ПроектНИИстройдормаш
Ростовский государственный строительный университет Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина

Ростовская государственная академия архитектуры и искусства

РЕКОМЕНДАЦИИ

по применению утилизаторов теплоты воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией, и теплоты дымовых газов на промышленных предприятиях отрасли строительного и дорожного машиностроения

Ростов-на-Дону, 2000

Содержание

Рекомендации предназначены для специалистов в области проектирования предприятий строительного и дорожного машиностроения, а также работников энергетических служб предприятий.

В составлении рекомендаций участвовали: ПроектНИИстройдормаш:

Главный специалист отдела Ткаченко Л.А. (раздел 1) Ростовский государственный строительный университет: профессор, д.т.н. Новгородский Е.Е. (разделы 1, 2, 3) Московский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина:

доцент, к.х.н. В.А. Широков (разделы 1, 2) Ростовская государственная академия архитектуры и искусств: доцент, к.т.н. Василенко А.И. (разделы 1, 4, 5).

1. ОБЩИЕ ДАННЫЕ

1.1. Настоящие Рекомендации разработаны в развитие «Рекомендаций по применению утилизаторов тепла воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией, и тепла дымовых газов на промышленных предприятиях отрасли» (вторая редакция), 1986 г., и предназначены для применения при проектировании установок утилизации теплоты на предприятиях строительного и дорожного машиностроения.

1.2. Утилизация теплоты вентиляционного воздуха.

1.2.1. Целесообразность установки и выбор типа теплоутилизационных устройств и систем должен определяться на основании технико-экономического расчета с учетом требований государственных стандартов, а также строительных норм и правил.

1.2.2. Для нагрева (охлаждения) приточного воздуха в воздуховоздушных теплоутилизаторах (без промежуточного теплоносителя) не допускается использовать воздух общеобменной и местной вентиляции:

удаляемый из помещений с производствами категорий А, Б или Е, а также в местных отсосах, удаляющих взрывоопасные и легковоспламеняющиеся вещества, горючие газы или пары;

содержащие осаждающиеся (конденсирующиеся) на поверхностях теплообмена теплоутилизаторов вредные вещества 1, 2 и 3 класса опасности;

содержащие болезнетворные бактерии, вирусы и т.п. или имеющие резко выраженные неприятные запахи.

1.2.3. Теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем допускается применять для нагревания приточного воздуха без ограничения.

1.2.4. Конструкции устройств для утилизации теплоты вентиляционного воздуха представлены в [1].

1.3. Утилизация теплоты дымовых газов.

1.3.1. Источниками дымовых газов для утилизации теплоты на предприятиях отрасли являются нагревательные печи кузнечных цехов с температурой дымовых газов 1000-1100 °С, термические печи термических и термообрубных цехов и участков с температурой дымовых газов 600-800 °С, плавильные агрегаты в литейном производстве с температурой дымовых газов 800-900 °С, различные сушила и стенды для сушки ковшей в литейных цехах с температурой дымовых газов 300-400 °С, промышленные котельные с температурой дымовых газов 150-200 °С.

1.3.2. Схемы использования теплоты продуктов сгорания условно делятся на два типа:

замкнутые, для нагрева воздуха, подаваемого для сжигания газа в тепловых агрегатах (котел, печь);

разомкнутые, с использованием теплоты продуктов сгорания вне топливопотребляющего агрегата (в низкотемпературном агрегате или для получения пара, горячей воды, нагретого воздуха и пр.).

1.3.3. При использовании разомкнутой схемы рекомендуется:

подача продуктов сгорания в котел-утилизатор, вырабатывающий насыщенный пар;

подача дымовых газов в наружный рекуперативный или трубчатый воздухонагреватель для подогрева наружного воздуха для целей отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха;

установка последовательно по ходу продуктов сгорания воздухоподогревателя и контактного водоподогревателя (ступенчатое использование теплоты). Воздух, нагретый в воздухоподогревателе, рекомендуется использовать для воздушного отопления производственных помещений, вода, нагретая в контактном водоподогревателе может накапливаться в баках аккумуляторах и использоваться для нужд горячего водоснабжения;

подача продуктов сгорания с температурой не выше 200 °С (от котельных агрегатов) в контактный экономайзер с активной насадкой для получения горячей воды для нужд горячего водоснабжения;

подача продуктов сгорания в водоподогреватель для получения горячей воды, используемой в системах отопления бытовых или небольших производственных помещений.

