Расчет воздушных теплоутилизаторов, установленных в приточно-вытяжных устройствах систем вентиляции воздуха Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 66.047 (088.8)

Б.С. Сажин, О.С. Кочетов, М.В. Чунаев, В.Б. Сажин, М.А. Апарушкина, А.В. Костылева, Е.В. Духанина

Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

РАСЧЕТ ВОЗДУШНЫХ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ В ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНЫХ УСТРОЙСТВАХ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ ВОЗДУХА

In work the design procedure of parameters heat recyclors, the systems of ventilation of air established in forced-air and exhaust devices is submitted. Work of forced-air and exhaust installations of systems of ventilation with rotating and lamellar heat recyclors is considered. Parameters forsed andremoved air on an output(exit) from heat exchangor are determined at the charge of forsed and of removed air of 5000 kg / ch, reference temperature удаляемого air th1 = 20°C . The developed technique allows to define(determine) the maximal value

of difference of temperatures on the channel forsed air in a mode of operation heat recyclors with loss of a condensate on all surface and to estimate an opportunity of freezing of the condensate which is dropping out on a surface heat recyclor.

В работе представлена методика расчета параметров теплоутилизаторов, установленных в приточно-вытяжных устройствах систем вентиляции воздуха. Рассмотрена работа приточно-вытяжных установок систем вентиляции с вращающимся и пластинчатым теплоутилизаторами. Определены параметры приточного и удаляемого воздуха на выходе из теплообменника при расходе приточного и удаляемого воздуха 5000 кг/ч, начальной температуре удаляемого воздуха tHl = 20°C . Разработанная методика позволяет определить максимальное значение перепада температур по каналу приточного воздуха в режиме работы теплообменника с выпадением конденсата на всей поверхности и оценить возможность замерзания конденсата, выпадающего на поверхности теплообменника.

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является одним из основных принципов функционирования современного промышленного производства. Максимальный эффект следует ожидать при внедрении мероприятий по экономии энергоресурсов на конечной стадии преобразования, то есть у технологического потребителя. При этом большое практическое значение приобретают вопросы полезного использования энергетического потенциала отходящих от теплотехнологических установок потоков продуктов и отходов. Это направление связано с повышением коэффициента использования топлива и энергии основного технологического агрегата, в том числе за счет возврата отходящих энергетических потоков для интенсификации основного технологического процесса. При этом осуществляется принцип регенерации энергии, результатом которого является снижение удельных расходов топлива в самом технологическом процессе. Здесь наибольший интерес представляют приточно-вытяжные установки систем вентиляции с вращающимся и пластинчатым теплоутилизаторами (рис.1 и 2).

Обслуживание камер вращающегося теплоутилизатора осуществляется с кровли. Барабан закреплен на металлической раме и приводится во вращение с частотой l0 об/мин с помощью клиноременной передачи 12 от привода, состоящего из электродвигателя 14 и червячной передачи 13. Нижняя часть камеры разделена перегородкой на приточный и вытяжной отсеки, в каждом из которых расположен фильтр 4, выполненный в виде вынимающейся кассеты, которая представляет собой металлическую раму прямоугольной формы, в которой зигзагообразно уложен фильтрующий материал. В верхней части камеры приварены переходные короба 5, на фланцах которых установлены приточный 6 и вытяжной 8 вентиляторы. Забор воздуха приточным вентилятором осуществляется сбоку с помощью входной коробки 7, выброс воздуха вытяжным вен-

тилятором осуществляется вертикально вверх. Расстояние между выхлопным отверстием и верхней кромкой заборной коробки принято равным 2 м; при необходимости оно может быть увеличено за счет длины выхлопной трубы. Воздух по приточному или вытяжному каналам проходит сквозь барабан по каналам 17 или 19, образованному соответственно гофрами 16 или 18, забирая или отдавая тепло посредством материала 15 и алюминиевой фольги. К отверстию приточного канала камеры присоединяется воздуховод 2, расположенный в помещении. На горизонтальном участке его предусмотрена установка воздухораспределителя 3, в качестве которого применены, например вихревые регулируемые воздухораспределители типа ВВР. Область применения крышной приточно-вытяжной установки ограничена температурой воздуха, подаваемого в помещение, так как установка калорифера на приточном воздухе невозможна из-за недостаточного давления, развиваемого приточным вентилятором. Однако расчеты показывают, что при температуре удаляемого воздуха 20 °С и температуре наружного воздуха - 20 °С, установка обеспечивает нагрев подаваемого воздуха до 8 °С, т. е, дополнительного подогрева не требуется. При этом экономия теплоты для установки

з

производительностью 5 тыс. м /ч (по каждому из потоков воздуха) составит 47 кВт, а 20 тыс. м3/ч - 187 кВт.

