3. Технологический расчет печи

Низшая теплота сгорания топлива:

,

где ρ_m – плотность топлива при 15^оС, кг/м³.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива:

Действительный расход воздуха:

,

где - коэффициент избытка воздуха

Удельный объем воздуха при нормальных условиях для горения 1 кг топлива:

Количества продуктов сгорания (кг), образующихся при сгорании 1 кг топлива:

Суммарное количество продуктов сгорания:

Проверка полученной величины по следующей формуле:

Объемы продуктов сгорания:

,

где -масса соответствующего газа, образующегося при сгорании 1 кг топлива;

- плотность данного газа при н.у., кг/м;

- молярная масса данного газа, кг/кмоль;

22,4-молярный объем, м /кмоль.

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:

Теплоемкость и энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от 100 до 1500 С:

Все расчеты сводим в таблицу:

Таблица №1

Температура		Теплоемкость продуктов сгорания, сt, кДж/кг К	Энтальпия продуктов сгорания, Ht, кДж/кг	Средние удельные теплоемкости газов Ср, кДж/кг К
оС	К			О2	N2	CO2	H2O
0,00	273,00	16,01	0,00	0,91	1,04	0,81	1,86
100,00	373,00	16,20	1619,92	0,92	1,04	0,87	1,87
200,00	473,00	16,39	3278,83	0,94	1,04	0,91	1,89
300,00	573,00	16,61	4983,61	0,95	1,05	0,95	1,93
400,00	673,00	16,84	6736,85	0,97	1,06	0,99	1,95
500,00	773,00	17,06	8527,80	0,98	1,07	1,01	1,98
600,00	873,00	17,28	10369,96	0,99	1,08	1,04	2,01
700,00	973,00	17,51	12259,89	1,00	1,09	1,06	2,04
800,00	1073,00	17,73	14185,43	1,02	1,10	1,09	2,08
1000,00	1273,00	18,12	18123,04	1,03	1,12	1,12	2,14
1500,00	1773,00	19,47	29206,67	1,10	1,19	1,19	2,44

График зависимости представлен в графическом приложении рис. 2.

Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива

Тепловой поток воспринятый водяным паром в печи (полезная тепловая нагрузка), Вт:

где - количество перегреваемого водяного пара в единицу времени;

энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно.

Коэффициент полезного действия печи:

,

где энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь ;

потери тепла излучением в окружающую среду.

При помощи таблицы определяем, что при

Расход топлива:

Расчет камер радиации и конвекции:

Задаемся температурой дымовых газов на перевале . Энтальпия продуктов сгорания при температуре на перевале определяем по таблице 1

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в радиантных трубах:

где коэффициент полезного действия топки.

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в конвекционных трубах:

Энтальпия водяного пара при входе в радиантные трубы :

Принимаем величину потерь давления водяного пара в конвекционной камере и определяем давление пара на входе в радиантные трубы:

где давление водяного пара на входе в печь.

По найденным значениям определяется температура входа водяного пара в радиантную секцию: .

Средняя температура наружной поверхности радиантных труб:

где - разность между температурой наружной поверхности радиантных труб и температурой водяного пара, нагреваемого в трубах, принимаем .

Максимальная расчетная температура горения:

,

где - приведенная температура исходной смеси топлива и воздуха;

- удельная теплоемкость продуктов сгорания при температуре

При и теплонапряженность абсолютно черной поверхности для различных температур наружной поверхности радиантных труб имеет следующие значения сведенные в таблицу:

Таблица №2

Θ	200	400	600
qs	120000	95000	60000

Строим график зависимости теплонапряжености от температуры стенки (графическое приложение рис. 3) и по нему определяем, что при

Полный тепловой поток, внесенный в топку:

Предварительное значение площади эквивалентной абсолютно черной поверхности:

Принимаем степень экранирования кладки и по графику для , находим, что

Величина эквивалентной плоской поверхности:

Принимаем однорядное размещение труб и шаг межу ними .

Для этих значений фактор формы

Тогда величина заэкранированной поверхности кладки:

Поверхность нагрева радиантных труб:

По найденной поверхности радиантных труб выбираем конструкцию печи строение которой представлено в графическом приложении на рис. 4.

Параметры печи:

Поверхность камеры радиации, м2	205
Поверхность камеры конвекции, м2	205
Рабочая длина печи, м	9
Исполнение	б
Способ сжигания топлива	Беспламенное горение
Диаметр труб камеры радиации, мм	152х6
Диаметр труб камеры конвекции, мм	114х6

Число труб в камере радиации:

где наружный диаметр труб в камере радиации, м;

полезная длина радиантных труб, омываемая потоком дымовых газов.

Теплонапряженность поверхности радиантных труб:

Проверочный расчет камеры конвекции заключается в определении коэффициента теплопередачи и теплонапряженности конвекционных труб для выбранной печи.

Число труб камеры конвекции:

Средняя разность температур между дымовыми газами и нагреваемым водяным паром:

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции:

Теплонапряженность поверхности конвекционных труб:

Гидравлический расчет змеевика печи

Расчет потери давления водяного пара в трубах камеры конвекции.

Средняя скорость водяного пара:

где расход перегреваемого в печи водяного пара;

плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции;

внутренний диаметр конвекционных труб;

число потоков в камере конвекции.

Плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции;

Значение критерия Рейнольдса:

где кинематическая вязкость водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции.

Общая длина труб на прямом участке:

Коэффициент гидравлического трения:

Потери давления на трение:

Потери давления на преодоление местных сопротивлений:

где коэффициент сопротивления при повороте на 180 ^оС;

- число поворотов.

Общая потеря давления:

Расчет потери давления водяного пара в трубах камеры радиации.

Средняя скорость водяного пара:

где расход перегреваемого в печи водяного пара;

плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере радиации;

внутренний диаметр радиационных труб;

число потоков в камере радиации .

Плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере радиации;

Значение критерия Рейнольдса:

где кинематическая вязкость при средней температуре и давлении в камере радиации.

Общая длина труб на прямом участке:

Коэффициент гидравлического трения:

Потери давления на трение:

Потери давления на преодоление местных сопротивлений:

где коэффициент сопротивления при повороте на 180 ^оС;

- число поворотов.

Общая потеря давления:

Суммарная величина потерь по водяному пару:

Произведенные расчеты показали, что выбранная печь обеспечит процесс перегрева водяного пара в заданном режиме.