1.3.4. Принципиальные схемы теплоутилизирующих установок для предприятий отрасли представлены в [2].

1.3.5. При проектировании установок утилизации теплоты продуктов сгорания подлежат разработке следующие вопросы:

эффективность и качественное сжигание газа в головных агрегатах;

отвод продуктов сгорания газа из головного агрегата и транспортировка их в последующие теплоиспользующие агрегаты;

удаление продуктов сгорания из хвостового агрегата;

применение систем автоматики безопасности и регулирования, обеспечивающих эффективную и безопасную работу установок в случаях

отключения одного или нескольких агрегатов, а также при работе головного агрегата в нестационарных режимах эксплуатации;

организация контроля основных параметров работы агрегатов при осуществлении технологических процессов;

согласование режимов работы дымососов и вентиляторов теплоутилизирующих установок с технологическими требованиями к режимам работы теплоиспользующего оборудования;

экономия электроэнергии на привод дымососов и вентиляторов теплоутилизирующих установок;

оптимизация линий связи установок;

мероприятия по охране труда и техники безопасности.

1.4. Для экономии электроэнергии на привод дымососов и вентиляторов теплоутилизирующих установок рекомендуется:

устанавливать нагнетатели на участках установок с максимальной плотностью транспортируемой среды;

в целях сокращения подсосов воздуха в газоходы и воздуховоды установок в необходимых случаях предусматривать последовательную установку нагнетателей;

при проектировании систем воздушного отопления, сопряженных с трактом продуктов сгорания газа, предусматривать установку вентилятора до воздухонагревателя, и проектировать систему так, чтобы аэродинамическое сопротивление ее участка, расположенного после воздухонагревателя, было минимальным.

1.5. Утилизация теплоты систем оборотного водоснабжения.

1.5.1. Используемые на заводах отрасли системы оборотного водоснабжения нуждаются в совершенствовании из-за значительных потерь теплоты при охлаждении нагретой воды в градирнях. Поэтому рекомендуется использовать в системах оборотного водоснабжения тепловых насосов на основе бромисто-литиевых абсорбционных холодильных машин, что даст возможность использовать сбрасываемую теплоту для нагрева воды до температуры 50-55 °С для нужд горячего водоснабжения.

1.5.2. Выбор типа теплонасосной установки необходимо производить на основе технико-экономического анализа с учетом потребности предприятия в горячем водоснабжении.

1.5.3 При необходимости выработки на предприятии одновременно теплоты и холода рекомендуется применять тепловые насосы. В большинстве случаев одновременная выработка теплоты и холода тепловыми насосами более эффективна в энергетическом отношении, чем их раздельное получение на традиционных установках, так как в этом случае необратимые потери энергии в холодильном цикле используются для получения теплоты, отдаваемой потребителю.

2. ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРЫ ДЛЯ УСТАНОВОК УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

2.1. Разработанные ведущими организациями страны Теплопроектом и Гипромезом установки для утилизации теплоты дымовых газов предназначены для использования с технологическим оборудованием большой производительности (доменные печи, коксовые батареи, мартеновские печи и т.д.), что затрудняет их применение в условиях отрасли, поэтому, в принципиальных схемах утилизации теплоты на предприятиях отрасли рекомендуется применять следующее оборудование:

котлы-утилизаторы газотрубные типа «Г» Белгородского завода энергетического машиностроения;

воздухоподогреватели ВР-1 чугунные секционные рекуперативные с игольчатыми поверхностями нагрева по газовой и воздушной сторонам;

воздухоподогреватели ВР-2 чугунные секционные рекуперативные с поверхностями нагрева волнистой по газовой и игольчатой по воздушной сторонам;

воздухоподогреватели трубчатые (ВТ);

контактные аппараты с активной насадкой (КТАН);

водоподогреватели трубчатые системы РИСИ;

поверхностные теплообменники типа КСК.

2.2. Котлы-утилизаторы газотрубные типа «Г» предназначены для выработки насыщенного пара, который направляется в сеть предприятия или используется для приготовления горячей воды.

2.2.1. Котлы-утилизаторы могут применяться при температуре продуктов сгорания 1000-1200 °С и количестве их 8000-15000 нм³/ч.

2.2.2. Для обеспечения нормальной работы котлов утилизаторов необходима стабильная подача продуктов сгорания в течение суток, расположение их как можно ближе к источнику тепловых ресурсов, обеспечение минимальных подсосов холодного воздуха в печах и газоходах.

