Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
гд~
CI!.
-
рассчитываем,
задаваясь
температурой
500
ОС;
С
д
= 1,989·0,0884 + 1,59'0,173 + 1,328·0,722 + 1,398·0,017 =
=
1,433
кДж/(мЗ.ОС),
Отсюда
" 4530
'
д
=
l6,76.1,433~
=
470
С
С,
Составляем
таблицу
теплового
баланса
регенератора
(табл.
VII.41).
Т
а
б
n
и
Ц
а
VII,41.
Тепловой
баланс
регенератора
I(оличество
I(оличество
Приходные
статьи
теплоты
Расходные
статьи
теплоты
кВт
I
%
кВт
I
%
С
дымовыми
га-
На
нагрев
воздуха
зами
Ф~
.
I .
16160
100
Ф
В
9220
57
Унос
с
дымовыми
газами
Ф~
•
4530
28
Потерн
в
окру-
жающую
среду
ф~-
(фв
+ф~
.)
2410
15
И
т о
г
о
16160 I
100
И
т
о
г
о
16160
\100
О
п
р е
Д
е
л
е
н и
е
п
л
о
Щ
а
Д
и п
о
в
е
р х
н
о
с т
и н
а
г
р е
в
а
н
а с
а
Д
к и
ре
r
е
н
е
р
а
т о
р
а.
Из
уравнения
теплопередачи
Ф=К
А
t
ep
F
находим:
Ф
р
н
=
,
КсрМ
ср
где
ф-
тепловой
поток,
затрачиваемый
на
нагрев
воздуха
в
на
садке
и
потери
его
в
окружающую
среду
регенератором,
кВт;
270
н
-
необходимая
площадь
поверхности
нагрева
насадки,
м
2
,
К
ср
-
средний
коэффициент
теплопередачи
в
насадке
за
цикл
работы
регенератора,
кДж/(м
2
•
О
С);
b.t
cp
-
средняя
разН'ость
температур
теплоносителей,
ОС,
~t~+t;
t~+t;
b.t
cp
=
--2-
- 2
Определяем
Кер:
1500
+ 470
2
Кв+К
н
К
ср
= 2
1100 +
70
=
4000
С,
2
где
КВ
и
К
Н
-
коэффициенты
теплопередачи конвекцией
и
излучением
для
верха
и
низа
насадки
за
цикл.
Рассчитываем
по
формуле,
предложенной
И.
Д.
Се
микиным
и
Э.
М.
Гольдфарбом
[39],
3,6
К
= 1 1
б
(
б
2
ср
) •
-+-+-
1---
ад
't'A
(хв
't'B
3л't'
108·Л't'
где
ад
и
СХв-
коэффициенты
теплоотдачи
ог
дымовых
газов
насад
ке
и от
насадки
воздуху,
Вт/(м
2
.К);
"д
И
't'B
-
продолжительность
периода
движения
дымовых
га
зов и
воздуха,
ч.
Параметры
насадочного
кирпича
следующие:
с
удельная
теплоемкость,
кДж/
(кг.
ОС);
Р
-
плотность,
кг/м
3
;
б
-
толщина,
м;
л
-
теплопроводность,
Вт/(м,ОС),
Если
теплоотдача
происходит
за
счет
конвекции
и
из
лучения,
то
а!
=
o:~
+
o:~,
где
o:~
и
o:~
-
соответственно
кОЭффициенты
теплоотдачи
от
дымо-
вых
газов
насадке конвекцней
и
излучением,
Вт/(мЧ<:).
В
данном
случае
и2=CX~'
так
как
теплоотдача
от
на-
садки
воздуху
осуществляется
только
за
счет
конвекции
(воздух
-
газ
теплопрозрачныЙ).
Для
всех
случаев
1,78ыО,5
т
О
,25
где
w -
скорость
дымовых
газов
или
воздуха
при
их
движении
по
насадке,
м/с;
т
-
абсолютная
температура
дымовых
газов
или
воздуха,
К;
d -
гидравлический
диаметр
ячейки
насадки,
пр"
квадратной
ячейке
равен
размерам
ее,
т. е.
0,12
м.
