

Оскільки Re?104 то режим руху турбулентний, тому критерій Нуссельта визначається за формулою:

, (14)

де - число Прандтля гарячого теплоносія при середній температурі (див. п. 1.2);

- число Прандтля гарячого теплоносія при температурі стінки [6, додаток 1, табл. 1, ст. 25];

- коефіцієнт, що враховує зміну середнього коефіцієнта тепловіддачі по довжині труби, 1.

Приймаємо температуру внутрішньої поверхні стінки трубки, для першого наближення:

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандтля гарячого теплоносія:

Для першого наближення:

.

Коефіцієнт тепловіддачі від гарячого теплоносія до внутрішньої поверхні труби визначається за формулою,

(15)

де - коефіцієнт теплопровідності гарячого теплоносія при середній температурі, (див. п.1.2).

.

1.8.2 Розрахунок теплообміну зовні трубок

Для розрахунку процесу теплообміну від зовнішньої поверхні стінки труби до холодного теплоносія необхідно визначити число Рейнольдса за формулою

, (16)

де - коефіцієнт кінематичної в'язкості холодного теплоносія при середній температурі, (див. п. 1.7);

- еквівалентний діаметр, м,

, (17)

де - змочений периметр, м,

. (18)

.

Згідно (17) еквівалентний діаметр рівний:

.

Тоді,

Для всіх режимів руху холодного теплоносія у між трубному просторі ТА критерій Нуссельта визначається за формулою:

, (19)

де - число Прандтля холодного теплоносія при середній температурі, (див. п. 1.7);

- число Прандтля холодного теплоносія при температурі стінки[6, додаток 1, табл. 6, ст. 28].

Приймаємо температуру зовнішньої поверхні стінки трубки, для першого наближення:

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандтля холодного теплоносія:

,

, (20)

де - крок між трубної решітки, м, (див. п. 1.4).

Тоді,

.

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубки до холодного теплоносія визначається за формулою,

, (21)

де - коефіцієнт теплопровідності холодного теплоносія при середній температурі, (див. п. 1.7),

.

1.8.3 Розрахунок коефіцієнта теплопередачі

Коефіцієнт теплопередачі в ТА визначається за формулою,

, (22)

де - коефіцієнт теплопровідності матеріалу трубки при середній температурі стінки труби, .

Приймаємо в якості матеріалу трубки (Сталь м'яку), [2, табл.7, ст. 261],

Для прийнятого сплаву:

.

Тоді отримаємо:

.

1.8.4 Розрахунок температури стінки трубок

Температура внутрішньої поверхні стінки трубки визначається за формулою, оС

,(23)

де - термічний опір внутрішньої поверхні стінки трубки,

, (24)

- загальний термічний опір теплопередачі, ,

, (25)

Тоді,

Температура зовнішньої поверхні стінки труби визначається за формулою, оС

, (26)

де - термічний опір зовнішньої поверхні стінки трубки, ,

, (27)

.

Тоді,

Отримані значення температур поверхонь стінки труби необхідно порівняти з прийнятим, за формулами:

;

.

;

.

Оскільки перше наближення температури стінки труби відрізняється більш ніж на 1 %, то необхідно перезадати температури внутрішньої та зовнішньої поверхонь стінки труби і провести розрахунок з п. 1.8.

1.9 Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті ( друге наближення)

1.9.1 Розрахунок теплообміну в середині трубок

Для другого наближення приймаємо:

Визначаємо число Прандтля гарячого теплоносія при температурі стінки, в другому наближенні:

.

За формулою (14) визначаємо критерій Нуссельта:

.

Тоді коефіцієнт тепловіддачі від гарячого теплоносія до внутрішньої поверхні труби за формулою (15) рівний:

.

Визначаємо число Прандтля холодного теплоносія при температурі стінки, в другому наближенні:

.

Критерій Нуссельта з (19) рівний:

.

Тоді за формулою(21)визначаємокоефіцієнттепловіддачівідзовнішньоїповерхні трубки до холодного теплоносія:

.

Визначаємо середню температуру стінки труби, в другому наближенні:

.

.

Визначаємо коефіцієнт теплопровідності матеріалу трубки при температурі стінки труби, в другому наближенні:

За формулою (22) коефіцієнт теплопередачі в ТА рівний:

.

