книги из ГПНТБ / Щукин А.А. Экономия топлива в черной металлургии. Повышение тепловой эффективности огнетехнических агрегатов
.pdfному потоку, охлаждается и возвращается наверх при помощи меха нического устройства. Горячий воздух после обеспыливания подается в фурмы вагранки и для сушильных установок (на сушку песка и др.).
Тепловой расчет воздухоподогревателя для 10-/л вагранки
|
Расчет |
теплообменника |
для нагрева |
насадки |
|||||
|
Энтальпия газов: |
|
|
|
|
|
|||
на |
входе |
в теплообменник |
при |
1200е С |
|
||||
|
7 г |
= |
CCM'CM = ° - 3 8 ' 1 |
2 0 0 |
= |
4 5 6 |
ккал/м 3 . |
||
|
Средняя теплоемкость |
газов |
на |
входе |
с с м = 0,38 ккал/(м3 -град) подсчитана по |
||||
составу |
газов, |
приведенному |
ниже. |
|
|
||||
На |
выходе |
из |
теплообменника |
|
|
|
|||
|
/ г |
= |
с г / г |
ккал/м3 . |
|
|
|
|
|
Температура газов на выходе из теплообменника принимается i'T = 300° С. Средняя теплоемкость газов на выходе из теплообменника [7 ]
с г = 0,336 ккал/(м3 -град);
ГТ = 0,336-300= 101 ккал/м3 .
Согласно работе [16], принимаем массовый коэффициент концентрации насадки
ц = |
GjGr |
= |
1,37 |
кг/кг, |
|
|
|
|
|
|||
где Gr — массовый |
расход |
газов, |
кг/ч; |
|
|
|||||||
GH — массовый |
расход |
насадки, |
кг/ч. |
|
|
|||||||
Определяем плотность газов на входе в воздухоподогреватель. |
||||||||||||
Состав |
смеси продуктов |
полного |
сгорания из топки |
(расчет опущен), %: |
||||||||
R 0 2 = |
16,85; N 3 |
= |
71,5; |
Н 2 |
0 = |
7,98; |
0 2 = |
3,67. |
|
|||
Молекулярная масса смеси продуктов сгорания |
|
|||||||||||
Мсм = 0-01 (Мс02 |
R 0 2 |
+ M N z |
N 2 + М Н |
г 0 Н 2 0 + Мв AV) = |
||||||||
= |
0,01 (44-16,85 + |
28-71,5 + |
18-7,98 + |
29-3,67) = |
29,9 кг. |
|||||||
|
|
Мсы |
|
29,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
о = = |
22Д = |
2274 = 1 |
, 3 3 6 |
К Г |
/ М |
|
|
|
|||
и, следовательно, масса газов
Gr = Уг Ро = 17 870-1,336 = 23 800 кг/ч,
где Vr = 17 870 м3 /ч — объем продуктов сгорания, найденный из теплового баланса топки при условии получения смеси с температурой 1200е С.
В качестве материала насадки применяем сеяный кварцевый песок. Масса насадки
GH = GrM = 23 800-1,37 = 32 600 кг/ч.
Принимая коэффициент сохранения тепла Ф = 1 — q6 = 1 — 0,02 = 0,98,
определяем температуру насадки на выходе из теплообменника из уравнения теп лового баланса:
130
Начальную температуру песка принимаем 100° С; эквивалентный диаметр ча стицы сыпучей насадки d3 = 0,5 мм; плотность вещества насадки р н = 2650 кг/м3 ; среднюю теплоемкость насадки 0,2 ккал/(кг-град)
32600- 0,2(г'н — 100) = 17 870(456— 101)-0,98.