2.2.3. При проектировании установок котлов-утилизаторов необходимо пользоваться требованиями, изложенными в «Указания и нормы технологического проектирования и технико-экономические показатели энергохозяйства предприятий черной металлургии, т. 6».

2.3. Воздухоподогреватель ВР-1.

2.3.1. Воздухонагреватель предназначен для подогрева наружного воздуха, предназначенного для систем воздушного отопления и вентиляции производственных помещений.

2.3.2. Воздухоподогреватель предназначен для использования при температуре продуктов сгорания 600-900 °С и их незначительной запыленности.

2.3.3. Технические характеристики воздухоподогревателя приведены в [2], теплотехнический расчет воздухонагревателя следует выполнять на основе методики, изложенной в [3].

2.4. Воздухоподогреватель ВР-2.

2.4.1. Назначение воздухоподогревателя аналогично назначению воздухоподогревателя ВР-1.

2.4.2 Волнистая поверхность нагрева воздухоподогревателя по газовой стороне допускает его применение для охлаждения запыленных продуктов сгорания.

2.4.3. Конструкция воздухоподогревателя представлена в [2], теплотехнический расчет следует выполнять на основе методики, приведенной в [3].

2.5. Воздухоподогреватель ВТ.

2.5.1 Назначение воздухоподогревателя аналогично назначению воздухоподогревателей ВР-1 и ВР-2.

2.5.2 Воздухонагреватель может использоваться при температуре продуктов сгорания до 400 °С при их незначительной запыленности.

2.5.3. Теплотехнический расчет воздухонагревателя выполняется на основе методики, изложенной в [3].

2.6. Контактный аппарат с активной насадкой (КТАН).

2.6.1. Контактный аппарат является устройством рекуперативно-смесительного типа и предназначен для подогрева воды продуктами сгорания газа. Вода, подогретая до температуры 50-55 °С, накапливается в баках- аккумуляторах и используется для нужд горячего водоснабжения предприятия.

2.6.2. Контактный аппарат может использоваться при температуре продуктов сгорания до 200 °С (продукты сгорания после котельного агрегата или воздухоподогревателя).

2.6.3. Номенклатурный ряд контактных аппаратов и методика их расчета приведены во «Временных технических условиях на проектирование котельных с использованием вторичных энергоресурсов».

2.7. Теплоутилизаторы АЭ.

2.7.1. Назначение теплоутилизаторов аналогично назначению контактных аппаратов КТАН.

2.7.2. Технические характеристики теплоутилизаторов приведены в [2].

2.8. Водоподогреватель системы РИСИ.

2.8.1. Водоподогреватель является аппаратом рекуперативного типа и предназначен для подогрева воды продуктами сгорания газа с температурой 700-900 °С.

2.8.2. Максимальная температура нагрева воды в водоподогревателе 150 ОС.

2.8.3. Конструкция водоподогревателя и его технические характеристики приведены в [2], методика теплотехнического расчета представлена ниже.

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ РИСИ

Исходные данные:

1. Параметры нагреваемой воды 150-70 °С;

2. Параметры продуктов сгорания 900-250 °С;

Количество продуктов сгорания:

а) для теплообменника № 1 - 900 нм³/ч.;

б) для теплообменника № 2 расчет ведется на две производительности - 1500 и 3000 нм³/ч.

Расчеты производятся параллельно для всех указанных случаев. Количество теплоты, отдаваемого продуктами сгорания, Q_р, определяется по формуле:

Q_р = G_г(I'-II'');

где G_r - массовый расход продуктов сгорания;

I', II" - энтальпия продуктов сгорания на входе и выходе из воздухоподогревателя соответственно.

Часть теплоты теряется при прохождении продуктов сгорания через теплообменник. Теплота теряется также при подходе газов к теплообменнику, через его обмуровку. Эти потери составляют до 10 % расчетной теплоты продуктов сгорания.

Поэтому фактическая теплоотдача продуктов сгорания составляет 90 % от расчетной:

Q = 0,9Q_p.

Количество нагреваемой воды определяется по формуле:

где c_w - теплоемкость воды, кДж/ кг °С;

t'_, t" - соответственно начальная и конечная температуры нагреваемой воды, °С.

Живое сечение для прохода воды в пакете труб теплообменника f м², составляет:

для подогревателя № 1 - 1,06·10³ м²,

для подогревателя № 2 - 1,59·10³ м².

