Вторичные энергетические ресурсы

10. Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР)

Вторичные энергетические ресурсы – это потенциал основного или промежуточного продукта, отходов, образующихся в технологических агрегатах, но не использованного в них. Этот потенциал может частично или полностью использоваться для теплоснабжения и других целей.

            Различают ВЭР избыточного давления – потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которые необходимо снижать перед их использованием на следующем этапе или выбросом в атмосферу, тепловые – физическое тепло отходящих газов технологических установок, физическое тепло основной и побочной продукции, тепло рабочих тел систем принудительного охлаждения, тепло горячей воды и пара, топливные – горючие газы плавильных печей, горючие газы процессов химической и термохимической переработки сырья, отходы деревопереработки и т.п. При использовании ВЭР экономится топливо на замещаемых установках. ВЭР могут использоваться в виде топлива, для выработки тепла с паром или горячей водой, для выработки электроэнергии.

10.1. Использование тепла уходящих газов.

            Целесообразность использования тепла уходящих газов определяется их температурой и количеством. Температура уходящих газов . Здесь  температуры горения, продуктов сгорания и технологического процесса; b – коэффициент смесеобразования, зависящий от способа подачи топлива и вида горелочных устройств. b =0.68…0.96. Количество уходящих газов определяется как .

 В – расход топлива; z – коэффициент выбивания газов из рабочей зоны; DV_в – подсосы воздуха в газоходе.

            Различают внутреннее и внешнее использование тепла уходящих газов.

1.Внутреннее (регенеративное) – для нагрева компонентов топлива или исходного сырья. При таком использовании тепла снижается расход топлива на технологический процесс, поэтому это направление использования тепла предпочтительнее.

2.Внешнее технологическое. При этом топливо экономится на технологическом агрегате.

Рекомендуемые материалы

3.Внешнее энергетическое – для выработки пара или горячей воды. Топливо экономится на ТЭЦ или в котельной.

4. Комбинированное.

В качестве утилизаторов тепла применяются котлы-утилизаторы. Котлы-утилизаторы классифицируются по:

1. температуре газов на входе в котел. Котлы с температурой газов от 400 до 900 ⁰С относятся к низкотемпературным. Котлы с температурой газов от 900 до 1100 ⁰С относятся к котлам высокотемпературной группы. В диапазоне температур  от 900 до 1100 ⁰С выбор типа котла зависит от агрегатного состояния технологического уноса. При жидком уносе применяют котлы  высокотемпературной группы, при гранулированном уносе – котлы низкотемпературной группы;

2. способу циркуляции – котлы с естественной и принудительной циркуляцией. Принудительная циркуляция позволяет применить разобщенное размещение элементов котла;

3. параметрам пара – низкие, средние, высокие;

4. компоновке.

10.1.1. Особенности котлов низкотемпературной группы

            Для этих котлов характерно пропускание большого количества газов на 1 тонну пара – V_пс/D, м³/кг. При температурах 600-650 ⁰С V_пс/D=6…8. При температурах 250 ⁰С V_пс/D=2…2.5. Для котлов с автономным сжиганием топлива V_пс/D=1.2…1.5.

            Первым по ходу газов элементом котла является пароперегреватель. Последним по ходу газов элементом является экономайзер. Испарительные пакеты выполняют из двух-трех секций. Размеры секций определяются из условия , где l – длина труб секции, D – паропроизводительность секции. Температура газов на выходе секции

.- минимальная разность температур газов и воды при температуре воды равной температуре насыщения. Обычно =80…100 ⁰С.  - снижение температуры газов при наличии экономайзера. Эта величина мала, поэтому часто котлы-утилизаторы выполняются без экономайзера. Для интенсификации процессов передачи тепла следует увеличивать скорость газов и уменьшать диаметр труб. При поперечном обтекании w=2…3.м/с, d=20…30 мм. При продольном обтекании w=6…8 м/с, d=50…60 мм.

10.1.2. Особенности котлов высокотемпературной группы.

            Первым по ходу газов элементом котла является радиационная камера охлаждения, экранированная кипятильными трубами. Газы охлаждаются до температуры 900 ⁰С. Следующим по ходу газов является воздухоподогреватель. Он может быть двухступенчатым, если нужно нагревать воздух выше 300-350 ⁰С. В этом случае в рассечку устанавливается экономайзер.

10.2. Контактные теплообменники

В контактном теплообменнике продукты сгорания топлива непосредственно соприкасаются с холодной водой. Контактные теплообменники устанавливаются только при сжигании природного газа. Контактный теплообменник может входить в состав контактного водоподогревателя, может использоваться как средство утилизации тепла продуктов сгорания. Продукты сгорания можно охладить до температуры в 35-45 ⁰С.