Решая |
уравнение |
относительно |
tH, |
находим, что tH = |
1050° С. |
|||||||||||
Скорость |
|
витания |
частиц насадки при d3 < |
0,52 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗА" |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0,00113 4 1 / |
|
(£^)2-L |
|
v r |
М / С е к [ 2 1 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
|
V Р2 / |
|
|
|
|
|
|
Средняя температура |
газов |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ff> = |
3 |
0 0 + |
1 |
2 0 |
0 |
= |
750° С . |
|
|
|
|
|
|
|||
Плотность |
газов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
р г |
= |
1,336 2 |
|
273 |
= |
0,356 |
кг/м 3 . |
|
|
|
||||||
7 3 |
+ |
7 |
5 0 |
|
|
|
||||||||||
Коэффициент |
кинематической |
вязкости |
газов берется |
из таблицы работы [7] |
||||||||||||
v r |
= |
124- 10-е |
м2 /сек, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ш в |
|
= |
|
|
|
|
|
.У |
26502 |
|
1 0»" |
. 3 1 |
м/сек. |
|
||
и т |
0,00113-0,5|/ |
-Qggg-y^ |
= 4 |
|
||||||||||||
Критерий |
|
Рейнольдса |
при относительной |
скорости |
газов, принятой равной |
|||||||||||
скорости |
витания |
wr. о т |
= |
wam: |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
_wamda_ |
|
|
|
4,31 -0,5-IP""3 |
_ |
1 ? |
o g |
|
|
|||||
|
|
|
|
Vg |
|
|
|
|
Г 2 4 Л 0 ^ |
|
|
1 7 ' 3 6 - |
|
|
||
Критерий |
|
Нуссельта |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
JVuT = |
0 , 1 8 6 Д е м |
= |
0,186 ( 1 7 , 3 6 ) м = 1,83. |
|
||||||||||||
Коэффициент |
теплоотдачи от газов |
к насадке |
|
|||||||||||||
a r = y v « - ^ - = |
1 , 8 3 ^ - ^ ^ |
= |
239 к к а л / ( м 2 ч - г р а д ) , |
|||||||||||||
где Хг — коэффициент |
теплопроводности |
газов, |
|
|
||||||||||||
Хг = |
6,5210~2 ккал/(м-ч-град) |
[7] . |
|
|
|
|||||||||||
Для определения поверхности нагрева насадки составляем уравнение теплового |
||||||||||||||||
баланса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средний |
логарифмический температурный |
напор |
|
|||||||||||||
41 _ |
А < » - 4 < - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
131
где
At6 = t"2 |
— t'n = |
300 — 100 = 200° С; |
|
Д<„ = |
t' — t" = |
1200 - 1050 = 150° С; |
|
M |
-i |
H |
|
2 0 0 - 150
200
2 ' 3 , * Т 6 0 Поверхность нагрева насадки равна
„ |
^ г ( / г - / г |
) ф |
17 870(456 - |
101) 0,98 |
„ |
F = |
^Et |
= |
~2Шй |
= 1 5 0 м |
• |
Зная поверхность нагрева насадки, можно определить время пребывания на садки в камере
|
600frfx pH |
|
600-150-0,5-2,65 |
||
• - |
С х |
|
- |
32 600 |
- 3 , 6 4 сек. |
Определяем |
величину критерия |
Био |
|||
|
айэ |
_ |
137 |
0,0005 |
|
|
2ЯН |
~ |
2-6,2 |
|
|
Отсюда следует, что времени пребывания насадки в камере теплообменника достаточно, чтобы насадка нагрелась до 1050° С. Это ясно и без определения вре мени нагрева, так как из теории теплопроводности известно, что если Si" = 0,1, то имеет место квазистационарный прогрев, т. е. тело имеет одинаковую температуру во всем объеме.
Конструктивные размеры теплообменника
|
Скорость газов |
в газовой |
камере |
|
|
|
|
|||||
|
WT = |
kvwsm, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
kv — коэффициент |
аэродинамического |
терможения, составляющий 0,5 |
-г- 0,65 |
||||||||
|
|
[16]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Принимаем kv = 0,5, получим: |
|
|
|
|
|
||||||
|
wT= |
0,5-4,31 = |
2,16 м/сек. |
|
|
|
|
|
||||
|
Расчетная |
высота |
камеры теплообменника |
|
|
|
||||||
|
и' |
- |
1 |
~ |
-г |
{wsm-wT)x |
|
(4,31-2,16)3,64 |
_ |
|
||
|
Нг |
= |
— — wBmt |
= |
- |
|
= |
^ |
= 4,9 м, |
|
||
где |
п — коэффициент, |
учитывающий |
влияние |
тормозящих |
полок, п = |
1,5-f- 2,5. |
||||||
|
|
Принимаем п = |
1,6. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Внутреннее сечение |
камеры |
теплообменника |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
i ™ ( i + 3 5 ) |
|
|
|
|
|||
|
f |
' |
3б00шг |
|
3600-3,66 |
' |
5 , 1 м 2 |
' |
|
|
||
Тепловой расчет воздушной камеры теплообменника
Принимаем температуру воздуха на входе в теплообменник tB = 20° С, тогда энтальпия его / в = 6,3 ккал/м3 .
