Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

10172

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
25.11.2023
Размер:
4.22 Mб
Скачать

Продифференцировав (3.69) и подставив в эту формулу, получим

Qp 0 α u λ f th (m ). (1.70)

Эта формула не учитывает теплоотдачу торца ребра. Если принять, что коэффициент теплоотдачи на торце ребра такой же, как на его боковой поверхности, то теплоотдачу торца ребра можно учесть удлинением ребра на величину f/u и вместо длины ребра в расчетах использовать эффективную длину эф= +f/u. Тогда коэффициент эффективности ребра постоянного по длине произвольного поперечного сечения равен

ηp

Qp

 

0

α u λ f

th (m эф )

th (m эф )

(1.71)

 

 

 

 

.

Q1p

α 0 u эф

 

 

 

 

m эф

 

1.5. Теплообменные аппараты с электрообогревом Несмотря на многочисленные преимущества электрообогрева по

сравнению с другими видами нагрева, в настоящее время в промышленной теплоэнергетике намечается тенденция к сдерживанию расхода электрической энергии на тепловые нужды. Объясняется такая тенденция достаточно просто.

Коэффициент полезного использования органического топлива (из которого получается большая часть производимой электрической энергии) составляет

12,5 ÷ 17,5% (если принимать к.п.д. тепловой электрической станции 25 ÷ 33%,

а суммарный к.п.д. электротермической установки 50%). Таким образом, при преобразовании химической энергии топлива в электрическую, а затем в тепловую более 80 % химической энергии топлива тратится впустую, что недопустимо, если учитывать ограниченность запасов топлива.

Преимущества электрообогрева. Электрический обогрев применяется во многих отраслях промышленности вследствие следующих неоспоримых преимуществ перед нагревательными установками других типов:

-быстрота включения и выхода на номинальную мощность;

-возможность выделения большой тепловой мощности в малом объеме и достижения высокого уровня температуры;

51

-простота регулирования температурного режима при высокой степени равномерности нагрева;

-возможность герметизации рабочего объема, а следовательно, создания в нем избыточного давления, вакуума или защитной атмосферы;

-компактность электрических нагревателей;

-удобство механизации и автоматизации работы;

-улучшение условий труда.

Выбор экономичного теплоносителя для теплоиспользующих установок определяется сравнением расходов топлива, необходимых для получения единицы количества теплоты, передаваемой потребителю. При электрическом обогреве удельный расход топлива В в килограммах на единицу продукции определяют по формуле:

 

 

 

 

Э

 

 

=

 

 

 

,

(1.62)

ƞ

у

ƞ ∙29300

 

 

 

э

 

где Э – теоретический удельный расход электроэнергии на единицу продукции, кДж; ηу – суммарный к. п. д. электротермической установки(составляет обычно около 50%); ηэ – к. п. д. тепловой электрической станции (принимается равным 25 ÷ 35%); 29300 – теплота сгорания условного топлива, кДж/кг.

Электрический нагрев применяется для обогрева помещений в зданиях,

для приготовления пищи, для нагревания воды и воздуха в электронагревателях и калориферах, для получения пресной воды в выпарных аппаратах,

опреснителях и дистилляторах, для обезвоживания материала в сушильных установках, для производства пара в электрокотлах (в настоящее время, как правило, ограниченной мощности), в нагревательных и плавильных печах и для многих других целей.

Способы электронагрева. Электрическая энергия превращается в теплоту одним из следующих четырех способов:

-в электронагревателях сопротивления;

-в электродуговых печах;

52

-в установках индукционного нагрева;

-в печах и установках диэлектрического нагрева.

Электронагревательные установки сопротивления электрическую энергию превращают в теплоту в нагревательных элементах, выполненных из высокоомных жаростойких материалов (печи сопротивления косвенного действия) или непосредственно в нагреваемой среде – в твердом теле или в электропроводной жидкости – под воздействием протекающего по этой среде электрического тока (установки прямого нагрева).

