Считаю поверхность нагрева трубчатого экономайзера. Объект: цех. Суть в том, что мощность котла 100 кВт. К цеху пристраивается помещение. Сумарная мощность после добавления пристройки составляет уже 120 кВт. Суть заключается в том, чтобы не менять щеповой котел, а в дымоходе вставить теплообменник, он же экономайзер, из стальных сваренных трубок и таким образом повысить мощность. Только вот вопрос, можно ли повысить мощность таким образом на 20 кВт? Нашел один из расчетов http://window.edu.ru/resource/562/38562/files/bychenok.pdf. Только вот не совсем понятно, как правильно принять температуры для формулы (14). Если температурный график котельной 95-70 градусов, правильно ли принять температуру обратки как температуру на входе в экономазер, то есть 70 градусов? А температуру на выходе и расход врды через экономайзер уже принимать методом подбора? Только тут снова вопрос, в каком диапозоне принимать температуру на выходе, если температурынй график 95-70? не ниже 75 и не выше 85 градусов?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

ИМХО, нереально.

Но если рассчитывать, то, наверное, нужно рассматривать теплофикационный режим: 95-70.

Но проверить все равно нужно, а точнее доказать расчетом. Котел водогрейный. По поводу температур нашел вот такую математическую модель. Возможно это слишком сложно, но суть остается той же. Определяется максимальная температура и оптимальная температура в процессе теплообмена. https://studfile.net/preview/993683/page:4/
Только опять же вопрос, в каком диапозоне принять исходные данные, которые даны в таблице на 3-ей странице? https://studfile.net/preview/993683/page:3/

откройте паспорт котла и посмотрите его КПД.
закройте паспорт.
можно еще почитать про химический недожог, про потери с уходящими газами, на будущее...

По опыту расчётов и проектирования экономайзеров: при охлаждении дымовых газов до температуры, которая будет гарантированно выше точки росы, максимум можно прибавить в мощности 3..6%. При этом получается более-менее адекватное по размерам "железо".

Для котла мощностью 100 кВт рекомендую даже не пытаться туда, что-либо устанавливать - эффект минимален. Стоимость"железа" будет сопоставима с покупкой нового котла требуемой мощности.

Чем руководствуетесь при проектировании экономайзеров если не секрет?

Если будет желание поразбираться, то можно попробовать посчитать по "Нормативному методу"...

Исходными данными, пожеланиями заказчика и адекватной стоимостью итогового решения.

Что за норматив?

Вам уже подсказали - посмотрите текущий КПД котла, температуру дымовых газов. Прикиньте КПД по планируемой (желаемой) температуре газов. В итоге получите экономию топлива и рублей. Закиньте запрос производителям рекуператоров, потом сравните.
Фактический опыт - пытались обосновать рекуператор на печь 16 Гкал/ч с КПД 70%. По критериям окупаемости заказчика не проканало.

"Тепловой расчёт котельных агрегатов"

Глава седьмая. Расчёт конвективных и шир
мовых поверхностей нагрева

Смотрю седьмую главу и там есть формула с коэффициентом к для определения поверхности нагрева экономайзера. Этот коэффициент определяется по той же формуле, что и при теплопотерях теплопередача. Две составляющие в этой формуле это коэффициенты теплоотдачи дымовых газов к меди и воды к меди (трубки из меди, теплоноситель: вода). Вопрос где их взять? Кто-то может подсказать?

Проверочный расчет теплообменника через коэффициенты теплоотдачи (альфа) сред к стенке и от стенки приводится в любом учебнике по теплопередаче. Процесс итерационный - нужно знать геометрию теплообменника, составы и расходы сред, начальные и конечные температуры потоков. Задаются температурой стенки трубы, из этого находят значения критерия Нуссельта для каждой из сторон, из Нуссельтов находят альфы. Зная альфы и материал/тоолщину стенки трубы находят коэффициент теплопередачи К. Через К, площадь ТО и температурный напор находят количество передаваемого тепла через основное уравнение теплопередачи. Если оно не сходится с теплом по изменениями температур сред, принимают новую температуру стенки. Для верно подобранного теплообменника итерационный процесс сойдется.

