книги из ГПНТБ / Романенко П.Н. Пожарная профилактика систем отопления и вентиляции учебник

пературный

режим

печей

нормируется.

В табл . 4.4 приведены значения температур

горения топлива [33]

п газа

в дымоходах

[11] в зависимости

от вида

топлива.

Таблица

4.4

Температуры

горения

топлива

и газа

в

дымоходах

Температу­

Температура газов

в дымоходах,

° С

Топливо

ра

горения,

первый

проме-

послед­

выход в

°С

жуточп.

ний

трубу

Дрова

1000

700

500

160

130

Торф

кусковой воздушной

970

550

350

150

130

сушки

Торф

брикетный

1000

600

400

160

130

Подмосковный

уголь

900

500

320

140

120

Бурый

уголь

1100

550

350

140

120

Каменный

уголь

1200

480

300

120

110

Антрацит

1300

500

320

120

н о

П р и м е ч а н и я .

1.

В

табл.

4.4

даны

средние

значения

величии.

2. Для печен с теплоотдачей

до

1750

вт значения

температур

для проме­

жуточных

и последних

дымоходов

принимаются с коэффициентом 1,2.

Температура

открытых

теплоотдающих

поверхностей

печей

в

зависимости

от

типа

печей

приведена

в табл.

4.5 [11].

Таблица

4.5

Температура

открытых

теплоотдающих поверхностей печей

Температура поверхности

печи,

° С

Типы печей

в отдельных

точках

средняя

в момент

максималь­

ного

нагрева

Толстостенные

в

штукатурке

или

в Me­

таллнческом

футляре

55—65

85

Толстостенные

изразцовые

65—70

90

Толстостенные весом 1000 кг li

более

65—70

120

Толстостенные весом до 1000 кг

60—65

120

жительности

топки, которая т а к ж е нормируется в зависимости от

теплоотдачи

печи

и вида

топлива.

Так, для дров

и торфа

с влажностью

254-30% продолжитель ­

ность топки

принимается равной 1,0; 1,25;

1,6; 2,0 ч при теплоотда­

че печи соответственно до 1750, 1750—3500,

3500—5800 и свыше

5800 вт.

Д л я

каменных углей

продолжительность

топки увеличивается

в 1,5 и

для антрацита

— в 2 раза .

Рис. 4.13

иллюстрирует изменение по

времени

температуры

дымовых газов на выходе из топливника в

опытах

при сжигании

природного газа. Опыты характерны большой

продолжительностью

H широким

диапазоном изменения расхода

газа.

OZ

« s а 10 12

Ш 16 Ü 20 22

2k

бремя

от начала топт

fvec/

- ^

-

=

0,66

В о 0 ' 1 7 [а

+

( l

-

a )

( - I . ) * ] .

(4.І)

где Т/,і

— температура

газов

в

любой

точке

в

произвольный мо­

Та

мент

времени

г, 0

К;

— адиабатическая

температура

горения при

реальном

коэффициенте

избытка

воздуха,

am,

К ° і

Т

=

10*

3,25 am +1,55

+

2 7 3

° К ;

1 я

т — текущее

время, ч;

то = 2

ч — фиксированный

момент

времени;

Таблица

4.6

Значения коэффициентов а к b

в уравнении (4.1)

to, °С

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

а

0,62

0,512

0,436

0,38

0,336

0,302

0,273

0,25

0,23

b

0,43

0,39

0,35

0,31

0,27

0,23

0,19

0,15

0,11

Во = — - — — критерий

подобия

Б о л ь ц м а н а .

Здесь г)— 0,95 — коэффициент

химического

недожога;

В — расход

топлива,

кг/ч

(см. формулу

4.25);

ср — теплоемкость

дымовых

газов,

приведенная

к

нормальны м

условиям,

кдж/м3

град;

со — константа

излучения

абсолютно

черного

тела,

кдж/м2

ч град

° К 4 ;

F — поверхность теплообмена д о точки,

в которой

определяется

температура,

° К;

s "p ~ I + 2 2t

іо—з— п

Р и

в е Д е н н а

я

степень

черноты

(где

tf—ожи-

' /

' д а е м а я

температура

в

расчетной

точке,

° С ) ;

^т—

Ѵ0(а,п—1)—

объем

дымовых

газов

от сгорания

1 кг

топли­

ва,

где

Ѵ° и Ѵ0— соответственно

объемы

дымовых

газов

от

сгорания

1 кг

топлива

и

воздуха

дл я

сго­

рания

1 кг

топлива

при коэффициенте

избыт­

ка

воздуха

a m

= l.

