6. Тепловой расчет камеры радиации по методу н. И. Белоконя

вале T_nt а тепло воспринимается эквивалентной абсолютно чер­ной поверхностью величиной #_s, т. е.

Ср.л=С₅Я₅[(-^)⁴-(А)⁴] (XI,20)

_где c_s — постоянная излучения абсолютно черного тела, C_s = 5,67 Вт/(м²-К⁴); H_s — эквивалентная абсолютно черная поверхность, м²; Т_п — температура продуктов сгорания на перевале, К; 6 — средняя температура поверхности ра- диантных труб.

Тепло, переданное конвекцией, равно

Qp. к = «к^р (Т_п — 6) (XI,21)

где а_к — коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к трубам. Тогда

Ррад = Csff_s - (4)⁴ + «_KF_P (Г„ -6)

Вместе с тем Q_paA определяется также уравнением (XI, 16), т. е. можно записать следующее равенство:

BGn. СCpm (Tmax - Т_п) = C_SH_S [ - (щ)*] + a_KF_p (Т_п - 9)

(XI,22)

Проведем некоторые преобразования уравнения (XI,22) для более удобного его практического использования. Прибавив и отняв в правой части величину a_KF_pT_max и частично преобразо­вав уравнение (Х1,22), получим

(BG_n. cCpm + ct_KFp) (T_max - Tn) = GsH_s +

+ cc_KF_p (T_max - 0) -CsH_s (Ay

Откуда

или

p , да

Введем понятия аргумента излучения х и характеристики из­лучения p_s

„ ..„10-8C_s#s (Г_тах — AG)³ _{(XI 25)}

^шах-АЭ

Тогда окончательно получим следующее уравнение:

*PJ + P, = l (XI,27)

Зависимость характеристики излучения |5_S от аргумента излу-

чения х может быть представлена в виде следующего уравнения:

1

Р,

сурт

Г_п

(XI,26)

0,25+ V 0,1875 + КО, 141+ *

(XI,28)

* 8 12 16 20 24- Аргумент излучениях

Рис. XI-11. График для расчета характери- стики излучения 0_S.

График этой зависимости дан на рис. XI-11. Зная величину p_s, можем определить температуру продуктов сгорания на перевале из уравнения (XI,26)

Лт-Р* (^шах-АО)

(XI,29)

Имея величину Г_п, рассчитывают коэффициент прямой отдачи по уравнению (XI, 18). Для расчета А6, наряду с другими величи­нами, необходимо располагать величиной, эквивалентной абсо­лютно черной поверхности H_s.

Расчет величины эквивалентной абсолютно черной поверх­ности. Для ориентировочного расчета величины H_s используют графики, предложенные С. В. Адельсон. Эти графики позволяют найти вспомогательную величину q_s = Bq_npilJH_s, где ?_прих определяется из уравнения (XI, 3) в зависимости от температуры газов на перевале t_a и температуры f_max. Графики построены для температур наружной поверхности стенки труб 0, равной 200, 400 и 600 °С. Общий вид такого графика дан на рис. XI-12.

Для промежуточных значений температур 8 величину q_s на­ходят интерполяцией. Среднюю температуру наружной поверх­ности радиантных труб определяют следующим образом.

После расчета количества тепла, переданного радиантным тру­бам (?_рад, необходимо найти количество тепла, которое восприни­мают конвекционные трубы Q_K

Qk ^ Qnwi Qpw — Qb. п

(XI,30)

где Опол —* тепло, воспринятое сырьем и водяным паром; Q_B. _п — тепло, воспри­нятое водяным паром.

По найденной величине Q_K определяют энтальпию сырья i_K при входе в радиантную секцию

qk/gc (XI,31) где iii — энтальпия сырья на входе в печь; G_c — расход сырья.

По величине i_K определяют температуру t_K на входе в трубы радиантной секции (см. рис. XI-10). После этого находят среднюю температуру наружной поверхности радиантных труб

0 = (t₂ + /_к)/2 + А* + 273 (XI ,32)

где t₂ — конечная температура нагрева сырья в печи; At — разность температур наружной поверхности радиантных труб и сырья, нагреваемого в трубах; At принимают в пределах 20—60 °С.