Для
определения
коэффициента
теплоотдачи
излуче
нием
используем
формулу
где
qи
-
плотность
потока,
передаваемого
излучением
насадке
ды
мовыми
газами,
BTIM
2
•
Температура
насадки
t
и
=
t
A
+
(
в
•
2
Плот!!ость
теплового
потока
излучением
рассчитыва
ют
по
формуле
(Вт/м
2
):
qи
=
СоВд
(~~y
А,
271
где
СО
-
коэффициент
теплоотдачи
излучением
абсолютно-черного
тела,
равный
5,7
BT/(M2_K~);
8
д
-
степень
черноты
дымовых
газов
(определяют
ее
по
номо
граммам
приложения
8-10);
-
коэффициент
обратного
излучения
насадки;
А
= 1 _ (
~:
)з.6
_
Рассчитываем
коэффициент
теплообмена
для
верха
насадки.
Принимаем
скорость
воздуха
0,4
м/с,
тогда
скорость
дымовых
газов
составит
У
д
6,76
{J)д
=
(о
в
-
=
0,4
- =
0,44м/с;
V
B
6,15
Т
д
=
1500+
273 =
1773"
К;
ТВ
=
1100+
273
=
1373°С.
ДЛЯ
дымовых
газов
178.0440.5·177з0.25
а,д
='
, = 15,4
Вт/(м2·К).
к
0,120.33
Значение
a~
вычисляем
с
помощью
десятичных
лога
рифмов.
В
данном
случае:
Jg
a,~
=
Jg
1,78 +
0,5
Jg
0,44 + 0,25
Ig
1773
-
0,33Ig0,12
=
=
0,25 - 0,178 + 0,812 + 0,304 = 1,188.
По
антилогарифмам
a~=15,4
Вт/(м
2
·К).
Для
воздуха
178·0400.5.137з0.25
r:x:
= '
~,120.зз
= 13,8
Вт/(мЧ().
Для
расчета
аи
определяем:
1500
+
1100
t
ll
= 2 =
1300°С.
Находим
коэффициент
А:
А
= 1 _ (
1300
+
273
)з.6
= 1 _ 0,8873.6 = 1 - 0,65 =
0,35,
1500+
273
Степень
черноты
дымовых
газов
Ед
находится
по
за
висимости
их
от
парциального
давления
Р,
бар
(кПа).
толщины
излучающего
слоя
SЭФ,
м
и
температуры
t,
ос
272
по
номограммам
приложения
8-10.
Общее
давление
га
зов
принимаем
равным
1
ат,
или
100
кПа.
Тогда
Рео.
= 0,088·100 =
8,8
кПа;
Р
и
•
о
=
0,172·100 = 17,2
кПа.
Эффективную
толщину
слоя
газов
в
насадке
(уча
ствующий
в
излучении)
принимают
равной
размеру
ячейки
насадки
или
0,12
м.
Находим
произведение
пар
циального
давления
на
толщину
слоя
газов:
Рео.
SэФ
=
8,8·0,12
= 1,06
кПа·м;
Ри.оS
э
ф
=
17,2·0,12
=
2,06кПа·м.
По
номограммам
находим
степень
черноты
углекисло
ты
и
водяного
пара
дымовых
газов,
а
также
поправочный
коэффициент
на
излучение
водяного
пара
(при.,ложение
10).
Тогда
Тогда
Вео.
+
Ви,о
~
=
Е
д
;
B~5g~
= 0,028;
B~~g
= 0,017;
~
= 1,07;
8 = 0,028 + 0,017·1 ,07 = 0,0462.
(
1500
+
273
)'
qи
=
5,7
·0,0462
100
0,35 = 9100
BT/M2;
9100
сх.
и
=
1500-1300
=
45,5Вт/(м
2
·К).
Суммируя
коэффициенты
излучения
и
конвекции,
полу
чаем:
cx.l=
15,4+45,5=60,9Вт/(м2·К);
~=
13,8BT/(M2·K).
Расчет
параметров
насадочного
шамотного
кирпича
следующий:
с
= 0,837 +
О,ОО0264/
н
= 0,837 + 0,000264·1300 = 1,14
кДж/(кг.ОС);
л=0,7
+0,00064 t
H
=0,7
+0,00064
·1300=
1,5
Вт/
(м. ОС).
