2. Приклад розрахунку

Визначити сумарні втрати тиску на шляху руху продуктів згоряння від робочого простору нагрівальної печі до шибера (рис.2.1) і висоту цегляної труби, призначеної для видалення продуктів згорання з печі, при температурі навколишнього повітря T_B = 293K з умовою, що тверді частинки діаметром d_ч = 0,1 мм, містяться в димі, випадають на землю на відстані l = 1500 м від труби при швидкості вітру – υ_B = 10 м/с. Щільність частинок ρ_ч = 2000 кг/м³, а коефіцієнт будь-якого опору

Кількість продуктів згоряння 19165 м³/ч, щільність димових газів 1,28 кг/м³, розміри робочого простору печі 3,55 x2,0 м², температура диму в кінці печі 1223 К, температура диму в вертикальних каналах =1198 К, падіння температури диму в рекуператорі ∆Т_р = 450 К. Температура диму перед трубою .

Рис 2.2

Розрахунок втрат тиску в димовому тракті

Втрати тиску у вертикальних каналах складаються з втрат на тертя, у опорах (поворот на 90° і зміна швидкості потоку при виході в канали) і на подолання геометричного тиску .

Швидкість руху газів в кінці печі складе

v₀= 19165 / 3600 • 3,55 • 2 = 0,75 м/с.

Швидкість руху в вертикальних каналах приймаємо рівною

v₀^верт = 2,5 м/с.

Тоді площа перерізу кожного каналу

F_кан= 19165/3 • 3600 • 2,5 = 0,7 м².

Розміри вертикальних каналів приймаємо наступними: довжина h = 1 м, ширина в = 0,8 м і висота Н_верт= 3 м. Тоді наведений діаметр

d_пр=4F / П = 4·0,8·1,0 / 2(1,0+0,8) = 0,89 м.

Втрати тиску на тертя

Па

де для цегельних каналів λ =0,05;

T_д^верт 1198 К- середня температура в каналі.

Втрати тиску при повороті на 90 ° зі звуженням

де ξ = 1,7 (дод. 1, № 7 ) для випадку = 3·0,8/3,55 =0,67 і = 1,0/3,55 = 0,28.

Втрати на подолання геометричного тиску

де ρ_во = 1,29 г/м³ – щільність повітря при Т₀ =273 К та тиску 101,3 кПа.

Сумарні втрати тиску у вертикальних каналах

∆р^верт= 2,96 + 2,74 + 26,73 = 32,43 Па.

Визначаємо втрати тиску при русі димових газів від вертикальних каналів до рекуператора, які складаються з втрат при повороті на 90 ° зі зміною перерізу з вертикальних каналів у борів, втрат на тертя і поворот на 90 ° в борові без зміни перетину, тобто .

Швидкість руху диму в борове приймаємо _бо = 2,5 м/с. Перетин борова F_б = V_д/3600·_бо = 19165/3600·2,5 = 2,13 м².

Ширину борова зберігаємо рівною довжині вертикальних каналів b=1,0 м. У цьому випадку висота борова h_b = 2,13/1,0 = 2,13 м.

Наведений діаметр борова d_н=4F / П = 4·2,13/2·(1+2,13) = 1,36 м.

Приймаємо падіння температури диму рівним 2 К на 1 м довжини борова. При довжині борова від вертикальних каналів до рекуператора 11 м падіння температури диму дорівнює 22 К. Температура диму перед рекуператором Т¹_р1= 1198 - 22 = 1176 К.

Середня температура диму в борове Т_б^б=(1198+1176)/2 = 1187 К.

Втрати тиску на тертя

Втрати тиску на вході у боров

де ξ = 0,8 для випадку b₂/b₁ = 2,13/08 = 3,04 (тут b₂ = h_б = 2,13; b₁= b) та h / b₁= 1,0 / 0,7 = 1,42 (див. дод. 1, №7). Значення ξ знаходиться інтерполяцією, вважаючи лінійний характер зміни коефіцієнта місцевого опору між двома сусідніми значеннями.

