 |
Методика проектирования шахтных безвентиляторных и вентиляторных воздухонагревательных установок
|
|
|
|
Проектом должно быть определено число воздухонагревателей и их наиболее целесообразное расположение в установке, обеспечивающее требуемую теплопроизводительность при любых температурах наружного воздуха.
Исходными данными для выполнения теплотехнических расчетов являются:
расход воздуха для шахты;
температура наружного воздуха;
температура поступающего в шахту подогретого воздуха;
вид теплоносителя и его параметры;
тип и номер воздухонагревателей, принимаемых для монтажа установки.
В зависимости от принятых типа и номера воздухонагревателей, вида теплоносителя и габаритов здания намечается схема группы воздухонагревателей: число воздухонагревателей в группе, расположение их по высоте, число рядов воздухонагревателей по ходу воздушной струи и схема подключения воздухонагревателей с теплоносителем.
Воздухонагревательная установка должна состоять из одинаковых групп воздухонагревателей, расположенных параллельно теплоносителю.
При такой схеме подключения температуры воздуха и теплоносителя на входе в воздухонагреватели всех групп и выходе из них будут одинаковыми.
Поэтому методика расчета безвентиляторной и вентиляторной воздухонагревательных установок сводится к теплотехническому расчету группы воздухонагревателей при теплоносителе - воде.
Расчет принятой группы воздухонагревателей производится в следующей последовательности.
1 Задаются значениями массовой скорости воздуха во фронтальном сечении Vgв и скорости движения воды в трубках воздухонагревателя. Массовая скорость воздуха принимается в пределах 3,6-5,0 кг/(м2 ·с), а скорость движения воды в трубках Vвд = 0,3-0,8 м/с.
2 В зависимости от принятых типа воздухонагревателя и значений Vgв и Vвд определяется значение Бк = Ак·kтп/Vgв, где Ак.- показатель, характеризующий тип воздухонагревателя; kтп - коэффициент теплопередачи для многорядных по ходу воздуха воздухонагревательных групп.
|
|
|
Показатель Ак может быть принят по таблице 11.1 или определен по формуле
(11.1)
где F - площадь поверхности теплообмена с воздушной стороны воздухонагревателя, м2;
fв - фронтальное сечение воздухонагревателя для прохода воздуха, м2.
Коэффициент kтп может быть определен по соответствующим формулам таблицы 11.1.
Таблица 11.1 – Технические данные воздухонагревателей
| Обозначение воздухонагревателей | Показатели | Номер воздухонагревателя | ||||||
| КСк 3-02Хл3а | F, м2 | 13,26 | 16,34 | 19,42 | 22,50 | 28,66 | 83,12 | 125,27 |
| fв, м2 | 0,267 | 0,329 | 0,392 | 0,455 | 0,581 | 1,66 | 2,488 | |
| fт, м2 | 0,000846 | 0,000846 | 0,000846 | 0,000846 | 0,000846 | 0,002576 | 0,03881 | |
| fп, м2 | 0,001006 | 0,001006 | 0,001006 | 0,001006 | 0,001006 | 0,002205 | 0,002205 | |
| Ак | 0,025 | 0,025 | 0,025 | 0,025 | 0,025 | 0,025 | 0,025 | |
| Вк·104 | ||||||||
| Ктп = 26,2 (Vgв) 0,44 Vвд 0,17, h1 = 5,765 (Vgв) 1,832 | ||||||||
| КСк 4-02Хл3а | F, м2 | 17,42 | 21,47 | 25,52 | 29,57 | 37,68 | 110,05 | 166,25 |