кг

Теоретически необходимый объем воздуха дл я

сгорания

1

топлива

определяется

по

формуле:

Ѵ0 = 0,089

+

0,033 Sp + 0,267 (V

— 90,

(4.2)

а объем

газов

от сгорания 1 кг

топлива

по формуле:

V r o = 0 , 0 1 8 5 ( ( y + 0 , 3 6 8 S ^ ) + 0 , 0 0 8 № + 0 , 7 9 7 o + 0 > 0 1 2 4

(9НР

+ W P ) ,

(4.3)

где Ср> Sp> Нр> Opi Np> Wp — процентное

содержание в топливе со­

ответственно углерода, серы, водоро­

да,

кислорода,

азота

и

влаги .

Д л я

практических

расчетов температурного

р е ж и м а

в

печах

можно

принимать

Ѵ 0 «

0 , 2 6 8 - ^ - ,

м*Ікг,

(4.4)

W Ä U

F 0 ,

м*/кг,

(4.5)

где

Qpn—низшая

теплота

сгорания

топлива,

кдж/кг,

= 338

С" +

1260 Н р

+

Ю9 (Sp

— 0 " ) .

.

(4.6)

Д л я

некоторых

видов

топлива

величина

Qptt

приведена в

табл .

4.7.

Таблица

4.7

Низшая теплота сгорания топлива

Вид

Дрова,

Торф

Торф

Подмос­

Бурый

Камен­

Антра­

куско­

топлива

\ѴР=25%

вой,

брикет­

ковный

уголь

ный

цит

ный

уголь

уголь

W^=30?6

QPU,

кдж/кг

13 800

12

600

16

750

12 600

19 700

27 200

29

300

Анализ

величин,

входящих

в уравнение

(4.1), показывает,

что

а, Ь, ср,

е п р

зависят от искомой температуры,

Ѵт ота!П,

Та о т а т

и

Q?n.

С учетом этого температура газов

может быть

представлена

в

ви­

де

зависимости:

tf.*

=fti,

(4-7)

где g —

3 2р— плотность

тепловыделения,

вт/мг.

На

рис.

4.14 зависимость

(4.7)

представлена в виде номограм ­

мы. П р я м ы е

линии

/

показывают

зависимость

температуры

газов

от плотности

тепловыделения

q, линии 2—от

коэффициента

из­

бытка

воздуха

ат

и линии

3 — от времени т.

Высокая

температура дымовых

газов в топливнике и

дымообо -

вышаться до величин, опасных в отношении

возможности самовос­

пламенения д л я древесины, тканей, бумаги

и других материалов .

Так, в выше указанных

опытах

(см. рис.

4.12)

температура на

внешней поверхности печи

против

точки

23

повышалась до 200° С,

в закрытой отступке на уровне

13

ряда

кладки —

260° С.

Н а поверхности разделки в

точках / / ,

12

и 13 температура по­

в ы ш а л а с ь соответственно

до

152,

100

и

80° С.

i - t f

= J(q);

n - t f

=

/ <*т);

Iii -

t f - f

(у

линии

1 — 10 соответствуют

температурным

кривым,

по

которым

через

2 ч

температура газов

равна 100-1000° С

Т е м п е р а т у ра на внешних поверхностях

стенок

печей tw

зави­

сит от температуры дымовых газов

t'f,

температуры

в помещении

ff,

коэффициентов теплообмена

на

внутренней

и

внешних

поверх­

ностях ai и а2 > теплопроводности

Я, теплоемкости

с

и

температуро ­

проводности а м а т е р и а л а

стенки, толщины

стенки

ô

и времени т:

tw — f(t'f,

t"f, аи

а2,

I ,

с,

а,

8,-с) .

(4.8)

5. Вычисляют

расчетный

интервал времени Дт:

Д* =

- £

р . ч.