Посчитал, в итоге получилось, что для снятия 12 кВт (такая точная цифра после уменьшения требуемой мощности) с экономайзера надо целых 15 рядов медных трубок, площадь одного ряда, расположенного горизонтально 1,5 м2. Коэффициент теплопередачи получился к =9,5 Вт/м2*С. Температуры в контурах: дымовые газы: 250-70 С, вода: 80-70 С. Скорость дыма 4,7 м/с. Вопрос, влияет ли как-то противоток или прямоток воды по направлению дымовых газов?

Конечно влияет, желательно организовывать противоток для получения максимального температурного напора

Странные все же температуры у вас - входная температура воды равна выходной ткмпературе газа. С точки зрения теории теплопередачи у вас часть трубок работают с температурным напором 0 градусов. То есть тепло в них не передается, а значит часть конструкции аппарата будет куплена бесполезно. На практике, если входная вода 70 градусов, то выход газа будет 85-90. Тут экономика - каждая последующая калория рекуперации стоит дороже и дороже

Возможно, я неправильно считаю температурный напор. Странно, что у меня при прямотоке получается больше, чем при противотоке.
если у меня:
t1= 70 С- температура воды на входе в экономайзер
t2= 80 С- температура воды на выходе из экономайзера
t4= 250 С- температура дымовых газов на входе в экономайзер
t5= 75 С- температура дымовых газов на выходе из экономайзера (принял на 5 больше чем было), то
при прямотоке:
dt= (t4-t5)-(t2-t1)/ln(t4-t5)/(t2-t1)= (250-75)-(80-70)/ln(250-75)/(80-70)= 57.65 C
при противотоке:
dt= (t4-t1)-(t2-t5)/ln(t4-t1)/(t2-t5)= (250-70)-(80-75)/ln(250-70)/(80-75)= 48.84 C

Возможно, я использую неправильную формулу?
И да, по поводу этих самых температур. Какие закономерности должны быть? В справочнике вижу только формулу, в других источниках тоже самое. На сколько какая температура должна быть больше/меньше какой? И где это можно посмотреть, чтобы подтвердить источником?

Еще напрягает коэффициент теплоотдачи от воды к стенки трубки, он вышел аж 5520, в то время как от дымовых газов меди 9,343.

Тут все нормально. Коэффициенты теплоотдачи от газов/к газам самые низкие. В литературе значения 5...60. Для жидкостей - несколько тысяч. Общий коэффициент теплопередачи должен получаться меньше минимальной из составляющих, то есть менее 9,343. Так что 9,5 по математике не должно было получиться, но конкретно к этому примеру это фигня. Из-за низких коэффициентов там, где нужно греть/охлаждать газы стенкой применяют увеличение площади за счет оребрения - калориферы, радиаторы автомобилей, АВО всякие.
Насчет расчета dt посмотрю литературу

Вот: температурный напор считают не по разнице температур потоков, а по разнице температур между потоками на концах аппарата. То есть для температур газов 250-80 и воды 70-75 противотока составит:
dtБ =250-75
dtМ=80-70
а для прямотока:
dtБ=250-70
dtМ=80-75
Мы рисовали в институте схемы теплообмена, чтобы не запутаться.

С температурами нужно ориентироваться по тепловому балансу. Допустим у вас есть 1000 кг/ч дымовых газов с температурой 250 градусов и поток химводы сколько то там кг/ч. И ессли вы остудите газ до 100 градусов, то вы извлечете определенное число калорий. Ровно столько же калорий поступит воде, соответственно больше определенной температуры она не нагреется.
Или нужно избегать перекрещивания температурных кривых, когда неизвестен расход одного потока. Допустим нужно охлаждать поток водой. Увеличиваем расход воды, пока перекрещивания температурных кривых не будет. Найденный расход воды уйдет заданием проектировщику оборотного водоснабжения.
Примерно так

Мне вот интересно, что подразумевается под площадью сечения в каждом контуре? Если с водой все понятно, и это площадь сечения круга, то площадь сечения экономайзера это что? Та часть, через которую проходят дымовые газы? То есть площадь сечения экономайзера по ходу движения дымовых газов минус общая площадь трубок экономайзера?

Стал пересматривать свои расчеты. Скажите, а что при расчете критерия Рейнодьдса считать эквивалентным диаметром? Видимо тут я ошибся. Как я понимаю это пространство между трубками, через которое проходят дымовые газы. Для его определения необходимо знать еще и периметр этого пространства. Вообще не понимаю, как это сделать.

Я также попытался сделать расчет исходя из необходимой мощности. Но получился бред. Получается, что нужно 1222 ряда трубок. Если с контуром воды еще все более-менее, то с контуром дымовых газов беда. Возможно я неправильно считаю площадь- сечение для прохода дымовых газов и эквивалентый диаметр. Прикладываю расчет и сечение по ходу движения дымовых газов- черным это пространство для прохода дымовых газов 0,805 м2, а 0,302 м2 это площадь поверхности одного ряда трубок, общие размеры 1,35 м х 0,82 м (больше не позволяет помещение). Получается смоченный периметр П= 31,7 м.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Основные замечания:
1. В данной расчётной схеме тепловая мощность зависит от расхода и изменения температуры дымовых газов, а не наоборот.
2. Определяющим размером при расчёте числа Рейнольдса и коэффициента теплоотдачи по стороне дымовых газов в данном случае является внешний диаметр трубки.
3. Площадь теплообмена и площадь поперечного сечения по стороне дымовых газов - это не одно и тоже.
4. В данном случае движение дымовых газов через блок труб вынужденное, а не свободное. Соответственно описывается другими формулами.

Непонятно какая схема движения дымовых газов - противоточная, прямоточная, поперечная?

От этого сильно зависит значение температурного напора.

Сразу бросается в глаза заниженная температура дымовых газов - 90 град. Это очень низкое значение. При таком захолаживании дымовых газов всегда получаются большие теплообменники. Чтобы получить более-менее приемлемый результат температура дымовых газов на выходе должна быть 150..160 град.

То есть некорректно находить расход и скорость дымовых газов зная мощность? Как тогда поступить? Принять скорость движения дымовых газов, зная площадь и температуры, высчитать расход и мощность? Но какая это будет мощность? Это будет мощность одного ряда? И температуры тогда надо принимать для каждого ряда что ли (чем ближе ряд к выходу из трубы температура ниже)?
Просто у меня на чертеже сечения показан один ряд трубок змейкой. Он располагается горизонтально. И таких рядов должно быть несколько. Сколько пока неизвестно. Схема движения судя пов сему получается поперечная, хотя если подача воды происходит в верхний ряд трубок, а нагретая обратка выходит внизу ближе к котлу, возможно, что можно сказать, что это противоток.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Количество тепла, которое можно снять при охлаждении дымовых газов, определяется расходом дымовых газов, начальной температурой дымовых газов и температурой, до которой получится охладить дымовые газы.

Расход дымовых газов определяется расходом топлива и расходом воздуха, подаваемого в топку.

Если трубки расположены горизонтально, а дымовая труба вертикально - будет поперечное движение дымовых газов относительно пучка труб.

Добрый день, Дмитрий. Я так понимаю это ваш вопрос на Авторе24? Давайте разберемся в рамках форума. Какое топливо и его расход?

Да, мой. Топливо щепа. Расход не считал, вернее запутался по какой формуле и исходя из чего его считать.

Согласен с тем что пишет yaver. Снять достаточное количество тепла не получится. Вам нужен расчет? Для этого нужно знать вид топлива, расход топлива фактический (или по паспорту котла), посчитать количество дымовых газов и их теплоту. Узнаем сколько тепла они смогут отдать воде. Если их тепла будет не достаточно, то и смысла городить теплообменник нет. Пишите на почту tva14@yandex.ru так будет быстрее.

Вопрос немного не по теме, кто чем и как вообще мерит температуру уходящих дымовых газов если нет паспорта котла?