книги из ГПНТБ / Щукин А.А. Экономия топлива в черной металлургии. Повышение тепловой эффективности огнетехнических агрегатов

где Гн2о — объемная доля водяных

паров;

трехатомных

Рп — Ргп — суммарное парциальное давление

газов в долях от атмосферного;

Гп = /"нго + Гцог — суммарная

объемная доля

трехатом­

ных газов.

« 1 = - 2

$ г •

("1-23)

a i = Со S c t 1

G

$ N 4,4srip7V ккал/(м2 • ч • град),

(Ш.23а)

где

yV =

( г г . р/ЮО)4

— (Гс/100)4

(И 1.236)

температурный

коэффициент,

рассчитанный

по

усредненному

значению

температур;

•ф — поправка,

учитывающая отклонение лучеиспускания от закона

Стефана—Больцмана

[7].

Коэффициент

aj1 ,

определяемый

по формуле

(III.23а), отнесен

щий соотношение Нл = Fq>, где ф =

FCT-x/F.

При турбулентном режиме движения воздуха внутри труб (Re =

= 5-103

~- 2-106 ) без вставок критериальное уравнение, исполь­

зуемое

для определения коэффициента

теплоотдачи конвекцией,

имеет вид

Nu» = 0,023Re°/Pr°B-4CiCt.

(Ш.24)

Здесь ReB

=

а ' в ^ в н

— критерий Рейнольдса;

Ргв — критерий Прандтля;

Ct

— поправочный коэффициент на относительную длину

Ct

трубы (находят по графику

работы [ 7 ] ) ;

— поправочный коэффициент

на

температуру

потока

и

стенки

(определяется по

графику работы [ 7 ] ) ;

vB

— коэффициент кинематической вязкости воздуха, при­

wB

нимаемый

соответственно при

температуре tB

и tE',

— скорость

воздуха.

На входном

участке

1

в + 1

в

на выходном

7

в +

1

в

Число

труб

подогревателя в аппарате

д д

2

« / 5

( г ; + г;)

273я4н а»с р . в

где dB H — внутренний диаметр трубы.

Длина

труб,

обогреваемых газами:

L = -^-M,

( Ш . 2 8

где dHap — наружный диаметр трубы.

Отсюда

величина

коэффициента теплоотдачи

a2

=

i

^

ккал/(м2 -ч.град),

(Ш.29)

«вн

k = q а 1 " 2

•

(1П.30)

0

13,31

2,10

0,707

700

115,03

5,77

0,706

100

23,16

2,76

0,638

800

134,6

6,17

0,713

200

34,89

3,38

0,680

900

155,2

6,56

0,717

300

48,24

3,96

0,674

1000

176,8

6,94

0,719

400

63,04

4,48

0,678

1100

199,3

7,31

0,722

500

79,18

4,94

0,687

1200

222,7

7,67

0,724

600

96,53

5,36

0,693

Средний температурный напор между теплоносителями

At =

* ' б ~ Д ' м .

,

(Ш.31)

2,3 lg Д^б/А^м

;

где А^б и Atu — большая и

меньшая разность температур

газов

и воздуха

на концах

теплообменника.

При

At6/AtM

1,7 Д/ =

(А^б +

A/J/2.

Тепловая

мощность

подогревателя

по уравнению теплопередачи

QT = k AtF.

(111.32)

Тепловая

мощность

подогревателя по уравнению теплового

баланса

<?б =

с ; - д я -

(«1.33)

Невязка

тепловой мощности

может

быть не более 2%.

отдачи и теплопередачи на входном и выходном

концах

теплообмен­

ника.

Средние по окружности трубы температуры

стенки

составляют:

на входе газов

"1 а I — °С,

(III.34)

"1 Сй

°С.

(111.35)

для правильного

выбора марки стали

(табл. 5). Эту максимальную

Т а б л и ц а

5

Жаростойкие

стали для рекуператорных

труб [12]

температуру

находят

с

учетом

неравномерности

тепловосприятия

по окружности трубы и растечки тепла по стенке:

'max = tB +

Р > ш а х

( ^

J ^ J

+

° С -

( Ш . 3 6 )

где

tB

— температура

воздуха

на рассматриваемом участке;

Р =

dH&p/dm

— отношение диаметров трубы;

б — толщина

стенки трубы, м;

Кы

— коэффициент

теплопроводности металла

стенки,

выби­

раемый в зависимости от марки стали и температуры

стенки,

ккал/(м-град);

а 2

— локальный

коэффициент

теплоотдачи

от стенки

трубы

к

воздуху,

ккал/(м2 -ч-град);

г — коэффициент

растечки тепла;

Ятли — максимальное тепловосприятие

радиационной

поверх­

ности нагрева, имеющееся на образующей трубы, бли­

жайшей

к

центру

газохода.

