124506 (Технологический расчет трубчатой печи), страница 3

Рис.2. Трубчатая печь типа СКГ1:

1 – лестничные площадки; 2 – змеевик; 3 – каркас; 4 – футеровка; 5 – горелки.

Вывод: при выборе типоразмера печи учитывалось условие наибольшего приближения, т.е. из всех типоразмеров с теплопроизводительностью, большей расчетной, выбирали тот, у которого она минимальна (с небольшим запасом).

2.4 Упрощенный расчет камеры радиации

Цель этого этапа расчета: определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.

Температуру продуктов сгорания, покидающих топку, находим методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение:

,

где q_р и q_рк – теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, ккал/м²ч;

H_р – поверхность нагрева радиантных труб, м² (см. табл.2);

H_р /H_s – отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива; принимаем H_р /H_s = 3,05 [2, с.17];

– средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

– коэффициент, для топок со свободным факелом = 1,2 [2, с.42];

С_s = 4,96 ккал/м²чК – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Суть расчета методом итераций заключается в том, что мы задаемся температурой продуктов сгорания Т_п, которая находится в пределах 10001200 К, и при этой температуре определяем все параметры, входящие в уравнение для расчета Т_п. Далее по этому уравнению вычисляется Т_п и сравнивается полученное значение с ранее принятым. Если они не совпадают, то расчет возобновляется с принятием Т_п, равной рассчитанной в предыдущей итерации. Расчет продолжается до тех пор, пока заданное и рассчитанное значения Т_п не совпадут с достаточной точностью.

Для первой итерации принимаем Т_п = 1000 К.

Средние массовые теплоемкости газов при данной температуре, кДж/кгК:

; ;

; ; .

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Т_п = 1000 К:

;

кДж/кг.

Максимальная температура продуктов сгорания определяется по формуле:

,

где Т₀ – приведенная температура продуктов сгорания; Т₀ = 313 К [2, с.15];

_т = 0,96 – к.п.д. топки;

К.

Средние массовые теплоемкости газов при температуре Т_max, кДж/кгК:

; ;

; ; .

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Т_mах:

;

кДж/кг.

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Т_ух.:

кДж/кг.

Коэффициент прямой отдачи:

.

Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб:

ккал/м²ч.

Температура наружной стенки экрана вычисляется по формуле:

,

где ₂ = 6001000 ккал/м²чК – коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту; принимаем ₂ = 800 ккал/м²чК;

– толщина стенки трубы, = 0,008 м (2, табл.5);

= 30 ккал/мчК – коэффициент теплопроводности стенки трубы;

_зол. / _зол. – отношение толщины к коэффициенту теплопроводности зольных отложений; для жидких топлив _зол. / _зол. = 0,002 м²чК/ккал (2, с.43);

⁰С – средняя температура нагреваемого продукта;

К.

Теплонапряженность поверхности радиантных труб, приходящаяся на долю свободной конвекции:

;

ккал/м²ч.

Итак, температура продуктов сгорания, покидающих топку:

К.

Как видим, рассчитанная Т_п не совпадает со значением, принятым в начале расчета, следовательно расчет повторяем, принимая Т_п = 1062,47 К.

Результаты расчетов представлены в виде таблицы.

Таблица 3.

Рассчитываем количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

;

кДж/ч.

Рис.3. Схема камеры радиации трубчатой печи:

I – сырье (ввод); II – сырье (выход); III – продукты сгорания топлива; IV - топливо и воздух.

Выводы: 1) рассчитали температуру продуктов сгорания, покидающих топку, при помощи метода последовательного приближения; ее значение Т_п = 1045,81 К;

2) фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб при этом составила q_р = 24798,7 ккал/м²ч;

3) сравнивая полученное значение фактической теплонапряженности с допускаемым для данной печи q_доп.= 35 Мкал/м²ч (см. табл.2), можно сказать, что наша печь работает с недогрузкой.

2.5 Расчет диаметра печных труб

Цель этапа: по результатам расчета выбрать стандартные размеры труб (диаметр, толщину и шаг).

Объемный расход нагреваемого продукта рассчитывается по формуле:

,

где G_с – производительность печи по сырью, т/сут.;

_t – плотность продукта при средней температуре, кг/м³;

,

где - температурная поправка;

;

кг/м³.

Подставляя, получим:

м³/с.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

,

где n = 2 – число потоков;

W – допустимая линейная скорость продукта, W = 2 м/с [2, с.19];

d_вн – расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из этого уравнения находим:

м.

Из стандартных значений [2, табл.5] выбираем диаметр трубы м.

Таблица 4.

Характеристики печных труб и фитингов.

Определяем фактическую линейную скорость нагреваемого продукта:

м/с.

Вывод: на данном этапе расчета вычислили диаметр печных труб, по нему выбрали стандартный диаметр, толщину и шаг труб, и, исходя из стандартного диаметра, рассчитали фактическую линейную скорость нагреваемого продукта.

2.6 Расчет камеры конвекции

Цель данного этапа: расчет поверхности конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции.

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению:

,

где Q_к – количество тепла, воспринятое конвекционными трубами;

K – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту;

t_ср – средняя разность температур.

кДж/ч.

Средняя разность температур определяется по формуле:

,

где , – соответственно большая и меньшая разности температур;

t_к – температура продукта на выходе из камеры конвекции, которая находится путем решения квадратичного уравнения вида:

,

где а = 0,000405; b = 0,403; с – соответственно коэффициенты уравнения.

Коэффициент с вычисляется следующим образом:

,

где – теплосодержание продукта при температуре t_к:

кДж/кг;

.

Решению квадратичного уравнения удовлетворяет только значение одного корня, так как второй корень, принимающий отрицательное значение, не имеет физического смысла:

⁰С.

Находим большую, меньшую и среднюю разности температур:

⁰С;

⁰С;

⁰С.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции определяется уравнением:

,

где ₁, _к, _р – соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов.

_р определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

,

где t_ср – средняя температура дымовых газов в камере конвекции:

К;

Вт/м²град.

_к определяется следующим образом:

,

где Е – коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого определяем методом линейной интерполяции, используя табличные данные зависимости его от t_ср; принимаем Е = 21,248 [2, табл.4];

d – наружный диаметр труб:

м;

U – массовая скорость движения газов, определяемая по формуле:

,

где В – часовой расход топлива, кг/ч;

G – количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг;

f – свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции:

,

где n = 2 – число труб в одном горизонтальном ряду;

S₁ – расстояние между осями этих труб; S₁ = 0,275 м (см. табл.4);

l_р – рабочая длина конвекционных труб; l_р = 18 м (см. табл.2);

а - характерный размер для камеры конвекции:

м.

м².

Рассчитываем массовую скорость движения газов:

кг/м²с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

Вт/м²град.

Коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту:

Вт/м²град.

Рис.4. Схема расположения

Таким образом, поверхность конвекционных труб:

м².

Определяем число труб в камере конвекции:

шт.

Число труб по вертикали:

шт.

Высота пучка труб в камере конвекции определяется по формуле:

, труб в камере конвекции.