Расчет испарителя
В дымовых газах содержится смесь N2 и SO2, процентным содержанием соответственно 62,6 % и 37,4 %.
Теплоемкость смеси равна:
ссм = сSO2 ∙ ySO2 + cN2 ∙ yN2, (3.1)
где сSO2, cN2 – теплоемкость газов, кДж/(кг∙К); ySO2, yN2 – удельное содержание газов в смеси. Подставив значения, получим:
ссм = 0,633 ∙0,374 + 1,05 ∙0,626 = 0,89 кДж/(кг∙К).
Плотность смеси равна:
ρсм = ρSO2 ∙ ySO2 + ρN2 ∙ yN2 = 1,56 ∙ 0,374 + 0,68 ∙ 0,626 = 1,0 кг/м3. (3.2)
Температура дымовых газов после испарителя:
(3.3)
Температурная схема процесса:
320 → 228
158 → 158
Δtб = 162 Δtм = 70
Средняя разность температур: так как Δtб/Δtм = 2,31 > 2, то
(3.4)
Δtср= (162 - 70)/ln(162/70) = 110 0С.
Тепловая нагрузка определяется по формуле:
Q = [Vт.г. ∙ ссм∙(tд.г.- tк)ρсм]/3600, (3.5)
где Vт.г. – расход технологических газов, м3/час; ссм – теплоемкость смеси, кДж/(кг∙К); tд.г – температура дымовых газов после испарителя, °С; tк – температура дымовых газов после экономайзера, °С.
Q = [150000 ∙ 0,89∙(228 - 200)∙1,0]/3600 = 1038 кВт. (3.6)
Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи равным Кор = 60 Вт/(м2 ∙ 0С). Тогда предварительная поверхность теплообмена:
F = Q/(K×Δtср). (3.7)
F = 1038/(0,06 ∙ 110) = 157 м2.
Количество трубок:
n = F/(π ∙ dср ∙ l). (3.8)
n = 157/(3,14 ∙0,023 ∙2) = 1087 трубок.
Площадь поперечного сечения для прохода газов равна:
S = 0,02 ∙33 ∙2 = 1,32 м2. (3.9)
Расчетная скорость технологического газа в межтрубном пространстве:
=Vт.г./(S ∙3600). (3.10)
= 150000/(1,32 ∙ 3600) = 32 м/с.
Критерий Рейнольдса для технологического газа:
. (3.11)
,
где ρ – плотность газа при рабочих условиях, кг/м3; μ – динамический коэффициент вязкости, Па ∙с.
Величину критерия Nu определяем по формуле:
Nu = 0,018 ∙ Eе ∙ Re0,8. (3.12)
Nu = 0,018 ∙ 1 ∙ 532600,8 = 108,7.
Коэффициент теплоотдачи со стороны технологических газов равен:
(3.13)
αг = (108,7 ∙ 0,0229)/ 0,025 = 99,6 Вт/м2 ∙ К.
Расчет экономайзера
Расход воды:
. (3.14)
кг/с.
Коэффициент теплоотдачи для кипящей воды:
(3.15)
где p = 6 атм; q – тепловой поток, Вт.
q = Q/F. (3.16)
q = 1038000/157 = 6611,5 Вт.
Тогда:
Вт/(м2 ∙ К). (3.17)
Общий коэффициент теплоотдачи равен:
(3.18)
Принимаем следующие термические сопротивления: со стороны дымовых газов r 1 = 6 ∙ 10-4 (м2 ∙ 0С)/Вт; со стороны воды – r 2 = 0,4∙10-4 (м2 ∙ 0С)/Вт.
Термическое сопротивление стенки:
(м2 ∙ 0С)/Вт, (3.19)
где 
– теплопроводность углеродистой стали.
Вт/(м2 ∙ 0С).
Уточненная площадь поверхности теплообмена составит:
м2. (3.20)
По ГОСТу 15120-79, исходя из площади поверхности теплообмена, принимаем одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром патрубка 700 мм, с диаметром кожуха 800 мм, площадь поверхности теплообмена 135 м2, наружный диаметр труб 20 мм с толщиной стенки 2 мм, длина труб 3000 мм.
Расчет вспомогательного оборудования
Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 1м/с. Тогда диаметр равен:
. (3.21)
м.
Выберем стальную трубу внутренним диаметром 50 мм, толщиной стенки 3,5 мм. Наружный диаметр трубы 0,057 м.
Примем, что коррозия трубопровода незначительна.
Определим критерий Re:
(3.22)
Т.е. режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной Δ=2·10-4 м. Тогда:
(3.23)
Далее получим
; 
; 
;
2300<Re<128794
Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчёт λ следует проводить по формуле:
. (3.24)
.
Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.
Для всасывающей линии:
1) ζ=0,5 – вход в трубу (принимаем с острыми краями);
2) ζ=0,15 – задвижка, 2 шт;
3) ζ=0,9 – колено, 2 шт.
Тогда коэффициент местных сопротивлений для всасывающей линии будет равен ζв=2,6.
Тогда:
. (3.25)
Па.
Потери напора на всасывающей линии:
(3.26)
м.
Для нагнетательной линии:
1) ζ1=1 – выход из трубы;
2) ζ=0,9 – колено, 3 шт;
3) ζ=0,15 – задвижка, 2 шт.
Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии составит 4,9.
Тогда
(3.27)
Па.
Потери напора на нагнетательной линии:
. (3.28)
м.
Общие потери напора:
Нп = Нвс + Нн. (3.29)
Нп = 0,14 + 0,26 = 0,4 м.
Полный напор, развиваемый насосом:
. (3.30)
м.
Полезная мощность насоса:
N = V∙ρ∙g∙H. (3.31)
N = V∙ρ∙g∙H = 0,0021∙998∙9,81∙25,8 = 530 Вт.
Для центробежного насоса средней производительности примем η = ηп∙ηд∙ηн = 0,8. Тогда мощность, потребляемая двигателем насоса:
Nдв = N/ η. (3.32)
Nдв = 530/0,8 = 663 Вт.
С запасом на возможные перегрузки
Nуст = β∙Nдв. (3.33)
Nуст = 1,4∙663 = 928 Вт.
Выбираем центробежный насос марки Х8/30 – СД, для которого при оптимальном режиме работы Q = 8,0 м3/ч, Н = 30 м водного столба, Nн = 4 кВт, частота вращения n = 2900 об/мин, электродвигатель 4А100S2.