Контактные теплообменники бывают двух типов – с пассивной насадкой (контактные экономайзеры) и с активной насадкой (КТАНы).

В контактном экономайзере насадка обычно выполняется из керамических колец Рашига. У этих колец диаметр равен высоте. Размеры колец 25х25, 35х35, 50х50 мм. Кроме колец Рашига насадка может выполняться из витых пластин, металлических сеток, стержней, проволоки, стружки. Для защиты газохода и дымовой трубы от коррозии установлен каплеуловитель. После него газоход имеет вертикальный участок, в котором осуществляется подсушивание дымовых газов. Вода и дымовые газы движутся в режиме противотока. Разность температур воды на входе и газов на выходе может быть до 3 ⁰С.

            Контактный теплообменник с активной насадкой имеет два контура воды. Чистая вода циркулирует в трубах. Снаружи эти трубы омываются водой после их контакта с дымовыми газами. Насадка выполнена в виде трубного пучка и участвует в теплообмене. Насадка может быть одно-, двух- и трехслойной. Соответственно, можно нагревать один, два или три потока воды. Максимальная температура воды в КТАНе составляет 50-55 ⁰С. Разность температур воды и газов в любом сечении не должна быть меньше 8-10 ⁰С.

            При работе контактных теплообменников отходящие газы охлаждаются ниже температуры точки росы. Это позволяет использовать теплоту конденсации водяного пара продук

тов сгорания. В результате эксплуатационный КПД доходит до 95-96 %, считая по высшей теплоте сгорания топлива. Величину скрытой теплоты конденсации определяют по формуле

            ,

где r – скрытая теплота конденсации водяных паров в продуктах сгорания 1м³ природного газа;  - влагосодержание отходящих газов в расчете на 1 кг сухих продуктов сгорания, кг/кг;  - плотность сухих отходящих газов, кг/м3;  - объем сухих отходящих газов при полном сгорании 1м³ природного газа, м³/ м³. При =1  =4010 кДж/м³. С увеличением коэффициента избытка воздуха  меняется незначительно. Воду в контактном экономайзере можно нагреть до температуры 55-65 ⁰С.

            Вода в контактной камере может быть нагрета до определенного предела – температуры мокрого термометра - tм. Вода в контактной камере стекает сверху вниз в виде тонких пленок.

Нагретые дымовые газы движутся вверх и при этом нагревают воду. Предположим, что в сечении ВС вода достигает максимальной температуры tм и затем до сечения АD не меняют температуру. В зоне АВСD газы находятся в ненасыщенном состоянии. Рассмотрим случай, когда отсутствует термодинамическое равновесие между водой и газами (рис.10.1,а). Пленка воды имеет малую толщину, т.о. можно пренебречь изменением температуры по ее толщине. Пленка воды и газы могут находиться как в состоянии термодинамического равновесия, так и в неравновесном состоянии. В зоне ABCD будет наибольшая разность температур  и наибольшая разность парциальных давлений водяных паров над пленкой воды и в толще газов . Так как в зоне ABCD температура воды не меняется, то все тепло от газов идет на испарение воды. Т.е., в этой области ABCD устанавливается динамическое равновесие

           

            ,                                                                           (10.1)

a – коэффициент теплоотдачи между водой и газами; b – коэффициент массоотдачи; dм и dг – влагосодержание смеси и газов; r – теплота парообразования. Процесс испарения, при котором все тепло идет на испарение и вместе с парогазовой смесью возвращается в поток газов называется адиабатическим испарением, а tм – температура адиабатического испарения – не что иное, как температура мокрого термометра. Из (10.1) видно, что tм зависит от начальной температуры газов, влагосодержаний смеси газов и пара над пленкой  и продуктов сгорания вдали от пленки.

            Рассмотрим случай, когда между пленкой воды и газами существует термодинамическое равновесие. В сечении ВС вода достигает максимальной температуры tм и далее не нагревается. Продукты сгорания в сечении AD находятся в ненасыщенной состоянии. Двигаясь вверх они насыщаются парами воды и к сечению ВС достигнут температуры адиабатического насыщения. Будем считать, что стенки камеры адиабатные – потерь тепла в окружающую среду нет. Баланс тепла процесса охлаждения газов

             - начальная энтальпия продуктов сгорания с температурой tн на входе;

             - тепло влаги, испаренной из массы воды с температурой  tм в поток продуктов сгорания в зоне ABCD;

             - конечная энтальпия газов с температурой tм.