Скорость движения воды по трубам

где V_b - объемный расход воды, м³/с.

Рекомендуемая минимальная скорость воды в трубах 0,35 м/с.

Определение средней логарифмической разности температур производится по формуле:

В схеме принят противоток. В этом случае:

Δt_s,= 900-70 = 830°С;

Δt_н = 250-150 = 100 °С.

Полученное значение одинаково для всех рассматриваемых случаев. Определение коэффициента тепловосприятия для воды, a_w.

Расчетные данные:

Средняя температура воды (150+70):2 = 110 °С.

Коэффициент теплопроводности λ_w = 0,685 Вт/( м ч).

Коэффициент кинематической вязкости v_w = 0,272·10⁶ м²/ч.

Внутренний диаметр трубы d_w = 0,026 м.

Температура стенки трубы 140 °С (принимается).

Критерий Прандля по температуре жидкости Pr_w = 1,6.

Критерий Прандля по температуре стенки Pr_cт = 1,26.

Величина а_w определяется критерием Нуссельта:

NU_w=α_wd_w/λ_w

Характер движения воды определяется критерием Рейнольдса. Так как для всех рассматриваемых случаев режим движения турбулентный, то

Для получения точного значения величины NU_W необходимо ввести к полученным значениям коэффициент ε_r, учитывающий змеевиковый характер поверхности тепловосприятия.

ε_R=1,71

Действительные значения критерия Нуссельта:

NU_w=ε_RNU^’

Коэффициент теплоотдачи жидкости определяется по формуле:

α_w=NU^’λ_w/d_w

Расчетные значения коэффициента a_w приведены в табл. 3.1.

Табл.3.1

Расчетные значения коэффициента a_w

Определение коэффициента теплоотдачи для продуктов сгорания, а_Г.

Расчетные данные:

Средняя температура продуктов сгорания (900+250): 2 = 575 °С.

Коэффициент теплопроводности λ_w = 0,072 Вт/( м ч).

Коэффициент кинематической вязкости v_w = 89,3·10⁶ м²/ч.

Наружный диаметр трубы dr = 0,032 м.

Приведенная степень черноты системы ε =0,55.

Коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела

С_о = 5,7Вт/м²°С.

Живое сечение для прохода продуктов сгорания f_г составляет для подогревателя № 1 0,24 м², для подогревателя № 2 - 0,34 м².

Скорость продуктов сгорания:

W=V_г/f_г

Скорость продуктов сгорания, соответствующая их средней температуре:

Величина коэффициента а_Г определяется как сумма коэффициентов теплоотдачи конвекцией, а_к, и лучеиспусканием, а_Δ.

Величина а_к определяется по критерию Нуссельта NUr

Значение NU_Г определяется по формуле:

где ε_а - поправка на порядковый номер ряда.

Для первого ряда ε_а = 0,6, для второго ряда ε_а =0,7, для последующих рядов ε_а = 1,0.

Режимы движения продуктов сгорания в первых двух случаях ламинарные, в третьем - турбулентный.

Средний коэффициент теплоотдачи всего пучка определяется по формуле:

где F_K - соответствующие поверхности труб, м².

Для подогревателя № 1 для первого и второго рядов F_K = 0,279 м², F_K последующих рядов равна 5,022 м², общая поверхность равна 5,58 м².

Для подогревателя №2 для первого и второго рядов F_K = 0,486 м², F_K последующих рядов равна 8,748 м², общая поверхность равна 9,72 м².

Коэффициент теплопередачи лучеиспусканием определяется по формуле:

α_Δ=εС₀θ

где θ - температурный коэффициент, принятый при средней температуре продуктов сгорания 575 °С и температуре поверхности трубы 140 °С равным θ = 12,0.

Данные по расчету коэффициента а_Г приведены в табл. 3.2.

Табл. 3.2

Данные по расчету коэффициента а_Г

Определяется коэффициент теплопередачи (термическим сопротивлением металлических стенок можно пренебречь):

Расчетная поверхность нагрева

Для обеспечения требуемой поверхности нагрева водоподогреватели компонуются по два в каждом месте установки. При этом для подогревателя № 1 действительную активную поверхность имеют 11,16 м², для подогревателей №2 и № 3 - 19,44 м².                                     

Результаты теплового расчета теплообменников представлены в табл.3.3.

Расчет гидравлического сопротивления подогревателя по воде.