| fв, м2 | 0,267 | 0,329 | 0,392 | 0,455 | 0,581 | 1,660 | 2,488 | |
| fт, м2 | 0,001113 | 0,001113 | 0,001113 | 0,001113 | 0,001113 | 0,003412 | 0,005134 | |
| fп, м2 | 0,001006 | 0,001006 | 0,001006 | 0,001006 | 0,001006 | 0,002205 | 0,002205 | |
| Ак | 0,033 | 0,033 | 0,033 | 0,033 | 0,033 | 0,033 | 0,033 | |
| Вк·104 | ||||||||
| Ктп = 22,8 (Vgв) 0,50 Vвд 0,158, h1 = 8,435 (Vgв) 1,705 | ||||||||
| Квсб-пу3 | F, м2 | 12,92 | 15,92 | 18,96 | 22,02 | 28,11 | 80,3 | 120,36 |
| fв, м2 | 0,267 | 0,329 | 0,392 | 0,455 | 0,581 | 1,660 | 2,488 | |
| fт, м2 | 0,00087 | 0,00087 | 0,00037 | 0,00087 | 0,00087 | 0,00261 | 0,00392 | |
| fп, м2 | 0,00101 | 0,00101 | 0,00101 | 0,00101 | 0,00101 | 0,00221 | 0,00221 | |
| Ак | 0,024 | 0,024 | 0,024 | 0,024 | 0,024 | 0,024 | 0,024 | |
| Вк·104 | ||||||||
| Ктп = 23,05 (Vgв) 0,35 Vвд 0,13, h1 = 5,98 (Vgв) 1,525 | ||||||||
| Квбб-пу3 | F, м2 | 17,22 | 21,22 | 25,29 | 29,34 | 37,48 | 107,08 | 160,49 |
| fв, м2 | 0,267 | 0,329 | 0,392 | 0,455 | 0,581 | 1,660 | 2,488 | |
| fт, м2 | 0,00116 | 0,00116 | 0,00116 | 0,00116 | 0,00116 | 0,00348 | 0,00592 | |
| fп, м2 | 0,00101 | 0,00101 | 0,00101 | 0,00101 | 0,00101 | 0,00221 | 0,00358 | |
| Ак | 0,032 | 0,032 | 0,032 | 0,032 | 0,032 | 0,032 | 0,032 | |
| Вк·104 | ||||||||
| Ктп = 21,85 (Vgв) 0,35 Vвд 0,13, h1 = 8,27 (Vgв) 1,525 |
|
|
|
В таблице дополнительно введены следующие обозначения:
fт - площадь сечения прохода теплоносителя, м2,
fп - площадь сечения патрубка, м2;
h1 - депрессия воздухонагревателя, Па. Вк = 2,47·10-4 fв/fт.
Примечание – Технические данные новых модификаций воздухонагревателей берутся по таблицам, помещенным в соответствующих справочниках.
3 Определяются значения параметров σ1 и a1 для одного воздухонагревателя в группе по формулам:
(11.2)
где Вк - показатель, характеризующий номер и тип воздухонагревателя; принимается по таблице 11.1;
(11.3)
При теплоносителе - паре для многорядных по ходу воздушной струи воздухонагревательных групп
(11.4)
4 Определяются значения σр и aр для одного ряда воздухонагревателей
(11.5)
(11.6)
где nк.р.п - число воздухонагревателей в одном ряду, последовательно подключенных по ходу теплоносителя.
При теплоносителе - паре:
5 Проверяется степень нагрева воздуха aр в ряду и степень охлаждения теплоносителя aр σр.
При однорядном расположении воздухонагревателей величина ау=ар должна быть больше указанной в таблице 11.2, а ау σу должна находиться в пределах указанных в таблице 11.2.
Если значение ау будет меньше указанного в таблице 11.2, то это означает, что массовая скорость воздуха Vgв принята слишком высокой.
В случае, когда ау σу не входит в пределы, указанные в таблице 11.2, следует изменять скорость воды в трубках воздухонагревателя Vвд.
6 При двухрядном расположении воздухонагревателей определяются значения σу и ау для всей группы по соответствующим формулам, приведенным в таблице 11.3. Значение ау должно быть больше указанного в таблице 11.2, ау σу должно находиться в пределах указанных в таблице 11.2.
Производится проверка, аналогичная указанной в п.5.