З формули (24) термічний опір внутрішньої поверхні стінки трубки рівний:

.

Загальний термічний опір теплопередачі за формулою (25) рівний:

.

Температура внутрішньої поверхні стінки трубки визначається за формулою (23):

.

Термічний опір зовнішньої поверхні стінки трубки за формулою (27)рівний:

.

Температура зовнішньої поверхні стінки труби за формулою (26)рівна:

.

Порівняємо отримані значення температур стінок з прийнятими:

Оскільки, друге наближення температур стінок не перевищує більш, ніж1%, то немає необхідності задаватися іншими температурами стінок.

1.10 Розрахунок довжини теплообмінного апарату

Загальна довжина теплообмінного апарату визначається за формулою, м

, (28)

де - середній логарифмічний температурний напір для прийнятої схеми руху теплоносіїв, оС,

, (29)

де , - більше і менше значення температурного напору, оС.

При протитоку:

Рис. 1.2. Схема до визначення середнього логарифмічного температурного напору.

.

Тоді,

Довжина однієї трубки теплообмінного апарату визначається за формулою, м

. (30)

.

Площа поверхні теплообміну визначається за формулою, м2

, (31)

де - середній діаметр трубки, м,

.(32)

.

Тоді,

2. Розрахунок теплотраси

Гаряча та холодна гілка теплотраси прокладена над землею. Поперечний розріз теплотраси зображений на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Поперечний переріз теплотраси.

1 - шар ізоляції; 2 - труба.

2.1 Розрахунок гарячої гілки теплотраси

2.1.1 Розрахунок діаметру трубопроводу

З рівняння нерозривності потоку внутрішній діаметр трубопроводу визначимо за формулою, м

, (33)

де G1 - масова витрата гарячого теплоносія, кг/с, (див. роз. 1, п. 1.2);

- густина гарячого теплоносія при температурі на вході в теплообмінний апарат, кг/м3, [6, додаток 1, табл. 1, ст. 25];

- швидкість руху гарячого теплоносія в трубі гарячої гілки теплотраси, м/с.

Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія в трубі рівною:

Тоді,

.

Округляємо отримані значення діаметру до стандартного значення, згідно ГОСТ 9617-79.

Приймаємо ; [6, додаток 1, табл. 7, ст. 29].

Діаметр шару ізоляції труби визначається за формулою, м,

,(34)

де - товщина шару ізоляції теплотраси, м;

- зовнішній діаметр трубопроводу округлений до стандартного значення, м.

.

Фактична швидкість руху гарячого теплоносія всередині труби визначається за формулою, м/с,

, (35)

2.1.2 Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу

Для першого наближення необхідно задатись температурою поверхні ізоляції, оС,

, (36)

де - температура повітря, оС.

Втрати тепла з гарячої гілки трубопроводу будуть складатися з втрат тепла променевим теплообміном та втрат тепла конвекційним теплообміном.

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції визначаються за формулою, Вт

, (37)

де - втрати тепла променевим теплообміном, Вт;

- втрати тепла конвекційним теплообміном, Вт.

Втрати тепла променевим теплообміном визначаються за формулою, Вт

, (38)

де - ступінь чорноти поверхні ізоляції, приймаємо ;

- коефіцієнт випромінювання абсолютного чорного тіла, ;

- абсолютна температура поверхні ізоляції, К;

- абсолютна температура повітря, К;

- площа одного погонного метра труби, покритого ізоляцією, м2,

,(39)

.

Тоді,

Втрати тепла конвекційним теплообміном визначаються за формулою, Вт

, (40)

де - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря, ,

, (41)

де - коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі повітря, , [2, табл. 9, ст. 263]:

.

Для визначання режиму руху повітря, що набігає на теплотрасу, необхідно визначити число Рейнольдса за формулою

, (42)

де - швидкість вітру, що набігає на теплотрасу, м/с;

- коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря при температурі повітря, м2/с, [2, табл. 9, ст. 263]:

.

Тоді,

.

Так, як 103?Re<2·105то режим руху перехідний, тоді критерій Нуссельта визначається за формулою:

,(43)

де - число Прандтля для повітря при температурі повітря, [2, табл. 9,

ст. 263];

- число Прандтля для повітря при температурі поверхні ізоляції,

[2, табл. 9, ст. 263];

- поправочний коефіцієнт, що враховує відстань між трубами. Приймається ;

- поправочний коефіцієнт, що враховує кут набігання повітря на теплотрасу, [2, ст. 138].