132
Температура воздуха на |
выходе из теплообменника tB = 700 С |
и энтальпия |
||||||
его l"B = |
234 |
ккал/м3 . Скорость |
витания частиц песка |
определим по |
формуле |
|||
wBm |
= |
0,00131 d3 |
|
|
^ - м / с е к . |
|
|
|
Значения р в и v B |
берем |
при |
средней температуре |
воздуха |
|
|||
, С Р = |
£ + 1 » = |
700 + |
20 |
= 3 |
Q Q 0 Q |
|
|
|
в2 2
Плотность |
воздуха при данной |
температуре |
|
|
|
|||||||||
р в = |
1,293 2 |
|
273 |
= |
0,557 |
кг/мз. |
|
|
|
|
|
|||
7 3 |
+ 3 6 0 |
|
|
|
|
|
||||||||
Коэффициент |
кинематической |
вязкости |
воздуха |
|
|
|
||||||||
v = |
56,7- Ю-6 |
м2 /сек [7] . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Тогда |
скорость |
витания |
частиц |
песка |
|
|
|
|
|
|||||
|
. = 0,00131-0,5 f |
( ^ ) 2 |
1 ^ = 4 , 8 1 м/сек. |
|
|
|||||||||
Критерий |
Рейнольдса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
_ wBmdr |
|
_ 4,81-0,5-10-» _ |
|
|
|
|
|
||||||
Н в т |
|
VB |
|
|
56,7.10-» |
|
|
|
|
|
|
|||
Критерий |
Нуссельта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
NuT = 0,186^е т ' 8 |
= 0,186-42,50-8 |
= |
3,72. |
|
|
|
|||||||
Коэффициент теплоотдачи от насадки к |
воздуху |
составит: |
|
|||||||||||
а в = |
Nu -^р- = |
3,72 |
^ ' ^ р - з |
= 3 1 6 |
ккал/(м2 -ч-град), |
|
||||||||
где %в — коэффициент теплопроводности |
воздуха при tBp |
— 360 С, |
|
|||||||||||
Яв = 4,25.10-2 |
ккал/(м-ч-град) [7] . |
|
|
|
|
|
||||||||
Поверхность нагрева теплообменника можно определить из уравнения |
теплового |
|||||||||||||
баланса камеры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
^ ( / ; - / ; > = « в м / ф = & > н |
(tlH |
~ |
t2H), |
|
|
|
|
|||||||
где К в — количество |
нагреваемого |
воздуха; |
|
|
|
|
|
|||||||
Ф — коэффициент сохранения |
тепла, |
|
|
|
|
|
||||||||
Ф = |
1 — q6 |
= |
1 — 0,02 = 0,98; |
|
|
|
|
|
|
|||||
^гн — конечная |
температура |
насадки. Принимаем |
tm |
= 150° С. |
формуле |
|||||||||
Средний логарифмический температурный |
напор |
определяется по |
||||||||||||
где At6 = t[n |
— t"B = |
1050 — 700 = 350° С; Atu = *2 н — tB = 150 — 20 = 130° С. |
Тогда |
М= 3 |
5 0 ~ 1 3 ? = 222° С |
2 ^ Т §
и поверхность нагрева |
|
, _ О н С н ( ^ н - / 2 н ) _ |
32 600-0,2(1050- 150) _ |
Д ^ а в ф |
222-316-0,98 |
Максимальное количество воздуха, которое можно нагреть в теплообменнике, равно
.max |
^ |
G H c H (<iH - /, .. ) |
_ |
32 600-0,2(1050- 150) |
_ |
|
К в |
Г ^ |
7 |
' |
2 3 4 - 6,3 |
Л 8 0 0 М/Ч. |
|
|
|
в |
в |
|
|
|
Количество воздуха, необходимое для сжигания кокса в вагранке:
|
К |
= у в К 6 к ° в = 6,325 • 81 • 10 = 5120 м3 /ч, |
|
|
|||||||||
где |
v к |
— количество |
воздуха, |
необходимое |
для |
сжигания |
1 кг кокса, и в к = |
||||||
|
|
— |
= 6,325 м3 /кг; |
|
|
|
|
Ьк — 81 кг/т; |
|||||
|
й к |
расход |
кокса |
на 1 т жидкого |
чугуна, |
||||||||
|
GB |
— |
производительность |
вагранки, |
GB |
= |
10 т/ч. |
|
|||||
|
Количество воздуха, необходимое для сгорания газа в вагранке: |
||||||||||||
|
VI |
= vlBrBr |
= 10,53-453 = |
4780 м3 /ч, |
|
|
|
|
|||||
где |
Вг |
— расход |
газа, |
сжигаемого в вагранке, м3 /ч. |
топлива в вагранке: |
||||||||
|
Общее количество |
воздуха, необходимое |
для сжигания |
||||||||||
|
VO6 |
= VI + VRB = |
5120 + |
4780 = 9900 м 3 /ч . |
|
|
|||||||
|
Остальная часть |
воздуха, |