Рис.1. Приточно-вытяжная установка с теплоутилизатором: 1- железобетонный стакан, 2- воздуховод, 3- воздухораспределитель, 4 - фильтры очистки воздуха, 5 - переходные короба, 6 - приточный вентилятор, 7- входная коробка, 8 - вытяжной вентилятор, 9 - вращающийся регенеративный теплоутилизатор, 10-камера, 11- металлическая рама, 12 - клиноременная передача, 13-червячная передача, 14- электродвигатель, 15- теплопроводный материал, 16,17,18,19 - гофры, 20 - выдвижной каркас, 21- перегородка, 22- опоры сердечника барабана, 23 шкив привода клиноременной передачи.

Методику расчета параметров приточного и удаляемого воздуха на выходе из теплообменника рассмотрим на примере стационарного воздушного пластинчатого теплоути-лизатора, представленного на рис.2

Теплообменная поверхность рекуператора собрана из пластин, меду которыми расположено оребрение (1р = 2,6 мм;5р = 0,15 мм ), образующее каналы в виде равносторонних треугольников ( 2в = 60° ). Просвет между пластинами 13 = 3мм, 8т = 0,15мм. Расход приточного и удаляемого воздуха 5000 кг/ч. Начальная температура удаляемого воздуха Iн1 = 20°С ; влагосодержание ён1 = 7,2г / кг ; 1рЛ = 8,2°С ; грс = 25,96кДж / кг;

/м1 = 38,5кДж / кг. В рекуператоре подогревают приточный воздух с начальной температурой 2 = -5°С ; энтальпия насыщенного воздуха при 2 = -5°С составляет: СГ = 1,26кДж / кг . Площадь фронтального сечения в каждом канале рекуператора 1фР = 0,7 • 0,7 = 0,49м2, глубина I = 0,3м. Схема движения теплообменивающихся сред противоточная.

Сначала находим площадь живого сечения для прохода воздуха:

1 = Л1 = Л = /фр • / ,

где /уд по табл. 3.2 [1] равна 0,897м2 /м2

/ = 0,49 • 0,897 = 0,440м2. Затем определяем площадь теплообменной поверхности в потоке удаляемого (Б1) и приточного (Б2) воздуха

^ = ^ = ¥2 = ¥у • У = ¥у • /фр • I,

где ¥у по табл. 3.2 [1] равна 1905м2/м3

^ = 1905 • 0,49 • 0,3 = 280,035м2. Определяем эквивалентный диаметр теплообменника Бэкв: по табл. 3.2 [1] Еэкв = 1,769мм и массовую скорость движения воздуха в живом сечении теплообменника

(сор) = = 5000 = 3,160кг /(с • м2). (1)

4 'в 3600/ 3600 • 0,440 v !

Плотность удаляемого воздуха р1 = 1,164кг / м3, а плотность приточного воздуха р2 = 1,260кг / м3.

Скорость потоков удаляемого и приточного воздуха

С =(Р = ^ = 2,715м/с ; (2)

1 р 1,164

с = = = 2,508м/с . (3)

2 р2 1,260

Определяем значения критерия Яе и критерия №

= ^ = 2,715-I.769-10-3 = 3,8,881, (4)

1 V 15,06 •Ю-6

Ке2 = 2,508-1,769 '6°-3 = 344,981. (5)

2 у2 12,86 •Ю-6

Ыи1 = 1,99 • Яе0 09• Рг10 33 = 1,99 • 318,8810 09 • 0,7030 33 = 2,976; (6)

Ыщ = 1,99 • Яе009 • Рг°'33

= 1,99 • 344,9810,09 • 0,710 33 = 3,007.

0,33

(7)

У

1-1

Рис. 2. Расчетная схема воздушного пластинчатого теплоутилизатора.

