Упрощенный расчет камеры радиации

 

Целью этого этапа расчета является определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб. Температуру (Тп) находят методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение:

, (29)

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

Hp/HS – отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива;

Θ – средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

ψ – коэффициент для топок со свободным факелом ψ = 1,2; для топок с беспламенным сжиганием топлива ψ = 1,5 – 1,6; для топок с настильным факелом ψ = 1,3;

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

Определение коэффициента прямой отдачи:

, (30)

где Imax, I, Iух – теплосодержание продуктов сгорания соответственно при температурах Tmax, Tп, Tух, рассчитывается по уравнению (11), кДж/кг;

ηТ = 0,96 – к.п.д. топки.

Суть метода расчет (метод итераций) заключается в следующем: задаются температурой продуктов сгорания (Тп), которая находится в пределах 1000 – 1200 К; при этой температуре задаются и определяются параметры ,входящие в уравнение (29).

Рассчитывают фактическую теплонапряженность радиантных труб:

(31)

Затем определяем температуру наружной стенки экрана по формуле:

, (32)

где α2 = 600 – 1000 ккал/м2чК – коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту;

δ = 0,01 – толщина стенки трубы;

λ = 30 ккал/мчК – коэффициент теплопроводности стенки трубы;

= 0,002 – для жидких топлив.

Теплонапряженность радиантных труб, приходящаяся на долю свободной конвекции находится по формуле:

(33)

Максимальную температуру продуктов сгорания определяем по формуле:

(34)

Определим теплосодержание продуктов сгорания при максимальной температуре, кДж/кг:

(35)

По уравнению (34) получаются расчетную величину Тп, если это значение не совпадает с заданной точностью, то расчет возобновляется, при достижении заданной точности фиксируется значение Тп, и рассчитывается количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

(36)

Таблица 3 – Результаты расчета Тп методом итераций.

Тпзад., К qtп, кДж/кг Тmax, К μ qp, ккал/м2∙ч Θ, К qpk, ккал/м2∙ч Тпрасч, К
1100,0000 17614,8618 2194,9390 0,6729948 22289,6695 602,8713 4225,3096 1072,7017
1072,7017 16979,9021 2200,8700 0,6910274 22886,9124 605,0114 3914,8974 1085,1558
1085,1558 17269,1313 2198,1595 0,6828273 22615,3236 604,0382 4055,8928 1079,5476
1079,5476 17138,7942 2199,3791 0,6865255 22737,8068 604,4771 3992,2707 1082,0880
1082,0880 17197,8153 2198,8265 0,6848514 22682,3616 604,2785 4021,0640 1080,9403
1080,9403 17171,1472 2199,0761 0,6856079 22707,4179 604,3682 4008,0506 1081,4594
1081,4594 17183,2089 2198,9632 0,6852658 22696,0860 604,3276 4013,9357 1081,2247
1081,2247 17177,7560 2199,0142 0,6854205 22701,2092 604,3460 4011,2750 1081,3308
1081,3308 17180,2217 2198,9912 0,6853505 22698,8926 604,3377 4012,4780 1081,2829
1081,2829 17179,1068 2199,0016 0,6853822 22699,9400 604,3415 4011,9341 1081,3046
1081,3046 17179,6109 2198,9969 0,6853679 22699,4664 604,3398 4012,1800 1081,2947
1081,2947 17179,3830 2198,9990 0,6853743 22699,6806 604,3405 4012,0688 1081,2992
1081,2992 17179,4860 2198,9980 0,6853714 22699,5837 604,3402 4012,1191 1081,2972

 

Приведем расчет для последней итерации:

Принимаем Тп = 1081,2992 К.

Теплосодержание продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре:

Максимальная температура продуктов сгорания:

Теплосодержание продуктов сгорания при максимальной температуре:

Коэффициент прямой отдачи:

Фактическая теплонапряженность радиантных труб:

Температура наружной стенки экрана:

Теплонапряженность радиантных труб, приходящихся на долю свободной конвекции:

Расчетная температура продуктов сгорания:

Так как заданная точность достигнута, то фиксируется Тп расч = 1081,2972 К. Рассчитывается при этой температуре количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

где теплосодержание продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре:

Максимальная температура продуктов сгорания:

Теплосодержание продуктов сгорания при максимальной температуре:

Коэффициент прямой отдачи:

Тогда, фактическая теплонапряженность радиантных труб:

Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб меньше допустимой (23 Мкал/м2ч < 35 Мкал/м2ч), что говорит о правильно сделанном выборе типоразмера печи и эффективной ее работе.

Схема движения газовых потоков в камере радиации показана на рисунке 2.


 

 

1 – Радиантный змеевик; 2 – камера радиации; 3 – поток дымовых газов; 4 – сырьевой поток.

 

 

Рисунок 2 – Схема движения газовых потоков в камере радиации.


Расчет камеры конвекции

 

Целью данного этапа являются расчет конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции. Поставленная цель осуществляется в следующей последовательности.

Поверхность конвекционных труб определяется уравнением:

, (37)

где Qk – количество тепла, воспринятое конвекционными трубами;

K – коэффициент теплопередачи от дымовых труб к нагреваемому продукту;

Δtср – средняя разность температур;

(38)

Средняя разность температур определяется по уравнению:

, (39)

где Δtб = tпtк; Δtм = tухt1 – соответственно большая и меньшая разность температур;

tk – температура продукта на выходе из камеры конвекции, находится путем решения квадратного уравнения (21), предварительно определив теплосодержание продукта при этой температуре:

(40)

Количество тепла, воспринятое конвекционными трубами:

.

Тогда:

.

Уравнение (21) пишем в следующем виде:

, (41)

где a = 0,000405, b = 0,403

соответственно коэффициенты уравнения.

.

Решению уравнения удовлетворяет только одно значение корня:

.

.

Тогда

.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции рассчитывается по уравнению:

, (42)

где α1, αk, αp – соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов.

αp определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

αp = 0,0256∙(tср – 273)-2,33, (43)

где tср – средняя температура дымовых газов, вычисляется по формуле:

(44)

.

Тогда

αp = 0,0256∙(782,3700 – 273)-2,33 = 10,7099 Вт/м2К

αk определяется следующим образом:

, (45)

где E – коэффициент, зависящий от свойств топочных газов.

.

Массовая скорость движения газов определяется по формуле:

, (46)

где f – свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции, которое определяется по уравнению.

(47)

где n – число труб в одном горизонтальном ряду, S1 – расстояние между осями труб в горизонтальном ряду, определено ранее; α – характерный размер для камеры конвекции; d – наружный диаметр труб; lp – рабочая длина конвекционных труб.

(48)

.

.

Тогда:

.

.

Определяем число труб в камере конвекции:

(49)

где .

.

Принимаем: Nk = 92.

Число труб по вертикали:

(50)

.

Высота пучка труб в камере конвекции:

(51)

где S2 – расстояние между горизонтальными рядами труб, которое определяется как:

(52)

.

Определяем среднюю теплонапряженность:

(53)

.

Схема расположения труб и газовые потоки в камере конвекции показана на рисунке 3.


 

 

 

 

Рисунок 3 – схема расположения труб и газовые потоки в камере конвекции.