нагретого |
в |
теплообменнике, |
в количестве |
|||||||
|
VC |
= |
1/™х |
— VO6 |
= 25 800 — 9900 = 15 900 м3 /ч |
|
|||||||
используется |
для сушки |
песка. |
|
|
|
|
|
||||||
|
Время пребывания насадки в воздушной камере теплообменника |
||||||||||||
|
|
|
600Л2э р„ |
600-85,3-0,5-2,65 |
= |
2,08 сек. |
|
||||||
|
|
|
|
G„ |
|
|
32 600 |
|
|
|
|
|
|
|
Конструктивные |
размеры |
воздушной |
камеры |
|
||||||||
|
Согласно [16], скорость |
воздуха в |
камере |
|
|
||||||||
|
w = k,w |
м/сек. |
|
|
|
|
|
|
|||||
в™вит
Принимаем ky = 0,5, тогда
wB = 0,5-4,81 = 2,405 м/сек. Расчетная высота теплообменника
tf„ = |
П —А,Л |
1 |
|
|
-w\T=-TV |
1 |
||||
- i |
1LX=J-(W |
|
|
|
(4,81—2,405) 2,08 = 3,12 м. |
|||||
|
в |
|
п |
п |
\ |
|
вит |
в/ |
16 4 |
|
Внутреннее |
сечение |
камеры |
теплообменника |
|
||||||
|
|
|
|
25 800 |
1 |
|
|
|
||
( |
— |
|
' В |
_ |
|
>0 + И ) |
_ |
, ос ,,2 |
||
|
|
|
|
^'Ц / |
||||||
U |
~ |
3600а;в |
|
3600-3,85 |
4 |
' 3 5 М " |
||||
Внутри камера теплообменника выложена шамотным легковесным кирпичом. Толщина кладки V 2 кирпича. Для изоляции снаружи кирпич покрыт диатомовой обмазкой толщиной 20 мм. Кожух теплообменника выполняется из листовой стали толщиной 4 мм.
Аэродинамический расчет |
воздухоподогревателя |
|
||||
Потери давления со стороны дымовых газов складываются из потерь: при |
||||||
движении чистого воздуха Ар, на подъем частиц Ар п и от торможения |
вставками |
|||||
(полками) |
Арвст [2] |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
L |
К |
|
|
|
&Рг=1а-щ- |
^ - Р г = ( 1 |
+ йц)Др + /гс |
+ ДрВ С т, |
|
||
здесь | „ — общий коэффициент сопротивления газовзвеси; |
|
|||||
k — коэффициент, учитывающий влияние взвеси с массовой концентрацией [Л. |
||||||
Следовательно, потери давления по длине камеры составляет 41,5 мм вод. ст. |
||||||
(расчет для краткости опущен). |
|
|
|
|||
Самотяга |
камеры |
|
|
|
||
Д Л С |
= |
—L (р в |
— Р г ) = 1.48 (1,293 — 0,356) |
1.4 мм вод. ст. |
|
|
Общее |
сопротивление воздухоподогревателя |
со стороны дымовых |
газов будет |
|||
Др г = 40 мм вод. ст. |
|
|
|
|
||
Потери давления |
со стороны |
воздуха Др в = |
30 мм вод. ст. |
|
||
Расчет воздухоподогревателя с «кипящим» |
слоем |
|
|
промежуточного теплоносителя |
|
|
|
З а д а н и е . |
Выполнить расчет теплообменника с «кипящим» слоем |
проме |
|
жуточного теплоносителя для высокотемпературного нагрева |
воздуха с 30 до 700° С ' |
||
в количестве VB = |
17 000 м3 /ч (при нормальных условиях). |
Нагрев насадки |
возду |
хоподогревателя осуществить продуктами сгорания природного газа Ставрополь
ского месторождения, сжигаемого в отдельной топке |
(автономный |
нагрев). |
||
В ы б о р |
к о н с т р у к ц и и . |
Интенсивного |
теплообмена |
можно достичь |
в условиях псевдоожиженного («кипящего») слоя мелкозернистой огнеупорной насадки. Такие условия созданы в конструкции, разработанной А. А. Щукиным совместно с Ж- Я. Шаламовой (рис. 42), которую мы и выбираем в данном примере. Воздухоподогреватель имеет две цилиндрические камеры: верхнюю (газовую), в ко торой нагревается горячими газами промежуточный теплоноситель,, и нижнюю (воздушную), в которой нагревается воздух за счет тепла остывающего теплоноси теля. Каждая камера имеет четыре полки, на которых «кипит» теплоноситель, пере пускаемый с полки на полку сверху вниз при помощи перепускных трубочек. При крупных зернах теплоносителя (3—8 мм) газовый или воздушный поток распреде ляется посредством колпачков, изготовленных из жаростойкой стали, а при мелко зернистом теплоносителе (1—3 мм) он распределяется с помощью нихромовой сетки, поддерживаемой опорной конструкцией их жароупорного бетона. Каждая камера имеет стальной кожух, профутерованный огнеупорным кирпичом. Между камерами
