Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
Следовательно,
фп
=
QnF
= 5,605·2904,5 = 16280
кВт.
27.
Определить
коэффициент
теплоотдачи
от
дымо
вых
газов
к
свободновисящим
цепям
на
разгрузОчном
участке
вращающейся
печи
4,5Х170
м,
если
средняя
скорость
газов
ro=9,46
м/с,
кинематическая
вязкость
газов
v=95·10-
6
м
2
/с
Овальные
цепи
имеют
диаметр
d=25
мм,
теплопроводность
газов
л=0,069
BT/(M·oCl.
РеШ
е
н и
е.
Определяем
критерии
Re
и
Nu:
rod
9,46·0,025
Re
=
--:;-
= 95.10-6 = 2489;
Nu
=
O,45Reo,5
= 0,45.2489°·5 = 22,45.
Коэффициент
теплоотдачи
от газов к
цепям
составит
ct = Nu
~
= 22
45
0,069 =
62
Вт/(м
2
.ОС)
г
d ' 0,025 .
28.
Определить
теплоотдачу
неизолированной
сталь-
/
ной
трубы
d
п
/d
в
=21/15
мм,
если
коэффициент
теплоот
дачи'
от
теплоносителя
к
стенке
трубы
а\
= 1163
ВТ!
/(м
2
.ОС)
и
от
стенки
к
воздуху
a2=11,63
Вт/(м
2
•
О
С);
температура:
теплоносителя
t
1
=980
С
и
окружающего
воздуха
t
2
=
180
С;
теплопроводность
стенки
трубы
л\
=
=58,15
Вт/(м,ОС),
Реш
е
н и
е
Определяем
общее
термическое
сопротивление
теп
лопередаче
стальной
трубы
по
формуле
I 1
d
п
I 1
~Rтр=--+--Iп-+--=
+
CtlndB
2nЛl
d
B
Ct
2
nd
и
1163·3,14.0,015
+
1 InO,021 + 1
------
= 1,322
м2.0С/Вт.
2·3,14·58,15
0,015 11,63·3,14·0,021
Теплоотдача
1
м
трубы
составит
М
98-18
q=--=
=605
Вт/м.
~RTP
1,322 '
29
В
холодильнике
требуется
охладить
жидкость
в
количестве
m\=lOOOO
кг/ч
от
температуры
t
1
=60°C
до
температуры
t
2
=30°
С;
удельная
теплоемкость
жидко
сти
с\=2680
Дж/(кг,ОС).
Тепло
передается
воде,
кото
рая
нагревается
от
t~
=250
С
до конечной
температуры
t;=32°
С;
удельная
теплоемкость
воды
02=4190
Дж/
/
(кг·
ОС).
Коэффициент
теплопереда
чи
от
жидкости
к
30
Воде
К
= 240
Вт/
(м
2
•
о
С}.
Определить
расход
воды
и
необходимую
площадь
поверхности
нагрева
при
проти
ваточной
схеме
теплообмена.
Реш
е
н
и
е
Тепловую мощность
находим
по
формуле
10000
Ф = mlcl (t
1
- t
2
)
=
--
2680 (60 - 30)
=223000
Вт
= 223
кВт.
3600
Определяем
расход
воды
по
формуле
Ф
223000
m
и
=
=
=7,6
кг/с=27400кГjч.
Cz
(
t;
-
t;)
4190 (32 - 25)
Сре,у,нелогарифмическая
разность
температур
при
противотоке
( [
1
-
t;
) - ( t
2
-
t;
) = (60 - 32) (30 -
25)
= 13,4
ос.
Мер
= ,
60-
32
t
1
t
2
2,3Jg
з02s
2,31g--,
-
t
2
t
1
Расчетная
площадь
поверхности
теплообмена
ф
223·103
р=--=
=69,3
м
2
•
КМ
ср
240·13,4
ЗО.
Стальная
труба
диаметром
100
мм
с
температу
рой
стенок
t
1
=
1270
С
проходит
в
кирпичном
канале
раз
мером
0,28ХО,35
м
с
температурой
стенок
t
2
=270
С
Определить
теплопередачу
излучением
с
1
м
трубы
в
1
ч.
Принят]:>
для
стали
С
1
=4,2
Вт/(м
2
•
К4)
и
для
кир
пича,
из
которого
выложен
канал,
С
2
=5,33 Вт/{м
2
·К4).
