Тепловой расчет контактного экономайзера
Определение влагосодержания и состава дымовых газов
Исходными данными для теплового расчета служат состав и расход продуктов сгорания, температура и влагосодержание. По составу газообразного топлива рассчитывают теоретически необходимый объем воздуха и количество продуктов сгорания – . При коэффициенте избытка воздуха a>1 в продуктах сгорания присутствуют еще кислород и дополнительное количество азота.
;
.
Величина влагосодержания dн дымовых газов на входе в контактную камеру можно определить по массовым расходам сухих и влажных газов – Gсг и Gвг.
;
.
Тогда влагосодержание определяется как
. Температура газов на входе в камеру – tн – определяют по результатам теплового расчета котла.
Воду в контактном экономайзере нагревают до возможно более высокой температуры – 55…65 0С, близкой к температуре мокрого термометра. Температуру уходящих газов на выходе экономайзера принимают равной 35…40 0С. При этих условиях теплопроизводительность контактного экономайзера равна
Здесь – теплоемкость газов при температурах tн на входе и tк на выходе; dн, dк – влагосодержание газов на входе и выходе; B – расход топлива; Gсг – расход сухих газов в расчете на 1 м3 топлива. Расход нагреваемой воды определяется по уравнению теплового баланса
.
Коэффициент орошения
.
Характер изменения параметров продуктов сгорания определяют по i-d диаграмме. Она строится по давлению на выходе из котла.
, где
- среднегодовое барометрическое давление в данной районе;
- потери давления в газовом тракте котла;
– разрежение в топке котла 2…3 мм.вод.ст. Энтальпия влажного газа i и их влагосодержание d рассчитываются по формуле
,
.
– молекулярные массы воды и сухих газов; pп – давление насыщения водяного пара в продуктах сгорания – определяется по таблице свойств воды.
Сначала строится i-d диаграмма. Проводятся линии постоянной температуры. Линии постоянной энтальпии проводятся под углом 135 0 к оси ординат. Проводится линия f=100 %.
Графический расчет проводится в следующей последовательности.
1. По температуре и влагосодержанию дымовых газов на входе в камеру на i-d диаграмму наносят точку А.
2. Проводят изотерму на выходе из камеры до пересечения с линией f=100 %. Точка В.
3. Проводят линию АВ. Точку пересечения линии АВ с изотермой t1 обозначим 1.
4. По i-d диаграмме определяют энтальпию и влагосодержание газов в т.1.
5. Определяют температуру воды в т.1.
.
![]() |
Рис.10.8. Графический расчет процесса охлаждения продуктов сгорания
6. Проводят изотерму температуры воды в т.1 до пересечения с линией f=100 %. Точка 1'.
7. Соединяют точки 1 и 1'. Точку пересечения ее с изотермой t2 обозначим 2.
8. Определяют по i-d диаграмме энтальпию и влагосодержание в т.2.
9. Находят температуру воды в т.2.
10. Проводят изотерму до пересечения с линией f=100 %. Точка 2'.
11. Аналогично выполняется расчет процесса охлаждения газов и на последующих участках.
Полезный объем контактной камеры насадочного типа в общем виде находят по формуле
,
где Q, к, Dt – количество теплоты, коэффициент теплопередачи и среднелогарифмическая разность температур газов и воды; f – коэффициент смачиваемости; f – удельная поверхность насадки, т.е. геометрическая поверхность элементов насадки, отнесенная к единице объема камеры. Коэффициент смачиваемости зависит от плотности орошения и размеров колец. Индекс "и" означает зону испарения, индекс "к" означает зону конденсации. При наличии в камере зон испарения и конденсации
Здесь – температура воды на линии насыщения.
– оборотное тепло. Если зона испарения отсутствует, то Qи=0, и теплопроизводительность контактной камеры равна теплоте конденсации.
На эффективность работы контактной камеры большое влияние оказывает режимы движения потоков газов и воды. При малой плотности орошения и небольшой скорости газов в толще насадки вода движется ламинарно в виде тонких пленок. Насадка частично смочена водой, поэтому охлаждение газов происходит на отдельных участках. Гидравлическое сопротивление при этом минимально. Этот режим соответствует участку 1 на рис.10.9. Этот режим заканчивается точкой торможения Т. При повышении плотности орошения и скорости газов наступает пленочно-струйный режим – участок 2. Поверхность насадки почти полностью смочена. При дальнейшем повышении скорости газа и плотности орошения нижние 2-3 ряда колец полностью залиты водой.
Происходит подвисание воды – т.П. Начинается третий режим – участок 3. Он характерен турбулизацией водяной пленки. При дальнейшем увеличении плотности орошения вся насадка залита водой, через которую барботируются продукты сгорания. Таким образом, вода становится сплошной средой, а газы – дисперсной. Это явление называется инверсией фаз – т.И. Участок 4 соответствует режиму эмульгирования газов. При дальнейшем увеличении плотности орошения происходит захлебывание – т.З. Вода вместе с газами выбрасывается из насадки и попадает в газоход.
Скорость газов в точке инверсии определяется по уравнению
. Режим 1 соответствует условию
< 0.45. Режим 2 соответствует диапазону
=0.45…0.85.
![]() | В точке подвисания ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
испарения. По выбранной площади сечения рассчитывается скорость газов в зоне конденсации и сравнивается со скоростью инверсии. Если найденное значение скорости больше скорости инверсии, то площадь поперечного сечения корректируется. Средняя температура продуктов сгорания определяется отдельно для обеих зон по кривой охлаждения.
.
Средний объем газов при нормальных условиях определяется по формуле
.
Величина dср определяется по кривой охлаждения при . Средний объем газов в контактной камере
.
Значение коэффициента теплопередачи для зон испарения и конденсации определяется следующим образом.
1. Определяется парциальное давление водяных паров в газах в соответствующих зонах.
,
Здесь – газовые постоянные водяного пара и сухих газов.
2. Определяется средняя температура воды
.
3. Находят давление насыщения и теплоту парообразования r при .
4. По скорости газов и их средней температуре по номограммам [6] находят a и .
5. Коэффициент теплопередачи определяется по формуле
. Знак "+" соответствует зоне испарения, знак "–" – зоне конденсации. Высота контактной камеры определяется как
. Такое значение высоты контактной камеры можно принимать при равномерном орошении водой насадки. В действительности, имеет место некоторая неравномерность, поэтому высоту контактной камеры увеличивают на 3d, где d – диаметр кольца.