В данном

случае

tfmax = k(tr.

- t s

)

ККаЛ/(М2 -Ч).

(111.37)

Коэффициент растечки тепла г определяют по номограмме из

работы

[7, с. 110] в зависимости от величин

b, р и

s/dmp-

Ь=^$г*-

(Ш.38)

/рАм

Тепловой

расчет рекуператоров,

выполняемых

из труб

с

двойной

циркуляцией

и с внутренними

вставками

Использование

для

изготовления поверхности

нагрева

труб

нала

межтрубного пространства.

Если обозначить через d±

внутрен­

ний

диаметр

наружной трубы,

d2 — наружный диаметр

внутрен­

ней

трубы и

d3

— внутренний

диаметр внутренней трубы, то это

условие может

быть выражено так:

Число

труб рекуператора

составляет

41/

(Ш.40)

п=-Щг-,

где VB

— расход нагреваемого воздуха, приведенный к нормальным

условиям,

м3 /сек.

Для

печей этот

расход

равен

VB

= aTv°BceK

м3 /сек.

(I

Здесь

5 с е к — секундный расход топлива агрегатом, кг/сек или

м3

/сек.

величины Fcr

и принятия

температур

стенок наружных труб на

входе газов Тс

и выходе Тс

теплоотдачу от газов к стенкам

наружных

труб Qt определяют по приведенной выше методике.

Средняя температура стенок наружных труб

т' + т"

Та = - Ц - ± .

(111.42)

Правильность выбора температуры стенки Тс1 подтвердится, если

теплоотдача от внутренней стенки этой трубы будет равна расчетной

тепловой производительности аппарата

Q± (рис. 26, а).

количестве

Часть тепла от внутренних стенок

наружных труб в

QB l передается непосредственно нагреваемому воздуху

конвектив­

ным путем. Остальная часть тепла в

количестве Q"_2

излучением

тепла от наружней стенки этой трубы

равна QB a , а внутренней QBa.

Коэффициент

лучеиспускания от

поверхности

наружной

трубы

к

поверхности

внутренней

4

, 9

ккал/(м 2 - чград) .

(III.43)

dy

( е с

' )

Среднюю температуру стенки внутренней трубы Тс2

приходится

принимать с последующей

проверкой.

Количество тепла, отдаваемого лучеиспусканием внутренней

трубе,

составляет

Q - =c [ ( w ) 4 - ( w ) > -

<ш-44)

Здесь

Fx = ndjn

— наружная поверхность внутренних

труб;

I — длина

внутренней трубы (/

L —

d3);

п — число труб.

Температуру воздуха на выходе из внутренних труб предвари­

тельно

принимают

равной

4- Тогда

средняя температура

воздуха

в

этих трубах составит

С + {1

г

3 = ^ г ^ .

(111.45)

Щ = wB ( t s + 3 2 7 3 ) м/сек.

(II 1

а 3 = 0,023

Re°BsPr°/CiCt

ккал/(м2 -ч-град),

(III.47)

3

<2в3 = а з ( ' с 2 — t3)F3 ккал/ч,

(111.48)

О

+ V с f

t3

= Чв'

^

„в в в .

(111.49)

Здесь

св—теплоемкость

воздуха

при температуре

4- При

расхож­

дениях между

значением температуры t3, принятой

предварительно

и полученной

из уравнения

теплового баланса,

следует

задаться

ее новым значением и расчет повторить.

Средняя температура воздуха в кольцевых каналах

4

= - 4 г ^ -

("1-50)

Средняя

скорость

воздуха

в

кольцевых

каналах

а>я =(а>в

+ а>в)/2.

(III.51)

Средняя

скорость

воздуха

в

межтрубном

пространстве

Щ = wb

(t2 + 273)/273 м/сек.

(III.52)

NuB = 0,015/feB W (^)0 , 2 5 -

("1-53)

Формула справедлива

при Re >

1 • 104, djd^ = 1,2 ч- 1,4,

Z/d>50.

Здесь в значениях

NuB и ReB

в качестве определяющего

размера

вводят величинуйэ =

dx — d2,

т. е. удвоенную толщину щели.

«2 =

^ # - в ккал/(м 2 . чград),

(111.54)

где ^ в

— коэффициент

теплопроводности

воздуха

при

t2,

ккал/(м2 .ч • град).

Тепловой поток, идущий от наружных

стенок внутренних

труб

к воздуху

<?в2 = « 2 ^ 2 - ^ 2 .