Полученную температуру 0 используют при определении пара- метра q_s = Вд_ирш/Н₅, зная который находят величину Н_$

H_s=Bq_npUx/q_s (XI,33)

Определение величины, эквивалентной лучевоспринимающей поверхности #_л. Промежуточным этапом расчета поверхности радиантных труб является определение величины, эквивалентной лучевоспринимающей поверхности #_л, которой передается то же

количество тепла, что и радиантным трубам. На основании исследований Н. И. Белоконя и С. В. Адельсон получено следу- ющее приближенное урав- нение, связывающее вели- чины H_s и Н_л:

H_s 2,12

Я_л

if (2,15а + 1)

2,15a-l+2_t12»/p_m 2,15а — l + 2,12/p_m

(XI,34)

коэффициент избытка воздуха; яр —

Я_л HnlF

степень экранирования топки

1

Р + Я_л ~~ 1 + Ял/F ~ 1 + F/Нл

F — неэкранированная поверхность кладки; p_FH — угловой коэффициент вза- имного излучения поверхностей кладки и экрана.

Величина p_FH зависит от степени экранирования топки

при яр < 1/3 _Ррн - HjF = гр/(1 - «) при яр >1/3 p_fH = яр

two

X

X

Рис. XI-12. График для определения параметра q_s при температуре стен- ки 6 = 200 <С.

23,3-ю³ цо-ю*

%=а/Н₈,вт/м²

23,3-10** 34,9-Ю*

где a ■

(XI,35)

(XI,36)

щая поверхность Я_л получает то же количество тепла, что и трубы, которые размещены около заэкранированной плоской поверхности кладки Я. Если бы трубы размещались вплотную одна к другой, то Я_л = Я. В действительности трубы устанавливают с шагом s = md (рис. XI-13), поэтому величина плоской поверхности кладки должна быть больше, чем Я_л. Отношение Я_л к Я назы­вается фактором формы и обозначается К

K=HjjH<\ ' (XI,38)

Таким образом, фактор формы К соответствует доле от того тепла, которое в тех же условиях поглотила бы заэкранирован­ная плоская поверхность кладки. Фактор формы зависит от относительного шага труб т — sld и от числа рядов труб в экране. Величину К можно определить по графику Хоттеля, приведен­ному на рис. XI-14.

Из графика на рис. XI-14 следует, что применение двухряд­ного экрана одностороннего облучения по сравнению с одноряд­ным при обычно применяемом шаге между трубами s с 2d невы­годно. Это объясняется тем, что двухрядный экран, например при s = 2d, поглощает тепла только на 13% больше, чем одно­рядный, а поверхность труб при этом увеличивается почти в два раза. Кроме того, между обоими рядами труб тепло распределяется весьма неравномерно: примерно 60—70% всего тепла восприни­мается первым рядом экрана, а остальная часть — вторым.

После определения величины заэкранированной поверхности кладки Я находят поверхность радиантных труб F_p> используя

Hi = [(п — 1) s + d] I = [(п — l)m+\]dl

^pi _

При т = 2 величина F_VU/H_U = я.

Определив поверхность радиантных труб F_p, рассчитывают их теплонапряженность Q_Hp = Q_paA/F_p, которая не должна пре- вышать рекомендуемых величин для соответствующего процесса.

Малая величина Q_Hp указывает на то, что поверхность радиантных труб используется неэффективно и ее необходимо уменьшить.

следующие соотношения (см. рис. XI-13). Для однорядного эк­рана поверхность радиантных труб F_pI равна

F_pi = rm dl (XI,39)

где / — длина труб.

Плоская заэкранированная поверхность кладки

Отсюда

rm

H i

(n — 1) m + 1

(XI,40) (XI,41)

При m = 2 величина F_pI ^ nHJ2.

Для двухрядного экрана заэкранированная поверхность кладки

н_п = [(п — 1) s + d] I = [(/г — 1) m + 1] dl

а поверхность радиантных труб

F_pU =(2я —1)яЛ

Тогда

(XI,42) (XI,43)

(XI,44)

Рис. XI-14. График для определения фактора формы К:

1 — доля тепла, воспринятая двумя рядами

труб; 2 — то же, однорядным экраном; 3 —

то же, нижним рядом двухрядного экрана;

4 — прямое излучение, передаваемое~нижне- му ряду; 5 — доля тепла, переданная верх­нему ряду двухрядного экрана; 6 — прямое излучение, передаваемое второму ряду двух­рядного экрана.

Увеличение температуры продуктов сгорания на перевале при­водит к повышению теплонапряженности радиантных труб и умень­шению величины их поверхности. Коэффициент теплоотдачи сво­бодной конвекцией определяют по уравнению

а_к = 2,1/Т„-в

где а_к измеряется в Вт/(м²-К).

(XI,45)