Выбираем трубы без изоляции.

Таблица 3

Тепловой баланс печи

Всего 126734,6 100 126735,03 100

Невязка составляет – 0,00033%

Определим другие показатели.

 Коэффициент полезного действия печи:

 Удельный расход тепла:

 Удельный расход условного топлива:

где Qу=29300 кДж/кг – теплота сгорания условного топлива.

Для дальнейших расчетов:

- расход воздуха:

- расход продуктов горения:

4. Расчёт керамического рекуператора.

Расход продуктов сгорания через рекуператор ; расход воздуха ; температура воздуха на входе и на выходе соответственно  и ; температура продуктов сгорания на входе .

Тепловой поток через поверхность теплообмена:

где k – коэффициент теплоотдачи;

 Dt – средне логарифмическая разность температур между воздухом и продуктами сгорания;

 F – поверхность теплообмена.

Уравнение теплового баланса с учётом утечек воздуха

,

где h=0,95– коэффициент учёта потерь тепла в окружающую среду;

 n=0,2 – доля утечки воздуха.

Из этого уравнения выражаем температуру продуктов сгорания на выходе из рекуператора:

где

  - концентрация воздуха, =1,334 (кДж)/(м3×К).

По формуле получим .

Определение коэффициента теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху.

Согласно рекомендации [4] скорость продуктов сгорания и скорость воздуха при нормальных условиях равны соответственно  и .

Продукты сгорания движутся внутри рекуператорных труб.

4.1Определение коэффициента теплоотдачи продуктов сгорания.

Теплоотдача конвекцией.

Температура, средняя по длине поверхности теплообмена:

.

Число Рейнольдса:

,

 где -скорость продуктов сгорания при 957,5°С;

 n-коэффициент кинематической вязкости при 957,5 °С;

 dЭ–характерный геометрический параметр пространства, в котором происходит движение продуктов сгорания. При движении внутри рекуператорных труб dЭ = 0.144 м.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией по рис.2.2[4]:

,

Теплоотдача излучением.

Средняя температура стенки для входа по продуктам сгорания:

.

Средняя температура стенки для выхода по продуктам сгорания:

.

В рекуператоре прямоточное движение сред.

Эффективная длина луча:

.

Эффективная степень черноты стенок труб рекуператора:

,

где eСТ=0,8 – степень черноты шамотного огнеупора.

Парциальные давления газов численно равны их объёмным содержаниям: .

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча:

.

Степени черноты газов определяем по графикам [4]:

1.                                                                             Для входа, при 1000 °С: ;

2.                                                                             Для выхода, при 915 °С: ;

3.                                                                             Поправочный коэффициент: .

Значения коэффициента теплоотдачи:

1.                                                                             Вход:

2. Выход:

Средний коэффициент теплоотдачи излучением:

.

Суммарный коэффициент теплоотдачи:

.

Определение коэффициента теплоотдачи воздуха.

Коэффициент теплоотдачи aВ=f(wB,O;tB) при tB=0,5×( + )=237°С по рис.2.4[4]:

.

Средняя температура стенки:

.

Теплопроводность стенки при 597°С:

.

Толщина стенки трубы: .

Коэффициент теплопередачи:

.

4.2 Определение требуемой поверхности теплообмена.

Для определения величины поверхности теплообмена F необходимо использовать графическую зависимость Е=f(m,q) рис.2.1[4].Относительная температура воздуха q вычисляется по формуле:

,

а комплекс m как:

,

где С237В=С200+1,31+0,01×(1,32-1,31)×37=1,3137 кДж/(м2×К) – теплоемкость воздуха при tВ=237°С [4].

Из графика Е=0,5, тогда с учетом утечек воздуха поверхность теплообмена вычисляется:

.

4.3 Определение размеров рекуператора.

Суммарная площадь проходного сечения труб:

,

где a=1,1 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения продуктов сгорания по трубам рекуператора.

Площадь насадки рекуператора в горизонтальной плоскости:

,

где SПС – проходное сечение одной трубы, отнесённое к 1м2 площади сечения насадки.

Ширина насадки рекуператора В=ВП – 1=9,6 – 1=8,6 м.

Число рядов труб в направлении, перпендикулярном движению воздуха:

,

где S1=0,305 м – шаг размещения трубы по ширине печи.

Высот насадки рекуператора:

,

где P=8,5 м3/м3 – поверхность теплообмена на 1м3 насадки для керамических рекуператоров.

Площадь проходного сечения для движения воздуха:

.

Площадь проходного сечения воздуха по высоте одного ряда труб:

.

Количество рядов труб по высоте одного горизонтального прохода:

.