установлена регулирующая заслонка. В камерах предусмотрены |
контрольные лазы, |
а нижняя камера при ремонтах может на тележке откатываться |
в сторону. Охлаж |
денный теплоноситель транспортируется снизу вверх при помощи ковшового элева тора. Хотя теплообменник рассчитан так, что выноса теплоносителя быть не должно, для большей надежности на воздухопроводе и газоходе устанавливают центробежные
пылеотделители. Топка имеет цилиндрическую форму и снабжена инжекционными |
|
газовыми горелками, а для понижения температуры газов в нее вводятся посредством |
|
особой трубы, расположенной между горелками, отработавшие продукты |
сгорания. |
В последнее время газ успешно сжигают непосредственно в кипящем |
слое [17], |
и, таким образом, имеется возможность отказаться от особой топки. В таком случае
газ |
следует сжигать |
в слое нижней ступени газовой камеры. |
|
|||||||
|
Из |
условия жаростойкости |
газораспределительного |
устройства |
температура |
|||||
газа |
на входе в теплообменник |
принята равной & ' = 1100° С, температура отходя |
||||||||
щих |
газов |
принята |
равной г}" = |
250° С. Теплообменник |
четырехступенчатый. |
|||||
|
В качестве насадки выбрана керамическая дробь rfT = 1—2 мм, полученная |
|||||||||
плавлением окиси магния MgO. Характеристика насадки: плотность р х |
= 3650 кг/м3 ; |
|||||||||
насыпная |
плотность |
р х ,н а с = р т |
(1 — е„) = |
2180 кг/м3 ; |
коэффициент |
теплопровод |
||||
ности |
= |
3 ккал/(м-ч-град); |
удельная |
теплоемкость |
сТ |
— 0,25 ккал/(кг-град). |
||||
135
Расчет скоростей псевдоожижения. Скорость газа (воздуха) в камере тепло обменника должна удовлетворять требованию неравенства wKp <] w <^ wKp, где w'Kp — скорость начала псевдоожижения; wKp — скорость, при которой начинается вынос насадки из камеры. По условию более экономичной работы теплообменника скорости газа (воздуха) в камерах должны быть близки к _>к р , поэтому по заданным размерам теплообменника выбираем наиболее эффективный диаметр насадки.
Скорости |
воздуха |
в |
воздушной |
камере |
теплообменника |
составляют; |
||||||
|
|
Vs |
273 + t'B |
1 7 0 0 |
0 |
273 + 30 |
1 П _ |
, |
||||
на входе wB = |
|
|
2 ? |
3 |
~ |
3 6 о о . 4 , 5 2 |
273 = 1 0 |
5 М / С 8 |
К ; |
|||
на выходе wB - |
3 |
VB |
|
273 + |
^з |
17 000 |
273 + |
700 |
„ _„ , |
|||
^ |
|
2 7 |
3 |
= Щ^Щ |
|
373 |
= 3.74 |
м/сек. |
||||
Средняя |
скорость |
воздуха |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
wCp = |
1,05+ 3,74 |
|
, O Q C . |
|
|
|
|
|
|
|||
i |
= |
1,885 м/сек, |
|
|
|
|
|
|||||
здесь F = 0.785D2 = 0,785- 2,42 |
= |
4,52 м 2 — площадь поперечного сечения камеры. |
||||||||||
Принимаем диаметр частицы насадки d T |
= 1 мм и определяем критические ско |
|||||||||||
рости псевдоожижения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Критерий Архимеда для t = |
700° С |
|
|
|
|
|
||||||
,_ _ £ _ ?
