Выбор рациональных конструктивных параметров установки

На рисунке 2.8 изображена в поперечном разрезе расчетная модель, на основании которой изучается тепловой режим и определяются рациональные параметры установки [75].

Штриховкой покрыта часть сечения, которая заполнена разогреваемым битумом. Нагревательные поверхности (газоходы) н количестве (n) штук имеет форму прямоугольников шириною R и высотою Н= H - 2 h каждый. Расстояния между двумя соседними газоходами одинаковы и равны Z.

При расчете теплообменника влияние вибрации его поверхностей, вызванной движением пульсирующих топочных газов по газоходам, на данном этапе не учитывается. Это влияние будет в дальнейшем учтено c помощью конвективного коэффициента теплоотдачи при расчете битумоплавильной установки c применением камер пульсирующего горения.

Предположим, что r «Н₁, тогда прямоугольники между нагревателями можно рассматривать как неограниченные пластины, нагреваемые c обеих сторон. Боковые участки будем также рассматривать как неограниченные пластины, нагреваемые c одной стороны и отдающие теплоту в окружающую среду c другой стороны. Нагревом угловых участков, ограниченных пунктирными линиями, пренебрегаем. Верхние и нижние части будем рассматривать как неограниченные пластины, нагреваемые c одной стороны. При этом температуру их нагрева Т_н л принимаем равной

где Т_сi - температура стенки нагревателя на i - ом участке;

L,F_i, h - геометрические размеры теплообменнике (рис.2.8) �

Рис. 2.8. Расчётная модель определения рациональных параметров теплового режима и геометрических размеров битумоплавильной установки с пульсирующим горением

Таблица 2.2 Результаты расчётов параметров установки рациональных по экономичности и скорости нагрева битума

Отношение тплообменных поверхностей эе=F1/F2	Геометрические параметры модели теплообменника	Количество газоходов n	Объём нагреваемого битума V, м^3	Время нагрева битума τк, с	Производительность ηmax, м^3/с
1,0	0,06	0,32	0,04		0,1410		0,00005
1,5	0,02	0,24	0,02		0,0608		0,0002
1,5	0,07	0,03	0,06		0,2480		0,00044
2,0	0,02	0,12	0,04		0,1040		0,00018
2,5	0,02	0,047	0,069		0,1470		0,00018
3,0	0,02	0,09	0,057		0,0608		0,000434
3,5	0,02	0,06	0,018		0,1040		0,0004
4,0	0,04	0,049	0,067		0,1150		0,00041

Выводы по второй главе

I. Удельный расход тепловой энергии при нагреве битума зависит от соотношения температуры греющего теплоносителя и конечной температуры нагреваемой жидкости, от соотношения площадей нагревательной поверхности F₁ к площади наружных поверхностей ограждающих конструкций установки F₂, от величины коэффициента теплопередачи.

2. Температуру теплоносителя и отношение теплообменных поверхностей F1/F2 необходимо выбирать и обосновывать с учётом физико-химических свойств высоковязких жидкостей и особенностью их нагрева.

З. Расчетами выявлено, что удельный расход тепловой энергии на нагрев битума резко возрастает при применении теплообменников c соотношением поверхностей теплообмена F1/ F₂ ниже 0,2 и температуре теплоносителя ниже 573…625К.

4. Установлено, что в существующих битумоплавильных устройствах отношение теплообменных поверхностей F₁/ F₂ находится в пределах 0,25…0,35. Это ведет к неоправданным потерям энергии, достигающим иногда 40…50%.

5. Расчетами показано, что температуру теплоносителя следует принимать не ниже 723 K, отношение теплообменных поверхностей F₁/ F₂ должно быть не менее единицы, коэффициент теплоотдачи от нагревающих стенок теплообменники к битуму не более 400 Вт/(м^2.К)

6. Во избежание перегрева битума необходимо теплоту, поступающую от нагревающих поверхностей теплообменника, равномерно распределить по массе битума. Для этого нужно развивать теплообменные поверхности массу битума расчленять на отдельные потоки, разогрева её послойно и быстро отводить из зоны нагрева.

7. В результате исследований c целью выявления рациональных конструктивных параметров битумоплавильных устройств установлено:

- наиболее эффективными, удовлетворяющими все требования нагрева высоковязких жидкостей, являются щелевые теплообменники c перекрестным движением теплоносителя;

 

 

- для битумоплавильного котла c производительностью 1000 кг/ч (при непрерывной работе) рациональными конструктивными параметрами теплообменника следует считать высоту щели газохода Н₁=0,4 м, ширину щели газохода R = 0,03 м, количество газоходов в теплообменнике n = 8, толщину слоя битума между газоходами r = 0,06 м;

- в качестве теплоносителя необходимо использовать пульсирующие газы, образованные при сжигании топлива в КПГ.

8. Для выявления особенности закономерностей рациональных геометрических и теплотехнических параметров битумоплавильного устройства, проверки теории, создания основных предпосылок от экспериментальных установок к промышленным образцам и разработки методики расчета битумоплавильных устройств c KПГ необходимо произвести экспериментальные исследования работы модельных и промышленных образцов КНГ и теплообменников, при этом необходимо выявить величину температуры, скорости и давления пульсирующих газов, коэффициента теплопередачи от горячих газов через греющую поверхность теплообменника к битуму, a также влияние вибрации греющих стенок теплообменника на скорость изменения температурного поля в битуме.