Тоді,

.

Обчислюємо коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря:

.

Втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

Обчислюємо загальні втрати тепла з поверхні ізоляції:

Середня температура ізоляції визначається за формулою, оС,

,(44)

Для заданої поверхні ізоляції (Діатоміт) коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою,

,(45)

.

Визначаємо термічний опір ізоляції за формулою,

, (46)

Визначаємо критичне значення термічного опору ізоляції за формулою,

гарячий теплоносій трубка теплообмін

,(47)

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції, для чого записуємо рівняння теплового балансу:

,

, (48)

Отримане значення температури поверхні ізоляції необхідно порівняти з прийнятим за формулою:

. (49)

.

Оскільки перше наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж на 0,5%, то необхідно перезадати температуру поверхні ізоляції і провести розрахунок спочатку.

Приймаємо друге наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:

.

При прийнятій температурі ізоляції число Прандтля рівне:

.

Згідно (43) визначаємо критерій Нуссельта:

.

Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря згідно (41) рівний:

Згідно (40) втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції згідно (37) рівні:

За формулою (44) визначаємо середню температуру ізоляції:

Коефіцієнт теплопровідності за формулою (45) рівний:

За формулою (46) визначаємо термічний опір ізоляції:

Критичне значення термічного опору ізоляції за формулою (47) рівне:

Визначаємо температуру ізоляції згідно (48):

Порівнюємо отримане значення з прийнятим:

.

Оскільки друге наближення температури поверхні ізоляції не перевищує більш, ніж 0,5%, то немає необхідності задаватися іншою температурою ізоляції.

2.1.3 Втрати тепла з гарячої гілки теплотраси

Втрати тепла з гарячої гілки теплотраси визначаються за формулою, кВт

,(50)

де - довжина теплотраси, м.

2.1.4 Критичний діаметр ізоляції

Критичний діаметр ізоляції гарячої гілки теплотраси визначається за формулою, м

,(51)

2.2 Розрахунок холодної гілки теплотраси

2.2.1 Розрахунок діаметру трубопроводу

З рівняння нерозривності потоку внутрішній діаметр трубопроводу визначається за формулою, м

, (52)

де - густина гарячого теплоносія при температурі на виході з теплообмінного апарату, кг/м3, [6, додаток 1, табл.1, ст.25],

- швидкість руху гарячого теплоносія в трубі холодної гілки теплотраси, м/с.

Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія в трубі холодної гілки теплотраси

.

Тоді,

Отримані значення діаметру округляємо до стандартного значення, згідно ГОСТ 9617-79.

Приймаємо ; ; [6, додаток 1, табл. 7, ст. 29]

Діаметр шару ізоляції труби визначається згідно (34):

Фактична швидкість руху гарячого теплоносія всередині труби холодної гілки теплотраси визначається за формулою,

,(53)

2.2.2 Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу

Для першого наближення необхідно задатись температурою поверхні ізоляції, оС

.(54)

Приймаємо:

Втрати тепла з холодної гілки трубопроводу будуть складатися з втрат тепла променевим теплообміном та втрат тепла конвективним теплообміном.

Площа одного погонного метра труби для холодної гілки теплотраси, що покрита ізоляцією згідно (39) буде рівна:

Втрати тепла променевим теплообміном згідно(38) рівні:



Для визначання режиму руху повітря, що набігає на теплотрасу, необхідно визначити число Рейнольдса за формулою (42):

.

При прийнятій температурі поверхні ізоляції число Прандтля рівне:

.

Так, як 103?Re<2·105то режим руху перехідний, тоді критерій Нуссельта визначається за формулою (43):

.

Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря визначаємо за формулою (41):

Згідно (40) втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції згідно (37) рівні:

За формулою (44) визначаємо середню температуру ізоляції:

Коефіцієнт теплопровідності за формулою (45) рівний:

За (46) визначаємо термічний опір ізоляції:

Критичне значення термічного опору ізоляції за формулою (47) рівне:

Визначаємо температуру ізоляції згідно (48):

Порівнюємо отримане значення з прийнятим:

.

