5.3.7. Гидравлический расчет змеевика печи.

В проектируемой печи испарения сырья не происходит ( ранее это было показано). Давление сырья на входе в змеевик печи:

πвх=πк+∆Pн+ ∆Pк +∆Pст

∆Р_Н - потери напора на участке нагрева радиантных труб, Па;

∆Р_К -потери напора в конвекционном змеевике печи ( по одному потоку), Па;

∆Р_СТ - статический напор, необходимый для подъема сырья в змеевике от уровня его ввода в конвекционный змеевик до уровня вывода из радиантных труб, Па.

1. Потери напора на участке нагрева радиантных труб определяются по формуле Дарси - Вейсбаха [10, стр.501; 13,стр130]:

∆Pн=λ*ℓ_н u²/2ρ _жd_в

λ= 0,031 - коэффициент гидравлического сопротивления, выбираемый по таблице [10, стр. 501];1_Н - эквивалентная длина участка нагрева радиантных труб по одному потоку сырья; u- массовая скорость сырья в трубах, кг/(м с).

ℓ_тр =10м; Ψ =50- табл. 22 [13, стр 131]

ℓ_н= ℓэ=ℓтрNp1 +Ψd в(Np1–1 )=10*20+50*0.111(20–1 )=306м

u= 4*31.71[кг/с]/2*3,14*0,111²м²=1639[кг/м² с ]

Определим плотность мазута при средней температуре:

Тср=(Тк+Тп)/2=613+633/2=623К

ρ_ж =[0,935 - 0,00053(632 - 293)] • 1000 = 760[кг/м]

ΔPн=0,031*306*1639²/(0,111*2*760)=151*10³Па

2. Потери напора в конвекционном змеевике печи,

Эквивалентная длина конвективного змеевика:

ℓ k=N`k*ℓтр+Ψdв(N`kⁿ)=39*10+50*0.111(39 – 1)=600 м

u_к=1639 [кг/с м ²]

ΔPк=0,031*600*1639²/0,111*2*760=296*10³Па

Тср=623 К

3.Статический напор в змеевике печи.

ΔPст=(h_m+h_k)ρg=(4.63+2.42)*9.81=55.12 *10³ [Па]

Таким образом , давление сырья на входе в змеевик печи будет:

π =2-10⁶ +151*10³ +296*10³ +55,1210³ =2,5-10⁶

5.3.8. Расчет потерь напора в газовом тракте печи.

Общие потери напора в газовом тракте печи, или величина тяги дымовой трубы:

ΔP общ=ΔPр+Δ Pk+ ΔPб+ΔPтр

1 2 3 4

1- величина разряжения в камере радиации (принимается равной 19,62 Па);

2- потери напора в камере конвекции, Па;

3- потери напора в борове, Па;

4- потери напора в дымовой трубе, Па.

Δ Pк= ΔPn+ ΔPст

1. 2

1 - потери напора в конвекционном змеевике труб, Па;

2 - статический напор в камере конвекции при нисходящем потоке газов, Па. Потери напора в конвекционном пучке труб определим по методике описанной в [16, стрЗЗ]:

Eu=b(2.7+1.7m)Re^-0.28

Eu=ΔPn/ρω²

Eu - критерий Эйлера; ρ_г =0,394 кг/м³ (Т_ср=878К) - плотность дымовых газов при I средней температуре; со = 1,2 м/с ( рассчитана ранее); b=l; m=13;

Re = 1650; ρ_возл -плотность воздуха при температуре окружающей среды, равно 303К (30°С).

ΔPn=b(2.7+1.7m)ρω²Re^-0.28=1.8 Па

ΔPст=h`_k(ρ возд-ρг)g

h_K=h_K+h_l =2.42 + 0.5 = 2.92м

h к-высота столба газа в конвекционной камере (см. рис Печи-приложение X).

ρвозд==273*1,293/303=1,165[кг/м³]

ρвозд(н.у.)=1,293 [кг/м³] [16, т 5]

ΔPст=2,92(1,165-0,4)9,81=22,1 Па

ΔPк=2,7+22,1=24,8 Па

Потери напора в борове ΔР_б:

Δ Pб=Δ Р`б+ΔР``б

1 2

1 - потери напора на преодоление местных сопротивлений, Па

2 - потери напора на прямолинейном участке борова, Па. Предварительно проведем расчет газохода.

Рис. 18. Схема устройства газоходов печи.

Площадь поперечного сечения борова: S₆ =Gг/и

G_r - секундное количество продуктов сгорания, кг/с; u- массовая скорость газов в борове, кг/(м ²с).

Gг=BΣmi/3600=979[кг В/ч]*17,31[кг /кгВ]/3600[с/ч]=5[кг/с]

u_б=ω _бρ²_Тух

ρ²_Тух=ρ₀*273/Тух

ρ₀=101325[Па]*28,4[кг/кмоль]/8,314[кДж/кмольК]*273[К]=1,27[кг/м³]

ρ²_Тух=1,27(273/633)=0,54[кг/м³]

Скорость движения газов в дымовой трубе при естесственной тяге принимается равной 4-8 м/с. Примем линейную скорость газов в борове

ω=8 м/с [11, стр. 1.80]. Тогда

Uб=8[м/с]*0,54=4,3 [кг/с м²]

Площадь поперечного сечения борова: S₆=5[кг/с]/4,3[кг/ с м²]=1,2[м²]

Принимаем высоту борова h_б = 1,2 м; ширину b = 1м; длину 1₆ =10м. Потери напора от местных сопротивлений[11, стр!79, 13 стр!40] :

Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Дымовые газы делают в борове два поворота по 90° (один при входе в боров, другой при входе в дымовую трубу), проходят шибер, открытый наполовину, а затем три входных канала в общий коллектор.

