ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ТЕПЛООБМЕННИКИ ТИПА ГАЗ-ГАЗ из "Расчет и конструирование теплообменников" Требования, предъявляемые к теплообменникам типа газ — 1 аз, и задачи, связанные с их эксплуатацией, во многих отношениях отличаются от требований, которые предъявляются к теплообменникам типа жидкость — жидкость и задач, которые ставятся при их эксплуатации. Хотя коэффициенты теплоотдачи на противоположных сторонах поверхности теплообменника обычно ле отличаются друг от друга более чем в 3—4 раза, их абсолютные значения обычно ниже соответствующих значений в теплообменниках типа жидкость — жидкость в 10—100 раз таким образом, для передачи того же количества тепла требуется значительно больший объем поверхности теплообмена. С другой стороны, поскольку в большинстве теплообменников типа газ — газ утечка и подмешивание одного теплоносителя к другому часто не причиняют неприят- юстей, может быть использована более легкая и менее прочная конструкция. [c.187] Типы используемых теплообменников и их применение. Снижение цены теплообменника может быть достигнуто за счет уменьшения веса металла, затрачиваемого на поверхность теплообмена (как на основную поверхность, так и на высокоэффективные ребра). Главными видами поверхностей теплообмена для теплообменников типа газ — газ являются пучки гладких труб, трубы круглого сечения с внешними и внутренними ребрами или пакеты из чередующихся гладких и рифленых листов, в которых два потока тепло-1юсителей проходят между чередующимися плоскими пластинами. В этом последнем виде поверхностей рифленые пластины служат как дистанционирую-щими устройствами, так и ребрами поскольку эффективная высота такого ребра достаточна мала, эффективность его высока. Хорошей иллюстрацией теплообменников подобной конструкции могут служить воздухоподогреватели на тепловых электрических станциях и газонагреватели технологических установок. Трубчатые воздухонагреватели часто используются для предварительного подогрева воздуха на тепловых станциях, где горячие отходящие газы из топки направляются через межтрубное пространство в дымовую трубу, а свежий воздух по пути в топку с помощью воздуходувок продувается через трубы подогревателя 111. [c.187] Специальный тип теплообменника также широко используется для этих целей в люнгстрёмском регенеративном воздухоподогревателе [3]. Аппараты подобной конструкции обычно изготавливают из чередующихся слоев плоских и рифленых пластин, собранных вокруг центральной оси и образующих цилиндрическую матрицу, как показано на рис. 1.24. Она смонтирована так, что аксиальный поток одного теплоносителя проходит с одной стороны цилиндра, в то время как другой теплоноситель движется в противоположном направлении с другой стороны цилиндра. Цилиндр вран1,ается, благодаря чему тепло, отданное матрице горячими газами на одной стороне, отбирается холодным газом на другой стороне. Конечно, имеется некоторое перетекание из одного потока теплоносителя в другой из-за несовершенства уплотнения соединений между вращающимся цилиндром и подводящими и отводящими газ каналами, и газ переносится из одного потока в другой в каналах, проходящих под распределительным устройством между двумя сторонами матрицы. [c.187] Другой областью применения теплообменников газ — газ в газотурбинных установках является использование их в качестве промежуточных холодильников, устанавливаемых между ступенями компрессора, и в качестве холодильников в главном газовом потоке в турбине с замкнутым циклом. Теплообменники такого типа используются также во многих других областях, включая установки для производства кислорода и гидрогенизации угля 17—10]. [c.188] Типы поверхностей теплообмена, используемых для транспортных и стационарных газотурбинных установок, значительно отличаются друг от друга. Если главной проблемой для транспортных установок является уменьшение веса и размеров, то для установок стационарного типа вопросами первостепенной важности являются низкая стоимость и прочность конструкции. Для удовлетворения специфических требований при разработке компактных поверхностей теплообмена д.