2.9. Расчет аэрации для одиночных источников тепло– и газовыделений

Для дифференцированного расчета необходимо определить объем воздуха, подтекающего к вытяжному устройству (шахте, зонту). По приближенным данным, начальный объем воздуха в тепловой струе, поднимающейся над источником:

,

где L₀ – начальный объем воздуха, м³/с; Q – количкство конвекционного тепла, ккал/с; F – площадь горизонтальной проекции источника, м; H – расстояние от источника до устья газоотводящего устройства, м.

Эта формула применима в тех случаях, когда Н не более 1,5 м, т.е. количество подмешивающегося воздуха незначительно и им можно пренебречь.

При большем расстоянии следует пользоваться формулами для скоростей, расходов и поперечных сечений, тепловой струи, исчисленных от полюса струи. Полюс струи находится на оси ее, ниже источника тепловыделений, на расстоянии 2d_э (рис.15 ),

Рис.15 – Расчетная схема аэрации одиночного источника теплогазовыделений

Ориентировочные границы струи определяются лучами, проводимыми из полюса через края источника тепла.

Скорость на расстоянии Z (м) от полюса:

V_z = 0,82 ·Q^0.33 / Z^0.29,

Z = Н + 2d_э ,

где d_э –эквивалентный диаметр источника.

L_z = 0,13 · Z^1.5 ·Q^0.33 .

Эквивалентный диаметр факела у устья устройства

D_z = 0,45 ·Z^0.88 .

Количество тепла, отводимое от источника посредством конвекции определяют по формуле:

Пример 18

Для удаления тепла и газов из 150 –тонной электросталеплавильной печи над нею, под перекрытием, устанавливается зонт с механической тягой. Необходимо определить размеры зонта и производительность вытяжной вентиляции.

Исходные данные:

Диаметр печи d_э =8 м;

расстояние от верха печи до устья зонта Н = 16 м;

потребляемая печью мощность 28000 кВт;

за счет термохимической реакции выделяется в процессе плавления еще 14% от потребляемой мощности;

теплопередача в окружающую среду составляет 9%;

потери тепла с газами при наличии системы отвода газов через свод печи –около 3%;

cуммарные потери равны 12%.

Решение:

Учитывая, что печь загружается через свод, расчет ведется на два режима: сталеварения и завалки шихты.

Расстояние от полюса до устья вытяжного устройства

Z = H + 2d_э = 16 + 2 · 8 = 32 м.

Количество тепла, выделяемого печью:

Q =28000 · 0.12 · 860 / 3600 · 0,86 =93 ккал/с.

Диаметр факела у устья вытяжного устройства:

D_z = 0,45 · Z^0,88 = 0,45 · 32^0,88 = 10 м.

Скорость на расстоянии Z:

V_z = 0,82 · Q^0,33 / Z^0,29 = 0,82 · 93^0,33 / 32^0,29 = 1,23 м/с.

Расход воздуха в зонте:

L_z = 0,13Z^1,5 · Q^0,33 = 0,13 · 32^1,5 · 93^0,33 =104 м³/с =380000 м³/ч.

В период завалки шихты свод отведен в сторону. Температура внутренней поверхности печи 1400^оС. Тепловыделения лучеиспусканием и конвекции:

а) лучеиспусканием с внутренних поверхностей (под печи) по графику (рис. 16 ) находим, что при температуре 1400^оС

Q_из = 35 Мкал/(м² · ч),

тогда Q_л = 35 · 45 =1600 Мкал/ч.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

б) тепловыделения конвекцией:

Q_к = 1,15 · (38 + 60) · 31 · (1400 – 50) = 4700 Мкал/ч.

Общие тепловыделения Q = 6300 Мкал/ч = 174 ккал/с.

Расход воздуха L_z = 0,13 · 32^1,5 · 174^0,33 = 140 м³/с = 500000 м³/ч.

Из результатов расчетов следует, что для обеспечения эффективности вентиляции необходимо обеспечить расход воздуха вытяжного зонта не менее 500000 м³/ч.

Рис. 16.Номограмма интенсивности теплового излучения из открытого проема печи