4.2 Составление теплового баланса печи

Приходная часть состоит из тепла от горения топлива и тепла вносимого подогретым воздухом .

Тепло горения топлива:

Физическое тепло воздуха:

Расходная часть состоит из тепла усвоенного металлом тепла уносимого уходящими дымовыми газами , потерь тепла теплопроводностью через кладку , потерь тепла с охлаждающей водой , потерь тепла излучением и прочими неучтенными потерями.

Тепло усвоенное металлом:

Потери тепла с уходящими газами:

Невязка материального баланса:

5 Аэродинамический расчет печи

Аэродинамический расчет печи включает в себя определение сопротивления дымового тракта и расчет дымовой трубы.

Аэродинамический расчет начинается с составления схемы тракта, т.е. определяются сечения и длины газоходов, виды местных сопротивлений. Сечения газоходов принимаются по рекомендуемым скоростям:

– для дымовых газов 2 – 3 м/с,

– для холодного воздуха 10 – 12 м/с,

– для горячего воздуха после металлического рекуператора 5 – 7 м/с.

При выборе сечения дымоходов, засоряющихся в процессе эксплуатации, нужно принимать во внимание также удобство их обслуживания.

Общее гидравлическое сопротивление тракта:

где потери давления в местных сопротивлениях, Па,

потери на трение, Па,

потери геометрического давления, Па,

где – коэффициент местного сопротивления, определяется по работе [1, с.216-244] в зависимости от конфигурации местного сопротивления;

коэффициент трения ( = 0,05 для кирпичных каналов, 0,03 – для металлических);

W_o – средняя скорость в расчетном сечении при t = 0 °С и P = 101,3 кПа, м/с;

плотность газа, проходящего по каналу при t = 0 °С и P = 101,3 кПа, кг/м³;

Т – температура газа, К;

В и Р_ст –соответственно барометрическое и статическое давление, кПа;

Величину 101,3/(В + Р_ст) при расчете газопроводов низкого давления допустимо принимать равной единице;

l – длина участка, м;

гидравлический диаметр канала, м.

где F – сечение канала, м²;

П – периметр сечения, м;

h – высота изменения положения канала, м;

плотность окружающего воздуха, кг/м³,

температура окружающего воздуха, К;

плотность газа в канале при действительных условиях

Потери имеют знак ''+'' при движении легкого газа вниз и знак ''-'' при движении легкого газа вверх по каналу.

Схема дымового тракта представлена на рисунке 5.1:

1 – печь;

2 – дымовой канал;

3 – рекуператор;

4 – дымовой шибер;

5 – дымовая труба.

Рисунок 5.1 – схема дымового тракта

5.1 Расчет дымового тракта

Потери в местных сопротивлениях и гидростатические потери рассчитываются по формулам приведенным выше. Коэффициенты местных сопротивлений определяются с помощью графиков, приведенных в справочной литературе. Расчет дымового тракта ведется с использованием рисунка 5.1.

Расход газа, м³/с, по длине бетонного или кирпичного газохода увеличивается за счет присосов атмосферного воздуха, поэтому средний расход на каждом участке определяется как:

Скорость газа при нормальных условиях на любом участке:

Результатом резкого сужения на выходе из печи является местное сопротивление. Местное сопротивление определяется по формуле

где

где расход газа, м³/с;

теоретический выход продуктов горения, м³/с;

Тогда потери давления на этом участке будут составлять:

где

А конечное давление:

где Р_н – давление продуктов сгорания в печи. Принимаем Р_н = 0 Па.

Трение на участке l₁ = 1,9 м.

Гидравлический диаметр канала и коэффициент сопротивления трения:

Расход на участке (в середине длины участка) можно найти по формуле:

Температура на участке изменится по такой формуле:

Расчетная скорость и динамическое давление:

Тогда потери давления на трение на этом участке:

Давление в конце участка:

Резкий поворот на 90°.