(4.11)

6. По

уравнению (4.1)

или

номограмме (см. рис. 4.14) через

к а ж д ы й

расчетный интервал времени Дт определяют

температуру

дымовых

газов

t/.

7. Д л я к а ж д о г о интервала времени Дт вычисляют

коэффициент

поверхностью

стенки

<ц:

о, = 11,63 г 0 ' 0 0 2 3 '/

,

вт/м2

град.

(4.12)

8. По уравнению, вытекающему из

равенства

тепловых пото­

ков

по з а к о н а м

Ньютона и Фурье

д л я

крайнего

слоя,

вычисляют

температуру

на

обогреваемой

поверхности

стенки:

ty =

;

.

°С,

(4.13)

i +

^

_

где

і2

— температура

в

плоскости р а з д е л а

/

и

/ / слоев

в предыду­

щий

интервал

времени

Дт.

9.

Температура в

плоскостях

/

и // ,

/ /

и

/ / /

слоев и

т. д. нахо­

слоях

в предыдущий

интервал

времени

Дт.

Н а п р и м е р ,

; 2

=

Ц

^

; г8

=

и

Т. Д.

(4.14)

10.

Температура

на

внешней

поверхности

вначале остается

равной

t0,

а через

число

интервалов

Дт —

на

один

больше

числа

слоев,

принимается

приблизительно

равной

среднеарифметическо­

му значению температур в последнем слое

и в

помещении. В по­

следующие

интервалы

времени

она

вычисляется

по уравнению,

аналогичному

в ы р а ж е н и ю

(4.13):

t " f + - k _

t

*w =

;

Kt

• °С,

(4.15)

1

+

где

t„^i—

температура

в

предпоследнем

слое

в

предыдущий ин­

тервал

времени

Дт.

Коэффициент теплообмена а2 определяется при (tw—£/")>

60° С

по

уравнению

(4.12), в

котором

температура

tw,

и

npi\(tw—

< 6 0 ° С

по

уравнению

а2 =

4,07 y t w — t'y,

вт/м*

град .

(4.16)

При

этом

температура

tw

берется

из

результатов расчета

д л я

предыдущего

интервала

времени

Дт.

пературных режимах,

соответствующих температурным

кривым

/—10 на номограмме

(см. рис. 4.14), обобщены в виде

зависи­

мости:

где Fo =

— к р и т е р и й Фурье.

Зависимость

(4.17) графически представлена на

рис. 4.16. По

г р а ф и к а м

можно

приближенно определить любую

из трех вели-

Р.ис. 4.16. График зависимости 0 = / ( Р о ) д л я

определения температуры

на

внешней поверхности

печей

Позиции

1—10 соответствуют кривым на рис. 4.11

При этом время т достижения

опасной температуры определяет­

ся методом последовательных

приближений .

Т е м п е р а т у ра

в плоскости соприкосновения повышается

быстрее

и до большей величины по сравнению с открытой внешней

поверх­

ностью.

Температуру

в плоскости соприкосновения можно приближенно

рассчитать методом конечных разностей.

Стенка печи, ка к и в случае отсутствия

примыкающего

сгорае­

мого материала,

разбивается на слои Ах\.

П р и м ы к а ю щ и й

сгорае­

ляется

из равенства

расчетного интервала времени дл я стенки и

сгораемого

материала .

Н а

основании

уравнения

(4.11)

имеем

Дт

=

2а ! 2

откуда

Ахп

(4.18)

где <з./,ъ at,i—коэффициенты

т е м ­

пературопроводности

стенки печи и сго­

раемого

м а т е р и а л а .

В плоскости

соприкосновения

температура

поверхности

стен­

ки печи и сгораемого

м а т е р и а л а

одинакова

и определяется

из ма­

тематической

формулировки

граничного

условия

4-го

рода:

или согласно

рис.

4.17

\ tg <?і =

Mg<p2

;

(4.19 a)

Ьхг

X..,, (4.196)

P| I C - 4.17. Схема к определению тем­

пературы в плоскости

соприкоснове­

откуда

ния разнородных

слоев

/

4-

1 і

op

(4.20)

1 + àx2

\і