Общее сопротивление по воде определяется по формуле:

Общая длина прямых участков в одном ходу:

а) для теплообменника № 1 равна 25,0 м;

б) для теплообменника № 2 - 30,0 м.

Местные сопротивления:

а) для теплообменника № 1 внезапное расширение - 1(ξ = 1,0)

внезапное сужение - 1 (ξ = 0,6)

колено - 54 (ξ = 0,6)

отвод - 10(ξ = 0,3)

б) для теплообменника № 2:

внезапное расширение - 1 (ξ = 1,0)

внезапное сужение - 1 (ξ = 0,6)

колено - 36 (ξ = 0,6)

отвод - 6 (ξ = 0,3)

Плотность воды при средней температуре равна ρ = 951 кг/м³

Результаты расчета гидравлического сопротивления теплообменников по воде приведены в табл. 3.3.

Расчет аэродинамического сопротивления теплообменников по продуктам сгорания производится по формуле

Величина ξ определяется формулой

ξ = (4 + 6,6m)Re^-28_Г

где т - число рядов труб по ходу продуктов сгорания, т = 20.

Плотность продуктов сгорания при их средней температуре равной 575 °С составляет р = 0,418 кг/м³.

Результаты расчетов по определению аэродинамического сопротивления теплообменников приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Основные результаты расчета теплообменников

4. МЕТОДИКА ТЕПЛО-АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЛИНИЙ СВЯЗИ УСТАНОВОК КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Целью расчета является определение оптимальных размеров поперечного сечения линии связи и толщины слоя теплоизоляции. При этом обязательным условием является индустриальность конструкции линии связи и стандартность ее элементов.

Оптимизация линии связи, состоящей из последовательных участков с различными параметрами транспортируемой среды, сводится к оптимизации каждого из участков линии связи, которая выполняется в следующей последовательности.

Условие оптимальности тепло-аэродинамического расчета линии связи соответствует минимуму приведенных затрат, П, руб., на ее устройство и эксплуатацию [2, 4]:

где K_v - стоимость газоходов, руб;

Т_о - срок окупаемости капитальных вложений, год;

- стоимость электроэнергии, затраченной на перемещение транспортируемой среды по сети, руб./год.

m₁ - коэффициент, определяющий величину отчислений на восстановление основных фондов от капитальных затрат;

m₂ - коэффициент, определяющий величину отчислений на текущий и капитальный ремонты от капитальных затрат;

m₃- коэффициент, определяющий величину отчислений на управление, технику безопасности, охрану труда от величины эксплуатационных расходов.

Минимуму приведенных затрат, определяемых формулой (4.1), соответствует зависимость:

где ΔР - потери давления транспортируемой среды на участке, Па;

ΔP_tr - потери давления на трение на участке, Па;

V - средний объемный расход транспортируемой среды на участке, м³/с;

d, l, δ_Г, p_m - диаметр, длина, толщина стенки и плотность материала коммуникации соответственно, м;

p_iz - плотность теплоизоляционного материала, м;

Т^’, Т" - температуры транспортируемой среды в начале и конце участка, °С;

t_o - температура окружающей среды, °С.

Комплексы θ, θ', θ'', θ"' определяются зависимостями:

где С_э - стоимость 1 кВт ч электроэнергии, руб./кВт ч;

C_v- удельные затраты на устройство газоходов, руб./кг;

C_iz - удельные затраты на устройство тепловой изоляции, руб./кг;

C_t - удельная стоимость топлива, руб./нм³;

n_v - число часов работы установки, ч./год;

η_v - КПД дымососа;

λ_iz - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, Вт/м °К;

Q^p_n - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

На первом этапе расчета определяются исходные данные. Их можно условно разделить на экономические, аэродинамические, теплотехнические и эксплуатационные.

К параметрам, составляющим экономическую группу исходных данных относятся:

- затраты на сооружение 1 кг газохода;

- затраты на устройство 1 кг тепловой изоляции;

- стоимость 1 кВтч электроэнергии;

- стоимость 1н/м³ топлива;

- срок окупаемости капитальных вложений;

- коэффициенты m₁, m₂, m₃.