Реш
е
н
и
е
Приведенный
коЭффициент
излучения
с
учетом
пло
щадей
трубы
и
канала
равен
С'
где
Со
-
коэффициент
излучения
абсолютно
черного
тела,
равный
5,65
Вт!(м
2
1(4).
Определяем
соотношение
площадей'
__
3..;..,1_4_.0.....;'_1_.1_
=
О
25
2·1
(0,28+0,35)
,.
31
torita
I
С'
=
=4,048т/(мЧ<4).
1 ( 1 1 )
-+025
~--
4,2
' 5,33 5,65
Количество
теплоты,
излучаемое
с
1
м
2
трубы,
будет
равно:
Q=C
1
[(1~)4_(1~)4]Pl
=
= 4,04
[(~:y
-
(~:)4]
3.14.0,1.1-3600
= 797,5
МДж.
Глава
III
ЗАДАЧИ
ПО
РАСЧЕТУ
ГОРЕНИЯ
ТОПЛИВА
§
1.
РАСЧЕТ
ГОРЕНИЯ
ТВЕРДОГО
И
ЖИДКОГО
ТОПЛИВА
Рассмотрим
в
качестве
примера
расчет
горения
под
московного
угля,
сжигаемого
в
выносной
топке.
3
а
Д
а
н
о.
1.
Состав
угля по
справочным
данным
на
рабочую
массу
(%):
0-30,5;
НР-2,3;
SP-2,7;
NP-0,6;
ОР-9,2;
АР-21,8;
WР-ЗЗ.
2.
Влагосодержание
воздуха,
согласно
климатологи
ческим
таблицам
и
I-d-диаграмме,
составляет
d=
10
r
на
1
кг
сухого
воздуха.
3.
Требуемая
практическая
температура
горения
t
n
=1050°C
(1323°К).
Определить
количество,
влагосодержание
и
энталь
пию
дымовых
газов
и
расход
воздуха
на
горение
топ
лива.
Реш
е
н и
е.
Порядок
расчета
и
его
результаты
располагаем
в
виде
табл.
111
1.
Расчет
ведем
по
стехеометрическим
соотношениям
химических
уравнений
реакций
окисления
горючих
составных
частей
топлива
(графа
2,
строки
1-7)
Во
избежание
большого
количества
дробных
цифр
расчет
удобно
вести
на
100
кг
топлива.
В
этом
случае
количество
отдельных
составных
частей
топлива
в
100
кг
будут
чис
ленно
равны
процентным
соотношениям
его
состава
(графа
2,
стро
ки
1-7).
Плотности
продуктов
горения
являются
справочными
вели
чинами.
Числа
графы
5
(строка
8)
суммируют
с
учетом
минусового
знака
у
кислорода
топлива
(строка
5,
графа
5),
так
как
кислород,
содержащий.ся
в
составе
топлива,
участвует
в
окислении
горючих
час
тей
последнего
Поэтому
на
величину
кислорода,
содержащегося
в
со
ставе
топлива,
уменьшается
количество
кислорода,
вовлекаемого
из
атмосферного
воздуха
в
процесс
горения.
Азот
и
влага
являются
негорючими
веществами.
Поэтому
они
без
изменения
количества
(вла
га
в
виде
водяных
паров)
переходят
в
состав
дымовых
газов,
что
услов-но
обозначено
стрелками
в
графе
3
(строки
4
и
7).
Отноше
ние
77
:
23
в
строке
9
соответствует
процентному
содержанию
азота
и
кислорода
в
атмосферном
воздухе
по
массе.
Множитель
0,001
в
строке
10
соответствует
переводу
граммов
в
килограммы.
Итог,
подсчитанный
в
строке
11,
определяет
количество
продуктов
горения
(графы
18,
19)
и
расход
воздуха
(графы
20,
21)
при
тео
ретическом
количестве
воздуха,
без
его
избытка
(а
= 1),
когда
весь
кислород
участвует
в
реакциях
процесса
горения.
Практнчески
для
33
'"
о
"'-
...
"
~
I
1
2
3.
4
5
6
7
9
10
111
12
13
14
.
15
14
ХОД
расчета
элемен-
тариый
состав
реакция
топлива,
горения
%
по
Массе
2
3
e
P
-30,5
с+о.
=
СО.