Оскільки перше наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж на 0,5%, то необхідно перезадати температуру поверхні ізоляції і провести розрахунок спочатку.

Приймаємо.

Втрати тепла променевим теплообміном згідно(38) рівні:

При прийнятій температурі поверхні ізоляції число Прандтля рівне:

.

За формулою (43) визначаємо критерій Нуссельта:

.

Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря згідно (41) рівний:

Згідно (40) втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції згідно (37) рівні:

За формулою (44) визначаємо середню температуру ізоляції:

Коефіцієнт теплопровідності за формулою (45) рівний:

За формулою (46) визначаємо термічний опір ізоляції:

Критичне значення термічного опору ізоляції за формулою (47) рівне:

Визначаємо температуру ізоляції згідно (48):

Порівнюємо отримане значення з прийнятим:

.

Оскільки друге наближення температури поверхні ізоляції не перевищує більш, ніж 0,5%, то немає необхідності задаватися іншою температурою ізоляції.

2.2.3 Втрати тепла з холодної гілки теплотраси

Втрати тепла з холодної гілки теплотраси визначаються за формулою, кВт

.(55)

2.2.4 Критичний діаметр ізоляції

Критичний діаметр ізоляції холодної гілки теплотраси визначається за формулою (51):

.

3. Розрахунок котла.

Умовно приймаємо котел прямокутної форми зі стороною котла а, висота котла 2·а. Втратами тепла зверху та знизу котла нехтуємо, а тому площі верхньої та нижньої стінок котла при розрахунку площі котла враховуватине будемо.

Рис. 3.1. Схема розрахунку котла

Приймаємо: сторона котла , висота . Тоді площа поверхні котла та його об'єм визначаються за формулами:

.(56)

.(57)

Середньоарифметична температура стінки котла визначається за формулою,

(58)

де - температура гарячого теплоносія на вході та виході з теплообмінного апарату.

3.1 Розрахунок втрат тепла з поверхні котла

Сумарні втрати тепла з поверхні котла складаються з втрат променевим та конвекційним теплообміном та визначаються за формулою, Вт

, (59)

де ,- втрати тепла променевимта конвективним теплообміном,

Втрати тепла променевим теплообміном визначаються за формулою,

, (60)

де - ступінь чорноти стінки котла ();

- коеф. випромінювання абсолютного чорного тіла(

- абсолютна температура зовнішньої поверхні котла, К;

- абсолютна температура повітря в котельні, К.



Втрати тепла конвекційним теплообміном визначаються за формулою, Вт

, (61)

де - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні котла до повітря, ,

, (62)

де - критерій Нуссельта;

- висота котла, м;

- коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі в котельні, , [2, табл. 9, ст. 263]:

Для знаходження критерію Нуссельта використаємо рівняння тепловіддачі при природній конвекції біля вертикальних плоских поверхонь розміром якщо.

Число Грасгофа визначається за формулою:

, (63)

де - прискорення вільного падіння ();

- температурний напір між стінкою котла та повітрям,оС;

- коефіцієнт температурного розширення, ;

- коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря при температурі в котельні, м2/с, [2, табл. 9, ст. 263].

. (64)

. (65)

Тоді,

.

Визначаємо число Прандтля при температурі повітря в котельні з [2, табл. 9, ст. 263]:

.

Оскільки,, то критерій Нуссельта визначається за формулою:

. (66)

Тоді,



Згідно з формулою (61) втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

Тоді,

3.2 Визначення товщини ізоляції котла

Кількість теплоти, що передається через ізоляцію визначається за формулою, Вт

, (67)

де - коефіцієнт теплопровідності матеріалу ізоляції,;

- товщина ізоляції, м.

Для заданої поверхні ізоляції (Діатоміт) коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою:

Середня температура поверхні ізоляції котла визначається за формулою, оС

. (68)

Тоді,

Із (67) товщина ізоляції визначається за формулою, м

. (69)

3.3 Внутрішній баланс котла

Внутрішній баланс котла рівний:

, (70)

де - тепло, що утворилося при згорянні палива, МВт;

- тепло, що втрачається за рахунок конвективного теплообміну, МВт;

- тепло, що втрачається за рахунок променевого теплообміну, МВт.