Определяем приведенные коэффициенты конвективного теплообмена и коэффициент теплопередачи

(8) (9)

к =

а =а = 43,576 • 0,8 = 34,861Вт /(м2 • К); а2, = а2 •Пор = 40,799• 0,8 = 32,639Вт/(м2 • К).

1 1 = 16,857Вт /(м2 • К).

1 1

— + —г

а,

1

-+-

1

(10)

34,861 32,639

Находим безразмерные параметры, характеризующие режим теплообменников без выпадения конденсата и при выпадении конденсата на поверхности

Ро, =

к • Р 3,6 • 16,857 • 280,035

Сх • св

Щ =

к • Р

Ро' = к1

• св

• СВ

5000-1 5000•!

= 3,399;

= 1;

5000Л 3,6 • 22,521 • 280,035

• сн

щ = •Снас

02 • СВ

5000 • 2,084 5000 • 2,084 5000•!

= 2,179;

= 2,084.

(11) (12)

(13)

(14)

Определяем значения относительного перепада температур (энтальпий) по формулам 3.25, 3.42, 3.43, 3.40 [1]

0рс1 =

г - гнас

рс1 н2

г - гнас

н1 н2

25,96 -1,26 38,5 -1,26

= 0,663;

дмин _

°ра =■

(1 -о^ ) • <аа (1 - 0,77)

34,861 32,639

1 + 0-

а,,

1 +

34,861 32,639

= 0,119;

(15)

(16)

вмин •(*„! -^н2) = 0,119-2,084-(20 + 5) = 0235. (17)

Рс1 • мин 4 нас 5 '

/н1 - ^ 27,63 - 1,26

1 + «2 1 + 0 455-5000 - 32,639 ^макс =_= ' 5000 34,861 = 0984 ( )

рс1 « с л 32,639 1 ' ■ К }

1 + ^ 1 + —'---

« с 34,861 2,084

^нас ' '

Определяем максимальное значение перепада температур по каналу приточного воздуха в режиме работы теплообменника с выпадением конденсата на всей поверхности

вмГ = вГ-(КГ -СГ) -Ч = 0,455-(55,75-1,26)-5000 = . (19)

i2 G2 -св \tHl -tH2) 5000-1-(20 + 5)

Так как температура поверхности на входе приточного воздуха выше 0 °С, то выпадающий на поверхности теплообменника конденсат замерзать не будет. Выводы:

Разработанная методика позволяет определить максимальное значение перепада температур по каналу приточного воздуха в режиме работы теплообменника с выпадением конденсата на всей поверхности и оценить возможность замерзания конденсата, выпадающего на поверхности теплообменника.

Рассмотренные установки предназначены в основном для гражданских и общественных зданий, а также промышленных помещений, в которых воздух не загрязнен вредными, пожаро- и взрывоопасными примесями и не имеет запаха. Их можно использовать в тех случаях, когда концентрация вредных веществ в местах размещения приточных вентиляторов не превышает 30 % ПДК, установленных для воздуха рабочей зоны помещений.

Список литературы

1.Сажин Б.С. Научные основы создания систем жизнеобеспечения для текстильных производств/ Б.С.Сажин, О.С.Кочетов.- М.: МГТУ, 2004.-318 с.

2.Баскаков А.П., Ильина Е.В. Тепломассообмен при глубоком охлаждении продуктов сгорания природного газа//Инженерно-физический журнал. -2003.- №2.- С. 88...93.

3.Бурдо О.Г., Терзиев С.Г., Зыков А.В., Безбах И.В. Пути совершенствования теплотехнологий сушки в АПК // Труды Международной научно - практической конференции СЭТТ-2002. Сушка и термовлажностная обработка материалов.- М, 2002. - Т. А - С. 153____156.

4.Бухаркин Е.Н. Возможности экономии электроэнергии при использовании конденсационных теплоутилизаторов в водогрейных котельных // Промышленная энергетика. - 1998. - № 7. - С. 34.. .37.

5.Волчков Э.И., Терехов В.В., Терехов В.И. Тепломассообмен в пограничном слое при вынужденном течении влажного воздуха с конденсацией пара на поверхности // Теплофизика и аэромеханика. - 2000. - № 2. - С. 257.266.

6.Гаряев А.Б., Цепляева Е.В. Расчёт утилизации теплоты влажных газов в теплообменных аппаратах перекрёстного тока // Вестник МЭИ. - 2003..- №

5.- С. 82. .85.