Таблица 11.2 – Основные расчетные параметры воздухонагревательных установок
| Показатели | Расчетные показатели для бассейнов | |
| Донецкого | Кузнецкого | |
| Расчетная температура наружного воздуха tв.н, °С | -36 | -50 |
| Плотность воздуха gв.н, кг/м3 | 1,48 | 1,58 |
| Плотность воздуха gв+30, кг/м3 | 1,15 | 1,15 |
| На выходе из воздухонагревателей при tв.к.≈ +30°С | ||
| Минимальные значения степени нагрева воздуха ау: | ||
| При параметрах теплоносителя: | ||
| 150-70°С | 0,22 | 0,28 |
| 130-70°С | 0,25 | 0,31 |
| При теплоносителе – паре с tт.п = 143°С | 0,23 | 0,29 |
| Пределы значений степени охлаждения воды ауσу при параметрах | ||
| 150-70°С | 0,43-0,48 | 0,40-0,45 |
| 130-70°С | 0,38-0,42 | 0,33-0,39 |
| Удельный расход тепла на нагрев воздуха, поступающего в шахту, qуд, Вт·с/м3 |
|
|
|
Таблица 11.3 – Формулы для расчета многорядных воздухонагревательных установок
| Тепло-носитель | Схема соединения рядов воздухонагревателей по теплоносителю | Параметры всей установки, если известны параметры ряда | Параметры ряда, если известны параметры установки |
| Горячая вода | Последовательно-прямоточная | σу = σр 
| σр = σу 
|
| Последовательно-противоточная при σ ≠ 1 | σу = σр 
| σр = σу 
| |
| Последовательно-противоточная при σ = 1 | σу = σр 
| σр = σу 
| |
| Параллельная | 
| σр = σуnкл 
| |
| Пар | Параллельная | — 
| —
|
Здесь nкл – число рядов воздухонагревателей
7 Определяются конечные температуры воздуха tв.к и теплоносителя tт.к по формулам:
(11.7)
(11.8)
где tт.н, tв.н - соответственно начальная температура теплоносителя и воздуха, °С.
При однорядной группе воздухонагревателей а = ар, σ = σр; при многорядной группе а = ау σ = σу.
8 Определяется массовый расход воздуха Q1 (кг/с) в воздухонагревателях по формуле
(11.9)
где fв - фронтальное сечение для прохода воздуха, м2; принимается по таблице 11.1;
nк.р - число воздухонагревателей в одном ряду.
9 Определяется расход тепла G (Вт), переданного воздуху в группе воздухонагревателей
(11.10)
10 Рассчитывается расход теплоносителя qт (м3/ч), проходящего через каждый воздухонагреватель
(11.11)
где nк.п- число рядов воздухонагревателей.
11 Определяется скорость теплоносителя-воды в трубках воздухонагревателей Vв.д (м/с)
(11.12)
где fт - берется по таблице 11.1.
12 Рассчитывается требуемая площадь поверхности теплообмена воздухонагревательной установки Fтр (м2)
(11.13)
где
(11.13)
13 Отклонение фактической поверхности теплообмена от требуемой воздухонагревательной установки должно удовлетворять условию (в процентах)
|
|
|
(11.15)
где Fф - фактическая поверхность теплообмена с воздушной стороны, равная сумме поверхностей теплообмена F установленных воздухонагревателей;
F - принимается по таблице 11.1.
Если условие (11.15) не выполняется, необходимо заменить номер воздухонагревателя или его тип, и расчет повторяют, начиная с п.2.
14 Определяется депрессия hк (даПа) воздухонагревателей
(11.16)
где 1,2 - коэффициент резерва;
h1 - потеря депрессии в одном воздухонагревателе, даПа; вычисляется по формуле, приведенной в таблице 11.1.
Потеря давления теплоносителя
(11.17)
где 1,1 - коэффициент резерва;
kх - коэффициент, учитывающий влияние числа ходов в многоходовых воздухонагревателях; принимается по таблице 11.4;
h/1 - сопротивление одного воздухонагревателя проходу теплоносителя; определяется по номограмме (рисунок 11.6).