Число горизонтальных проходов по пути движения воздуха:

,

где h=0,42м – высота трубного элемента с учетом межфланцевого торцевого зазора.

4.4 Окончательные размеры рекуператора.

Число рядов труб по ширине рекуператора:

.

Число рядов труб по высоте рекуператора с учётом возможности увеличения высоты последнего прохода на 1 трубу:

.

Ширина насадки рекуператора:

.

Число рядов труб по длине рекуператора:

,

где S2=0,304м – шаг труб по длине рекуператора.

Длина насадки рекуператора:

.

Высота насадки рекуператора:

.

Действительная поверхность теплообмена.

.

4.5 Расчет аэродинамического сопротивления воздушного тракта.

где lТ – коэффициент трения для каналов из огнеупоров (0,05);

 N=1 – число горизонтальных проходов;

 dэ – эквивалентный диаметр для вертикальных каналов (0,114м);

 b =1/273- коэффициент объемного расширения газов;

 g=9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;

 wВ,О=1,5 м/с; rВо=1,293 кг/м3;

 коэффициенты местных сопротивлений:

 x1 =0,5;

 x2 =0,3;

 x4 =1,2;

 x7 =к×(S2/S1×np×a+b)=1,4×(304/305×54×0,1+2)=10,335 ,

где к – коэффициент учитывающий турбулентность движения газа;

 np=М1 – 1=54 – число межрядных проходовпо длине горизонтальных каналов;

 a,b – коэффициенты зависящие от S2 и диаметра труб (a=0,1;b=2).

4.6Расчет аэродинамического сопротивления тракта продуктов сгорания.

 где lТ – коэффициент трения для каналов из огнеупоров (0,05);

 dэ – эквивалентный диаметр для вертикальных каналов (0,114);

 x5, x6 –коэффициенты местных сопротивлений (0,5; 0,6);

 rПсо, rво – плотность продуктов сгорания и воздуха;

b - коэффициент объемного расширения газов.

5. Выбор горелочных устройств.

Для данной методической печи используем горелки типа “труба в трубе”.

 Примем следующее распределение тепла по зонам печи [8]:

- томильная зона – 15%;

- первая сварочная зона:

- верхняя – 20%;

- нижняя – 22,5%;

- вторая сварочная зона:

- верхняя – 20%;

- нижняя – 22,5%.

Число горелок в каждой зоне:

где Sг – шаг горелок [8], м;

 k – число рядов горелок.

Пропускная способность одной горелки по газу:

.

Давление газа перед горелкой принимаем 4 кПа, для воздуха – 0,5 кПа.

Первая сварочная зона.

Теплота сгорания топлива: QHP=8095,6 кДж/м3.

Газ холодный (20°С): rГО=1,194 кг/м3.

Температура подогрева воздуха: tВ=454°С.

Удельный расход воздуха: VВ=2,1021 м3/м3.

Расход воздуха на горелку:

 Расчётный расход воздуха при подогреве его до 454оС:

 где k =1,56 – коэффициент определяется по рис.5а [8].

 По рис.5а [8], по расчётному расходу воздуха и давлению перед горелкой 0,5 кПа определяем тип горелок: ДНБ-275/dГ.

 Расчётный расход газа:

где kt – определяется из рис.6 [8];

 kp=1,31 кг/м3 – определяется из рис.7 [8].

При давлении 4 кПа и расчётном расходе газа VГрас=0,405 м3/с диаметр газового сопла – dГ =85 мм.

 Проверим скорости в характерных сечениях горелки. По рис.8[8] найдём скорости Wг20=65 м/с и воздуха– Wв20=20 м/c на выходе из горелки при t=20 оС.

 Действительные скорости сред:

 Отношение скоростей:

 Отношение скоростей находится в пределах допустимого [8]. По табл.4 [8] определяем размеры горелки ДНБ-275/85 (см. прил 1.).

 Скорость газовой смеси на выходе из носика горелки:

 Скорости движения сред в подводящих трубопроводах:

6. Расчет газового, воздушного и дымового трактов нагревательных печей.

6.1 Определение размеров газо- и воздухопроводов.

Участок 1 диаметром d1(D1) и длиной l1(L1) соединяет каждую горелку с раздаточным коллектором.

l1 = 6 м – газопровод; L1=3 м – воздухопровод; d1 =D5, a D1= D2

Участок 2 (зонный коллектор) диаметром d2(D2) и длиной l2(L2) обеспечивает равномерное распределение газа(воздуха) на группу горелок данной зоны отопления.

Задаемся рациональными скоростями движения газа и воздуха:

wГ2=15 м/с; wВ2=8 м/с.

