Поверхностных теплообменников

Теплообменные аппараты очень распространены в промышленности. В широком смысле слова к теплообменным относят все аппараты, в которых осуществляется обмен теплом между греющей и нагреваемой средами. В поверхностных теплообменниках греющая среда отделена от нагреваемой поверхностью и тепло в них передается через стенку. К ним относятся теплообменники, в которых тепло горячих дымовых газов передается через поверхность нагрева воде или пару; воздухопо-

В связи с трудностью охлаждения саже-газовой смеси в поверхностных теплообменниках до настоящего времени не создан надежно работающий котел-утилиза-

Одним из способов использования отбросного тепла низкого потенциала является применение термокомпрессии и тепловых насосов. Для этих целей могут применяться паровые эжекторы и инжекторы, повышающие давление низкопотенциального пара. Такой метод может быть применен для использования тепла загрязненных жидкостей в результате их самоиспарения под вакуумом, когда охлаждение их в поверхностных теплообменниках невозможно. По такому способу может быть использовано значительное количество тепла дистиллерной жидкости в производстве кальцинированной соды, где в настоящее время это тепло еще не используется^

В поверхностных теплообменниках тепло передаётся от одной рабочей жидкости другой через твёрдое тело, т. е. через стенки каналов, по которым протекают жидкости, или через твёрдую набивку, заполняющую каналы. Тепло отдаётся или воспринимается каждым теплоносителем через поверхности соприкосновения его с твёрдым телом, называемые поверхностями нагрева.

Можно было бы в рамках теории относительной интенсивности тепло- и массообмена применить другую методику для расчета процессов в аппаратах с орошаемой насадкой, основанную не на определении Km, а на определении МиГ Действительно, согласно уравнению интенсивности тепломассообмена, если известна поверхность контакта FT, то, казалось бы, нет необходимости определять комплекс, включающий произведение oFT, а достаточно вычислить значение 0, которое определится через Nu —f(Re, Pr). Однако слой стекающей жидкости уменьшает поверхность контакта, причем существенно: при большой плотности и коэффициенте орошения каналы могут быть сплошь заполнены жидкостью, что соответствует представлению о поверхности контакта, равной нулю. Одновременно и диаметр канала может изменяться от максимального до нуля. Следовательно, методику, основанную на определении Nu, применять в данном случае нецелесообразно, так как это потребует введения поправок, дающих возможность от поверхности и диаметра канала сухой насадки перейти к их значениям в орошаемой насадке. А это усложнит методику расчета. Если в поверхностных теплообменниках методика, основанная на определении Nu, оправданна, так как в них четко задана поверхность контакта и диаметр канала, то в контактных аппаратах эту методику применять нецелесообразно даже в том случае, если поверхность контакта образована твердым материалом, по указанным выше причинам. Поэтому будем пользоваться методом, основанным на определении Km.

Как уже указывалось, в отличие от подогрева воды в поверхностных теплообменниках, где при применении противотока и 'Поддержании соответствующего давления воды можно нагреть последнюю до температуры, близкой к начальной температуре дымовых газов, в контактных водяных экономайзерах, работающих при парциальном давлении водяных паров менее 1 ат, подогрев воды возможен лишь до так называемой температуры мокрого термометра фм. Как следует из рис. 1-12, температура Ом для экономайзеров, устанавливаемых непосредственно после промышленных котлов, 'при температуре газов за котлами 250—300° С составляет 65—70° С; для контактных экономайзеров, устанавливаемых после хвостовых поверхностей нагрева котельных агрегатов, т. е. при температуре газов на входе :в контактный экономайзер 120—180° С, составляет 55—60° С.

Как уже указывалось, в отличие от подогрева воды в поверхностных теплообменниках, где в случае противотока и поддержания соответствующего давления воды можно нагреть последнюю до температуры, близкой к начальной температуре дымовых газов, в контактных водяных экономайзерах, работающих при парциальном давлении водяных паров менее 1 am, подогрев воды из-за отсутствия разделительной стенки между теплоносителями возможен лишь до температуры мокрого термометра 0М. Как следует из рис. 18, температура 0Ы для экономайзеров, устанавливаемых непосредственно за промышленными котлами, при температуре газов за котлами 250—300° С составляет 65— 70° С; для контактных экономайзеров, устанавливаемых за хвостовыми поверхностями нагрева котельных агрегатов, при температуре газов на входе в контактный экономайзер 120—180° С 6М составляет 55—60° С. В экономайзерах, устанавливаемых за промышленными печами и сушилками, вода может быть нагрета до 60—75° С.