3.3.1 Знаходження конвекційної складової балансу

, (71)

де - середньо інтегральне значення коефіцієнта тепловіддачі від димових газів до стінок екранів котла, ;

- температура факелу, .

При температурі факелу необхідно визначити фізичні властивості димових газів (), [2, табл. 16, ст. 270-271].

, (72)

, (73)

. (74)

де - поправочні коефіцієнти, що враховують відхилення об'ємного складу продуктів згорянні від середнього, вибираються з таблиць в залежності від температурі факелу та об'ємної долі водяної пари (), з [6, Додаток 1, табл.9-11 ст.30-31].

Тоді,

Для визначення режим руху димових газів всередині котла, необхідно визначити число Рейнольдса за формулою:

, (75)

де - швидкість руху димових газів, що омивають внутрішню поверхню котла, м/с.

Приймаємо

Оскільки Re = 1658866>5·105то режим руху турбулентний, тоді критерій Нуссельта визначається за формулою:

, (76)

де - число Прандтля димових газів при температурі стінки екранів котла, [2, табл. 16, ст. 270-271].

Тоді,

Коефіцієнт тепловіддачі від димових газів до стінки котла визначиться за формулою,

. (77)

Середньо інтегральне значення коефіцієнта тепловіддачі від димових газів до стінок котла визначиться за формулою,

. (78)

Тоді,

3.3.2 Розрахунок степеня чорноти димових газів

Ефективна довжина факелу в середині топки котла визначиться за формулою, м

, (79)

Парціальні тиски двоокису вуглецю і водяної пари визначаться за формулами, МПа

; (80)

, (81)

де - тиск димових газів в котлі, МПа;

- відповідно об'ємна доля двоокису вуглецю та водяної пари в факелі.

Визначаємо добуток парціального тиску на ефективну довжину факелу відповідно для двоокису вуглецю та водяної пари:

Визначаємо степінь чорноти двоокису вуглецю та водяної пари при заданій температурі факелу , [3, ст. 388-389]:

Знаходимо граничне значення степенів чорноти двоокису вуглецю та водяної пари при температурі факелу , [3, ст. 390]:

Знаходимо граничне значення степенів чорноти двоокису вуглецю та водяної пари при температурі стінки котла , [3, ст. 390]:

Степінь чорноти газу визначиться за формулою:

. (82)

Гранична степінь чорноти газу визначиться за формулою:

. (83)

Гранична степінь чорноти стінки котла визначиться за формулою:

. (84)

Приведена степінь чорноти газу визначається за формулою:

, (85)

де - степінь чорноти внутрішньої поверхні стінки котла. Приймаємо .

3.3.3 Розрахунок променевої складової балансу

Кількість теплоти, втрачена за рахунок випромінювання визначається за формулою, Вт

, (86)

де - відповідно абсолютні температури факелу та стінки котла, К.

Тоді, за формулою (70) тепло, що утворилося при згорянні палива рівне:

3.4 Розрахунок фактичних розмірів котла

Необхідна потужність факелу визначиться за формулою, МВт

, (87)

де - загальна потужність системи, МВт, (див. завдання);

- втрати тепла з гарячої гілки теплотраси, МВт, (див. п. 2.1.3);

- втрати тепла з холодної гілки теплотраси, МВт, (див. п. 2.2.3);

- втрати тепла з поверхні ізоляції котла, МВт, (див. п. 3.1).

Фактична площа котла визначиться за формулою, м2

, (88)

Фактична довжина котла визначиться за формулою, м

. (89)

Порівнюємо отриману довжину котла з прийнятою. Повинна виконуватися умова:

,

Умова не виконується, тому необхідно зробити друге наближення.

Приймаємо: сторона котла , висота .

