«повышение эффективности нагревательных печей с возвратом тепла уходящих газов в цикл» для присвоения степени бакалавра по направлению

6.Основные положения расчёта рекуператоров

Расчет рекуператоров состоит из теплового расчета и расчета движения газов.
Целью теплового расчета рекуператора является определение поверхности нагрева рекуператора при заданной температуре подогрева воздуха и начальной температуре продуктов сгорания (прямой расчет) или определение температуры подогрева воздуха (газа) при заданной поверх- ности нагрева рекуператора и начальной температуре продуктов сгорания (обратный или поверочный расчет).
Тепловой расчет заключается в совместном решении двух уравнений:
теплоотдачи, Вт
Q = K_F Ft_ср или Q = K_W W t_ср; (10.1)
теплового баланса
V_д с_д (t_д - t_д)/3,6 = V_в с_в(t_в - t_в)/3,6, (10.2)
где с_в и с_д – соответственно средние теплоемкости воздуха (газа) и продуктов сгорания, кДж/(м³К); F и W – поверхность нагрева, м², и объем, м³, рекуператора; K_F и K_W – коэффициенты теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху (газу), Вт/(м²К) и Вт/(м³К); t'_в и t_в – начальная и конечная температуры воздуха (газа), °С; t_д и t_д – начальная и конечная температу- ры продуктов сгорания, °С; V_в и V_д – количество воздуха (газа) и продуктов сгорания, м³/ч; t_ср – средний температурный напор, °С;  – коэффициент полезного действия рекуператора, равный 0,85...0,90.
На рис. 10.1 для различных схем взаимного движения сред в рекуператоре представлена зависимость относительной температуры подогрева воздуха или газа от относительной поверхности нагрева (относительного объема насадки) рекуператора H и величины m.
а)


б)
в)

Рис. 10.1. Графики для расчета рекуператоров при различных схемах движения сред:

а – перекрестно-противоточном; б – противоточном; в – перекрестно-прямоточном; г – прямоточном


Относительная поверхность нагрева рекуператора H:
H = 3,6 K_F F/ V_в с_в (10.3)
или относительный объем насадки рекуператора:
H = 3,6 K_W W/ V_в с_в, (10.4)
m =  V_д с_д/ V_в с_в. (10.5)
При расчете рекуператоров графики следует выбирать только в зависимости от схемы движения сред, причем возможно применение графиков при направлении продуктов сгорания по трассе, обозначенной воздухом, а воздуха – по трассе, обозначенной продуктами сгорания.
Если заданы размеры рекуператора и начальная температура продуктов сгорания, то по графикам (см. рис. 10.1) определяют значение _в, а затем подсчитывают температуру подогрева воздуха или газа, °С, по следующей формуле:
t_в = _в (t_д - t_в) + t_в.
Если заданы температуры подогрева воздуха (газа) и начальная температура продуктов сгорания, то по графикам (см. рис. 10.1) определяют величину H, а затем по формулам (10.3) или (10.4) подсчитывают поверхость нагрева рекуператора F или объем насадки рекуператора W.
Температуру продуктов сгорания после рекуператора, °С, определят из уравнения теплового баланса (10.2)
t_д= t_д - (t_в - t_в)/m. (10.6)
Температуру стенки рекуператора, °С, определяют как среднеарифметическую между температурами воздуха и продуктов сгорания на данном участке рекуператора
t_cт = 0,5(t_в + t_д).
При расчете рекуператоров коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху или газу, определяют по следующим формулам:
для плоской стенки
K_F = (1/₁ + / + 1/₂)^-1 (10.7)
или
K_W = P/(1/₁ + / + 1/₂);
цилиндрической стенки