5.3.6. Расчет конвективной поверхности нагрева печи

Поверхность нагрева конвекционных труб определяется по формуле:

Hk=Qk/k1*∆Tср, где Q_K - количество тепла, передаваемого сырью в

конвекционных трубах,Вт; k1 - коэффициент теплопередачи в конвекционной камере печи, Вт/(мК); ∆Т_ср - средний температурный напор, К.

Qк=Qпол-Qр=9172,75*10³ Вт –7736*10³ Вт=1436,75*10³Вт

k1~1.1(α1+ αл)[3, стр 169]

α1- коэффициент теплоотдачи излучением от дымовых газов к трубам, Вт/(м К); αл-- коэффициент теплоотдачи излучением от трехатомных газов к трубам, Вт/(м К).

α1=CβλГ*Re^0.6Pr^⅓

С- постоянная, для шахматного пучка труб, равная 0,33; (β - коэффициент, зависящий от числа рядов труб в пучке (полагая, что число рядов будет более 10, примем (β = 1[11, стр!69]); λ_г - коэффициент теплопроводности дымовых газов, Вт/(м К).

Критерии Re и Рг рассчитываются при средней температуре дымовых газов в камере конвекции ( определяющий размер - наружный диаметр труб).

В камере конвекции устанавливаются трубы с полезной длиной 1тр= 9,5м, наружным диаметром d,, = 127мм и толщиной стенки 8мм. Шаг между трубами равен [13стрЗ] S = 2,0d_H = 0,254м. В каждой камере размещается змеевик для одного потока сырья. В одном горизонтальном ряду его установлено в шахматном порядке по 3 трубы.

Найдем наименьшую площадь свободного сечения для прохода дымовых газов:

fГ=(b_k-n_ld_H)l_atp=[(n_l-1)S + 3d_H--n_ld_H ]l_тр=[2*0,254 + 3* 0,127-3*0,127]=4,8м

Определим линейную скорость в самом узком сечении пучка по формуле:

W= BΣViTср/m*3600*fг*273

Tср=(Тп+Тух)/2=(633+1023) / 2=828К

m - число параллельно работающих камер или число потоков сырья.

W = (978{кг/ч]*13,64[м³/ч]*828[К])/2*3600с/ч*4,8м²*273К=1,2[м/с]

Коэффициент динамической вязкости дымовых газов найдем по формуле:

Mг/μг=Σxi*Mi/μi;

где М_г, Цг - молекулярная масса и динамическая вязкость газа;

Mi,μi- молекулярные массы и динамические вязкости, - определяются по номограмме [16,стр579] компонентов дымовых газов; хi- объемные доли компонентов дымовых газов в смеси.

Таблица.

Компонен-	Молеку	Содер	Маc	Содер	Объем		μ*	Mixi /	Тепло		Теплоем
ты дымо-	лярная	жание	совая	жание	ноя		103	μ	провод		кость
вых газов	масса	mi	доля	Vi(H.y.)	доля	Mixi	Па с	* 10-3	ность	λi*Xi	Cpi	Cpi*Xi
i	Мь	кг/кгВ	Xi	м3/кгВ	Xi			3	λ*		кДж
	кг/кмоль								Втм /K		кг* К
СО2	44	3,03	0,175	1,54	0,113	4,972	0,045	110,5	0,062	0,0070	1,04	0,182
Н2О	18	1,57	0,091	1,95	0,143	2,574	0,028	92,0	0,087	0,0124	2,01	0,183
02	32	0,18	0,01	0,13	0,009	0,288	0,048	6,0	0,079	0,0007	0,99	0,01
N2	28	12,53	0,724	10,02	0,735	20,58	0,040	514,5	0,060	0,0441	1,08	0,782
Сумма	—	17,31	1,000	13,64	1,000	28,414=	—	723	—	0,0642=	—	1,157=
						Мг				λг		срг

хi- объемные доли компонентов дымовых газов в смеси.

μ=Mг/ (Σ[xi*Mi/μ]= 28.41(кг/кмоль)/723*10³кг/кмоль/Пас)=3,9*10^-5Пас

Плотность дымовых газов:

ρг= MГ* T₀ /22,4*Tср=28,41*273/22,4/828=0,41 [кг/м³]

Кинематическая вязкость газов:

υг=μ/ρ=3,9*10^-5/0,41 =9,51*10^-5[м²/с]

Re=WdH ρ/μ=1.2*0.127/9.51*10^-5=1650

Pr=υг* Cрг*ρ/λг=9,51*10^-5*1,157*10³*0,41/0,0642=0,703

α1=0,33*1*(0,0642/0,127)*1650^0,6*0,703^⅓=12,7Вт/м К

Среднелогарифмическая температура дымовых газов в конвекционной камере:

Tср=(Тп-Тух)/2,3 lg[Тп/Тух)]=1023-633/2,3lg[1023/633]=812,5К

Эффективная толщина газового слоя рассчитывается по формуле [10, стр.479]:

ℓ=1.87(S1+S2)-4.1dн

S2=0.254→ S1=S2√3-2=0.220 м

ℓ=1,87(0,254+0,220)-4,1*0,127=0,366м

Парциальное давление углекислого газа при давлении внутри газового тракта печи:π= 0,1*1 0⁶ Па:

PCO₂=Vco_2/Σvi*π=xi*π=0.113*0.1*10⁶

PH₂O=0.143*0.1*10⁶⁼ 14.3*10³Па

Сила поглощения СО₂ и Н₂О в газовом слое:

(р1)_СОг = p_col = 11.3 *10³Па0,366м= 4,136 -10³ Па м

(pl)H₂O=14.3*10³*0.366=5.23*10³ Па м

Температуру стенок конвекционных труб примем на 35К выше средней температуры сырья в них [10, стр.483]:

Θст=(Т1+Т2)/2+35=613+633)/2+35=658К

По номограмме рис. 20.17 и 20.18 [10, стр. 478] для,041ата*м (pl)н₂o=0,052 ата*м, Θ =387,5°С и = 597°С определяем :

α _co2=7.5[ккал/м² С ч]=7,5*4,19*1000/3600=8,73[Вт/К м²]

α_H2O=7.8[ккал/м² С ч]=9,07[Вт/К м²]

αл= 8,73+9,07=17,8[Вт/К м²]

Суммарный коэффициент теплопередачи равен:

k, =1.1(14.2+ 17.8) = 32[Вт/К м²]

Средний температурный напор определяем по формуле Грасгофа:

∆ Тср=(∆Тмакс-∆Тмин)/(2.3lg[∆Tмакс/∆Тмин]

∆Тмакс=Тп-Тк=1023-633=390 К

∆Тмин=Тух-Т1=633-613=20К

∆Тср=205К

Поверхность нагрева конвекционных труб:

Hk=1.88*10⁶[Вт]/32[Вт/К м²]*205 [К]=286 м²

Число труб в конвекционной камере:

Nк=Hk/πℓd_H= 286/(3.14*0.127*9.5)=78

Или в одной камере располагаются 39 труб.

• Примем число труб в одной камере равным 39, тогда число труб по вертикали в одной камере: m=39/3=13 труб

Высота, занимаемая трубами в конвекционной камере при шаге труб по глубине конвекционного пучка Si = 0,22 м

h_r = (m1-1)S1=(13-1)0.22 = 2.64 [м]