Упрощенный расчет камеры радиации

 

Целью этого этапа расчета является определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб. Названную температуру () находят методом итераций, используя уравнение

 

(31)

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

- отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива;

;

- средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

- коэффициент для топок с настильным факелом ;

- коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Определение максимальной температуры продуктов сгорания:

(32)

Определение коэффициента прямой отдачи:

, (33)

 

η_т =0,96 ─ КПД топки;

─ теплосодержание продуктов сгораниясоответственно при температурах (см. ф-лу 24), кДж/кг.

 

Фактическая теплонапряженность радиальных труб:

(34)

Температура наружной стенки экрана:

, (35)

где - коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту, примем ;

─ толщина стенки трубы;

- соответственно толщина и коэффициент теплопроводности трубы;

t_ср – средняя температура нагреваемого продукта;

- для жидких топлив.

(36)

Первая итерация:

Т_п = 1100,00 ^оС;

Средние массовые теплоемкости продуктов сгорания:

Определим максимальную температуру продуктов сгорания:

.

Определяем температуру наружной стенки экрана:

ккал/м²·ч.

Вычисляем температуру продуктов сгорания, покидающих топку:

К.

Результаты итераций представлены в таблице 3

Таблица 3– Расчет температуры продуктов, покидающих топку, методом итераций

№	Tп, K	T max,K	I max	q(тп), I	µ	Qp	θ	qpк	Тп^расч,К
		2469,22	54979,21	18469,53	0,72	30539,80	622,89	4013,61	1116,07
	1116,07	2465,17	54864,47	18864,04	0,71	30160,78	621,56	4197,53	1110,39
	1110,39	2466,59	54904,51	18724,69	0,71	30294,74	622,03	4132,38	1112,41
	1112,41	2466,08	54890,04	18774,27	0,71	30247,05	621,86	4155,52	1111,7
	1111,7	2466,26	54895,18	18756,66	0,71	30263,99	621,92	4147,3	1111,95
	1111,95	2466,19	54893,36	18762,92	0,71	30257,97	621,90	4150,24	1111,86
	1111,86	2466,22	54894,008	18760,7	0,71	30260,11	621,91	4149,18	1111,89
	1111,89	2466,21	54893,77	18761,49	0,71	30259,35	621,91	4149,55	1111,88
	1111,88	2466,21	54893,86	18761,21	0,71	30259,62	621,91	4149,42	1111,89

 

Так как расчетная величина не совпадает с заданной, то расчет возобновляется.

Итак, рассчитанная величина

 

Вывод: 1) продукты сгорания, покидающие топку, охлаждаются до температуры, лежащей в интервале 1000-1200 К. Температура, полученная в результате расчета, находится в пределах этого интервала.

2) при сравнении средней допустимой теплонапряженностиq_{сред.доп.р.}=35 Мкал/м²∙ч, можно сделать вывод об эффективности работы камеры радиации трубчатой печи выбранного ранее типоразмера.

Эффективность в процентах:

 

 

Расчет камеры конвекции

 

Целью данного этапа является расчет поверхности конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции.

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению

 

(42)

где Q_к – количество тепла, воспринятое конвекционными трубами, Вт;

К – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту, ;

- средняя разность температур, К.

, (43)

Вт

Средняя разность температур определяется по уравнению:

, (44)

где , - соответственно большая и меньшая разность температур, ^оС;

- температура продукта на выходе из камеры конвекции, находится путем решения квадратичного уравнения, предварительно определив теплосодержание продукта при этой температуре:

; (45)

 

Уравнение (24) запишем в виде:

; (46)

где a=0,000405, b=0,403;

, (47)

– соответственно коэффициенты уравнения.

Имеем уравнение:

.

Решению уравнения удовлетворяет значение только одного корня

; (48)

^оС.

Составим схему теплообмена:

t_п=838,8902 ^oC t_ух=270 ^оС

 

t_к= ^оС t₁=135 ^oC

;

;

.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции рассчитывается по уравнению

 

 

(49)
где , , - соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов, Вт/(м² К).

определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

(50)

где - средняя температура дымовых газов в камере конвекции (К),вычисляется по формуле:

, (51)

.

;

определяется следующим образом:

, (52)

где Е – коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого находится из справочных данных;

U – массовая скорость движения газов, ;

d – наружный диаметр труб, м.

Е=21,63 при средней температуре в камере конвекции

[1, стр. 9].

Массовая скорость движения газов определяется по формуле

(53)

где f – свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции, м².

, (54)

где n – число труб в одном горизонтальном ряду;

d – наружный диаметр труб, м;

S₁ – расстояние между осями труб в горизонтальном ряду [2, стр. 473] м;

- рабочая длина конвекционных труб, м;

- характерный размер для камеры конвекции, м.

Принимаем n=4, м; из технической характеристики печи =12,5 м.

;

;

;

;

Определяем число труб в камере конвекции:

, (55)

Округляем до 108 штук.

Тогда фактическая поверхность нагрева будет равна:

; (56)

Число труб по вертикали:

; (57)

шт.

Высота пучка труб в камере конвекции, м:

, (58)

где - расстояние между горизонтальными рядами труб, определяемое как

; (59)

.

.

 

 

Средняя теплонапряженность камеры конвекции равна:

 

, (60)

В разделе рассчитана средняя теплонапряженность и количество труб в камере конвекции N_к=108 и высота трубного пучка h_к=6,2 м.