125394 (Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.), страница 4

;

.

Коэффициент теплоотдачи излучением (принимая и, следовательно, ), (формула 82):

(Вт/м²∙К) (82)

– для низа рекуператора ( , ):

; ;

Коэффициент теплоотдачи излучением (формула 82):

(Вт/м²∙К)

Среднее значение коэффициента теплоотдачи излучением на дымовой стороне рекуператора вычисляем по следующей формуле:

(Вт/м² ∙К) (83)

Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне (формула 84):

(Вт/м²∙К) (84)

Теплопроводность карбошамота на 30 % выше теплопроводности шамота. Следовательно, при средней температуре стенки коэффициент теплопроводности карбошамота (формула 85):

(Вт/м²∙К) (85)

Учитывая, что ; и , суммарный коэффициент теплопередачи рекуператора находим (по формуле 86):

(Вт/м²∙К) (86)

Находим количество тепла, проходящее через поверхность нагрева (по формуле 87):

(Вт) (87)

Поверхность нагрева рекуператора (формула 88):

(м²) (88)

Удельная поверхность нагрева карбошамотного рекуператора составляет 8,5 м²/м³ (см.[1]).

Объем рекуператора без учета мест соединения труб м³.

Начальное количество дымовых газов (2,31 м³/с) вследствие утечки воздуха увеличивается до 2,68 м³/с. Следовательно, среднее количество 2,5 м³/с.

Определим общую площадь отверстий для прохождения дымовых газов вычисляем по следующей формуле:

(м²) (89)

Так как площадь отверстий для прохода дыма в карбошамотном рекуператоре составляет 23,1 % от общей площади зеркала рекуператора, то площадь поперечного сечения рекуператора вычисляем по следующей формуле:

4,16/0,231=18,0 (м²) (90)

Расход воздуха средний – 1,64 м³/с.

Поскольку средняя скорость движения воздуха принята равной 1,0 м/с, то необходимая площадь для прохода воздуха составит (формула 91):

(м²) (91)

Полезная высота одного хода равна 0,356 м, что при наружном диаметре трубы рекуператора 0,14 м и расстоянии между осями соседних труб 0,304 м составляет 0,0585 м² площади, свободной для прохода воздуха.

Следовательно, по ширине рекуператора следует располагать следующее число труб (формула 92):

(шт) (92)

Общая ширина с учетом расстояния от крайних труб до стенки рекуператора равна (формула 93):

0,304+2∙0,117 = 14∙0,304+2∙0,117 = 4,49 (м) (93)

Примерная длина рекуператора (формула 94):

18,0/4,49 = 4,08 (м) (94)

где – площадь поперечного сечения рекуператора, м;

B – общая ширина рекуператора, м.

Точнее, длина рекуператора при восьми трубах по длине (формула 95):

(м) (95)

Площадь равна (формула 96):

4,49∙2,36 = 10,6 (м²) (96)

Полезная высота рекуператора (формула 97):

(м) (97)

8 Выбор способа утилизации дымовых газов

Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печи имеют весьма высокую температуру и поэтому уносят много тепла из пространства печи (до 80 %). Дымовые газы уносят тем больше тепла, чем выше их температура и чем меньше коэффициент использования тепла в печи. В связи с этим целесообразнее обеспечивать утилизацию тепла в печи. Данную задачу можно решить двумя способами:

1. С использованием котлов – утилизаторов. Тепло уходящих дымовых газов не возвращается в печь, а идет на использование в тепловых котельных и турбинных установках.

2. С использованием теплообменников рекуперативного и регенеративного типа. Часть тепла уходящих дымовых газов возвращается в теплообменник и идет на подогрев воздуха, подаваемого в горелку.

Использование теплообменника позволяет повысить коэффициент полезного действия печного агрегата, увеличивает температуру горения, позволяет сэкономить топливо. Если температура дымовых газов или дыма после теплообменников остается высокой, то дальнейшая утилизация тепла целесообразнее в тепловых установках.

Для рассчитываемой печи рациональнее использовать второй способ утилизации тепла дымовых газов, так как используется рекуперативный теплообменник.

Рекуператор выбран по следующим причинам:

рекуператор обеспечивает постоянную температуру в печи, то есть режим работы печи стационарный;

не требуется никаких перекидных устройств, что обеспечивает ровный ход печи и возможность автоматизации и контроля её тепловой работы;

отсутствует вынос газа в дымовую трубу;

объём и масса рекуператора меньше, чем у регенератора.

Рекуперативный нагревательный колодец с одной верхней горелкой является одним из наиболее прогрессивных типов нагревательных печей. Дымовые газы возвращаются в рекуператор, проходят по трубам и осуществляют подогрев воздуха, который подается в горелку, где смешивается с топливом. Согласно правилу, единицы физического тепла, отобранные у отходящих дымовых газов и вносимые в печь воздухом, оказываются значительно ценнее, чем единицы тепла, полученные от сгорания топлива, так как тепло, подогретого воздуха не влечет за собой потерь тепла с дымовыми газами.

Библиографический список

1 Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства: Учебное пособие к курсовому проектированию / Составитель О. В. Сухотина – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – с. 55 – 69, с. 80 – 106

2 Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства: Методическое пособие к курсовому проектированию/ Составитель Д. В. Принцман – Челябинск: ЧГТУ, 1991. – с. 12 – 13, с. 25 – 31

3 Технологическая инструкция к первому прокатному цеху ОАО «Златоустовский Металлургический Завод». – с. 18 – 53

4 Кривандин В. А. Металлургическая теплотехника учеб. Пособие: в 2 кн. Москва, Металлургия, 1986. –Т.2 – с. 286 – 295

5 Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчёты металлургических печей: учеб. Пособие: в 2 кн. Москва, Металлургия, 1986. –Т.2 – с. 250 – 258