В дуговых электропечах преобразование электрической энергии в тепловую происходит в электрической дуге. Различают дуговые печи прямого и косвенного действия. В первых дуга стабилизируется между электродом и нагреваемым материалом, в печах косвенного действия дуга стабилизируется между двумя электродами. Теплота, излучаемая столбом дуги, передается нагреваемому материалу. Температура дуги достигает 5000 ÷ 5500° С.

Принцип действия установок и печей индукционного нагрева основан на выделении теплоты в нагреваемом теле индуктированным в нем током.

В установках и печах диэлектрического нагрева выделение теплоты в нагреваемом теле происходит под воздействием токов смещения, возникающих в теле при помещении его в быстро изменяющееся электрическое поле.

Нагреваемое тело должно быть полупроводником или диэлектриком и служит конденсатором, к обкладкам которого подводится ток частотой 106 ÷ 109 Гц и напряжением 6 ÷ 10 кВ.

Наибольшее распространение в промышленной теплоэнергетике имеют электрические нагреватели сопротивления и индукционные нагреватели.

1.5.1. Электрические нагреватели сопротивления Муфельные электропечи. Печная камера выполнена из кирпича; стенки

камеры имеют каналы из жаростойкого материала, в которых проложены проволочные или ленточные спирали.

53

Муфельный электронагревательный котел изображен на рис. 1.21. Сосуд с жидкостью установлен в печной камере. Электронагреватели, выполненные в виде спирали, уложены в каналах стенок печной камеры. Высокие температуры в таких печах достигаются быстро. Муфельные печи удобны в обслуживании,

компактны и нашли, поэтому широкое применение в химической промышленности.

Рис.1.21. Электронагреватели сопротивления

а – электронагреватели в масляной рубашке; б – электронагреватели в муфельной печи; в – трубчатые электронагреватели (ТЭН) в опреснителе.

Установки с трубчатыми нагревательными элементами (рис. 1.22,в). В

отличие от электронагревательных элементов, для которых в качестве электроизоляционных материалов применяют керамику, слюду и миканит.

Современные трубчатые электрические нагреватели (рис. 1.22) представляют собой металлический патрон (обычно трубу из латуни, меди, углеродистой стали или аустенитной хромоникелевой стали Х18Н10Т), внутри которого запрессована в наполнителе спираль из нихромовой проволоки. В качестве наполнителя применяют кварцевый песок, окись алюминия (электрокорунд),

плавленую окись магния (периклаз) и другие материалы.

Наполнитель служит, с одной стороны, электроизоляцией спирали от металлической трубы, а с другой - проводником теплоты.

Трубчатые электронагреватели (ТЭН) изготовляют одно- и двух-

спиральными. Спирали выполняют из нихромовой проволоки диаметром 0,2 ÷ 1,6 мм; их располагают в трубе диаметром 7 ÷ 19 мм. Между трубой и

54

спиралью засыпают наполнитель в виде порошка одного из указанных выше

материалов. Для уплотнения наполнителя трубу обсаживают на меньший

диаметр (например, с 14 на 11,8 мм). В готовом виде сечение труб может быть

круглым, треугольным или ромбическим (рис. 1.22, б, д); для радиационного

обогрева теплоотдающую поверхность трубы делают специально уширенной; в

газовых и воздушных электронагревателях на трубу насаживают ребра.

Освоено также изготовление ТЭН в виде кабелей - нагревателей с монолитной

жилой из константана ис магнезитовой изоляцией. Такие кабели закладывают в

полы, стены и потолки жилых помещений для обогрева, в покрытия дороги

мостов, взлетных площадок аэродромов для защиты их от обледенения.

Рис.1.22. Трубчатый электрический нагревательный элемент.

а – общий вид U-образного нагревательного элемента; б – герметический наконечник элемента; в – схемы односпиральных элементов; г – схемы соединения двухспиральных элементов; д – поперечное сечение активной части трубки элемента; 1 – колпачок с резьбой; 2 – фарфоровая втулка;

3 – металлическая втулка; 4 – контактный стержень; 5 – трубка.

