III. Поверочный расчет радиантной камеры

Расчет проводим с целью определить, является ли полученное выше значение теплоты радиантной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:

.

Значит, дальнейший расчет сводится к определению температуры газов на выходе из камеры . Чтобы ее определить, найдем значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:

,

где - приведенная степень черноты продуктов горения

- функция распределения температуры топочном объеме

- степени черноты

Н_Л - эффективная плоская поверхность экранов

- коэффициент, учитывающий совместное влияние излучающих объема газа и кладки

F - поверхность излучения (полная поверхность кладки печи)

Определим все составляющие вышеприведенного соотношения:

,

где F_i - плоская поверхность экранных труб,

- фактор формы, зависит от расположения экранных труб и составляет

для однорядных

для двухрядных

,

м²

Тогда м²

_где

м²

Определяем

где - угловой коэффициент взаимного излучения поверхности кладки, зависит от Н иF:

если , то , если, то

Тогда:

Таким образом,

Тогда определяем

Температуру газов на выходе из камеры находим из соотношения

,

здесь - характеристика излучения,

ΔТ - температурная поправка, учитывает долю поправки между излучением-конвекцией.

Для того, чтобы рассчитать графическим методом необходимо рассчитать теплоемкость отходящих газов при предполагаемом интервале, в котором находится значение)

При

2,3915	0,1086
1,4746	0,7233
1,9213	0,1572
1,5541	0,0109

При

2,4074	0,1086
1,4821	0,7233
1,9423	0,1572
1,5617	0,0109

Найдем по графику:

_{Таким образом,} ,

2,4069	0,1086
1,4819	0,7233
1,9417	0,1572
1,5615	0,0109

Определяем температурную поправку ΔТ:

,

где - коэффициент теплоотдачи от продуктов горения и стенок экрана,

Т_ст - температура стенки,

,

где - средняя температура продукта в радиантной камере,

- толщина стенки трубы (8 мм),

- коэффициент теплопроводности трубы,

Значит,

Найдем значение по формуле:

,

где А=2,1 - постоянная для труб диаметром 50-140мм, из материала Х23Н18

ЗадаемсяК

Тогда

Определим общую поверхность труб камеры:

Таким образом, находим

Теперь определяем характеристику излучения как функцию аргумента излучения

По графикам из справочной литературы определяем при полученном Х значение

Тогда по приведенной выше формуле находим температуру газов на выходе из камеры:

Разница между заданным и найденным значениемсоставляет:

1400 – 1225,56 = 174,44 > 5 K

Найдем новое значение

При Х значение

1225,56 -1219=6,56>5K

_{Найдем новое значение}

При Х значение

1219 – 1221 = 1,66 < 5K

Значит,

Теперь определяем расчетное значение теплоты радиантной камеры:

_Значит, заданное выше условие выполняется

Следовательно, камера функционирует удовлетворительно, соответствуя заданным параметрам.

IV. Поверочный расчет конвективной камеры.

Известны следующие температуры:

ºС, ºС,

ºС, ºС

Необходимо учесть:

1. При температуре от 110ºС до 140ºС: сырье – жидкость

Оптимальная скорость движения сырья в трубах м/с – принимаем 2 м/с

2. При температуре от 140ºС до 630ºС: сырье – газ

Оптимальная скорость движения сырья в трубахм/с– принимаем 5 м/с

1. Сырье – жидкость

Найдем площадь сечения всех труб камеры:

где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110ºС до 140 ºС

,

Найдем октана для двух температур:

кг/м³кг/м³

Следовательно, средняя плотность сырья составляет

кг/м³

Значит, м²

Определяем число труб в конвективной камере:

, где F_тр - площадь сечения одной трубы

Выбираем трубы 89х6 мм

Округляем до= 1 ( змеевик)

В связи с полученным числом уточняем значение скорости движения сырья в трубах

, м/с

Поверочный расчет проводим с целью определить, является ли полученное выше значение теплоты конвективной камеры, достаточным для ее требуемого расчетного значения˃. Расчетное значение находим по формуле:

,

где k- коэффициент теплопередачи,

- средний температурный напор,

Fк- поверхность теплообмена

,

где l_кк - длина труб, омываемая дымовыми газами

,

Значит, м²

Найдем значение среднего температурного напора:

ºС

Найдем значение коэффициента теплопередачи. Учитывая , то будем вести расчет как для плоской стенки:,

где - коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкам труб и от стенок к сырью соответственно,

- толщина стенки и коэффициент теплопроводности

Коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов рассчитаем по формуле:

,

здесь - конвективная и лучистая составляющая

Определим коэффициент теплоотдачи излучением:

Вт/м^2·К

Определим коэффициент теплоотдачи конвекцией . Для этого используем теорию подобия.

Найдем число Рейнольдса: ,

где м²/с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов при температуре 673⁰С

- средняя скорость газов,

, где F - свободное сечение конвективной камеры

м/с

Тогда

Из справочника для поперечного обмывания цилиндра при 10≤Re =используем уравнение подобия:

,

Находим коэффициент теплоотдачи:

Вт/м^2·К

Значит, коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:

Вт/м^2·К

Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:

,

где м²/с - средний коэффициент кинематической вязкости

Подставляем полученное значение в уравнение

Тогда , где=0,10475Вт/м^·К при 370ºС

Вт/м^2·К

Таким образом,

Вт/м^2·К

Значит, расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:

_{По условию 42,258>868,32 не выполняется}

Необходимое число труб для подогрева бензина:

Принимаем =21 шт. (3 ряда по 7 труб)

Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:

Следовательно, условие выполняется

Уточним значение числа труб, т.к. расчет велся для одиночных труб

Для пучка труб будет:

Из справочника при поперечном обтекании пучков труб и шахматном расположении труб используем формулу

,

где

Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов () с помощью соотношения:

,

Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:

, ;

, ;

Тогда искомое значение составит:

(1026,627 868,32) – условие выполняется

_{большое, поэтому уменьшим число труб до 20 (3 ряда по 7х6х7 труб)}

Для пучка труб будет:

,

где

Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов с помощью соотношения:

,

Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:

, ;

, ;

Тогда искомое значение составит:

(977,742 868,32) – условие выполняется

2. Сырье - газ

Найдем площадь сечения всех труб камеры:

где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС

,

Найдем октана для двух температур:

кг/м³ кг/м³

Следовательно, средняя плотность сырья составляет

кг/м³

м²

Берем 18 труб ( 3 ряда по 6 труб)

Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:

, м/с

Уменьшим число туб т.к. скорость движения сырья мала и не вписывается в заданный интервал 4,5-6м/с

Берем 14 труб ( 3 ряда по 7 труб)

Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:

, м/с

,

здесь мм - толщина трубной решетки

ºС

Вт/м^2·К

- средняя скорость газов,

м/с

Тогда

,

,

,

где м²/с - средний коэффициент кинематической вязкости

Подставляем полученное значение в уравнение :

Тогда , где=0,10475Вт/м^·К

Вт/м^2·К

Тогда получаем:

Возьмем 12 секций

Уточним расчет

n=·=12·2 = 24

=14,187

Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:

Следовательно, условие выполняется

Высота конвективной камеры составит: