Beispiel
Im Flammrohrbündel eines Dampferzeugers zur isobaren Erzeugung von Sattdampf bei 190 °C aus siedendem Wasser strömt ein Rauchgasvolumenstrom von 10.000 Normkubikmetern pro Stunde (temperaturgemittelte spezifische Wärmekapazität 1,22
- Berechnen Sie die Rauchgastemperatur, wenn 50 % der Heizfläche durchströmt wurde, sowie am Austritt aus dem Rohrbündel!
- Welche Wärmeleistung überträgt der Verdampfer?
- Welcher Massenstrom siedendes Wasser verdampft?
Gegeben:
| Verdampfer: | A = | k = | ||
| Kühlmedium: | t2 = t2' = t2'' = | r(190 °C) = | ||
| Heizmedium: | ρn= | |||
Lösung:
- Berechnung von
und mit und
Für die Berechnung vonist die halbe Übertragungsfähigkeit anzusetzen. bei A = 32 m2: bei A = 64 m2: Hinweis
Das Rauchgas tritt mit 800°C in den Dampferzeuger ein und mit ca. 484°C aus. Das arithmetische Mittel dieser Temperaturen beträgt demnach 642°C, die Temperatur des Rauchgases nach Überstreichen der Hälfte der Heizfläche jedoch 614°C!
- Wärmeleistung
in kW mit zwei alternativen Berechnungsmöglichkeiten und oder - Massenstrom des verdampfenden Wassers
in
Methode
Schema zur Berechnung von Rekuperatoren nach der vereinfachten Berechnung
Die vereinfachte Berechnung von Rekuperatoren, wie wir sie hier besprochen und an drei Beispielen demonstriert haben, kann insbesondere bei Fragen ihres konkreten konstruktiven Entwurfs nicht immer befriedigende Antworten geben, weil die dafür notwendigen Voraussetzungen den Gegebenheiten in der Praxis entgegenstehen. Dann greift man zu mathematischen Simulationen auf der Basis numerischer Verfahren. Die Beschaffung der erforderlichen Eingangsdaten ist dabei eine oft erheblich unterschätzte Herausforderung, selbst wenn man sich auf die vereinfachte Berechnung von Rekuperatoren zurückzieht.
Die vereinfachte Berechnung von Rekuperatoren kann dennoch bei etwas vertiefter Betrachtung zur Grobauslegung eines Rekuperators herangezogen werden. Die Rechnung wird dann vor allem deshalb etwas aufwendiger, weil man auf iterativem Wege sich der Temperaturabhängigkeit des Wärmedurchgangs nähern muss. Das prinzipielle Vorgehen kann wie folgt skizziert werden:
- Ermittlung des zu übertragenden Wärmestroms
aus Grundgleichung der Kalorik - Auswahl der Bauart (Platz, Betriebsbedingungen, Kosten)
- Ermittlung der logarithmischen Temperaturdifferenz in Abhängigkeit von der Strömungsführung
- Schätzung des erreichbaren Wärmedurchgangskoeffizienten (eventuell mit Hilfe des VDI-Wärmeatlas)
- Vorausberechnung der benötigten Wärmeübertragerfläche
- Konstruktionsentwurf für Anordnung der Flächen, Anzahl der Rohre, Wanddicken sowie Festlegung der Strömungsgeschwindigkeiten für beide Fluide, etc..
- genaue Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten gemäß Konstruktionsentwurf
- k entspricht der Schätzung aus (4), weiter mit (8)
- k weicht von der Schätzung aus (4) ab, dann Wiederholung ab (5)
- endgültige Festlegung der wärmeübertragenden Fläche unter Berücksichtigung eines Sicherheitszuschlages von 10 bis 30 % zum Ausgleich von betriebsbedingten Verschmutzungen