55

Трубчатый электронагреватель выгодно отличается от других электрических нагревателей. Его патрон практически герметичен, что обеспечивает малую окисляемость электроспирали; плотная набивка наполнителя предохраняет спираль от разрушений при ударах и вибрациях патрона. Большая теплопроводность и жаростойкость наполнителя обеспечивает высокую удельную теплопроизводительность ТЭН в сравнении со спиралями, укладываемыми в слюду, миканит и другие электроизоляционные материалы. Возможность погружения ТЭН в жидкости и в расплавы устраняет потери в окружающую среду и тем самым повышает их к.п.д. Срок службы ТЭН превышает 5 ÷ 8 лет.

Трубчатые электрические нагреватели

1.5.2. Расчет электронагревателей сопротивления

По закону Джоуля мощность теплового потока Q, Вт, выделяющегося при прохождении тока через проводник, пропорциональна сопротивлению проводника и квадрату силы тока:

= ∆ = 2

(1.63)

где R – сопротивление, Ом, I – сила тока, А.

 

Электрическая мощность нагревателя N, Вт, выражается равенством

 

N = RI2 = IU.

(1.64)

Расход теплоты за τ, ч, в джоулях

 

Q' = Nτ

(1.65)

При заданном расходе теплоты Q' потребная мощность электронагревателя,

Вт, с учетом потерь η = 0,95 составит:

 

=

 

(1.66)

0.95

 

 

56

При известной температуре проводника t электрическое сопротивление Rt

можно найти по формуле

 

= [1 + ( − )], Ом

(1.67)

 

 

0

 

0

 

где R0 – сопротивление проводника при нормальной температуре t0;

α –

температурный коэффициент (берется по таблицам).

 

Сопротивление проводника, Ом, можно выразить также равенством

 

=

 

=

 

, Ом

(1.68)

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

где ρ – удельное сопротивление, Ом·мм2/м; l – длина проводника, м; F

поперечное сечение проводника, мм2.

Электронагреватели могут работать на постоянном и на переменном токе

(однофазном или трехфазном) при различных напряжениях. Мощность

установки можно изменять переключением секций.

Подбор ТЭН для электронагревательных установок производят в следующем порядке. По необходимой полезной теплоте и тепловым потерям

определяют потребное количество теплоты от нагревателя, кВт:

 

 

=

(′′

) + ,

(1.69)

полн

 

м м

м

м

5

 

где Q5 – потери теплоты в окружающую среду, Вт.

 

По заданному времени процесса и по тепловой нагрузке определяют

 

полную мощность нагревателя, Вт:

 

 

 

полн =

 

полн

 

 

 

(1.70)

 

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

Вполную теплоту для нагрева могут входить составляющие,

учитывающие скрытую теплоту плавления или парообразования или теплоту химической реакции. Расчет тепловых потерь Q5 следует производить по рекомендациям курса «Теплопередача». В случае погружения электронагревателя в нагреваемый материал его к. п. д. равен единице.

Выбрав по табл. 1.2 значение удельной мощности σ, Вт/см2, для проектируемого аппарата, можно определить активную поверхность нагревателя, см2, и его активную длину, м:

57

 

 

 

 

акт

=

полн

; см

2

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.74)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

акт

=

акт

 

 

=

полн

102,см

 

 

 

 

 

 

 

(1.75)

 

 

 

П

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где П – периметр трубы нагревателя, см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2

 

 

 

 

 

Удельная мощность σ, Вт/см2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раэверн.

Диаметр

 

Обогреваемая среда Z,

 

Обогреваемая среда 0, L, (подвижный

длина

ТЭН.