Расход на участке:

Температура на участке:

Расчетная скорость и динамическое давление:

Тогда потери давления на этом участке будут составлять:

где

А конечное давление:

Гидростатические потери при опускании на глубину h₁ = l₂ = 6,5 м.

Температура на участке изменится по такой формуле:

Плотность окружающего воздуха:

Плотность газа в канале:

Потери геометрического давления:

Разряжение на участке:

Аналогично проводятся расчеты и для других участков. Все полученные данные сведены в таблицу 5.1

Таблица 5.1 – результаты расчета гидравлических сопротивлений дымового тракта

Вид сопротивления	Расчетный расход газа,V м3/с	Температура t, °С	Расчетное сечение, Fрасч, м²	Расчетная скорость W0, м/с	Динамическое давление, Pдин Па	Км.с.	Потери давления, , Па	Конечное давление P, Па
Резкое сужение на выходе из печи	6,407	800	1,9625	3,265	5,027	0,385	1,933	-1,933
Трение на участке ℓ1	6,421	798,5	1,9625	3,272	5,043	0,028	0,272	-2,205
Резкий поворот на 90°	6,436	798,5	1,9625	3,279	5,065	1,32	6,680	-8,891
Гидростатические потери h1	6,439	792,2	1,9625	3,288	5,131	-	11,61	-74,288
Трение на участке ℓ2	6,496	785,9	1,9625	3,31	5,128	0,23	1	-75,449
Резкий поворот на 90°	6,558	785,9	1,9625	3,325	5,016	1,32	6,9	-82,349
Трение на участке ℓ3	6,572	784,4	1,9625	3,349	5,213	0,059	0,281	-82,63
Вход в рекуператор	6,586	627,2	1,9625	3,356	4,458	3	13,373	-96,0034
Плавное сужение на ℓ4	6,626	598	3,649	0,01998	1,29	0,099	0,141	-96,0034
Трение на участке ℓ5	6,651	467,5	1,228	6,0193	11,793	0,122	1,434	-97,437
Вид сопротивления	Расчетный расход газа м3/с	Температура t, °С	Расчетное сечение, Fрасч, м²	Расчетная скорость W0, м/с	Динамическое давление, Pдин Па	Км.с.	Потери давления, ∆Р, Па	Конечное давление P, Па
Резкий поворот на 45°	6,676	467,5	1,228	6,0418	11,882	0,27	3,208	-100,646
Трение на участке ℓ6	6,707	464,4	1,228	6,07	11,942	0,151	1,801	-102,446
Резкий поворот на 45°	6,738	464,4	-	6,738	12,053	0,27	3,254	-105,701
Трение на участке ℓ7	6,126	461	1,228	6,512	12,114	0,151	1,827	-107,527
Гидростатические потери h2	6,126	455,562	1,228	6,512	12,987	-	57,979	-160,424
Резкий поворот на 90°	6,801	455,562	1,228	6,155	12,131	1,32	16,013	-176,438
Трение на участке ℓ8	6,864	455,562	1,228	6,211	12,356	0,1	1,236	-177,673
Дымовой шибер	6,906	451,46	1,228	6,25	12,438	0,199	2,480	-180,154
Слияние потоков	6.954	451.46	1,105	5,611	10,025	1	10,025	-340,025
Трение на участке ℓ9	11,341	449,362	1,105	5,629	10,059	0,074	11,115	-340,772
Вид сопротивления	Расчетный расход газа м3/с	Температура t, °С	Расчетное сечение, Fрасч, м²	Расчетная скорость W0, м/с	Динамическое давление, Pдин Па	Км.с.	Потери давления, ∆Р, Па	Конечное давление P, Па
Резкий поворот на 90°	11,377	449,362	1,842	5,646	10,122	1,45	54,352	-355,45
Трение на участке ℓ10	11,447	445,262	1,842	5,681	10,189	0,145	5,844	-356,927
Вход в дым. трубу	11,517	445,262	1,842	5,716	10,314	2	76,422	-377,555