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.