 

 

 

 

(масло)

 

 

 

 

воздух, литейные формы)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оболочки

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напряжение. В

 

 

 

 

Напряжение, В

 

 

ТЭН.см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

48

 

55

60

 

 

110

 

127

220

380

36

48

55

60

110

 

127

220

380

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЭН-32

8

0.16

0.16

 

1.16

0,16

0.2

 

-

-

-

0,25

0.32

0.32

0,32

0,32

 

0.4

-

-

 

10

0.2

0.2

 

02

0.2

 

 

0.25

 

-

-

-

0.4

0.4

0.4

0,4

0.4

 

0.5

-

-

 

13

0.25

0.25

 

0.25

0,25

-

 

 

--

-

-

0.5

0,5

0.5

0,5

0.5

 

-

-

-

ТЭН-45

8

0.2

0,25

 

0.25

0,25

0.25

 

0.32

-

-

0.25

0.32

0.4

0,4

0.4

 

0.63

-

-

 

10

0,32

0.32

 

0,32

0,32

0,32

 

04

-

-

0.5

0.63

0.63

0.63

0.63

 

0,8

-

-

 

13

0.4

0.4

 

0,4

0,4

 

 

0,4

 

-

-

-

0,5

0.63

0.8

0,8

0,8

 

-

-

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЭН-60

8

0,16

),250

 

0.32

0.32

0.32

 

0,32

0.4

-

0.16

0.25

0.4

0.4

0.63

 

0.63

0.63

-

 

10

0.4

0.4

 

0,4

0,4

 

 

0.4

 

0.4

0.63

-

0.4

0,83

0.8

0.8

0.8

 

0.8

0.8

0.8

 

13

0.4

0.5

 

0,63

0,63

0,63

 

0,63

-

-

0.4

0,63

0.8

0,8

0,8

 

1.0

1.0

0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЭН-80

8

0.12

0.2

 

0.25

0.32

0.5

 

0.5

0.5

-

0.12

0.2

0.32

0.32

0.8

 

1.0

0.8

-

 

10

0.32

0.5

 

0.63

0,63

0.63

 

0.63

0.63

-

0,32

0.5

0,63

0.8

1.0

 

1.0

1.0

1.0

 

13

0.32

0.5

 

0.63

0,63

0.8

 

0,8

0.8

-

0,32

0,5

0,8

1.6

1,6

 

1.6

1.6

1,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЭН-85

8

-

02

 

0.25

0,32

0.5

 

0.5

0.5

-

-

0.2

0,25

0.32

0.8

 

1.0

1.0

-

 

10

0.25

0.5

 

0,63

0.63

0.63

 

0.63

0.63

-

0.32

0.5

0.63

0.8

1.25

 

1.25

1.25

1.25

 

13

0.25

0,5

 

1.63

0,63

0,8

 

0,8

0,8

0,8

0,32

0,5

0.8

0.8

1.6

 

1.6

1,6

1.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЭН-100

8

-

0.16

 

0,2

0.25

0,63

 

0.63

0,83

-

-

-

0,2

0.25

0,8

 

1.0

1.25

1.0

 

10

0,25

0,4

 

0.5

0.63

0.8

 

0.8

0,8

0.8

0,25

0.4

0.5

0.63

1.5

 

1.5

1.5

1.5

 

13

0,25

0.4

 

0,63

0,63

1.0

 

1,0

1,0

1.0

0.25

0,4

0,63

0.63

1.6

 

1.6

1.6

2,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЭН-125

8

-

-

 

0,16

0.2

 

 

0.63

 

0.8

0,8

0.8

-

-

0,16

02

0.63

 

1.0

1:5

1.5

 

10

0.2

0.32

 

0.5

0.5

 

 

1.0

 

1.0

1.0

1.0

0.2

0.32

0.40.

0.5

1.6

 

1.6

1.6

1.6

 

13

0.2

0.32

 

0,5

0Г5

 

 

1,25

 

1,25

1,25

1.25

0.2

0,32

5

0.5

1,6

 

1.6

2,0

-

ТЭН-140

8

-

-

 

-

0.16

0,63

 

0.8

0.8

0.8

-

-

-

-

0.63

 

0.8

1.6

1.6

 

10

0,16

0,32

 

0.4

0.5

 

 

1.0

 

1.0

1.0

1.0

0.16

0.32

0,4

0.5

1.6

 

1.6

2,0

2.0

 

13

0,18

0,32

 

0,4

0,5

 

 

