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:

, (23)

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

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

(24)

α – температурная поправка.

(25)

.

.

.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

, (26)

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 = 2 м/с.

Из уравнения (31) рассчитывается внутренний диаметр трубы:

(27)

.

По [2, табл.5] принимаем d_вн. = 0,127 м.

Толщина стенки труб, м 0,008 м

Шаг между осями труб, м

фитинги 0,280

ретурбенты 0,275

Тогда фактическая скорость:

.

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

Вывод: Мы вычислили диаметр печных труб, далее по нему выбрали стандартный диаметр, толщину и шаг труб, и, исходя из стандартного диаметра, рассчитали фактическую линейную скорость нагреваемого продукта.

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:

, (28)

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; [2, с.17]

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:

, (29)

где I_max, I, I_ух – теплосодержание продуктов сгорания соответственно при температурах T_max, T_п, T_ух, рассчитывается по уравнению (10), 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 (28).

Рассчитывают фактическую теплонапряженность радиантных труб:

(30)

Затем определяем температуру наружной стенки экрана по формуле:

, (31)

где α₂ = 600 – 1000 ккал/м²чК – коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту;

δ = 0,008 – толщина стенки трубы; [2, табл.5]

λ = 30 ккал/мчК – коэффициент теплопроводности стенки трубы;

= 0,002 – для жидких топлив. [2, с.43]

Теплонапряженность радиантных труб, приходящаяся на долю свободной конвекции находится по формуле:

(32)

Максимальную температуру продуктов сгорания определяем по формуле:

(33)

где T₀ = 313 К [2, с.15]

Определим теплосодержание продуктов сгорания при максимальной температуре, кДж/кг:

(34)

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:

(35)

Таблица 4 – 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	1079,775	17237	2116,75	0,6685	25480,8511	592,6077	4119,7481	1079,682
2	1079,682	17235	2116,77	0,6686	25483,3166	592,6163	4118,6713	1079,725
3	1079,725	17236	2116,76	0,6686	25482,1905	592,6124	4119,1631	1079,705
4	1079,705	17235	2116,77	0,6686	25482,7048	592,6142	4118,9384	1079,714
5	1079,714	17235	2116,76	0,6686	25482,4700	592,6134	4119,0410	1079,710
6	1079,710	17235	2116,77	0,6686	25482,5772	592,6137	4118,9942	1079,712
7	1079,712	17235	2116,77	0,6686	25482,5282	592,6136	4119,0156	1079,711
8	1079,711	17235	2116,77	0,6686	25482,5506	592,6136	4119,0058	1079,712

Приведем расчет для последней итерации:

Принимаем Т_п = 1079,71 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 = 1079,71К. 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 (25 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.

Выводы: мы рассчитали температуру продуктов сгорания, покидающих топку, при помощи метода последовательного приближения; ее значение Т_п = 1079,71 К. Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб при этом составила q_р = ккал/м²ч. После сравнивая полученное значение фактической теплонапряженности с допускаемым для данной печи q_доп.= 35 Мкал/м²ч (см. табл.2), можно сказать, что наша печь работает с недогрузкой.

1 – Радиантный змеевик; 2 – камера радиации; 3 – поток дымовых газов; 4 – сырьевой поток.

Рисунок 2 – Схема движения газовых потоков в камере радиации.