Таким образом,

+=.                                                (10.2)

Характер процесса охлаждения продуктов сгорания зависит от значения температуры воды в момент соприкосновения с газами. Анализ процесса охлаждения газов удобно провести в i-d диаграмме продуктов сгорания.

                        а)                                                                               б)

            Рис.10.4. i –d диаграмма

а) Построение i –d диаграммы;  б) Режимы охлаждения продуктов сгорания в камере

Точка А на диаграмме соответствует состоянию продуктов сгорания на входе в камеру. При соприкосновении с водой нагретые газы охлаждаются и при этом нагревают воду. Характер процесса охлаждения зависит от температуры воды на выходе из камеры.

            Предположим, что температура воды ниже температуры точки росы продуктов сгорания. Процесс охлаждения в данном случае показан кривой 1. Так как парциальное давление водяных паров в массе газов выше парциального давления водяных паров над пленкой воды, то в процессе охлаждения влагосодержание газов будет уменьшаться. Т.е. водяной пар в продуктах сгорания будет конденсироваться. При этом с самого начала процесса охлаждения выделяется скрытая теплота парообразования.

            Пусть теперь температура воды на выходе из камеры выше температуры точки росы, но ниже температуры мокрого термометра. Процесс охлаждения показан кривой 2. Парциальное давление водяных паров в газах ниже парциального давления паров  на пленкой воды. Поэтому влагосодержание газов увеличивается (отрезок А-К на кривой 2). В точке К температура продуктов сгорания равна температуре точки росы (т.К находится на пересечении линии d=const и f=100 %). На отрезке К-М происходит конденсация водяного пара из продуктов сгорания, причем в воду переходит вся вода, которая испарилась в продукты сгорания на отрезке А-К. Тепло, которое при этом выделяется равно теплу, затраченному на их испарение, поэтому оно не влияет на КПД аппарата и называется оборотным теплом.

            Рассмотрим процесс охлаждения в случае, когда температура воды на выходе из камеры равна температуре мокрого термометра. Процесс охлаждения показан кривой 3. На отрезке А-F процесс идет по линии мокрого термометра. Газы охлаждаются и одновременно увлажняются. Двигаясь вверх по камере продукты сгорания охлаждаются и с т.F температура воды становится меньше температуры мокрого термометра, но выше температуры точки росы. На отрезке F-N процесс идет так же, как и на отрезке A-K кривой 2. Т.N соответствует температуре вторичной точки росы.

            Лучшим вариантом проведения процесса охлаждения является кривая 1. В этом случае не возникает оборотного тепла. Тепло конденсации сразу идет на нагрев воды. Но так получается, если вода в контактной камере не нагревается выше 57-59 ⁰С. Иначе процесс охлаждение будет протекать по кривой 2 или 3.

            Если парциальные давления водяных паров в газах и над пленкой воды равны, то массообмена нет. Количество тепла, которое получает вода равно

                                                                                                               (10.3)

- количество тепла, передаваемое от газов к воде за счет конвекции (сухой теплообмен). Если парциальные давления водяных паров над пленкой воды и в газах различны, то могут идти процессы испарения или конденсации. Массообмен можно представить в виде

                                                                                                           (10.4)

b – коэффициент массоотдачи. Количество тепла в результате массообмена есть

            .                                                                                                           (10.5)

Результирующее количество тепла, которое передается от продуктов сгорания к воде есть

.                                   (10.6)

В зависимости от конечной температуры нагрева воды контактную камеру можно разбить на одну, две или три зоны.

1. Конечная температура воды меньше температуры точки росы продуктов сгорания. В контактной камере будет одна зона конденсации. С самого начала контакта воды с газами будет происходить конденсация водяных паров из продуктов сгорания и полностью будет использоваться теплота конденсации. На любом участке конденсационной зоны общее количество тепла, переданного от газов к воде равно

.

Характер сухого и мокрого теплообмена показан на рис.10.5.

2. Конечная температура воды . В этом случаев контактной камере будет создаваться зона испарения и зона конденсации. Зона испарения всегда создается на нижнем участке камеры, где вода имеет максимальную температуру. При контакте с нагретой водой газы будут охлаждаться и при этом одновременно будут насыщаться парами воды. В зоне испарения контактный нагрев воды идет за счет сухого теплообмена. Мокрый теплообмен является отрицательной величиной. Общее количество тепла, переданное в зоне испарения равно

            .