К аэродинамическим, теплотехническим и эксплуатационным параметрам относятся:

- длина газохода;

- толщина стенки газохода;

- средний объемный расход транспортируемой среды на участке;

- температуры транспортируемой среды в начале и конце расчетного участка;

- температура окружающей среды:

- температура транспортируемой среды во входном патрубке дымососа;

- вид и количество местных сопротивлений на расчетном участке;

- коэффициент теплопроводности изоляции;

- плотность тепловой изоляции;

- теплотворная способность топлива;

- коэффициент полезного действия дымососа;

- число часов работы установки в год.

На втором этапе определяются значения коэффициентов N', N" по формулам (4.2), (4.3).

На третьем этапе определяются значения коэффициентов θ, θ', θ'', θ"' по формулам (4.5) - (4.8).

На четвертом этапе определяется оптимальная толщина слоя тепловой изоляции по формуле:

На пятом этапе определяются численные значения комплекса

, рассчитанного для каждого участка сети.

На шестом этапе, задаваясь рекомендуемыми значениями скорости потока, определяют диаметр газохода, а также потери давления на трение, потери давления в местных сопротивлениях, общие потери давления транспортируемой среды и материалоемкость участка.

На седьмом этапе вычисляется значение комплекса

При соблюдении условия оптимизации:

значение принятого размера поперечного сечения линии связи является оптимальным в технико-экономическом отношении.

При:

необходимо увеличить размер поперечного сечения, а при

размер поперечного сечения необходимо уменьшить.

Когда условие оптимизации при стандартных размерах поперечного сечения линии связи не соблюдается, в качестве оптимального принимается вариант соответствующий ближайшему стандартному размеру поперечного сечения.

Пример оптимизации линии связи установки комплексного использования теплоты.

Исходные данные:

С_э = 0,478 руб./кВтч;

C_t = 0.371 руб./нм³;

C_v = 10 руб./кг:

C_iz = 3, 00 руб./кг.

Т_н = 8,33;

l = 17,8м

L_v = 2,7м³/c;

T^’ = 100^oC;

T" = 95°C;

t_o = 20^oC;

Q^p_n = 34150 кДж/нм³;

λ_iz = 0,076 Вт/м°С;

p_iz = 300 кг/м³;

р_m = 7874 кг/м³;

δ_m= 0,0014 м;

η_v = 0,75

m₁ = 8,7;

m₂ = 0,054 при односменной работе установки n_v = 2400 часов в год;

m₂ = 0,09 при двухсменной работе установки n_v = 4800 часов в год;

m₂ = 0,124 при трехсменной работе установки n_v = 7200 часов в год;

m_з = 0,0162 при односменной работе установки:

m_з = 0,0270 при двухсменной работе установки:

тз = 0,0372 при трехсменной работе установки;

2. Значения коэффициентов N' и N", рассчитанные по формулам (4.2) - (4.3) приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

3. Значения коэффициентов θ, θ', θ'', θ"', рассчитанные на основе исходных данных по формулам (4.5) - (4.8), приведены в табл. 4. 2.

Таблица 4.2 Расчетные значения θ, θ', θ'', θ"'

4. Значения оптимальных толщин слоев теплоизоляции, рассчитанные по формуле (4.9), представлены в табл. 4.3.

Таблица 4.3 Оптимальные значения толщин слоев теплоизоляции

5. Оптимальные значения комплекса

рассчитанные для одно-, двух - и трехсменного режимов работы установ­ки приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4

Оптимальные значения комплекса

6. Аэродинамические характеристики линии связи и ее материалоемкость, рассчитанные для одно -, двух - и трехсменного режимов работы установки, приведены в табл. 4.5,

Таблица 4.5

Из сопоставления данных, представленных в графе 9 табл. 4.5 с оптимальными значениями комплекса , представленными в табл. 4.4, следует, что минимуму приведенных затрат на устройство и эксплуатацию линии связи при односменном режиме работы соответствует ее диаметр, равный 0,550 м, при двухсменном - 0,600 м, при трехсменном - 0,630 м.

Так как диаметры 0,550 м и 0,600 м не являются стандартными, необходимо выбрать ближайшие стандартные диаметры линии связи необходимо выбрать ближайшие стандартные диаметры линии связи

- 0,560 м при односменном режиме работы установки;

- 0,630 м при двух - и трехсменном режиме работы.

Описанный выше расчет может быть выполнен на компьютере.

Блок-схема соответствующей программы представлена ниже.

5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СОВМЕСТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ДЫМОСОСОВ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТИ ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ СРЕДЫ В ИХ ВХОДНЫХ ПАТРУБКАХ

Для уменьшения подсосов воздуха в трактах теплоутилизационных установок в необходимых случаях рекомендуется последовательное размещение дымососов. В том случае, если между дымососами располагается теплообменник, рис. 5.1, плотности транспортируемой среды в их входных патрубках могут не совпадают.