(И 1.55)

При правильно

выбранной температуре стенки

внутренней

трубы

справедливо равенство

$ - 2

=

+

(П1.56)

Если Qi_2

ф QB2 +

Q B 3 ,

делают

пересчет

с

новым значением

42

до тех пор, пока Qi_2 не станет равным сумме

QB2

-f- QB3 -

Мощность

потока тепла, отдаваемого воздуху в кольцевых щелях от наружных

труб,

составляет

Q? = 0 2 ( ^ - ^ 2 ) Л ,

(П 1.57)

где Fi = udxLn

— внутренняя поверхность

наружных

труб.

При правильном выборе средней температуры стенки наружной

трубы

4 i

соблюдается

равенство

Q I = Q B +

Q I - 2 .

(Ш.58)

Иначе

необходимо

задаться новым значением

этой

температуры

и весь

расчет

повторить.

Тс\

Выбранные

ранее локальные

температуры

наружной

стенки

написать тепловой баланс

Qi +Qi

+Q1-2,

(Ш.59)

где Qi и Qi — тепло,

полученное

наружной

трубой

от

продуктов

сгорания

лучеиспусканием

и

конвекцией;

Q* — тепло,

переданное

стенкой

трубы к

воздуху;

Qf_2 — тепло,

переданное

от стенки

наружной

трубы по­

верхности

вставки,

а затем

отданное

воздуху

конвективным путем.

*==*i75TlW

( П Ш ) )

Здесь

а 2 п р

=

т а 2

—

приведенный коэффициент теплоотдачи на

вну­

тренней

стенке

трубы.

т раз, где

Теплоотдача

увеличивается

за

счет вставки

в

т = 1 -\-

Значение т находится по расчету и примерно

имеет значение

т =

=

1,1 ч- 1,4

в зависимости

от температурных

условий и

геометри­

ческих

размеров.

Примеры

расчетов приведены

в [2, 7, 8]

и здесь для

краткости

не

приводятся.

Аэродинамический

расчет

рекуператоров

Полный перепад давлений на рассматриваемом тракте газов

или воздуха

определяется

по

формуле

Л Р

=

Е А

Р т +

I I А р м . с +

£

ЛРуск ±

£

Рс

ММ В О Д . СТ .

(III.61)

Здесь

£

Дрт

—- сумма

потерь

от трения

на всех

участках тракта;

£

Лрм .с —

сумма

потерь

в

местных

сопротивлениях;

£

А р у с к

— сумма потерь давления, обусловленных ускорением

Рс —

потока;

S

суммарная

затрата

напора

на

преодоление

само­

тяги.

Сопротивления определяются по газовой и воздушной

сторонам

рекуператора.

Подсчет

этих

составляющих

ведется

по

общеизвестной

мето­

дике

[20]. При

расчете удобно

пользоваться

графиками.

Сопротивление трения в трубах рекуператора,

а также

в трубах

с цилиндрическими

вставками

А

*

= * - аг

1 г р = к -к

i

ро (1 +

^ г ) ,

(Ш.62)

где

%<—коэффициент

трения;

при турбулентном

движении

X = (1,82 lg Re — 1,64)-2;

/ — длина трубы;

d3 — эквивалентный диаметр трубы; для труб с цилиндри­

ческими вставками d3 = dt — d2,

т. е. удвоенному

w и w0

концентричному

зазору;

— фактическая средняя плотность и приведенная

к 0° С

и

760

мм

рт. ст.

д р - . с = 2 ] б ^ - р = 2 ] Е 4 р » ( 1 + - ^ - ) -

( ш - б з )

пара системы испарительного охлаждения). Воздух нагревается с tB =

20 С до tB =

= 450° С. Температура греющих дымовых газов на входе в рекуператор tr

= 800° С,

на выходе tr =

240° С (из уравнения теплового баланса, которое здесь не приводится).

Диаметр

вставки

принят

dBCl

= 20 мм.

Расположение

труб

в пучке — шахматное

с поперечным шагом

st =

68 мм и

продольным

s2

=

68 мм.

труб:

Относительные шаги

S l

-

6 8

-

1 8 и S a -

6 8

-

1 8

Скорость

воздуха в

трубках,

приведенная

к

нормальным условиям,

принята

= 14 м/сек,

скорость

газов

хиРг

— 3 м/сек.

Число труб в

пучке

VB

25300

1025 шт.

900я (dlH -

d B C T ) w°B

900я (0,032^ _

o m 1 4

Средняя

температура

воздуха

в

трубках

, е р =

4 5 0 + 20 = 2 Э 5 0 С