Коэффициент ξ при повороте на 90°:

ξ=1.1*C

C=f(hб/b)

h/ b=1.6

По таблице 23 [16, стр.140] С = 0,65. Для 2-х поворотов 2ξ = 1,43.

По той же таблице ξ при входе газа в коллектор ξ₂=0,04, для наполовину открытого шибера ξз=4.

ΔP`б=(1.43 + 0.004 + 4)[4,3²/2*0,54]=93 Па

Потери напора на прямолинейном участке борова по формуле Дарси-Вейсбаха:

ΔP``б=ℓ λ u²/2dэ ρ_Тух

λ- коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по формуле [11, стр. 181]; d₃- эквивалентный диаметр борова,м.

Λ=0,857/(lg Re)^0.24=0.017

Dэ=2hэ b/(hb+b)=1.23 м

Т_ух=633К. Определим вязкость газа. Вязкости компонентов газа при Т=733К взяты из [16.]. Таблица14.

Компоненты	Молекулярн ые	Х{,об.доля	Вязкость	Mixi103
I	массы, Mi.		μi103, Па.с	μ'
СО2	44	0.113	0.038	130.8
Н2О	18	0.143	0.024	107.3
02	32	0.009	0.042	6.9
N2	28	0.735	0.036	571.7
Σ		1000		816.7

μ_г=M_г/Σxi*Mi/μi=27.7/816.7*10³

vг=μ/ρ_Тух=7,1*10^-5

ΔP``b=0.017*10*4.3²/1.23*2*0.54=2.34Па

Потери напора в дымовой трубе.

Δ Pтр=ΔР`тр+ΔP``тр

1. 2

ΔРб=2,1+93=95,1Па

1 - потери напора при входе в трубу и выходе из нее, Па;

2 - потери напора на трение при движении газов в трубе, Па.

Диаметр дымовой трубы:

D=√4G/πuтр

u_Tp - массовая скорость на входе в дымовую трубу, кг/(м с)

uтр=ρвх ωтр

ω_тр- линейная скорость газов на входе в трубу(принимается равной 8 м/с);

ρ-плотность газов при их температуре входа в дымовую трубу Т_вх , кг/м . 0

ρ=ρ0Т0/Твх=1,27*273/628=0,55[кг/м³]

uтр=8*,055=4,4[кг/с м ³]

Dтр=√4*5/3,14*4,4=1,2 м

ΔP`тр=( ξвх+ ξвых)*u²/2ρср

Из таблицы [13, стр.142] найдемξ_вх= 0,3; ξ_вых=1,0

Примем температуру выходящих из дымовой трубы газов

Т_ВЫх = Т_вх - 25К =628 - 25 =603К.

Тср=(Твх+Твых)/2=615,5К

ρ_Тср=ρ₀*Т₀/Тср=1,27*273/615,5=0,56[кг/м³]

u_Тср=4G/D²π=4*5/1.2²*3.14=4.4[кг/с м ²]

ΔР`тр=(0,3+1,0)(4,4²/2*0,56)=22,5[Па]

ΔР``тр=λНu²ср/2Dρ_Тср

λ определим по формуле Якимова для шероховатых труб [13,стр.130]:

λ=а/³√D

а- коэффициент, определяемый по таблице 21 [16, стр.131]. Для железных и стальных новых труб а =0,05.

λ=0.05/³√1.2=0.047

4 Задаемся высотой трубы Н = 25м.

ΔP``тр=0.047(25/1.2)*4.4²/2*0.56=13.9 [Па]

ΔРтр=13,9+22,5=36,4[Па]

Общая потеря напора по газовому тракту печи или величина тяги дымовой трубы:

Р_общ =19,62+24,8+95,1+36,4=175,92Па

Проверим правильность выбора дымовой трубы.

H=ΔPобщ/1,293g[273/Тв-273/Тср]=29.5м

Т_в - температура окружающего воздуха = ЗОЗК.

Высота трубы мало отличается от ранее принятого значения, поэтому пересчета не делаем.

Если тепло отходящих дымовых газов утилизируется в котле-утилизаторе, то высота трубы будет иной.

Как упоминалось выше, для обеспечения нормальной тяги, температура уходящих газов должна быть не ниже 250°С.

Таким образом, в котле-утилизаторе дымовые газы отдают часть теплоты воде, превращая ее в пар. При этом температура газов снижается до 350°С. С этой температурой газы попадают в дымовую трубу.

Т_ВХ=350°С или 623К примем Т_ВЬ1Х=600К, имея в виду потери тепла поверхностью трубы.

Тср=512К

ρ=1,27*273/612=0,677 [кг/м³]

uср=4G/D²π=4.4[кг/м²с]

ΔРтр=(0,3+1,0)4,4²/2*0,677=18,5 Па

Зададимся высотой трубы Н = 36м. Потери напора на трение:

ΔР``тр=λНu²/2D ρ_Тср=19,3 Па

ΔРтр=18,5+19,3=37,8 Па

Примем потери напора в котле-утилизаторе равными потерям напора в камере конвекции (25 Па).

Р_абщ =19,62 + 24,8 + 24,8 + 95,1 + 37,8 = 208,12Па

Проверим правильность выбора высоты трубы.

Н=208,12//(1,293*273[1/303 – 1/612]*9,81=36,07м

Полученная высота дымовой трубы мало отличается от ранее принятой,

поэтому пересчета не делаем.