v2
р т - р в |
9,81-1-Ю-9 |
3650-0,351 |
|
р в |
1192 -10-12 |
о,351 |
' |
где |
р т |
— плотность |
вещества |
теплоносителя; |
|
|
||||||
|
р в |
= |
0,351 кг/м3 — плотность воздуха; |
|
|
|||||||
|
v = |
119-10~в м2 /сек — коэффициент |
|
кинематической вязкости; |
||||||||
|
_ т |
= |
1 • Ю - 8 м — диаметр |
частицы. |
|
|
|
|
||||
|
Критическая |
скорость |
псевдоожижения [15] |
|
|
|||||||
|
wк. р |
v |
|
Аг |
|
|
|
|
|
|||
|
<*т |
1400 + 5,22 / А г |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
119-Ю-6 |
|
7200 |
= |
0,463 |
м/сек. |
|
|||
|
|
|
0,001 |
|
1400 - f 5,22 У7200 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Вторая |
критическая |
скорость |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
v |
|
Аг |
|
119-10-в |
7200 |
1 0 0 . |
|||
|
w |
|
— —. |
|
|
—_- = ——— |
|
= 12,3 м/сек. |
||||
|
|
к р |
dT |
1 |
8 + |
0 6 1 V Аг |
0.°01 |
18 + |
0,61/7200 |
|
||
|
Таким образом, |
условие |
псевдоожижения w'Kp<^w<^wKp |
выполнено. |
||||||||
|
Проверим также аэродинамические параметры при средней температуре воздуха |
|||||||||||
, е р |
_ _ _ + _ _ _ |
|
3 6 5 о с . |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Критерий |
Архимеда |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
, |
9 , 8 1 - М О - 9 |
3650-0,552 |
|
|
|
|
||||
АГ ~ 632 -10-" 07552 ~ Ь Ж -
Плотность воздуха при температуре 365° С
274
Рв 365» С = 1.293 2 7 3 | з 6 5 = 0,552 кг/м3 .
136
Критическая |
скорость |
«кипения» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
v |
_ |
< |
|
v |
|
|
|
Аг |
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= -dзT - Reх Р = d• r |
|
|
и о о + |
б 2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
к р |
|
|
|
un |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 3 - Ю - 6 |
|
|
|
16 350 |
|
|
= |
0,497 |
м/сек. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
Ы 0 - » |
|
1400 + |
5,22 У |
16350 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Вторая критическая |
скорость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
и'кп = |
v |
|
|
Аг |
|
т = |
= |
6 3 - Ю - 6 |
|
|
16 350 |
|
- 10,73 |
, |
|
|||||||
- j |
18 + |
|
|
|
1 |
1» ч |
18 + |
|
|
г |
|
|
м/сек. |
|||||||||
к р |
|
|
0,61 1Л4/- |
|
110 |
3 |
0,61 К |
16 350 |
|
|
|
|||||||||||
Отношение критических |
скоростей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
о-кр |
_ |
10,73 = |
21,46. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
w,кр |
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оптимальный режим, при котором будет иметь место наиболее |
интенсивный |
|||||||||||||||||||||
теплообмен, соответствует значению критерия Рейнольдса [17], |
равному |
|
||||||||||||||||||||
R&om — |
|
|
|
г- |
~ |
|
|
|
^ |
-~ = |
23,9. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
18 + 5,22 У Аг |
|
18 + |
5 , 2 2 / 16 350 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
63- Ю - 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Оптимальная скорость ш>о п т = |
^ |
|
—23,9 = |
1,5 м/сек, что близко по вели |
||||||||||||||||||
чине к средней |
скорости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Расчет продуктов |
сгорания. |
Объемный состав сухого |
газа, % : 98СН4 ; |
0,4С 2 Н в ; |
||||||||||||||||||
0,2С3 Н8 ; 0,1СО2 ; 1,3N2. Низшая теплота сгорания |
Q„ = |
8489 ккал/м3 . |
|
|||||||||||||||||||
Теоретически |
необходимое количество воздуха |
[7] |
xfi = 9,45 |
м 3 /м 3 . |
|
|||||||||||||||||
Теоретический |
объем |
водяных |
паров |
|
Q = |
2,13 |
м 3 /м 3 . |
|
|
|
|
|||||||||||