дя газотурбинных установок, были проведены обширные экспериментальные работы, и в настоящее время имеются обишрные данные для применяемых поверхностей теплообмена 111]. [c.188] Температурные ограничения, накладываемые коррозией. Важным параметром, который должен быть принят во внимание при конструировании воздухоподогревателя, работающего на уходящих газах, является минимальная температура, до которой охлаждаются продукты сгорания. При нормальных условиях работы температура продуктов сгорания, покидающих воздухоподогреватель, не должна падать ниже 149° С, иначе в результате конденсации сернистой или серной кислот, которые образуются из серы, содержащейся в большинстве топлив, и конденсирующихся водяных паров, может произойти коррозия поверхности 112]. [c.188] Окисление углеродистой стали становится существенным при температурах газа свыше 538 С. В связи с этим воздухоподогреватели, применяемые для сталеплавильных и доменных печей, обычно облицовываются керамической плиткой. Обычно используется большое количество аппаратов, через которые поочередно пропускается то горячий газ, то холодный воздух, так что когда горячий газ, выходящий из топки, нагревает поверхности теплообмена в одних аппаратах, в других аппаратах в это время входящий холодный воздух получает тепло. [c.188] Трубные пучкп и коллекторы, собранные для установки в рекуперативный теплообменник стационарной газотурбинной энергетической установки. [c.189] Продольное сечение рекуперативного теплообменника, в которо.м пспользовапы трубные пучки, показанные па рпс. 10.2. [c.190] Пример 10.2. Небольшая газотурбинная установка с воздушным 1юто-ком 1,0 фунт сек кг сек), выходящим из компрессора с температурой 450 F (232° С) при давлении 80 фунт дюйм (5,6 атм). Рекуператор рассчитывается на к. п. д. 75%, для нагрева используются выхлопные газы, выходящие из турбины при температуре 1250° F (677° С) и давлении 16 фунт дюйм (1,12 атм). Технологические возможности позволяют изготовить паяную матрицу из нержавеющей стали толщиной 0,13 мм, подобную изображенной на рис. 1.21. Каналы для прохода воздуха на стороне высокого давления будут иметь сечение в форме равностороннего треугольника со стороной 0,22 мм, а каналы на стороне низкого давления будут иметь ту же ширину, но высота их будет в 2 раза больше. Принимая приближенно двухходовую перекрестноточную схему течения за противоток (как на рис. 1.20) с двумя ходами на стороне высокого давления, определим длину, ширину и высоту поверхности теплообмена. Определим также ее вес и объем. [c.194] Для первого приближения возьмем физические свойства воздуха ири температуре 850° F (454° С) и пренебрежем увеличением веса продуктов сгорания. Будем считать, что каналы гладкие, прямые, без турбулизаторов и, следовательно, течение в них ламинарное. (Значение числа Рейнольдса необходимо проверить после завершения расчета, чтобы убедиться, что последнее допущение справедливо.) Для обеспечения хорошей эффективности цикла потери давления долл ны быть в пределах 1,0 фунт дюйм (0,07 атм). Не рассматривая пока потери на входе и выходе, устанавливаем потерю давления на стороне высокого давления 1,0 фунт дюйм (0,07 атм), а иа стороне низкого давления 0,5 фунт дюйм (0,035 атм). [c.194] Эффективность при принятой перекрестнопоточной схеме несколько меньше, чем при чистом противотоке, следовательно, нужно найти поправочный множитель для значения Wi JW = 1.0. Хотя значение UA W p неизвестно и его еще необходимо определить, анализ вышеприведенных уравнений позволяет заключить, что если эффективность равна 75% и задан поправочный множитель для перекрестного тока, значение UA W p будет больше 4,0 тогда значение поправочного коэффициента лежит между 0,93 и 0,94. [c.194] Коэффициент теплоотдачи может быть определен по табл. П3.1. Параметр для стороны высокого давления k d = 0,0308/0,050 = 0,616. Поскольку для достижения высокой эффективности нагрева отношение длины к диаметру канала должно быть велико, интенсивность рабочего режима в трубах пучка будет снижаться вблизи правого края диаграммы, где коэффициент теплоотдачи не зависит ни от отношения длины к диаметру трубы, ни от массового расхода. [c.194] Тогда объем теплообменной матрицы, в котором размещены каналы со стороны высокого давления, будет равен 335/945 = 0,354 фут , из которых примерно 90% составляют каналы (0,0866 /0,807Р), а 10% — металл. Подобным же образом найдем, что объем матрицы со стороны низкого давления равен 0,708 фут такил образом, общий объем матрицы равен 1,062 фут . [c.195] Вернуться к основной статье