6.6. Аэродинамический расчет дымового тракта

Исходные данные для расчета

• В_Д = V_д·B = 850 м³/ч – расход продуктов горения;

• B’_Д = 655 м³/ч – расход дыма, проходящего через рекуператор;

• t_ух =1347 ˚C – температура дыма на выходе из печи;

• t’_д = 1224˚C – температура дыма перед рекуператором;

• t”_д = 540˚C – температура дыма за рекуператором;

• ρ_д = 1,23кг/м³ – плотность дыма;

• W₀₁ = 2м/с – начальная скорость дымовых газов.

Эскиз дымового тракта с размерами показан на рисунке 6.1.

Рис.6.1 Эскиз дымового тракта печи

Площадь поперечного сечения на разных участках дымового тракта

.

В рабочем пространстве печи имеется n = 8 дымовых расположенных на боковых стенках симметрично по четыре с каждой стороны. Площадь каждого окна

.

Исходя из F_окна возьмём его размеры равными 0,18×0,18м.

Эквивалентный диаметр канала

.

где F_k – площадь поперечного сечения канала, м²; П – периметр поперечного сечения канала, м.

Динамический напор газа на этом участке

.

где ρ₀ – плотность газа при нормальных условиях (0˚С, 101кПа), кг/м³; W₀ – скорость газа на рассматриваемом участке газопровода, отнесенная к нормальным условиям, м/с; α = 1/273 – коэффициент объемного расширения газов, град^-1; t_г – средняя температура газа на рассчитываемом участке газопровода, ˚С.

Потери на трение на горизонтальном участке канала длиной 0,34м

.

где μ – коэффициент трения; l – длина участка, на котором определяются потери на трение, м; d – гидравлический диаметр трубопровода, м.

Потери при повороте канала на 90˚ без изменения его сечения

.

где К₁ – коэффициент местного сопротивления, характеризующий данное сопротивление и представляющий отношение потерянного давления на этом сопротивлении к динамическому напору.

Потери на трение в дымопаде высотой 2м

.

Потери на преодоление геометрического давления в дымопаде

.

.

где ρ_0в и ρ_0д – плотности воздуха и дымовых газов соответственно при нормальных условиях, кг/м³; t_в и t_г - температуры воздуха и дымовых газов, ˚С.

Потери на поворот 90˚ из дымохода в боковой канал с расширением потока

.

Определим потери напора при движении дымовых газов в горизонтальных боковых дымовых каналах печи до места их слияния в общий дымовой канал (боров), по которому газы движутся к основанию дымовой трубы. Размеры боковых каналов – 0,6×0,8м, т.о. площадь их поперечного сечения равна сумме площадей четырех вертикальных каналов, и, следовательно, средняя скорость дымовых газов в них будет равна скорости газов в дымопадах, т.е. W₀₂ = W₀₁ = 0,24м/с.

Средняя температура дыма в боковых дымовых каналах

.

Динамический напор газа на этом участке

.

Эквивалентный диаметр бокового канала

.

Потери на трение в боковом канале до входа в боров

.

Потери при повороте бокового дымового канала на 90˚ без изменения его сечения

.

Определим потери напора при движении газов в борове от его начала до основания дымовой трубы. Среднее количество дымовых газов, проходящих через него, с учетом утечки дыма и подсоса воздуха

.

Скорость движения газов в борове

.

Площадь поперечного сечения борова

.

Примем, что высота борова H_б = 0,8м, т.е. равна высоте бокового дымового канала. Ширина борова

.

Эквивалентный диаметр борова

.

Среднюю температуру в борове от его начала до рекуператора можно считать равной средней температуре дыма в боковых каналах, т.е. t_ср3 = t_ср2 = 1289˚С.

Динамический напор на этом участке

.

Потери на преодоление трения от начала борова до рекуператора (длина участка 1м)

.

Определим потери давления в рекуператоре. При коридорном расположении труб (см. рис.5.1) коэффициент сопротивления

.

где n – число межрядных участков вдоль дымового канала; s₁ – расстояние между осями труб в ряду, перпендикулярном движению дыма, м; s₂ – расстояние между осями труб в ряду по ходу дыма, м; m и β – коэффициенты, определяемые из таблицы [3, с.31] в зависимости от соотношения (s₁-d_н)/s₁.

Средняя температура дыма в рекуператоре

.

Динамический напор газа в рекуператоре

.

Потери напора в рекуператоре

.

Определим потери напора от рекуператора до дымовой трубы. Пусть при движении по борову дымовые газы охлаждаются на 1 градус на 1м его длины, тогда средняя температура дыма на это участке длиной 20м составит

.

Динамический напор газа на данном участке

.

Потери на преодоление трения (сечение борова то же, что и до рекуператора) на этом участке

.

Потери на дымовом регулирующем шибере с учетом степени его открытия на 50% составляют

.

Потери при повороте на 90˚ в дымовую трубку при K₆ = 0,66

.

Общие потери при движении дымовых газов от рабочего пространства печи до основания дымовой трубы

.

Основой для расчета высоты дымовой трубы, которая обеспечивает удаление газов из печи, служит уравнение

,

где Р_г, Р_с, Р_дин – соответственно геометрический, статический (пьезометрический) и динамический (скоростной) напоры, Па; Р_п – потери напора на преодоление различных сопротивлений течению газа на пути его движения, Па.

Геометрический напор Р_гтр (разрежение) столба горячего газа внутри трубы, окруженной более холодным воздухом, должен покрыть потери напора при прохождении газов по дымовому тракту Р_П, потери на трение в самой трубе Р_тр и потери на выхлоп в устье трубы Р_вых.

С помощью дымовой трубы обеспечивается движение газов в печи при условии, если она создает разряжение, не менее Р_П. Действительное разряжение, создаваемое трубой, должно быть больше рассчитанной потери давления на 30-50% (берем 30%) на случай возможного последующего форсирования работы печи или увеличения сопротивления по дымовому тракту, т.е.

,

Далее исходя из P_эф = 56,7Па и t_ср5 = 530ºC по графику рис.7/б [4, с.48] определи, что высота трубы H = 15м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсового проекта была спроектирована печь и произведен её тепловой расчет, а также расчёт горения топлива, рассчитаны параметры внешнего теплообмена и режим нагрева металла, произведен расчет рекуператора и аэродинамический расчёт дымового тракта.

Данная печь предназначена для нагрева слитков под ковку. Используемое топливо: смесь природного (53,3%) и доменного (46,7%) газов. Нагрев слитков до температуры 1150ºС происходит за два этапа: собственно нагрев (2,49 ч) и выдержка (0,42 ч), необходимая для выравнивания температуры по сечению слитка. Петлевой рекуператор рассчитан по коридорной схеме и позволяет экономить топливо, осуществляя передачу теплоты дымовых газов обратно в печь.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Казанцев Е.И., Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2-е изд, М., «Металлургия», 1975, 368с.

2. Становой В.И., Буйлов А.А., Расчеты горения топлива, параметров внешнего теплообмена и режимов нагрева металла в печах периодического действия: методические указания, Л., ЛГТУ, 1991, 46с.

3. Становой В.И., Буйлов А.А., Расчеты теплового баланса и рекуператора, Аэродинамические расчеты камерных садочных печей: методические указания, Л., ЛГТУ, 1991, 40с.

4. Тайц Н.Ю., Расчеты нагревательных печей, 2-е издание, исправленное и дополненное, Издательство “ТЕХНIКА”, Киев, 1969, 549с.

35