Рис. 5.1. Схема участков аэродинамической системы, содержащей два последовательно соединенных нагнетателя и теплообменник, установленный между ними.

Эта особенность данной системы не позволяет построить суммарную P-V характеристику двух последовательно соединенных нагнетателей и, как следствие, делает невозможным использование для определения параметров их работы в системе метода наложения P-V характеристик.

Для определения параметров совместной работы нагнетателей в данных системах предлагается использовать графо-аналитический метод, основанный на нахождении точки пересечения в координатных осях P-G характеристики P-G сети и суммарной характеристики P-G двух последовательно работающих нагнетателей. Координаты точки пересечения линий, I отображающих указанные выше характеристики, определят массовый расход и потери давления транспортируемой среды в системе. По аналогии с методом наложения Р-V характеристик, предлагаемый метод определения параметров аэродинамических систем назван методом наложения P-G характеристик.

Для определения параметров совместной работы нагнетателей по предлагаемому методу необходимо построить суммарную P-G характеристику двух последовательно работающих нагнетателей при различных плотностях транспортируемой среды в их входных патрубках.

Пример построения суммарной P-G характеристики двух последовательно работающих нагнетателей при различных плотностях транспортируемой среды в их входных патрубках приведен на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Построение суммарной P-G характеристики двух нагнетателей, установленных в системе, схема которой представлена на рис. 5.1.

1 - P-V характеристика первого нагнетателя при р_v1 =р_1-2;

2 – тоже второго нагнетателя при р_v2 =р_3-4

3 - P-G характеристика первого нагнетателя при р_v1 =р_1-2,

4 - то же второго нагнетателя при р_v2 =р_3-4,

5 - суммарная характеристика двух последовательно установленных нагнетателей при разной плотности транспортируемой среды в их входных патрубках.

Исходными при построении суммарной P-G характеристики являются P-V характеристики первого, линия 1, и второго, линия 2, нагнетателей, при плотностях транспортируемой среды соответственно равных р_1-2 и р_3-4. Умножая абсциссы точек указанных линий на величину плотности транспортируемой среды получим P-G характеристики первого, линия 3, и второго, линия 4, нагнетателей, отображающие зависимости величин полного давления транспортируемой среды, создаваемых соответственно первым и вторым нагнетателем, от массовой производительности нагнетателей. Суммарная P-G характеристика двух последовательно работающих нагнетателей, линия 5, строится путем сложения ординат точек, имеющих равные абсциссы и принадлежащих P-G характеристикам нагнетателей. Аналогичным образом может быть построена суммарная P-G характеристика совместной работы и последовательно установленных нагнетателей.

Определение аэродинамических параметров системы по методу наложения P-G характеристик производится на основе построений, приведенных на рис. 5.3. Массовый расход и потери давления транспортируемой среды в системе определяются координатами точки 1 пересечения суммарной P-G характеристики нагнетателей и характеристики P-G сети.

Полные давления транспортируемой среды, создаваемые первым и вторым нагнетателями определяются ординатами точек 2 и 3 пересечения линии G=const с P-G характеристиками нагнетателей. Объемные производительности нагнетателей характеризуются абсциссами точек 4 и 5 пересечения линий P'=const и P"=const с характеристиками Р-V нагнетателей.

Значения КПД и мощностей, потребляемых нагнетателями, производится во их каталожным Р-V характеристикам, исходя из плотности транспортируемой среды, а также найденных значений объемных производительностей и создаваемых давлений.

Рис. 5.3. Определение параметров работы нагнетателей в неизотермичной аэродинамической сети, представленной на рис. 1.

1 - характеристика P-G первого нагнетателя при р_v1 =р_1-2,

2 – тоже второго нагнетателя при р_v2 =р_3-4

3 - характеристика P-G первого нагнетателя при р_v1 =р_1-2;

4 - то же второго нагнетателя при р_v2 =р_3-4

5 - суммарная характеристика P-G двух последовательно работающих нагнетателей при р_v1 =р_1-2 и р_v2 =р_3-4.

6 - характеристика P-G сети.

При работе системы в нестационарном тепловом режиме параметры работы нагнетателей, имеющих идентичные аэродинамические характеристики определяются в соответствии с построениями, приведенными на рис. 5.4 и 5.5.

