2.5 Расчет диаметра печных труб

На данном этапе по результатам расчета выбираются стандартные размеры труб (диаметр, толщина и шаг).

Определяется объемный расход нагреваемого продукта:

, (24)

где G_C – производительность печи по сырью, т/сут;

ρ_Т – плотность продукта при средней температуре (tср.), кг/м3;

(25)

α – температурная поправка.

(26)

.

.

.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

, (27)

где n – число потоков; W – допустимая линейная скорость продукта, м/с для двухпоточных печей оптимальное значение W находится в пределах 1–3 м/с;

d_вн. – расчетный внутренний диаметр трубы, м.

В расчетах используем: n = 2 (двухпоточная система подачи сырья), W = 1,4 м/с.

Из уравнения (32) рассчитывается внутренний диаметр трубы:

(28)

.

По ГОСТу принимаем d_вн. = 0,159 м.

Толщина стенки труб, м 0,010 м

Шаг между осями труб, м

фитинги 0,300

ретурбенты 0,450

Тогда фактическая скорость:

.

Фактическая скорость находится в пределах 1 – 3 м/с.

2.6 Упрощенный расчет камеры радиации

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

, (29)

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

H_p/H_S – 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;

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

Определение коэффициента прямой отдачи:

, (30)

где I_max, I, I_ух – теплосодержание продуктов сгорания соответственно при температурах T_max, T_п, T_ух, рассчитывается по уравнению (11), кДж/кг;

η_Т = 0,96 – к.п.д. топки.

Суть метода расчет (метод итераций) заключается в следующем: задаются температурой продуктов сгорания (Т_п), 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 Т_п, если это значение не совпадает с заданной точностью, то расчет возобновляется, при достижении заданной точности фиксируется значение Т_п, и рассчитывается количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

(36)

Таблица 3 – Результаты расчета Т_п методом итераций.

№	Тпзад., К	qtп, кДж/кг	Тmax, К	μ	qp, ккал/м2∙ч	Θ, К	qpk, ккал/м2∙ч	Тпрасч, К
1	1100,0000	17614,8618	2194,9390	0,6729948	22289,6695	602,8713	4225,3096	1072,7017
2	1072,7017	16979,9021	2200,8700	0,6910274	22886,9124	605,0114	3914,8974	1085,1558
3	1085,1558	17269,1313	2198,1595	0,6828273	22615,3236	604,0382	4055,8928	1079,5476
4	1079,5476	17138,7942	2199,3791	0,6865255	22737,8068	604,4771	3992,2707	1082,0880
5	1082,0880	17197,8153	2198,8265	0,6848514	22682,3616	604,2785	4021,0640	1080,9403
6	1080,9403	17171,1472	2199,0761	0,6856079	22707,4179	604,3682	4008,0506	1081,4594
7	1081,4594	17183,2089	2198,9632	0,6852658	22696,0860	604,3276	4013,9357	1081,2247
8	1081,2247	17177,7560	2199,0142	0,6854205	22701,2092	604,3460	4011,2750	1081,3308
9	1081,3308	17180,2217	2198,9912	0,6853505	22698,8926	604,3377	4012,4780	1081,2829
10	1081,2829	17179,1068	2199,0016	0,6853822	22699,9400	604,3415	4011,9341	1081,3046
11	1081,3046	17179,6109	2198,9969	0,6853679	22699,4664	604,3398	4012,1800	1081,2947
12	1081,2947	17179,3830	2198,9990	0,6853743	22699,6806	604,3405	4012,0688	1081,2992
13	1081,2992	17179,4860	2198,9980	0,6853714	22699,5837	604,3402	4012,1191	1081,2972

Приведем расчет для последней итерации:

Принимаем Т_п = 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 Т_п 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/м²∙ч < 35 Мкал/м²∙ч), 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.