Конструкция контактного водонагревателя

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Система утилизации теплоты уходящих дымовых газов с контактным водонагревателем»

 

1.
Назначение контактного водонагревателя

 

Уменьшение потерь тепла с уходящими продуктами сгорания возможно только путём снижения их температуры. Для утилизации тепла дымовых газов после котлов и промышленных нагревательных печей могут быть использованы котлы - утилизаторы или контактные водонагреватели. Применение газового топлива позволяет внедрить высокоэкономичные способы утилизации тепла уходящих газов и нагрева воды, основанные на непосредственном (контактном) теплообмене между ними. Чистота продуктов сгорания природного газа позволяет при переводе тепловых агрегатов на сжигание газового топлива применять такие методы.

Отличительной особенностью контактных водонагревателей является нагрев воды примерно до 65 ⁰С при одновременном снижении температуры уходящих продуктов сгорания до 30 -50 ⁰С, (т.е. глубокое охлаждение дымовых газов).

Использование контактных теплообменников позволяет сократить стоимость утилизаторов и расход металла на их изготовление и обеспечить охлаждение продуктов сгорания газового топлива ниже точки росы. При этом используется не только физическое тепло продуктов сгорания, но и тепло конденсации содержащихся в них водяных паров.

Контактные водонагреватели могут использовать холодную воду из водопровода; они безопасны в эксплуатации, так как работают при атмосферном давлении. Кроме того, по конструкции они проще котлов - утилизаторов и взрывобезопасны.

К недостаткам контактных водонагревателей следует отнести необходимость установки более мощного дымососа и дополнительного циркуляционного контура чистой воды (не вступающей в контакт с дымовыми газами) с насосом, теплообменником и арматурой.

 

2.
Принцип действия водонагревателя

водонагреватель контактный теплообменный аппарат

Дымовые газы после рекуператора печей подводятся в КВН сбоку (внизу корпуса под насадкой) через патрубок, соединенный с газоходом с помощью фланца. Холодная вода подается навстречу газовому потоку через распределяющий водяной коллектор в верхней части аппарата. В контактной камере находится насадка, состоящая из колец Рашига. Насадка насыпается или укладывается на опорную колосниковую решетку, где происходит соприкосновение газа с жидкостью. По мере перетекания по насадке вниз, орошающая жидкость перемещается по всей поверхности аппарата. Преимущества насадок в их большой удельной поверхности, а недостаток в увеличении расхода электроэнергии на дымосос. В корпусе аппарата находятся два люка для загрузки и выгрузки колец Рашига. Вода, нагретая таким образом в контактной камере, стекает в бак горячей воды и отводится из нижней части аппарата.

Охлаждённый поток дымовых газов проходит через сепарирующее устройство, которое служит для улавливания капель, уносимых газами. Сверху КВН закрыт прямоугольной крышкой, в которой имеется патрубок с фланцем для отвода уходящих газов, и далее газы дымососом выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. КВН устанавливается на фундаменте и снабжается металлоконструкциями, обеспечивающими его устойчивость и удобство обслуживания.

 

Тепловой расчет контактного теплообменного аппарата

 

Исходные данные

 

-

 

расход природного газа на одну методическую нагревательную печь;

 - коэффициент избытка воздуха;

 - температура воды на входе в контактную камеру.

 - температура воды на выходе из контактной камеры;

 - температура газов после рекуператора.

Насадка из колец Рашига типа: А В С = 50 50 5 мм.

Энтальпия воды на входе

 

где: - теплоемкость воды [Л. 7].

 

Энтальпия воды на выходе

 

 

7. Конечное влагосодержание продуктов сгорания

, при  и относительной влажности дымовых газов на выходе  (по I-d - диаграмме).

Определение точек процесса

Для нахождения положения точек процесса в I-d - диаграмме разделим всю насадку на 10 горизонтальных участков. В соответствии с этим, температура газа будет понижаться на определенную величину:

 

 

13. Определение температур воды по участкам:

1) Для 1-го участка:

 

 

Из этого уравнения найдем , обозначив отношение:

;  (по I-d - диаграмме).