Рис. 5.4. Параметры работы двух нагнетателей с идентичными P-V характеристиками в неизотермичной аэродинамической сети (рис. 1) при отсутствии и при наличии теплообмена в теплообменнике, при р_1-2 < р_3-4

1 - характеристики P-V первого и второго нагнетателя при р_v1 =р_1-2;

2 - характеристика P-V второго нагнетателя при р_v2 =р_3-4

3 - характеристики P-G первого и второго нагнетателя при р_v1 =р_1-2;

4 - то же второго нагнетателя при р_v2 =р_3-4

5 - суммарная характеристика P-G двух последовательно работающих нагнетателей при р_v1 = р_v1 = р_1-2;

6 – тоже при р_v1 =р_1-2 и р_v2 =р_3-4;

7 - характеристика P-G сети при отключенном теплообменнике;

8 - тоже при включенном теплообменнике.

Рис. 5.5. Параметры работы двух нагнетателей с идентичными P-V характеристиками в неизотермичной аэродинамической сети (рис. 1) при отсутствии и при наличии теплообмена в теплообменнике, при р_1-2 < р_3-4

1 - характеристики P-V первого и второго нагнетателя при р_v1 =р_1-2;

2 - характеристика P-V второго нагнетателя при р_v2 =р_3-4

3 - характеристики P-G первого и второго нагнетателя при р_v1 =р_1-2;

4 - то же второго нагнетателя при р_v2 =р_3-4

5 - суммарная характеристика P-G двух последовательно работающих нагнетателей при р_v1 = р_v1 = р_1-2;

6 - тоже при р_v1 =р_1-2 и р_v2 =р_3-4;

7 - характеристика P-G сети при отключенном теплообменнике;

8 - тоже при включенном теплообменнике.

При отсутствии теплообмена в теплообменнике массовый расход, G₁, и потери давления транспортируемой среды, Р₁ в системе определяются координатами точки 1 пересечения суммарной P-G характеристики совместно работающих нагнетателей и P-G характеристики сети, соответствующей режиму работы системы с отключенным теплообменником. При этом величины полных давлений транспортируемой среды, создаваемых первым, Р'₁, и вторым, Р'₂, нагнетателями равны и определяются ординатой точки 3 пересечения линии G₁ =const с P-G характеристикой нагнетателя, линия 3. Так как нагнетатели имеют идентичные характеристики, данная линия отображает P-G характеристику первого и второго нагнетателя. Объемные производительности первого, V^’₁, и второго, V^’’₂ нагнетателей равны и определяются абсциссой точки 4 пересечения линии Р'₁ =const с Р-V характеристикой нагнетателя, линия 1.

При включенном теплообменнике массовый расход транспортируемой среды, G₂, и ее потери давления в системе, Р₂, определяются координатами точки 2 пересечения суммарной P-G характеристики совместно работающих нагнетателей и P-G характеристики сети, соответствующей режиму работы системы с включенным теплообменником. Полные давления транспортируемой среды, создаваемые первым, Р'₁ и вторым, Р₂", нагнетателями, определяются ординатами точек 5 и 6 пересечения линии G₂ = const с P-G характеристикой первого нагнетателя, линия 3, соответствующей р_v1 =р_1-2, и с P-G характеристикой второго нагнетателя, линия 4, соответствующей р_v2 =р_3-4. Объемные производительности первого, V^‘'₂, и второго, V₂", нагнетателей определяются абсциссами точек 7 и 8 пересечения линий P^‘₂=const и P₂"=const с P-G характеристиками первого нагнетателя при р_v1 =р_1-2, и второго нагнетателя, при р_v2 =р_3-4.

ЛИТЕРАТУРА

1 Строительный каталог. Часть 10. Санитарно-техническое оборудование, приборы и автоматические устройства. Раздел 1. Отопительно-вентиляционное оборудование, Подраздел 73. Теплоутилизационное оборудование. - М.: ГП И «Сантехпроект», 1984.

2 Новгородский Е.Е., Широков В.А., Шанин Б.В., Дятлов В.А. Комплексное энерготехнологическое использование газа и охрана воздушного бассейна. - М.: Дело, 1997.

3 Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. - М.: Металлургия, 1975.

4 Василенко А.И.. Новгородский Е.Е. Исследование и оптимизация аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты на промышленных предприятиях. - Ростов н/Д: РГСУ, 1999.