НР-2,3
н,
+
0,50,
=
н.о
SP-2,7
S
+0,
=
SO,
NP-O,6
N
T
_~
N
д
ОР-9,2
-
АР-21,8
-
W
Р
-ЗЗ
W
T
-+
W
A
и
то
го
Расчет
Вовлекается
N,
с
B~~ДYXOM
при
IX=1;
N,=
1
2з
93,3-
=312
кг
Вовлекается
н,о
с
воздухом
при
d=IO
г
на
1
кг
сухо-
го
воздуха;
н,о=
(93,3+
+312)
10
0,001
=4,05
кг
и
т
о
г
о
при
а=
1
При
а-1,7
расход
кислоро
да
93,3-1,7 =
158,5
кг
Вовлекается
азота
77
158,5
2з
-530
кг
Вовлекается
н,о
(158,5+
+530)0,01
=6,88
кг
Итого
при
а=I,7
Колич~ство
сухих
дымовых
газо.
I
Т
а б
л
и
ц
а
111.1.
Расчет
горения
'"
"
f-.Q)~
"'м
<t"'
U
Q.~
ro
>.:>i
О
~e~~
<t<;
'"'
-
~~e
Расход
::=:а:;_а;
&'"
"'-
'"
кислорода,
з
o
",:>i
"",
_'"
~~=~
..
:.:
;:::
~s:;
((j
кг.
иа
100
кг
ф>'
'"
...
:.:
:а
о
Cl.f-<
топлива
uф
=
o.o::r:::
ot::(~o
gg.
,.Qo~Q.)
:а
&.
~
'""
...
...
<:';
...
:>i
~=toi'~
~~~~
о
..
~o:.:Q
';0
>":.:-'"
>.,":0"'-
t::::
..
----
-----
4
5
б
7
2,67
30,5 2,67=81,4
3.67
1,977
8
2,38=18,4
9 0,805
1
2,71=2,7
2 2,86
-
-
-
1,25
-
(-9,2)
-
1,43
-
-
-
-
-
- -
0,805
93,3
-
-
-
1,25
-
-
-
0,805
-
- -
1,43
-
-
-
1,25
- -
-
0,805
подмосковного
угля (на
100
кг
угля)
Состав
и
количество
газообразных
продуктов
горения
Расход
при
нормальных
устювинх
воздуха
СО,
Н,О
О,
N,
О,
всего
кг
м"
кг
М'
КГ
м
'
КГ
м
'
КГ
м
'
КГ
м'
КГ
м
'
--
-
--
--
-
--
--
---
-
-
---
---
---
-
8
9
10
11
12
13
14 15
16
17
18
19
20
21
58,7
I
,=
114
- - -
-
-
- -
-'
114
58,7
-
-
-
20,7
2',7
-
-
-
-
-
-
20,7
2),7
-
- -
-
-
5,4
1,885
-
- -
5, \
1
8З5
-
-
-
-
-
-
-
-
06
О
1\
-
-
о ,б
О
\8
-
-
-
-
- -
-
- - -
-
-
- -
-
-
1=
-
-
-
-
-
-
-
1=
-
-
-
-
-
-
33
1
\-
- - -
-
33
I
41
-
-
I
I
11l4158,iI5J,7167,715,41I,~851
0,3 1
О,!8
1-1-117з,7
1128,7651
1-
I
-
-
-
-
- -
312
246,14
-
-
312
246,14
-
-
- -
4,05 5,03
-
-
-
-
- -
4,05
5,03
-
-
1114158,7157'75172'7з15,411'8851312'61246,621-1-1489,75/379,93
r
408,82\317
65,245,5 65,2 45,5
530
424
530
424
6,88 8,55 -
6,88 8,55
1114158'7160,58176'2515'411.8851530'61424,48165'2145,51775'781606'8151695,38\538
I 1- I -1 -
1-
1 - 1 - 1
1-1-1
715,21
I
1-
35
повышения
степени
химической
полноты
горения
в
процесс
вводят
некоторое
избыточное
количество
воздуха,
характеризуемое
коэффи
циентом избытка
воздуха
а
Его
значения
рассчитывают
из
теплово
го
баланса
процесса
горения
1
кг
топлива,
имея
в
виду
необходи
мость
достижения
требуемой
практической
температуры
горения
топ·
лива
Приводим
уравнение
теплового
баланса
процесса
горения
1
кг
топлива.