 

)   Для второго участка:

 

;  (по I-d - диаграмме).

)   ;  (по I-d - диаграмме).

)   ;  (по I-d - диаграмме).

)   ;  (по I-d - диаграмме).

)   ;  (по I-d - диаграмме).

)   ;  (по I-d - диаграмме).

)   ;  (по I-d - диаграмме).

)   ;  (по I-d - диаграмме).

 

Расчёт показывает, что сходимость достаточно высокая:

Разность между  по заданию и по расчёту составляет

По рассчитанным величинам строим процесс охлаждения дымовых газов в I-d - диаграмме.

Определяем максимальное влагосодержание газов в процессе:

.

Тепловая мощность КВН

 

 

Средний температурный напор

а) средний логарифмический:

 

б) средний, рассчитанный по участкам:

 

 

Температурный напор, рассчитанный по участкам, точнее. Поэтому в расчетах принимаем его значение.

Средняя температура газов

 

 

22.

 

Скорость газа в насадке

Скорость инверсии:

 [Л.1, рис. 1.25]

Число Рейнольдса

 

 

Средняя температура воды

Поверхность насадки

 

 

Коэффициент орошения

 

 

где: W_ж - плотность орошения насадки, .

Общее сопротивление насадки

 

 

Выбор дымососа

Дымосос выбирается по двум параметрам: производительности и напору. Подача должна быть не меньше объёмного расхода на выходе КВН, а напор не менее аэродинамического сопротивления всего дымохода вместе с КВН. Полагая, что сопротивление остального дымохода составит не более 250 Па, выбираем дымосос типа ДН-10 с производительностью до  и напором  [Л.6, Таблица 14.4].

 

Список используемой литературы

1. Соснин Ю.П. Высокоэффективные газовые контактные водонагреватели. - М.: 1988.

. Ларкин Д.К. Тепло- и массообменное оборудование предприятий: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГОУ, 2009.

. Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок. - М.: 1970.

. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. - М.: 1972.

. Манюк В.И., Каплинский Я.И. и др. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей. - М.: 1982.

. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: 1989.

. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. Пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1980.

. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ Под ред. Штейнберга М.О. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992.

. Альтшуль А.Д. Учеб. пособие для вузов. Под ред. А. Д Альтшуля. - М.: Стройиздат, 1977.

. Справочник теплотехника предприятий черной металлургии под редакцией И.Г. Тихомирова. - М.: 1953.

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Система утилизации теплоты уходящих дымовых газов с контактным водонагревателем»

 

1.
Назначение контактного водонагревателя

 

Уменьшение потерь тепла с уходящими продуктами сгорания возможно только путём снижения их температуры. Для утилизации тепла дымовых газов после котлов и промышленных нагревательных печей могут быть использованы котлы - утилизаторы или контактные водонагреватели. Применение газового топлива позволяет внедрить высокоэкономичные способы утилизации тепла уходящих газов и нагрева воды, основанные на непосредственном (контактном) теплообмене между ними. Чистота продуктов сгорания природного газа позволяет при переводе тепловых агрегатов на сжигание газового топлива применять такие методы.

Отличительной особенностью контактных водонагревателей является нагрев воды примерно до 65 ⁰С при одновременном снижении температуры уходящих продуктов сгорания до 30 -50 ⁰С, (т.е. глубокое охлаждение дымовых газов).

Использование контактных теплообменников позволяет сократить стоимость утилизаторов и расход металла на их изготовление и обеспечить охлаждение продуктов сгорания газового топлива ниже точки росы. При этом используется не только физическое тепло продуктов сгорания, но и тепло конденсации содержащихся в них водяных паров.

Контактные водонагреватели могут использовать холодную воду из водопровода; они безопасны в эксплуатации, так как работают при атмосферном давлении. Кроме того, по конструкции они проще котлов - утилизаторов и взрывобезопасны.

К недостаткам контактных водонагревателей следует отнести необходимость установки более мощного дымососа и дополнительного циркуляционного контура чистой воды (не вступающей в контакт с дымовыми газами) с насосом, теплообменником и арматурой.