Тоді, згідно формул (56), (57) площа поверхні котла та його об'єм будуть рівні:

Згідно формули (60) втрати тепла променевим теплообміном рівні:

За формулою (63) визначаєтья число Грасгофа:

Оскільки,, то критерій Нуссельта за формулою (66) рівний:

Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні котла до повітря за формулою (62) рівний:

Втрати тепла конвекційним теплообміном за формулою (61) рівні:

Сумарні втрати тепла з поверхні котла за формулою (59) рівні:

Товщина ізоляції визначається за формулою (69):

Число Рейнольдса, визначається за формулою (75):

Оскільки Re = 1379732>5·105то режим руху турбулентний, тоді критерій Нуссельта визначається за формулою (76):

Коефіцієнт тепловіддачі від димових газів до стінки котла визначиться за формулою (77):

Середньо інтегральне значення коефіцієнта тепловіддачі від димових газів до стінок котла визначиться за формулою (78):

Тоді, згідно формули (71) тепло, що втрачається за рахунок конвективного теплообміну рівне:

Ефективна довжина факелу в середині топки котла визначиться за формулою (79):

Визначаємо добуток парціального тиску на ефективну довжину факелу відповідно для двоокису вуглецю та водяної пари:

Визначаємо степінь чорноти двоокису вуглецю та водяної пари при заданій температурі факелу :



Гранична степінь чорноти газу згідно з формулою (82) рівна:

Приведена степінь чорноти газу визначається за формулою (85):

Кількість теплоти, втрачена за рахунок випромінювання визначається за формулою (86):

Тепло, що утворилося при згорянні палива визначиться за формулою (70):

За формулою (87)визначиться необхідна потужність факелу:

Фактична площа котла визначиться за формулою (88):

Фактична довжина котла визначиться за формулою (89):

Порівнюємо отриману довжину котла з прийнятою:

Оскільки друге наближення довжини котла перевищує 1%, тому необхідно зробити третє наближення.

Приймаємо: сторона котла , висота .

Тоді, згідно формул (56), (57) площа поверхні котла та його об'єм будуть рівні:

Згідно формули (60) втрати тепла променевим теплообміном рівні:

За формулою (63) визначаєтья число Грасгофа:

Оскільки,, то критерій Нуссельта за формулою (66) рівний:

Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні котла до повітря за формулою (62) рівний:

Втрати тепла конвекційним теплообміном за формулою (61) рівні:

Сумарні втрати тепла з поверхні котла за формулою (59) рівні:

Товщина ізоляції визначається за формулою (69):

Число Рейнольдса, визначається за формулою (75):

Оскільки Re = 1361385>5·105то режим руху турбулентний, тоді критерій Нуссельта визначається за формулою (76):

Коефіцієнт тепловіддачі від димових газів до стінки котла визначиться за формулою (77):

Середньо інтегральне значення коефіцієнта тепловіддачі від димових газів до стінок котла визначиться за формулою (78):

Тоді, згідно формули (71) тепло, що втрачається за рахунок конвективного теплообміну рівне:

Ефективна довжина факелу в середині топки котла визначиться за формулою (79):

Визначаємо добуток парціального тиску на ефективну довжину факелу відповідно для двоокису вуглецю та водяної пари:

Визначаємо степінь чорноти двоокису вуглецю та водяної пари при заданій температурі факелу :

Гранична степінь чорноти газу згідно з формулою (82) рівна:

Приведена степінь чорноти газу визначається за формулою (85):

Кількість теплоти, втрачена за рахунок випромінювання визначається за формулою (86):

Тепло, що утворилося при згорянні палива визначиться за формулою (70):

За формулою (87)визначиться необхідна потужність факелу:

Фактична площа котла визначиться за формулою (88):

Фактична довжина котла визначиться за формулою (89):

Порівнюємо отриману довжину котла з прийнятою:

Література

1. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник (под общ.Ред. В. А. Григорьева, В. М. Зорина). - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 552 с., ил.

2. Краснощеков Е. А., Сукомел А. С. Задачник по теплопередаче. Изд. 4-е перераб. и доп. - М.: «Энергия», 1980. - 288 с., ил.

3. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. Изд. 2-е М., «Энергия», 1969. - 440 с., ил.

4. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче (Под общ.ред. Б. Н. Юдаева, 2-е изд. перераб. и доп.) - М.: Высшая школа, 1968. - 373 с.

5. Анурьев В. И. Справочник конструктора -машиностроителя. В 3-х т., т. 3 - 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 557 с.

6. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Тепломасообмін» на тему: «Розрахунок геометричних розмірів та втрат тепла теплової мережі, яка складається з котла, теплотраси та теплообмінного апарату» для студентів напрямів підготовки 6.050601 «Теплоенергетика», та 6.050602 «Гідроенергетика» денної та заочної форм навчання-Рівне: НУВГП, 2011 - 32 с.

Размещено на Allbest.ru