(Ш.l)
где
Q:
-
низшая
теплота
сгорания
1
кг
топлива
[для
подмосков
ного угля
по
справочным
данным
Q~
=
10
740
кДж/кr
(2560
ккал/кг)],
L~
-
теоретический
расход
воздуха
на
горение
1
кг
топлива
[согласно
расчету
(табл
III
1,
графа
20,
строка
ll),
L~
=408,82
100=4,9
кг/кг],
СВ
-
теплоемкость
воздуха
по
массе
[по
справочным
данным
СВ
=
1,005
кДж/(кг,ОС)
или
С
в
=0,24
ккал/(кг,ОС)],
t
B
-
температура
воздуха
(ОС)
при
отсутствии
его
подогрева
принимаем
t
B
=
10°
С
(при
сжигании
мазута
воздух
обя·
зательно
подогревают
до
100-1500
С
Прн
сжигании
топ·
лива
в
печах
также
часто
используют
подогретый
воздух
из
зоны
остывания
печей);
t"
-
температура
топлива,
ОС;
С
Т
-
теплоемкость
топлива
по
массе
для
твердого
топлива;
величина
ttC-r
исчезающе
мала
в
сравнении
с
предыду
щими
двумя
слагаемыми,
в
связи
с
чем
ею
пренебре
гаем
[мазут
подогревают
до
80-1000
С
для
обеспечения
необходимой
дисперсности
капель;
теплоемкость
мазута
подсчитывают
по
формуле
С
Т
= 1,74+0,00252 t
T
,
кдж/
(кг.
ОС)
или
СТ
=0,415+0,0006
t-r
ккал/(кг,ОС)];
L~
-
теоретическое
количество
продуктов
горения
1
кг
топли
ва
Согласно
расчету
горения
(табл.
III
1,
графа
18,
стро·
ка
11),
L~=489,75'
100=4,9
кг
на
1
кг
топлива;
11(
-
калориметрическая
температура
горения,
ОС.
Ее
определяют
по
формуле
t
п
t
k
=--
fJ(]ир
(Ш.2)
где
[(]-
требуемая
практическая
температура
горения,
назначаемая
по
условиям
технологии
Для
нашего
расчета
t
rr
=
10500
С;
ТJnир
-
пирометрический
коэффициент
полезного
действия
процес·
са
горения
(коэффициент
прямой
отдачи)
Для
топМных
устройств
\!ОЖIlО
ПРИНИ'llзть
Т]пир=0,9
Тогда
36
1050
t
K
= -
=1170°С;
0,9
С
fj;--
теп.lОемкость
продуктов
горения
по
массе
(дымовых
га·
308).
Она
может
быть
подсчитана
как
средневзвешенная
теплоемкость
газовой
смеси
по
известным
формулам
тер·
модинамики
Для
проектных
f1асчетов
допустимо
также
пользоваться
при·
ближенной
формулой
теплоемкости
дымовых
газов
по
массе
[кдж/
(кг·
ОС)]
или
в
ккал/(кг,ОС)
С
д
= 0,25 +
0,000014t
д
.
Принимая
в
нашем
случае
t
к
=t.ц=1170
0
С,
получаем
С
д
= 1,05 + 0,00006·1170 = 1,115
кдж/(кг,ОС).
Из
уравнения
(ПI
l)
получаем
Q~+
tTC
T
а=--------------
L~
tKC
A
-
L2
СВ
t.
После
подстановки
получаем
10740
а=
=1,7.
4,9·1170·1,115 - 4,09.1 ,005
(Ш.3)
(Ш.4)
При
этом
избытке
воздуха
продолжаем
расчет
горе
ния
топлива
(табл.
111.1,
строки
12--15).
Если
дымовые
газы
предназначены
для
использова
ния
в
качестве
теплоносителя
в
сушилке,
то
возникает
необходимость
дополнительно
определить
их
влагосодер
жание
d
д
и
энтальпию
1
д.
Определяем
влагосодержание
дымовых
газов:
(Ш.5)
где
Он,о
-
масса
водяных
паров
в
дымовых
газах,
отнесенная
на
1
кг
топлива;
в
нашем
случае
она
равна
0,6058
кг;
L
CA
-
масса
сухих
дымовых
газов от
сжигания
1
кг
топлива;
(Ш.6)
в
иашем
случае
775,78 - 60,58
L
cA
= = 7,152
кг.
100
-
Тогда
0,6058
d
д
= 7,152
1000
=
86
г
на
1
кг
сухих
гаЗ0В.
37
ЭнтаJJЬПИЮ
продуктов
горения,
отнесенную
к
1
кг
сухих
дымовых
газов,
определяют
по
формуле
Q~
+
L~
Св
t
и
а
+ t
T
С
Т
I
д
=
(Ш.7)
L
с
.
д
Величиной
tTe
T
для
твердого
топлива
пренебрегаем.
В
нашем
случае
L~
а=6,9538
кг/кг.