 

2.
Принцип действия водонагревателя

водонагреватель контактный теплообменный аппарат

Дымовые газы после рекуператора печей подводятся в КВН сбоку (внизу корпуса под насадкой) через патрубок, соединенный с газоходом с помощью фланца. Холодная вода подается навстречу газовому потоку через распределяющий водяной коллектор в верхней части аппарата. В контактной камере находится насадка, состоящая из колец Рашига. Насадка насыпается или укладывается на опорную колосниковую решетку, где происходит соприкосновение газа с жидкостью. По мере перетекания по насадке вниз, орошающая жидкость перемещается по всей поверхности аппарата. Преимущества насадок в их большой удельной поверхности, а недостаток в увеличении расхода электроэнергии на дымосос. В корпусе аппарата находятся два люка для загрузки и выгрузки колец Рашига. Вода, нагретая таким образом в контактной камере, стекает в бак горячей воды и отводится из нижней части аппарата.

Охлаждённый поток дымовых газов проходит через сепарирующее устройство, которое служит для улавливания капель, уносимых газами. Сверху КВН закрыт прямоугольной крышкой, в которой имеется патрубок с фланцем для отвода уходящих газов, и далее газы дымососом выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. КВН устанавливается на фундаменте и снабжается металлоконструкциями, обеспечивающими его устойчивость и удобство обслуживания.

 

Конструкция контактного водонагревателя

 

КВН выполнен в виде прямоугольной шахты высотой 3000 мм, и размерами сечения 1700 х 1000 мм. Корпус контактного водонагревателя железобетонный, что помимо экономии металла повышает его коррозионную стойкость. В основании КВН расположен бак нагретой технической воды глубиной 700 мм, выполненный из углеродистой стали. Бак оснащен патрубками для дренажа и отвода технической воды в теплообменник, а также штуцерами для присоединения вспомогательных трубопроводов, арматуры и контрольно-измерительных приборов. Штуцера изготавливают из стальных труб необходимого диаметра.

На высоте 1700 мм располагается колосниковая решетка. Колосниковая решетка выполнена в виде параллельных металлических прутьев из стали 20, приваренных к прямоугольной раме, которая имеет те же размеры, что и сечение КВН. По длине рамы приварено 56 прутьев. Расстояние между прутьями 30 мм, диаметр прутьев 5 мм. Для того чтобы колосниковая решётка не проваливалась, под неё продольно кладут 3 трубы из стали 20 с шагом 300 мм. Сверху на колосниковую решетку насыпается слой насадки высотой 540 мм. Насадка представляет собой керамические кольца Рашига диаметром 50 мм, длиной 50 мм и толщиной 5 мм. В стенках КВН предусмотрены люки размером 400х400 мм для загрузки и выгрузки насадки. Ревизию колец Рашига рекомендуется проводить один раз в год. Для этого следует открыть крышку люка для выгрузки насадки, выгрузить кольца, промыть их, а затем вновь засыпать в водонагреватель. Люки снабжены плоскими крышками на болтах. Люки должны обеспечивать герметичность и удобство обслуживания.

Орошение насадки производится из водораспределяющего устройства, представляющего собой коллектор из 10 перфорированных труб диаметром 28 х 5 мм в которых просверлены по 2 отверстия в одном сечении диаметром 2 мм с шагом по длине труб 50 мм. В КВН предусмотрен сепарирующий слой высотой 150 мм, расположенный над коллектором, в виде насадки из керамических колец Рашига, насыпанной на колосниковую решетку.

Крышка КВН крепится к корпусу болтами между крышкой и корпусом размещается прокладка, не допускающая утечки дымовых газов. Крышка выполнена в виде усечённой 4-х гранной пирамиды, переходящей в узкой части в прямоугольный выходной патрубок, служащий для отвода уходящих дымовых газов.

Подвод дымовых газов в КВН производится сбоку через прямоугольный патрубок 400 700 мм, соединенный с газоходом с помощью фланца. КВН снабжен металлическим каркасом, устанавливается на бетонном фундаменте и крепится к нему шпильками.