                                   а)                                                                               б)

Рис.10.5. Изменение температуры, парциального давления (а) и сухой и мокрой теплоты воды и газов (б)

По мере продвижения вверх по контактной камере температура газов будет снижаться, влагосодержание увеличиваться до тех пор, пока парциальные давления водяных паров в газах и над пленкой воды не сравняется. Этот момент для газов соответствует вторичной точке росы. В этом месте заканчивается зона испарения и начинается зона конденсации. При дальнейшем продвижении по контактной камере температура и влагосодержание газов уменьшается. Процесс в двухзонной камере изображен на рис.10.6.

 Рис.10.6. Изменение температуры и парциального давления паров (а), сухой и мокрой теплоты газов и воды (б) в двухзонной контактной камере

            В зоне испарения количество тепла, отданное сухим теплообменом от газов к воде  измеряется площадью OBCD. Часть этого тепла (CDE) идет на испарение воды. Теплосодержание образовавшихся водяных паров в виде оборотного тепла  представлено площадью ABO. Результирующее количество тепла , воспринятое водой от газов в зоне испарения (OBCE) равно .

             -                    -          

            В зоне конденсации общее количество тепла, которое воспринимается водой от газов

.

  - величина сухого теплообмена – площадь ВМС;  - оборотное тепло в виде мокрого теплообмена, возникающего за счет конденсации водяных паров в зоне испарения; - величина мокрого теплообмена, возникающего при конденсации водяных паров в продуктах сгорания – площадь МКF. Общее результирующее количество тепла  в зоне конденсации – площадь БМЖС.

3. Если температура воды равна температуре мокрого термометра, то контактную камеру по высоте можно разделить на три зоны – первую и вторую зоны испарения и зону конденсации.

В первой зоне вода нагрета до t_м. При контакте ее с газами идет интенсивное испарение воды в поток газов и их охлаждение. В первой зоне идет интенсивный "сухой" теплообмен между газами и водой.

             - площадь ABCD на рис.10.7. Величина сухого теплообмена -  - площадь OCMN на рис.10.7. Величина мокрого теплообмена rDG – площадь OCEF.

= rDG.

Рис.10.7. Изменение температуры и парциального давления (а) и теплообмена (б) по высоте контактной камеры.

Во второй зоне происходит нагрев и испарение воды. Температура воды меньше температуры мокрого термометра. Результирующее количество тепла во второй зоне

            .

В зоне конденсации вода нагревается за счет

1.Сухого тепла газов -  - площадь KBLЗ.

2. Оборотного тепла от конденсации водяного пара, испарившегося в поток газов в первой и второй зонах испарения

 - площадь KDИ.

3. Мокрого тепла от конденсации паров воды из продуктов сгорания

 - площадь LЖИ.

 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 и кислород и дополнительное количество азота.

;     .

Величина влагосодержания d_н дымовых газов на входе в контактную камеру можно определить по массовым расходам сухих и влажных газов – G_сг и G_вг.

;     .

Тогда влагосодержание определяется как

            . Температура газов на входе в камеру – t_н – определяют по результатам теплового расчета котла.

            Тепловой расчет контактного экономайзера.

            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 t_н на входе и t_к на выходе; d_н, d_к – влагосодержание газов на входе и выходе; B – расход топлива; G_сг – 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; p_п – 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.

.

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.

.

Рис.10.8. Графический расчет процесса охлаждения продуктов сгорания

10. По температуре и влагосодержанию дымовых газов на входе в камеру на i-d диаграмму наносят точку А.

11. Проводят изотерму  на выходе из камеры до пересечения с линией f=100 %. Точка В.

12. Проводят линию АВ. Точку пересечения линии АВ с изотермой t₁ обозначим 1.

13. По i-d диаграмме определяют энтальпию и влагосодержание газов в т.1.

14. Определяют температуру воды в т.1.

.

15. Проводят изотерму температуры воды в т.1  до пересечения с линией f=100 %. Точка 1'.

16. Соединяют точки 1 и 1'. Точку пересечения ее с изотермой t₂ обозначим 2.

17. Определяют по i-d диаграмме энтальпию и влагосодержание в т.2.

18. Находят температуру воды в т.2.

.

19. Проводят изотерму  до пересечения с линией f=100 %. Точка 2'.

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 Q_и=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.

Рис.10.9. Гидродинамические режимы и переходные точки в насадке

            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 =0.85. Участки 3 и 4 соответствуют =1. Скорость газов в контактной камере не должна превышать скорость инверсии.

            Плотность орошения определяется как ,    - площадь поперечного сечения контактной камеры;  - средний объем продуктов сгорания, определенный при их средней температуре. Если в контактной камере две зоны, то поперечное сечение определяется по параметрам зоны 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 d_ср  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 воды 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 [] 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.

Тепловой расчет КТАНа.

