Г/моль

18 г/моль,

44 г/моль, 28 г/моль, 29 г/моль.

 кг/кг.

Тепловой расчет контактного теплоутилизатора ведется на 1 кг сухого газа, поэтому необходимо определить начальное влагосодержание сухих газов, кг/кг с.г.

,

где молекулярная масса сухих газов.

 кг/кг с.г.

Определяем конечное влагосодержание дымовых газов, полагая, что на выходе из теплоутилизатора при температуре  газ является насыщенным, кг/кг с.г.:

,

где газовая постонная сухого газа,

;

газовая постоянная водяного пара (молекулярная масса пара =18),

;

Р – давление влажного газа в аппарате, МПа, принимаем Р=0,1 МПа;

Р_МАКС – давление насыщенного пара при =40⁰С, МПа (прил. 6 [1]), Р_МАКС=0,0076 МПа;

 кг/кг с.г.

Определяем давление водяных паров в аппарате по формуле:

 МПа

По давлению водяных паров определяем предварительное значение температуры мокрого термометра  (прил. 6 [1]):

=52,2 ⁰С при =0,0141 МПа

Определяем влагосодержание дымовых газов , кг/кг с.г. при  по формуле:

 кг/кг с.г.

Уточняем температуру мокрого термометра по методу, предложенному Н.И. Егоровым. Этот метод основан на составлении теплового баланса теплоутилизатора в момент насыщения газа парами и достижения жидкостью температуры мокрого термометра. В этом случае тепло, содержащееся в газе, равно сумме тепла, внесенного газом в аппарат, и тепла паров, образовавшихся при испарении жидкости.

Тепловой баланс аппарата по газу тогда запишется следующим образом:

,

где теплоемкость сухих газов, определяемая при средней температуре дымовых газов в аппарате =93⁰С, (по прил. 7 [1]): 1,043 кДж/(кг⁰С);

  энтальпия пара при =52,2 ⁰С: 2595 кДж/кг, [3];

  энтальпия водяного пара при =146⁰С, (по прил. 5 [1]), 2741,66 кДж/кг [3];

Подставив значения  и , а также  и  в это уравнение, проверяем сходимость баланса:

 %.

Так как погрешность баланса превышает 1 %, то задаемся другим значением температуры мокрого термометра;  увеличиваем, так как левая часть баланса меньше правой .

Принимаем =56,0 ⁰С, тогда =0,01688 МПа.

Влагосодержание дымовых газов , кг/кг с.г. определим по формуле:

 кг/кг с.г.

Энтальпию пара  находим при =56,0 ⁰С, 2600 кДж/кг, энтальпия водяного пара при =146⁰С и =0,0141МПа 2741,66 кДж/кг [3] .

Тогда проверяем сходимость баланса:

 %.

Погрешность баланса не превышает 1 %.

Изображаем на Id–диаграмме процессы охлаждения дымовых газов в контактном теплоутилизаторе :

Определяем средний действительный объем дымовых газов в КТУ по формуле:

,

где средняя температура дымовых газов в аппарате,

 ⁰С;

В – расход топлива, В =0,169 м³/с;

удельный объем дымовых газов 15,919 м³/м³;

 м³с.

Рассчитываем массовый расход дымовых газов:

,

где плотность дымовых газов при ⁰С:

,

где сумма произведений объемных долей и молекулярных масс компонентов,  г/моль;

 кг/м³

 кг/с

Для устранения возможной конденсации водяных паров необходимо производить подсушку уходящих из КТУ газов путем перепуска (байпасирования) 10¸15 % или более их объема помимо КТУ и их дальнейшее смешение за теплоутилизатором.

Массовый расход газов через теплоутилизатор с учетом байпасирования определяем через тепловой баланс:

,

где температура газов в устье дымовой трубы,

;

теплоемкость дымовых газов, определяемая по температуре  по прил. 7 [1], ;

теплоемкость газов при ⁰С, определяемая по прил. 7[1], ;

теплоемкость газов при ⁰С, определяемая по прил. 7[1], ;

 кг/с

Определяем расчетный расход газов через теплоутилизатор с учетом байпасирования:

 м³/с

Находим начальное значение температуры воды, выходящей из теплоутилизатора:

Рассчитываем секундный расход воды, подаваемой в КТУ:

,

где теплоемкость сухих газов при определяемая ⁰С по прил. 7 [1], ;

