З намi у вашай хаце зауседы будзе цёпла!

 Подписаться на обновления

Проектирование и расчет самодельного шахтного котла Glaz6,50

Расчет теплообменника

Теплообменник – один из важнейших элементов котла и как любой важный элемент требует к себе особого внимания. Если его не будет или он будет небольшой площади, то самый идеальный котел превратится в буржуйку или огненный ящик. Если с площадью переборщить, то получится груда металла, плачущая конденсатом.
В данной статье мы будем искать золотую середину в вопросах теплообмена нашего котла.

Если у вас возникли вопросы по работе сайта звоните по телефону

+375-29-677-53-35

По этому номеру вы можете получить бесплатные консультации.

Для начала предлагаю разобраться с физикой процесса происходящего внутри нашего котла. Там присутствуют два вида теплообмена: конвективный и радиационный (излучением). С этими двумя видами переноса тепла, уважаемый читатель, вы сталкиваетесь каждый день. Подставляя лицо и другие части тела под лучи нашего небесного светила, мы получаем тепло посредством излучения, сидя у костра, мы тоже греемся его излучением, а вот котелок, висящий над костром, получат тепло еще и конвекцией. Конвекция в переводе с латыни есть перемещение. Теплообмен происходит за счет перемещения жидкости либо газа.
Вот например около окна стоит радиатор который греет воздух, а тот в свою очередь совершает путешествие по комнате и нагревает предметы, стены и даже некоторых холоднокровных обитателей.
Но вернемся к нашему котлу. Горит топливо на колосниках и выделяет тепловую энергию, она в свою очередь передается стенкам котла посредством излучения и тратится на нагрев газов, которые уже омывают теплообменник и тоже отдают свое тепло котлу, точнее воде. Если мы идеально изолируем топку котла каким-нибудь отражающими лучи материалами и полностью исключим возможность передачи тепла излучением, то добьемся в ней повышения температуры аж до 2200-2500 градусов. Вся энергия топлива перейдет газам и повысит их температуру. Это конечно в идеальном случае.
На практике же в топке происходит множество процессов и температуры там далеки от идеальных. Всего около 1000 градусов. Все дело в том, что при повышении температуры угли на колосниках и газы начинают излучать вокруг себя и отдавать энергию на в разы а во много раз больше. Зависимость от абсолютной температуры в 4 степени (Закон Стефана-Больцмана). Вот например слой углей на колосниках при температуре в 1000 градусов будет излучать стенкам котла:

Q=5,67*(273+1000/100)4=148900 Вт с одного м2

А уже при 1100 градусах:

Q=5,67*(273+1100/100)4=201500 Вт с одного м2

Всего лишь 100 градусов, а мощность излучения выросла на четверть. Как мы разобрались ранее котел лучше работает когда в его топке высокая температура , в следствие чего и качественнее у него горение. Зная, что шамотный кирпич обладает свойствами хорошего изолятора и имеет способность отражать лучи наша команда и применила его в котлах GLAZ 24, GLAZ 12, GLAZ 16, GLAZ 20 и GLAZ 25, окружив ими очаг горения и камеру дожига. В данном котле этого делать мы не будем, как и не будем высчитывать температуру на колосниках, в факеле, не будем ворочать громоздкими формулами и итерациями.
Просто примем, что на долю излучения в котле приходится половина мощности, а половина приходится на конвективный теплообмен. Следовательно, теплообменник должен снять с газов 3,25 Квт.
Температуру на входе в теплообменник примем 700 градусов. Все дело в том, что выше 700 градусов теплообмен излучением эффективнее, а ниже преобладает конвективный. Так же применим, что внизу теплообменника температура воды будет 60 градусов, а на выходе все 80.
Теплообменник сделаем одноходовым (так как для многоходового у нас в конструкции не предусмотрено лишнего места) и жаротрубным из трубы 57x3,5.
Температуру уходящих газов во избежание выпадения конденсата выберем 140 градусов.
Теперь, имея все данные, можно построить график и посчитать средне логарифмический температурный напор.

dT=(640-60)/Ln(640/60)=245 градусов.

Сечение нашего теплообменника составляет 340x200мм и в этот прямоугольник «со свистом войдут» 12 труб диаметром 57 мм. То есть 3 ряда по 4 трубы. Скорости газов в трубах обещают быть невысокими и поэтому коэффициент теплопередачи для нашего конструктива мы примем всего k=20Вт/(М*К). Этот коэффициент означает, что при разнице температур в 1 градус через 1 квадратный метр передается 20 вт тепла.
Нетрудно вычислить необходимую площадь теплообменника:

F=3250/(20*245)=0,663 кв. метра.

Имея 12 труб с наружным диаметром 57 мм и внутренним 50 мм (5 см) можем найти длину труб.

L=6630/12*3,14*5)=35,2 см или 352 мм.

В данном теплообменнике предусмотрено применение и турбулизаторов которые повысят скорости в трубах и интенсифицируют теплообмен. Если конечно это потребуется.
В следующей статье мы начнем компоновать котел и уточнять окончательные размеры изделия.

Наша группа В Контакте

Подписаться на обновления

Все права защищены