По мере прохождения газов по насадке экономайзера изменяется соотношение между количествами тепла, переданными воде конвективным путем, и за счет конденсации водяных паров. Коэффициент теплопередачи в контактных экономайзерах в значительно большей степени зависит от длины пути контакта газов и воды, чем в поверхностных теплообменниках коэффициент теплоотдачи зависит от длины трубы. Поэтому установлена существенная зависимость к от относительной высоты насадки.

В то время как в поверхностных теплообменниках при применении противотока и поддержании соответствующего давления воду можно нагреть до температуры, близкой к начальной температуре дымовых газов, в контактных водяных экономайзерах подогрев воды возможен лишь до так называемой температуры мокрого термометра -&„. Как следует из рис. 1-1, температура Фм составляет 70—75° С для экономайзеров, устанавливаемых после промышленных печей при температуре газов за ними порядка 500° С и давлении газов, близком к атмосферному, 65—70° С для экономайзеров, устанавливаемых непосредственно после промыш-

Из вышеизложенного можно сделать однозначный вывод, что под глубоким охлаждением дымовых газов следует понимать снижение их температуры ниже точки росы. В поверхностных теплообменниках только при температуре газов в пристенном слое ниже точки росы возможна конденсация содержащихся в них водяных паров, являющаяся иногда более значительным источником выделения теплоты, чем только физическая теплота газов, выделяющаяся при их охлаждении.

Метод нейтрализации кислотной реакции конденсата может оказаться весьма эффективным и полезным при установке в паровых котельных, работающих на газе, конденсационных поверхностных и контактно-поверхностных теплоутилизаторов. Использование продувочной воды с целью нейтрализации конденсата одновременно может оказаться полезным и с теплотехнической точки зрения, поскольку способствует повышению коэффициента теплообмена в конденсационной части теплообменника, точки росы и температуры мокрого термометра, что в конденсационных поверхностных теплообменниках позволит, кроме того, повысить температуру подогреваемой воды в конденсационной зоне.

Примером такого теплообменника может служить регенеративный воздухоподогреватель (рис. 15-7), в котором в верхней камере непрерывно движущаяся насадка нагревается теплом топочных газов, а в нижней она охлаждается воздухом, который нагревается до необходимой температуры. Ниже рассматривается расчет лишь поверхностных теплообменников при стационарном тепловом режиме.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Для поверхностных теплообменников основными расчётными формулами служат уравнения теплового баланса

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Тепловой расчёт поверхностных теплообменников................... . 124

Глава V посвящена теплообменникам. В ней изложены основные методы теплового и гидравлического расчёта поверхностных теплообменников, приведены данные о возможных погрешностях, вносимых в расчёт при использовании обычно применяемых расчётных формул. Изложены также общие принципы выбора размеров теплообменника и параметров его работы, оптимальных с экономической точки зрения.

Следует отметить, что установка поверхностных теплообменников требует значительных капиталовложений как непосредственно на их приобретение и монтаж, так и на соответствующее увеличение кубатуры котельной и удорожание строительной части. Удорожание здания связано не только с увеличением кубатуры, но и с увеличением пролета котельной.

Даже при наиболее неблагоприятных условиях установка контактных водяных экономайзеров позволяет получить значительную экономию тепла и топлива при одновременном увеличении расхода электроэнергии и соответствующих капитальных затратах на сооружение установки, т. е. при этом существуют обычные для1 установки утилизаторов тепла обстоятельства, с той лишь разницей, что при наименьших первоначальных затратах достигается максимальная экономия тепла, невозможная при применении поверхностных теплообменников.

Среднелогарифмическая формула получена при интегрировании дифференциальных уравнений теплообмена через элементарную поверхность нагрева при условии неизменности по длине теплообменника коэффициента теплопередачи и линейной зависимости разности температур от температуры любого теплоносителя [Л. 22]. Это положение, с известным приближением справедливое для поверхностных теплообменников, не выполняется в случае охлаждения водой