Объем |
трехатомных газов f R O |
z = |
0,995 |
м3 /м 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Теоретический |
объем |
|
азота |
|
= |
7,49 м 3 /м3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Коэффициент избытка воздуха в топке примем а т |
= |
1,1; подсос горячего |
воздуха |
|||||||||||||||||||
через уплотнительное устройство теплообменника Да = |
0,05. Тогда |
действительные |
||||||||||||||||||||
объемы продуктов |
сгорания |
будут |
иметь |
следующие |
значения: |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Юпка |
Г а з о в а я |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
камера |
|
||||
а |
|
|
|
|
|
0,0161 (а — |
|
|
|
|
1,1 |
|
|
1,15 |
|
|
|
|||||
v H i Q = |
v°H2Q |
+ |
1) хР, м 3 /м 3 |
|
|
|
2,145 |
2,153 |
|
|
||||||||||||
Д УВ = |
(а — 1) v», |
м 3 /м 3 |
|
|
|
|
|
|
0,945 |
1,415 |
|
|
||||||||||
vr = |
vRO, + |
y N „ + VH20 |
+ Л°. |
м3/м3 |
• |
• |
П>57 |
|
|
12>04 |
|
|
|
|||||||||
Энтальпия газов на выходе |
из теплообменника |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
/ у . г = |
^ y r c r f ) " |
= |
(7,49-0,31 +0,995-0,409 + |
2,156-0,36 |
+ |
|
|
|
||||||||||||||
+ 1,415-0,31)250= 1000 |
ккал/м 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Потеря |
тепла |
с отходящими |
газами |
в |
долях от теплоты |
сгорания |
|
|||||||||||||||
q,= |
|
7 у . г — W W B |
|
= |
1000 —9,45-0,31-1,15-30 |
|
п , п |
с |
|
|
|
|||||||||||
|
|
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
= |
0.106. |
|
|
|
|
||||
Потерю |
тепла от химического |
недожога |
принимаем |
q3^> |
0,01, а потерю тепла |
|||||||||||||||||
в окружающую |
среду |
qb |
= |
0,02. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
137
|
Коэффициент сохранения |
тепла для каждой |
камеры |
|
|
|
||||||||||||||||
|
Ф |
= |
1 |
- |
^ |
= |
0.99. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
К. п. д. теплообменника |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
т] = |
1 — (а2 + |
q3 |
+ |
qb) = |
1 — (0,106 4- 0,01 + |
0,02) = |
0,864. |
||||||||||||||
|
Расход |
топлива |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
„ |
|
у а |
( с 7 ' - с ' Л ) |
|
|
17 000 (0,334-700-0,315-30) |
.С О Л |
, , |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
8489-0,804 |
|
|
|
= 5 2 |
0 М / |
ч ' |
|||
|
Количество |
воздуха, |
перетекающего |
из воздушной камеры в газовую: |
||||||||||||||||||
|
V n e p |
= |
Bv° Да = |
|
520-9,45-0,05 = |
245 м3 /ч. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Количество |
тепла, |
передаваемое |
насадкой: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
= |
(17000 f 245) (0,334-700-0,315-30) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Q-gg |
: |
|
|
|
= 3,9 -106 ккал/ч = 3,9 Гкал/ч. |
||||||||||
|
Минимальное количество |
насадки, |
|
циркулирующей |
через |
теплообменник |
||||||||||||||||
|
г |
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
3.9.10» |
|
„ |
. „ |
|
. |
|
|
|
|||
|
G m |
l n |
= |
С т ( 9 " - 6 ' ) |
= |
0,25(900 - |
140) = 2 0 5 |
5 0 |
К г / ч " |
|
|
|
||||||||||
Здесь 0' = |
140° и 8" = |
900° С —• температура теплоносителя при входе и на выходе |
||||||||||||||||||||
из газовой камеры (определены ниже). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
из |
Расчет |
циркуляции |
|
газов. |
Количество рециркулирующих газов |
[1] определится |
||||||||||||||||
уравнения |
[1] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
^ |
ч |
р |
г |
т т ~ |
|
"-т в в |
| |
обр обр обр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