            Параметры воды, нагреваемой в КТАНе, зависят от возможного использования ее в котельной. Можно нагревать воду – сырую или после водоподготовки, подпиточную воду, воду для горячего водоснабжения, для технических и иных нужд. Трубный пучок может иметь несколько независимых рядов трубок, т.е., можно нагревать различные потоки воды. В этом случае ряды труб располагаются в соответствии с выходными температурами нагреваемой воды. Холодные - сверху, горячие – снизу. В расчетах сначала определяют температуру рядов после первого по ходу газов ряда трубок. Разность температур газов и воды на выходе из предыдущего ряда, а также на входе в последующий ряд должна быть не менее 8-10 ⁰С. Если это условие не выполняется, то уменьшают тепловую нагрузку ряда и повторяют расчет.

            Температуру газов и их влагосодержание на выходе из ряда труб можно найти по номограмме  [] по известному изменению энтальпии газов , где Q_i – теплопроизводительность ряда.

            Если теплопроизводительность котла с подключением КТАНа меняется, то нужно выполнить перерасчет расхода топлива. Действительный расход топлива в котле

            . Здесь Q_кот – теплопроизводительность котла; - теплопроизводительность КТАНа.

            Расчет поверхности насадки КТАНа проводят для каждого ряда отдельно. Поверхность данного ряда трубок

            . Здесь  - среднелогарифмическая разность температур воды и газов; k_i – коэффициент теплопередачи.

            . Коэффициент f₁=0.8…1.0 учитывает термическое сопротивление отложений внутри трубок; коэффициент f₂=0.98…1.0 учитывает термическое сопротивление отложений на наружной поверхности труб. В насадке КТАНа используются трубки с наружным диаметром 20 мм с толщиной стенки 2 мм. Со стороны газов коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

            , где - скорости газов и воды, соответственно. Принимают скорость газов 6…10 м/с, скорость воды – до 3 м/с. При коэффициенте избытка воздуха a до 1.3 А₁=116.3, при a > 1.3 А₁=104.7.

            Со стороны воды ,    вт/м^{2 0}С.

Насадка КТАНа может выполняться из змеевиков или из пакета с трубными досками. Число рядов змеевиков равно 4,6,8,10… Проходное сечение для газов

            .

Рис.10.10. Схема трубного пучка

Расход орошающей воды равен (6…8)(l' + b) м³/ч.

Аэродинамический расчет контактного теплообменника.

            Применение контактного теплообменника (КТ) возможно при наличии дымососной тяги. Размещают КТ на всасывающей стороне дымососа индивидуально к каждому котлу. При выборе оборудования нужно предусмотреть обводной газоход для отвода дымовых газов при отключении КТ или для пропуска части горячих газов для подсушивания влажного газа после КТ. При установке КТ можно заменить дымосос на более высоконапорный или сохранить прежний. В этом случае аэродинамическое сопротивление КТ не должно превышать DH дымососа при работе на горячих и охлажденных продуктах сгорания. Разность напоров при переходе дымососа к новому режиму работы на охлажденных газах можно определить по формуле

            . Здесь H_д – напор дымососа до установки КТ. Проще всего оставить прежний дымосос, поэтому аэродинамическое сопротивление КТ не должно превышать DH_д.

Ещё посмотрите лекцию "2. Англо-норманнская литература" по этой теме.

            Потери напора КТ складываются из потерь напора: на входе в КТ; при проходе газов через орошающую насадку; при проходе газов через пассивную или активную насадки; при повороте газового потока на 90⁰; в каплеуловителе. Потери напора на местных сопротивлениях определяются по формуле д'Арси - , где - динамический напор.

Коэффициенты гидравлического сопротивления  для каждого из вышеперечисленных видов потерь напора определяются, например, по данным []. При проходе газов через орошающую насадку , где -число рядов труб по глубине пучка; =0.4;  - определяется по номограмме в []. При проходе через активную насадку

. Здесь  - определяют по номограмме из []; Z₂ – число труб по глубине пучка (определяется в тепловом расчете); C_s, C_d – коэффициенты, зависящие от диаметра трубок, шагов трубок по ширине S₁ и глубине S₂ пучка. S₁=a – из теплового расчета; S₂=(0.75…1.0)d. C_s, C_d – определяются по номограмме [].

Гидравлический расчет КТАНа.

            Потери давления в насадке КТАНа состоят из линейных и местных потерь. Линейные потери давления определяются по формуле . Местные потери давления определяются по формуле . Значения коэффициента линейных потерь  определяются в соответствии с режимом течения воды в трубках и относительной шероховатостью стенок. Коэффициент местного гидравлического сопротивления  определяют в соответствии с видом местного сопротивления.