 энтальпия водяного пара при ⁰С , определяемая по прил. 5 [1] 2741,66 кДж/кг [3] ;

 энтальпия водяного пара при ⁰С, определяемая по прил. 4 [1], ;

 теплоемкость воды при ⁰С, определяемая по прил. 4 [1],

 ;

 теплоемкость воды при ⁰С, определяемая по прил. 4 [1], ;

По найденному значению  уточняем температуру выходящей из теплоутилизатора воды:

⁰С

Определяем несовпадение предварительно заданного и рассчитанного значений :

%,

где температура воды на выходе из теплоутилизатора ⁰С;

 температура воды на выходе из теплоутилизатора ⁰С

Так как Д=4,25% < 5% ⁰С

Определяем количество утилизируемой теплоты (теплопроизводительность КТУ):

,

где  секундный расход воды, подаваемой в КТУ, 3,274 кг/с;

теплоемкость воды при ⁰С, определяемая по прил. 4 [1], ;

начальное влагосодержание дымовых газов, 0,10 кг/кг с.г.;

конечное влагосодержание дымовых газов, 0,058 кг/кг с.г.

 кВт

Рассчитываем количество нагретой воды, выходящей из теплоутилизатора:

 кг/с.

3.КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

Задачами конструктивного расчета являются: выбор типоразмера теплоутилизатора, определение количества аппаратов, определение высоты засыпки насадки в КТУ.

Расчет конструктивных характеристик теплоутилизатора производится для всех размеров заданного типа насадки (таблица 2.1. [1]).

Выбираем тип теплоутилизатора. В качестве КТУ принимаем стандартный контактный экономайзер ЭК-БМ1, выпускаемый двух типоразмеров: ЭК-БМ1-1 с диаметром скруббера 1м и ЭК-БМ1-2 с диаметром 2м.

Выбираем ЭК-БМ1-1 с диаметром скруббера 1 м.

Рассчитываем количество устанавливаемых аппаратов:

,

где диаметр выбранного типа теплоутилизатора, м;

рекомендуемая скорость газов в свободном сечении скруббера

 м/с;

 шт.

Полученное значение округляем до целого числа, т.е. n = 2 шт. Дальнейший расчет ведем для одного аппарата.

Определяем действительную скорость газов в свободном сечении теплоутилизатора:

 м/с

Рассчитываем среднюю разность температур между теплоносителями:

 

⁰С

Определяем плотность орошения:

,

где плотность воды при ⁰С, определяемая по прил. 4 [1],  кг/м³;

свободный объем насадки, ; ; ; , размер насадки: 1) 15х15х2; 2) 25х25х3; 3) 35х35х4; 4) 50х50х5 из таблицы 2.1. [1]).

 м³/(м²ч)

 м³/(м²ч)

 м³/(м²ч)

 м³/(м²ч)

Рассчитываем поверхностный коэффициент теплообмена:

,

где коэффициент теплопроводности сухого газа при ⁰С, определяемый по прил. 7 [1],  ;

плотность сухих газов при ⁰С, определяемая по прил. 7

[1],  кг/м³;

динамическая вязкость газа при ⁰С, определяемая по

прил. 7 [1], ;

 кинематическая вязкость жидкости, определяемая по прил. 4 [1] при ⁰С, ;

g – коэффициент свободного падения, g=9,81 м/с²;

 a =1,16 – коэффициент перевода из технической системы единиц в СИ;

удельная поверхность насадки в единице объема, ; ; ;  (таблица 2.1. [1]);

Определяем расчетную поверхность насадки:

 

 м²

 м²

 м²

 м²

Рассчитываем объем насадки:

 м³

 м³

 м³

 м³

 

Определяем полную высоту насадки и удельное тепловое напряжение:

,

где площадь сечения аппарата, определяемая по формуле:

,

где количество подаваемой в аппарат воды, ;

плотность воды при t_ж=26,915^oС, с_ж=996,47 кг/м³;

 м²

 м²

м²

 м²

Тогда высота насадки определится:

 м

 м

 м

 м.

Определяем удельное тепловое напряжение:

,

По полученным данным строим графические зависимости поверхностного коэффициента теплообмена и полной высоты насадки КТУ от удельной поверхности насадки  и  (рис.4,5).

Рис.4. График зависимости K_F=f(f).

Рис.5 График зависимости H=f(f).