Втрати тиску при повороті борова на 90 °

де ξ = 1,25·1,0·0,95 = 1,19 для h / b =2,13 (див. дод. 1, № 6).

Сумарні втрати тиску на ділянці від вертикальних каналів до рекуператора

∆P₁^б = 7,03 + 14,04 + 20,70 = 41,77 Па.

Втрати тиску в рекуператорі складаються з втрат при раптовому розширенні на вході, втрат при раптовому звуженні на виході з рекуператора і втрат тиску при поперечному змиванні димом шахового пучка труб.

Розміри камери для установки рекуператора рівні 1,4x2,5 м²_, діаметр труби d = 57 мм, S₁=S₂=2d. Температура диму на вході в рекуператор = 1176 К, на виході Середня температура диму в рекуператорі Тр = (1176 +726) / 2 = 951 К. Швидкість руху диму в рекуператорі прийнята рівною ₀^p = 4 м/с. Число рядів труб по глибині пучка n = 14. Втрати тиску при раптовому розширенні (зміна швидкості) при вході в рекуператор:

де ξ = 0,152 (дод. 1, №2) для F₁/F₂ = 1·2,13/(1,4·2,5)=0,61.

При поперечному омиванні димом шахового пучка труб (дод. 1, №9)

= 1,0·0,86·12,26(14+1) = 158,15 Па,

де C_s=1 (для S₁ /d = S₂/ d = 2);

C_d = 0,86 (для d = 57 мм);

∆Р_гр = 12,26 Па (для t_р = 678°С та дійсної швидкості _р = 4·951/273 = 13,93 м/с).

Втрати тиску при раптовому звуженні на виході з рекуператора

де ξ = 0,26 (дод. 1, №4) для випадку F₂ / F₁ = 1,0·2,13/1,4·2,5 = 0,61, а швидкість руху диму в камері рекуператора за трубами ₀^р = 19165/(3600·1,4·2,5) =1,52 м/с.

Втрати тиску в рекуператорі

∆Р^рек =2,62 + 158,15 + 1,02 = 161,79 Па.

Визначимо втрати тиску на ділянці від рекуператора до шибера. Приймаються падіння температури диму на цьому відрізку 1,5 К на 1м довжини борова (довжина борова 6 м). Тоді середня температура диму на цій ділянці Т_д = (726+717)/2 - 721,5 К.

При тому ж перерізі борова, що й до рекуператора, втрати на тертя складуть

Загальні втрати тиску при русі продуктів згорання від робочого простору до шибера

Па.

Розрахунок висоти димової труби. необхідної для створення тяги

Знаходимо площу перерізу гирла труби, приймаючи швидкість руху диму в гирлі дорівнює 3 м/с.

F₂=V_д/v_0,2 = 5,32/3,0 = 1,77 м².

Звідси діаметр гирла

м.

Діаметр основи труби знаходимо із співвідношення d₁ = 1,5 d₂ , тобто d₁ = 2,25 м.

Швидкість руху димових газів в підставі труби

м/с.

Дійсне розрядження, створюване трубою, має бути на 20-40% більше втрат тиску при русі димових газів, тобто

= 1,3·238,39 = 309,82 Па.

Для визначення температури газів в гирлі труби за графіком на рис.3.3 орієнтовно приймаємо висоту труби Н = 40 м. Падіння температури для цегляної труби приймаємо рівним 1,0-1,5 К на 1м висоти труби: ∆Т = 1,25·40 = 50 К. Тоді температура газів в гирлі труби дорівнює Т_г2 = 717 - 50 = 667 К, а середня температура газу

К.

Середній діаметр труби

Тоді

Середня швидкість руху димових газів в трубі

υ̅₀ = V_д / F = 5,32/2,76 = 1,93 м/с; λ_к.тр. = 0,05.

Підставивши отримані значення у формулу, отримаємо