Площадь проходного сечения трубы для газа:

, где V2=BБ×0,225=2,971 м3/с.

Отсюда диаметр трубы:

;

Площадь проходного сечения трубы для воздуха:

, где V2=BБ×0,225=2,971 м3/с.

Отсюда диаметр трубы:

.

Длина l2 =L2=Bn+2=11,6 м.

Участок 3 диаметром d3(D3) и длиной l3(L3) соединяет зонный коллектор с печным. На нем размещают дроссельный клапан для плавного регулирования расхода газа(воздуха) на группу горелок зоны и измерительную диафрагму для контроля расхода газа (воздуха) на зону отопления.

l3=L3=12 м; d3=d2 =0,56154 м; D3=D2=0,76892 м.

Участок 4 диаметром d4(D4) и длиной l4(L4) обеспечивает подвод газа (воздуха) к печи из цехового газопровода (воздухопровода) и раздачу его по зонам коллектора.

Диаметр трубы газа:

;

Диаметр трубы под воздух:

.

Общая длина l4=L4=35 м.

6.2 Расчёт дымового тракта.

Дымовой тракт представляет собой систему каналов - боровов, обеспечивающих движение продуктов горения из печи к дымовой трубе. Расчет ведем в соответствии с типовой схемой дымового тракта методической печи. Скорость продуктов горения w02=2,5 м/с [6].

1) Соединение печи с рекуператором.

Проходное сечение борова f1=a´b=2,9×9,6=27,84 м2, а длина l1=5,5 м. Тогда:

2) горизонтальный участок – рекуператор с дымовой трубой.

Длина l2=40 м. Проходное сечение борова:

Выбираем боров с проходным сечением fБ=21 м2 (см. рис.4), [6,прил.6].

Размеры борова: В=3944 (мм) и Н=5681 (мм).

Реальная скорость дымовых газов:

Схема дымового тракта представлена в прил. 2.

Рис.4. Дымовой боров.

6.3 Аэродинамический расчёт дымового тракта.

Потери давления на трение па первом участке (при `t1=1000°C) :

где

Для кирпичных каналов l=0,05 Вт/(м×К).

Плотность дымовых газов rПС,0=1,31 кг/м3 .

Средняя температура газов на втором участке:

Потери давления на трение па 2-ом участке (при `t2=875°C) :

где

Суммарные потери на трение:

 Расчет потерь давления на местных сопротивлениях.

Участок 1: при значениях b¢/ b=1,16 и h/ b¢=3,31 по приложению 8 [6] принимаем коэффициент местного сопротивления x1=0,9, а при b¢/ b=2,2 и h/ b¢=1,47 - x2=0,75.

 Потери давления находят по формуле:

Участок 2: при значении j=25° - угол открытия дросельного клапана в прямоугольном канале [6, прил.8] принимаем коэффициент местного сопротивления x4=2, а при L/H=0,75 (задвижка – шибер в прямоугольном сечении) - x5=0,6 и принимаем что x3=1,4.Так как труба круглая h/ b¢=1 и b¢/ b=1,3 следовательно коэффициент местного сопротивления x6=1.

 Тогда потери давления находят по формуле:

Суммарные потери на местных сопротивлениях :

 Изменение геометрического напора, зависящее от вертикальных участков борова, рассчитывается по формуле:

где H – высота опускания продуктов в дымовом тракте,(5,5 м).

Расчет аэродинамического сопротивления рекуператора см. пункт 4.6.

                Для дымового тракта разряжение, создаваемое дымовой трубой (с 50% запасом):

Библиографический список.

1. Соломенцев. С.Л. Расчёт горения топлива. –Липецк: ЛПИ, 1980. – 38с.

2. Лукоянов Б. И. Учебное пособие для расчета металлургических печей. – Воронеж: ВПИ, 1976. - 110с.

3. Соломенцев. С.Л. Тепловой баланс печи. –Липецк: ЛПИ, 1981. – 26с.

4. Наумкин В. А. Выбор конструкции и расчет керамических рекуператоров. –Липецк: ЛПИ, 1983. – 32с.

5. Соломенцев. С.Л. Методические указания по курсовому проектированию металлургических печей. –Липецк: ЛПИ, 1981.

6. Наумкин В. А. Расчёт газового, воздушного и дымового трактов нагревательных печей. –Воронеж: ВПИ, 1989. –56с.

7. Кривандин В. А., Марков Б. Л. Металлургические печи. –М.: Маталлургия, 1997. –463с.

8. Щапов Г. А., Карамышева Е. П. Выбор устройств для сжигания топлива в печах. Горелки типа “труба в трубе”. –Липецк: ЛПИ, 1985.

Страницы: 1, 2, 3, 4