Принимаем
р=
1900
кг/м
3
,
размеры
кирпича
300Х150Х65
мм.
Рассчитываем
Кв
за
цикл:
KB=
________________
~3~,~6
____________________
=
1 + 1 + 0,065
(1-
О,065Ч,14.1900)
60,9·0,5
13,8·0,5
3·1,5·0,5
108·1,5·0,5
=
17,5кДж/(м2·К).
18-266
273
Рассчитываем
коэффициент
теплопередачи
для
низа
насадки
подобно
предыдущему
расчету.
Скорость
возду
ха
н
дымовых
газов
оставляем
прежним
и:
0,4
и
0,44
м/с.
Температуру
дымовых
газов
принимаем
по
К:
т
д
=
470
+
273
=
7430
К;
ТВ
=
70
+
273
=
3430
К.
Значения
ан:
для
дымовых
газов
1,78.0,44°·5.74з°·25
a~
=
-'-----'-о
-,
1-20-.-зз--~
= 12.4
Вт!
(м2.
К);
для
воздуха
в
1,78.0,40,5.34з°·25
а
=
=9,88т/(м
2
·К).
к
0,120'33
Рассчитываем
коэффициент
излучения
дымовых
газов,
для
чего
определяем
t
H
и А:
470
+ 70
t
и
= =
270
0
С.
2 '
(
270
+
27з)з.6
А=I-
470+273
=1-0,7з3.6=0,67.
Общее
давление
газов,
парциальные
давления
СО
2
и
Н
2
О,
а
также
про
изведение
РSэф
остаются
теми
же,
что
для
верха
насадки.
Находим
степень
черноты
газов
при
температуре
4700
С:
274
8470 -
О
051'
со.
-.
•
8iI.rь
=0.054·1,07 =0,058;
8д=0,051+0,058=0.109.
Определяем
плотность
теплового
потока
излучением
(
470
+
273)'
qH
=
5,7·0,109
100
0,67 =
1270Вт/м
2
;
1270
ан
= = 6,34
Вт/(м
2
·К),
Тогда
470-
270
аl
= 12,4 + 6,34 = 18,74
8т/(м2·К);
а
2
=
9,8
Вт!(м2·К).
Пара
метры
насадочного
кирпича
следующие:
с
= 0,837 + 0,000264·270 = 0,91
кДжl(кг'
О
С);
л
= 0,7 + 0,00064·270 = 0,87
8т/(м2.
0
С).
Рассчитываем
Кн
за
цикл:
3,6
KH=------------------~--------------~-------
1 1
~
0,065 (
0,0652'0,91'1900)
---+--+
1-
18,7·0,5
9,8·0,5.
3·0,87·0,5
108·0,87·0,5
=
14
кДж/(м2·К).
Средний
коэффициент
теплопередачи
за
цикл
соста
вит:
17,5+14
Кер
= 2 = 15,75
кДжl(М2·К).
Площадь
поверхности
нагрева
насадки
определяют
по
тепловому
потоку,
расходуемому
на
нагрев
воздуха
и
теряемому
в
окружающую
среду:
Ф=Фв+Фо.с;
Ф
= 9220 +
2410
=
11
630
кВт;
Ф·1800
F
H8C
=----
КсрМ
ср
11630·1800
-------
=
3330
м2,
15,75.400
где
МНQжитель
1800
характеризует
продолжительность
цикла,
с.
На
каждый
1
м
2
зеркала
варочной
части
печи
прихо
дится
площадь
поверхности
нагрева
насадки,
равная
F
H8C
=
3330
=
17,8
м2/м2.
F
в
.
ч
187
Для
определения
размеров
насадки
необходимо
рас
считать
площадь
поверхности
нагрева
1
м
3
насадки
дан
ного
типа.
Для
насадки
типа
Лихте:
6
а
+
2Ь
+ 6 - l
а
+ l +
26
'
уд
= h .
(а
+
6)
(Ь
+
6)
+
(а
+
6)
(Ь
+
6)
,
где
а=Ь=0.12
м
-
размер
ячейки
насадки;
б,
h, 1 -
размеры
кирпича
насадки,
соответственно
рав
ные
0,065,
0,15
и
0,3
м;
0,065 0,12 + 0,24 + 0,065 -
0,3
+
'
уд
=
0,15'
0,12+0,065
0,12+0,3+0,13
3
+
0,12+0,065
=
16,2м
2
/м
•
18*
275
Объем
насадки
F
изе
3330
У=-=-=206м
3
•
'
уд
16,2
Определяем
размеры
насадки.