Тогда
10740
+6,9538.1,005.10
/д
= =
1600
кДж
на
1
кг
сухих
газов.
7,152
По
значениям
d
д
и
lд
находят
на
l-d-диаграмме
точку,
соответствующую
состоянию
дымовых
газов.
Правильность
выполненного
расчета
горения
топли
ва
проверяют
методом
составления
материального
ба
,'JaHCa
этого
процесса
(табл.
III.2).
т
а
б л
и
ц
а
111.2.
Материальный
баланс
процесса
горения
100
кг
топлива
риходные
Количе-
!
Расходные
статЬи
СТВО,
кг
статьи
Топливо
..
100
Дымовые
газы
Воздух
695,38
Невязка
баланса
2,2
Зола
Ит
ого
797,58
И
т
о
r
о
797,58-795,38
НеВЯзка
баланса
100=0,28%.
795,38
Колнче-
СТВО,
кг
775,78
21,8
797,58
В
инженерных
расчетах
допускается
пользоваться
счетной
логарифмической
линейкой,
разрешающая
спо
собность
которой
в
отношении
точности
находится
в
пределах
до
0,5
%.
Поскольку
в
нашем
случае
невязка
баланса
составляет
0,28<0,5%,
то
расчет
считается
выполненным
правильно
и
пересчета
не
требует.
§ 2.
РАСЧЕТ
ГОРЕНИЯ
ГАЗООБРАЗНОГО
ТОПЛИВА
Рассчитыва~м
в
качестве
примера
горение
природно
го
газа
Саратовского
м~сторождения.
Задано
1.
Объемный
состав
газа
(по
справочным
данным)
38
(%):
СН
4
-94;
С
2
Н
6
-1,2;
С
з
Н
в
-0,7;
C
4
H
to
-0,4;
C
5
H
I2
-O,2;
С0
2
-О,2;
N
2
-3,3.
BCCIO
100%.
2.
Влагосодержание
воздуха,
согласно
климатологи
ческим
таблицам
и
I-d-диаграмме,
составляет
d=
10
г
на
1
кг
сухого
воздуха.
3.
Природный
газ
сжигается
во
вращающейся
ке
рамзитообжигательной
печи.
Требуемая
температура
об
жига
t
п
=
12000
С.
Определить:
количество,
влагосодержание
и
энталь
пию
дымовых
газов
и
расход
воздуха
на
горение
топ
лива.
Реш
е
н
и
е.
Порядок
расчета
и
его
результаты
рас
полагают
в
виде
таблицы
(табл.
III.3).
Расчет
ведут
по
стехеометрическим
соотношениям
химических
уравнений
.реакциЙ
горения
(графа
3,
строки
1-7).
Во
избежание
большого
количества
дробных
цифр
расчет
ведут
на
100
м
3
топлива.
В
этом
случае
количества
отдельных
его
составных
частей
в
100
м
3
газа
будут
численно
равны
процентным
соотношением
его
состава
(графа
2,
строки
1-7).
Азот
и
углекислый
газ
являются
негорючи
ми
компонентами
топлива.
Поэтому
они
без
изменения
количества
переходят
в
состав
дымовых
газов,
что
ус
ловно
обозначено
стрелками
в
графе
3
(строки
6
и
7).
Отношение
79:
21
(строка
9)
соответствует
объемно
му
содержанию
азота
и
кислорода
в
атмосферном
воз
духе,
выраженному
в
%.
Множитель
0,001
(строка
10)
соответствует
переводу
граммов
влагосодержания
в
ки
лограммы.
По
справочным
данным
плотность
возду
ха
1,293;
плотность
водяного
пара
0,805,
выраженные
в
кг/м
3
•
Итог,
подсчитанный
в
строке
11,
табл.
III.3,
опреде
ляет
количество
продуктов
горения
(графа
10)
и
рас
ход
воздуха (графа
11)
при
теоретическом
количестве
воздуха,
без
его
избытка
(а=
1),
когда
весь
кислород
участвует
в
реакциях
процесса
горения.
Практически
при
сжигании
природного
газа
часто
приходится
повы
шать
избыток
воздуха
для
понижения
температуры
го
рения,
которая
при
сжигании
газа
в
промышленной
пе
чи
регламентируется
технологическими
условиями,
а
при
сжигании
его
в
топке
сушильной
установки
или
паро
вого
котла
лимитируется
температуростойкостью
ее
фу
теровки.
В
нашем
примере
рассмотрен
случай
сжигания
газа
во
.вращающеЙся
керамзитообжигательной
печи
С
мак-
39