2.4.4. Расчет камер конвекции

Рассчитаем массовый расход дымовых газов по формуле (2.57):

Среднее живое сечение камеры конвекции: f_к = 7,8 м².

Массовая скорость дымовых газов по формуле (2.58):

u = G_к / f_к = 0,91 кг/(с ∙ м²) .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией можно определить по формуле (2.60), если известна величина Е, которая зависит от средней температуры дымовых газов t_ср (формула 2.59):

E = 22,042;

Для шахматного расположения пучка труб коэффициент теплоотдачи излучением трехатомных газов приближенно может быть рассчитан по формуле Нельсона (2.61):

α_р = 12,134 Вт/(м² ∙ К).

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности труб с учетом 10% добавки от излучения стенок камеры составит (формула (2.62)):

α_к = 1,1(α_р + α_к) = 30,383 Вт/(м² ∙ К).

Коэффициент теплопередачи k приблизительно равен α_к:

k = α_к = 30,383 Вт/(м² ∙ К).

Энтальпия сырья на выходе из камеры конвекции (по формуле (2.64)):

этому значению соответствует температура t_к = 309°С [11].

Средняя движущая сила процесса теплопередачи определяется по формуле (2.65):

Необходимая поверхность теплообмена конвективных труб по формуле (2.66):

Невязка по поверхности теплообмена по формуле (2.67):

Теплонапряженность конвективных труб по формуле (2.68):

Поверочный расчет печи П-2 показал, что невязки по конвективной поверхности теплообмена, теплоте, передаваемой в камере радиации, температуре перевала и полезному количеству тепла находятся в пределах 10%, что свидетельствует об удовлетворительной работе печи.

2.5. Результаты исследования и математической обработки температур­ного поля радиантных камер печей п-1 и п-2

С целью нахождения степени подавления окислов азота в дымовых газах по кинетическому уравнению данного процесса возникла необходимость в уравнении, которое описывало бы температуру в плоскости подачи аммиачной воды. В связи с этим было проведено исследование температурного поля печей П-1 и П-2 по следующей методике.

Температуру дымовых газов в радиантных камерах определяли зондовым методом. В качестве датчика выступала гибкая хромель-алюмелевая термопара, имеющая длину 6 м., при диаметре проводов 1,2 мм. Производитель термопары – компания «РЭЛСИБ» (г. Новосибирск), представившая гарантии по чувствительности прибора, и соответствие материала термопары стандартной таблице калибровок. Тип термопары: ТП ХА(К)-К12.н.1,2×6000. В качестве измерительного прибора был использован термометр контактный, цифровой с зондом типа ТК-5.09/3ВТ9, заводской № 733876/746821, свидетельство о поверке № 02-9205/03, действительное до 19 сентября 2008 г.

Термопара была помещена в металлический чехол длиной 5 м., чувствительный элемент термопары- шарик спая проводов- был открытым. Измерение температур проводили при введении шарика термопары через «гляделки» печей в зону измерения. При этом длительность замера в каждой точке определялась динамикой прогрева или охлаждения шарика, и составляла примерно 2-3 мин. За это время температура шарика практически сравнивалась с равновесной температурой окружающей среды, что проявлялось прекращением изменений показаний прибора в данной точке.

Замеры проводили при различной глубине погружения термопары : 1,2,3,4 м (рис.2.1). Плоскости замеров обозначены как Pijg, где i-индекс печи, j- индекс секции, g- индекс глубины погружения термопары (м). Плоскости измерения со стороны колонн установки обозначены дополнительным индексом “k”: Pijkg. На диаграммах и в таблицах “x” соответствует расстоянию от перевальной стенки, а “y”- высоте точки над нижним экраном. Результаты исследований приведены в приложении 1.

Рис.2.1. Схема исследования температурного поля печей

Результаты измерения температур по плоскостям были обработаны ООО «НПЦ «Матрица» по методу МНК наиболее подходящими уравнениями, имеющими наибольший коэффициент корреляции, и выбранные из почти полумиллиарда уравнений различного типа. В некоторых случаях выбор уравнения определялся критерием его относительной простоты, при условии достаточного коэффициента корреляции. Результаты математической обработки температур по плоскостям представлены в виде трёхмерных диаграмм и таблиц, следующих за этими диаграммами. В таблицах приведены величины отклонения рассчитанных и экспериментальных значений температур. В среднем погрешность аппроксимации лежит в пределах ниже 1%. Результаты математической обработки приведены в приложении 2.

Вторым этапом расчетов является определение температурного поля на плоскостях, параллельных перевальной стенке, поскольку техническое решение по вводу реагента предусматривает движение газообразного аммиака именно по плоскости, параллельной перевальной стенке снизу вверх до перевала, и далее в конвекционную камеру. На рис. 2.1 в качестве примера изображена такая плоскость в камере П12, обозначенная P12.3.97. В этом обозначении число 3,97 обозначает расположение плоскости преимущественного среднего движения газов на расстоянии 3,97 м. от перевальной стенки. Параметр “x” – в уравнениях этих файлов означает расстояние от «гляделок», расположенных со стороны дымовой трубы. Результаты расчетов приведены в приложении 3.

По физическим причинам, измерения в секциях П21k и П22k проведены только по двум и одной плоскостям соответственно, поэтому расчет температур на плоскости движения реагента в последнем случае выполнен из предположения о симметричности данных П22k и П22.

В общем виде уравнение температуры в плоскости P12.3.97 выглядит следующим образом:

z = a + bx + cy + dx² + ey² + fxy + gx³ + hy³ +ixy² + jx²y, (2.83)

где z – температура, °С;

x – расстояние от гляделки, м;

y – расстояние от бокового экрана, м;

a, b, c, d, e, f, g, h, i, j – коэффициенты, вычисленные по МНК:

a = 794,49679; b = –60,680059; c = 31,857148; d = –5,9912351; e = –26,561634; f = 38,687377; g = 1,0502449; h = 2,8952454; i = –0,27699437; j = –2,8134694.

С помощью данного уравнения рассчитана степень очистки дымовых газов от оксидов азота. Уравнение также использовалось для нахождения средней температуры в плоскости подачи аммиачной воды, необходимой в расчете испарительного устройства: t_ср = 984°С (приложение 4).