К |
_ |
|
|
|
(»г + |
"обр) Ск |
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
tK, ск |
— температура и теплоемкость газа в камере горения: tK = 6Х = 1100° С; |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
PfQ |
_ |
7,49-0,335 |
0,995-0,536 |
|
2,145-0,418 |
|
|||||||||||
|
|
S vc |
~ |
|
|
11,57 |
+ |
|
|
11,57 |
+ |
|
11,57 |
|
+ |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
, |
0,945 0,34 |
° - 3 7 8 |
|
|
.. - |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
-\ |
|
|
|
= |
ккал/(м3 |
-град); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
уобр> |
собр> |
ft"— |
объем, удельная теплоемкость и температура газов, возвра |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
щаемых в топку, |
причем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
С о б р = |
|
iffi |
= |
i2.oQ 4Q 0 25o= а з 3 |
3 |
к |
к а л / ( м 3 - г р а д ) ; |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
ст |
и |
tT — удельная |
теплоемкость и температура |
топлива, в нашем слу |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
чае cTtT я» 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Упрощая |
уравнение |
и решая |
его относительно |
f06p> |
получаем |
|
|||||||||||||||
|
|
|
О с |
+ *Ах с t' |
— v с |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
ч н |
Г |
ТВ В |
|
Г К к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
£к^к |
|
^обр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
_ |
8489 4- 9,45-1,1-0,315-30— 11,57-0,378-1100 |
_ |
|
|
3 |
|
|
||||||||||||||
138 |
|
|
|
|
0,378 -1100 — 0,33-250 |
|
|
- |
Ш, / |
м /м . |
|
|||||||||||
Количество газов на 1 м 3 топлива vf = 12,04 + 10,7 = 22,74 м 3 / м 3 .
Часовой расход газов
V = Bv°6 = 520 • 22,74 = 11 800 м 3 /ч .
Скорость газов на выходе из теплообменника
_ |
V |
273 + ft" _ П 800 |
273 + |
250 |
W ~ |
3600f |
273 ~~ 3600 4,52 |
273 |
- ' . 4 м /сек . |
Сравнивая полученную скорость с критической, подсчитанной для воздушной камеры, получаем, что условие псевдоожижения и в газовой камере будет выпол
нено, так как w > wK . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Расчет |
теплообмена |
в камерах. |
Средняя |
температура |
газов |
в газовой камере |
||||
ftcP=A^ |
= |
i l ° 0 + ^ 0 = 675oC. |
|
|
|
|
|
|||
Средняя скорость газов в камере |
|
|
|
|
|
|||||
|
V |
273 + |
0 С р |
11 800 |
273 + |
675 |
„ |
, |
|
|
Ш с » = |
3 6 W - |
|
273 |
= 3600452 |
273 |
= 2 М |
|
м / с е |
к - |
|
Критерий Рейнольдса |
|
|
|
|
|
|
|
|||
_ |
wcpdT _ |
2,54-0,001 |
|
|
|
|
|
|
||
К е |
v |
113 - Ю - " ~ |
' Ь - |
|
|
|
|
|
||
Критерий Нуссельта
Nu = 0,316Яе0 -8 = 0,316-22,60 '8 = 3,8. Коэффициент теплоотдачи
а = Nu = — 3 ^Q_3 3,8 = 326 ккал/(м2 • ч • град).
Для предварительного расчета принимаем, что движение основного и промежу точного теплоносителя противоточно, и определяем температурный напор для про тивотока.
Температура насадки на выходе из газовой камеры принимается средней между температурами газов и воздуха:
e; = g ^ L 1 1 0 0 + 7 0 0 = 90о°с,
Температура насадки на первой по ходу насадки распределительной решетке принимается на 3 град, выше или ниже температуры газа (воздуха), покидающего слой, тогда
0'i = 250 — 3 == 247° С; 92 = 700 + 3 = 703° С.
Средний |
температурный |
напор [17] |
|
|||||
л / |
|
ft'-^-З |
|
|
|
1 1 0 0 - 9 0 0 - 3 |
, с |
|
Ч Р = |
|
|
г г — - т - = — |
1 1 0 0 _ 9 0 0 = 4 6 Г р а Д ' |
||||
|
2,3 |
Is |
ft — |
6, |
• |
' |
2 3 \0 |
|
|
5—1 |
|
g |
|
||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
139