Рисунок 11.6 - Номограмма для определения сопротивления проходу воды одноходовых воздухонагревателей в зависимости от диаметра патрубка и расхода воды
Таблица 11.4 - Коэффициент учета влияния числа ходов в многоходовых
воздухонагревателях на величину их гидравлического сопротивления
| Число ходов в воздухонагревателе | kх | Число ходов в воздухонагревателе | kх |
| 1,0 | 4,7 | ||
| 1,5 | 5,4 | ||
| 2,0 | 6,1 | ||
| 2,7 | 6,8 | ||
| 3,4 | 7,5 | ||
| 4,1 | 8,2 |
15 Определяется площадь сечения проемов S/х, (м2) для прохода холодного воздуха
(11.18)
где γв.н - плотность воздуха при расчетной температуре холодного воздуха, кг/м3; принимается по таблице 11.2;
Vmax - допустимая максимальная скорость поступающего холодного воздуха в проемах воздухонагревательной установки, м/с; Vmax = 3-4 м/с.
16 Рассчитывается площадь сечения проемов S/r (м2) для прохода нагретого воздуха
(11.19)
где γв+30° - плотность нагретого воздуха, кг/м3, принимается по таблице 11.2;
V/max - допустимая максимальная скорость в проемах для прохода нагретого воздуха в камеру смешения, м/с; V/max = 8-10 м/с.
17 Определяется удельный qуд (Вт·с/м3) расход тепла на нагрев 1 м3/с поступающего в шахту воздуха
(11.20)
где tСМ= +2°С - температура смеси холодного и подогретого в воздухонагревателе воздуха.
18 Определяется расход воздуха Q/ (м3/с), нагреваемого одной группой воздухонагревателей
(11.21)
19 Производится расчет всей воздухонагревательной установки, при этом определяется:
число групп nг в воздухонагревательной установке
(11.22)
где 1,1 - коэффициент запаса по теплопроизводительности установки;
количество теплоносителя для всей установки Gт.у (кг/ч)
(11.23)
общая площадь сечения проемов Sx (м2) для прохода холодного воздуха
(11.24)
площадь сечения Sr (м2) для прохода подогретого воздуха в камеру смешения
|
|
|
(11.25)
Теплотехнический расчет однорядных (по воздуху) воздухонагревательных групп безвентиляторных и вентиляторных воздухонагревательных установок при теплоносителе - насыщенном паре производится по следующей методике.
Поверхность теплообмена воздухонагревательной установки Fтр (м2) определяется по формуле
(11.26)
где Q/ш - расход воздуха для проветривания шахты, м3/ч;
Δt - разность между средними температурами теплоносителя и воздуха, °С;
(11.27)
где tП - температура насыщенного пара, °С; при давлении пара 0,03 МПа tП можно принять 100°С.
Коэффициент теплопередачи (kтп) определяется по формуле
(11.28)
С учетом срока службы воздухонагревателей в установке коэффициент теплопередачи определяется из выражения
(11.29)
где kиз - величина, учитывающая изменение коэффициента теплопередачи от срока службы воздухонагревателей в установке Ткл, и равная
| Ткл, лет | ||||||||||
| kиз | 82,5 | 79,4 | 76,4 | 73,0 | 70,5 | 67,5 | 64,3 | 61,3 | 58,1 | 55,4 |
Поверхность теплообмена воздухонагревательной установки определяется сумкой теплопередающих поверхностей Fтр (м2)
(11.30)
где F1, F2 - теплопередающая поверхность ступени теплообмена соответственно "пар-воздух", "конденсат-воздух", м2; величина F2 составляет 10% от F1.
Массовая скорость воздуха Vγв (кг/м2·с) во фронтальном сечении воздухонагревателей определяется по формуле
(11.31)
Для ориентировочного расчета однорядной (по воздуху) воздухонагревательной установки в условиях шахт Кузбасса при теплоносителе-паре на рисунке 11.7 приведен график, по которому определяется поверхность теплообмена с воздушной стороны воздухонагревательной установки в зависимости от расхода воздуха и давления пара Рп перед входом в воздухонагревательную установку.
Рисунок 11.7 - Зависимость величины поверхности нагрева воздухонагревательной установки от расхода нагреваемого воздуха и давления пара в воздухонагревателе.
|
|
|
12 |