Длина
ее
равна
длине
варочной
части,
с
учетом
установки
карманов
Питсбурга.
Высоту
h
и
ширину
Ь
рассчитываем:
206
lи=23,В-2,В=2IМ,'
h
и
=4М,'
Ь
и
=-=245м
4·21 ' .
5.
Расчет
сечениА
каналов
и
горелок
Путь
движения
воздуха
в
стекловаренную
печь
начи
нается
от
переводного
клапана,
расположенного
за
реге
нератором.
Холодный
воздух
из
окружающей
среды
вхо
дит
в
отверстие
переводного
клапана,
куда
он
засасыва
ется
в
результате
отрицательного
давления,
создаваемо
го
у
основания
регенератора
нагретым
в
насадке
возду
хом.
В
данном
расчете
необходимо
определить
площадь
сечения
отверстия
клапана,
канала,
соединяющего
его
с
регенератором,
поднасадочного
канала
и
кан~лов
горе
лок.
Так
как
перед
регенератором
температура
воздуха
в
каналах
невысокая,
то
можно
пренебречь
увеличением
объема
воздуха
за
счет
его
нагрева.
1)
Рассчитываем
площадь
сечения
воздушного
люка
клапана.
Степень
открытия
люка
(м
2
)
определяем
по
секундному
объему
проходящего
воздуха
и
допустимой
скорости
на
этом
участке,
равной
3,5
м/с:
У
в
F
1
=-
,
(о
где
У
в
-
объем
воздуха
(равный
6,15
M
3
jc);
(о
-
скорость
движення
воздуха,
м/с.
Тогда
6,15
F
=-
=
175м2
1
3,5
' .
Принимаем
размеры
прямоугольного
люка
клапана
по
рис.
УII.13:
ширина
1,7,
высота
1,03
м.
2)
Канал
между
клапаном
и
регенератором
рассчи
тываем
при
скорости
движения
воздуха
2,5
м/с:
6,15
F
=-=2
3м2
2 2,5 ' .
276
Размеры
канала:
ширина
1,7
м,
высота
1,35
м.
3)
При
расчете
поднасадочного
канала
принимаем
скорость
воздуха
2
м/с:
6,15
F
=-=3
07м2
з
2 ' .
LUирину
канала
принимаем
равной
ширине
насадки
регенератора,
т.
е.
2,4
м,
тогда
высота
прямоугольной
ча
сти
поднасадочного
канала
будет
1,4
м.
Рис.
VII.l3.
Схема
работы
переводно
го
клапана
реге-
нератора
а
- ПУТЬ
движеиия
воздуха;
б
-
ПУТЬ
движеиия
газов;
1-
шибер;
2 -
люк
Далее,
воздух,
пройдя
насадку
регенератора, поступа
ет
в
горелку,
где
смешивается
с
топливом
и
сгорает,
при
этом
образуется
факел
горения,
направленный
в
рабочую
камеру
печи.
В
горелке
рассчитывают
сечения
трех
кана
лов:
шахты
горелки,
горизонтального
канала
и
влета.
При
расчете
горелок
необходимо
учесть
увеличение
объ
ема
воздуха
вследствие
его
нагрева.
4)
При
расчете
площади
сечения
шахты
горелок
принимаем
повышение
температуры
на
250,
т.
е.
11250
С.
Тогда
V
1125
= V
O
(1
+
1125)
= 6 15.5
12
=
31
5
м
3
/с
в в
273
" , .
Скорость
воздуха
принята
2,5
м/с.
Площадь
сечения
всех
шахт
горелок
на
подающей
воздух
стороне
составит
V~125
31,5
~Fш=--
=-=
12.6м2.
ro
2,5
5)
При
расчете
площади
сечения
горизонтальных
ка
налов
горелок
принимаем повышение
температуры
еще
на
250,
т.
е.
11500
С,
и
скорость
воздуха
5
м/с.