1.25

 

1.5

1.25

1.5

0.16

0,32

0,4

0.5

1.6

 

1.6

2.0

2.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЭН-170

8

-

0.25

 

0,32

0.4

 

 

1.25

 

1.25

1.25

1.25-

--

0,25

0.32

0.4

1.25

 

1.6

2.5

2.5

 

10

-

0,25

 

0,32

0.4

 

 

1,25

 

1,5

1,5

1,6

 

0,25

0.32

0.4

1,25

 

1.6

3,15

3.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЭН-200

8

-

0.2

 

0,25

0.32

1.0

 

1.5

1.6

1.6

-

0,2

0,25

0.32

1.0

 

1.6

3.15

3.15

 

10

-

0,2

 

0,25

0,32

1,0

 

1,5

2,0

2,0

-

0,2

0,25

0,32

1,0

 

1.6

3,15

4,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЭН-236

13

-

0.16

 

0,25

0,25

1.0

 

1,25

2,5

2,5

-

0.16

0.25

0.25

1.0

 

1.25

3.15

5,0

ТЭН-280

13

-

0,16

 

0,2

0.25

0.8

 

1,0

2,5

3,15

-

0.5

0.2

0.25

0.8

 

1.0.

3.15

5,0

Наиболее распространенные в настоящее время в технологических аппаратах ТЭН рассчитывают на основе экспериментальных данных по удельной электрической мощности.

Длина контактного стержня в заделке ТЭН: А – 40 мм, В – 65 мм. По требованию потребителей ТЭН Ø13 могут оснащаться крепежной арматурой –

58

штуцерами с резьбой М201,5, М221,5 или G 1/2'’ ,а ТЭН Ø8, Ø10 – М141,5,

М161,5, М181,5, М201,5, М221,5.

Контактная часть ТЭН оснащается крепежом М4, разъемом для втычного монтажа или флажком М4. При заказе нужно указать форму и радиус гибки или приложить чертежи для согласования. Стандартные радиусы гибки – 19, 24, 30, 35, 40, 50, 60, 80, 100 мм. По согласованию ТЭН могут быть изготовлены по чертежам с параметрами, отличными от указанных в настоящем проекте. Для ТЭН с штуцерами необходимо указывать значение давления, при котором будут работать ТЭН.

2. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ СМЕШИВАЮЩЕГО ТИПА

(КОНТАКТНЫЕ)

В вентиляционном процессе постоянно происходит переход влажного воздуха из одного состояния в другое. Воздух, подаваемый в помещения приточной вентиляцией, предварительно подвергают обработке в специальных камерах. Ему придают определенные кондиции (параметры) нагреванием или охлаждением, осушкой или увлажнением, а также смешиванием воздушных масс различного состояния. Приточный воздух имеет параметры, отличные от воздуха помещения. В связи с этим, вытесняя загрязненный воздух помещения и перемешиваясь с ним, приточный воздух способен ассимилировать избыточную теплоту, влагу или подогревать и увлажнять воздух помещения.

Была составлена id диаграмма, используемая при расчетах вентиляции,

кондиционирования, сушки и других процессов, связанных с изменением состояния влажного воздуха. В i-d диаграмме графически связанны все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: i, d, t, φ, pп.

Диаграмма i-d построена в косоугольной системе координат. Такая система позволяет расширить на диаграмме область ненасыщенного влажного воздуха,

что делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат отложены значения энтальпии i, кДж/кг влажного воздуха, отнесенные к 1 кг

сухой части, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси i, отложены

59

значения влагосодержания d – массы влаги содержащейся в 1 кг сухого воздуха, г/кг. На поле диаграммы нанесены линии постоянных значений температуры t = const и относительной влажности φ = const.

Рис.2.1. Диаграмма i-d тепловлажностного состояния воздуха

Внизу расположен график, имеющий самостоятельное значение. Он связывает влагосодержание d г/кг, с парциальным давлением (упругостью)

водяного пара pп, кПа. Все поле диаграммы разделено на две части линией φ = 60

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]