Тогда
V
1l50
= 6
15
(1
+
1150)
= 6 15·5
21
=
32
1 M
3
fc
в
•
273
••
, •
277
а
площадь
сечения
горизонтальных каналов
горелок
32,1
'2.F
r
.
K
=
-5-
=
6,4
ма.
6)
При
расчете
площади
сечения
влетов
принимаем
температуру
воздуха
1200
ОС.
Скорость
воздуха
должна
соответствовать
длине
факела
горения,
т. е.
ширине
пла
менного
пространства
печи
и
равна
8,2
м/с.
Тогда
V~200
= 6,15
(1
+
1:7~)
=
6,15·5,4
= 33,2
мЗ(с,
Определяем
площадь
сечения
влетов:
-
33
2
'2.F
=-'
=405м2
вn
8,2
' .
Определим
количество
и
размеры
горелок:
lв.ч
23,8
n=-
=-
=6пар.
3,5
3,5
Принимаем
пять
пар
горелок,
так
как
место
шестой
пары
заНИj\1ают
карманы
Питсбурга.
Расстояние
между
горелками
из
условий
удобства
обслуживания
их
прини
маем
1,1
м;
расстояние
от
торцовой
стены
до
первой
го
релки
-2
м
и
расстояние
от
последней
горелки
до
конца
варочной
части
с
учетом
карманов
Питсбурга
-4
м.
Кладка
горелки
имеет
толщину
1,5
кирпича
(1
кирпич
динасовый
и
0,5
кирпича
теплоизоляционного,
т.
е.
всего
0,37
м).
Суммарная
ширина
всех
горелок
составит:
23,8-
(1,1.5+0,37
·10+4+2)
=23,8-15,2=8,6
м.
На
одну
горелку
8,6
Ь=-
=
1,7м.
5
Принимаем
все
горелки
одинаковой
ширины,
равной
1,7
м.
Тогда
размеры
сечений
будут
следующие:
а)
шахта
'2.F
ш
12,6
F
ш
=
-
=-=2
52м2.
n 5 ' ,
если
принять
ширину
шахты
1,7
м,
то
длина
ее
2.52
=148
М'
1.7 ' ,
278
б)
горизонтальный
канал
"2.Р
г
К
6,4
F =
--
= - =
13м2.
Г.К
n 5 ' ,
если
ширину
горизонтального
канала
принять
1,7
м,
то
~
1 3
высота
его
составит--'
-
=0,8
м;
1,7
в)
влет
l:F
В1I
4,05
Р
ВII
=
-n-
= 5 = 0,81
м2.
Приняв
влет
расширяющийся,
шириной
2
м,
получим
высоту
его:
0,81
h
вn
= 2 =
0,4м.
Сечение
канала,
отводящего
дымовые
газы
на
дымо
вую
трубу,
рассчитываем
по
скорости
2,8
м/с
(при
нор
мальных
условиях)
и
объему
дымовых
газов
6,76
м
3
/с:
V
oЦ
6,76
Р.ц
= - = - =
24м2
ro
2,8 .
Размеры
дымохода:
ширина
1,7
м,
высота
1,4
м.
6.
Аэродинамическая
проверка
работы
печи
в
рассчитываемой
печи
принято
естественное
движе
ние
воздуха
за
счет
геометрического
давления
в
регене
раторах,
поэтому
аэродинамическая
проверка
необходи
ма
для
того,
чтобы
убедиться
в
возможности
такого
дви
жения
газов.
Расчетом
необходимо
определить
давление,
затрачи
ваемое
на
преодоление
сопротивлений
по
пути
движения
воздуха,
и
сравнить
его
с
давлением,
возникающим
в
регенераторах.
Последнее
должно
быть
больше
потерян
ного.
Разница
между
ними
представляет
собой
запас
давления,
который
в
начале
работы
печи
гасится
воздуш
ными
шиберами
и
в
процессе
работы
печи
позволяет
компенсировать
вновь
возникающие
сопротивления,
свя
занные
с
износом
печи.
Такой
запас
должен
быть
не
ме
нее
20%.
Исходные
данные
для
расчета:
объем
воздуха
V
B
=
=6,15
м
3
/с;
распределение
температур
на
участках
дви
жения
воздуха
-
по
схеме
рис.
VII.14.
279