Расчёт холодильной установки

 

Собираются  из шамотных блоков с каналами для  прохода воздуха. Для основной установки  выбираем блоки марки Б-1, как наиболее распространенные. Каждый блок имеет  четыре отверстия прямоугольного сечения и опорные буртики.

Блоки устанавливаются  так, что их отверстия образуют сплошные вертикальные каналы, по которым снизу вверх проходит воздух. Продукты сгорания движутся между блоками в горизонтальном направлении.

 

1. Расход газа на отопление печи:

                                                                                         [см. гл.3]

2. Расход воздуха на 1 м³ топлива:

                                                                   [Табл. 1]

3. Расход газа, подаваемого в рекуператор без учёта потерь:

          

4. Потери газа в рекуператоре:

где

- для керамических рекуператоров, работающих с прососом воздуха – утечке газа.

5. Расход газа, подаваемого в рекуператор:

6. Определяем расход продуктов сгорания перед рекуператором:

где m – коэффициент, учитывающий потери продуктов горения в печи и боровах до рекуператора;

; Принимаем ;

- присос газа (воздуха) в долях  от количества продуктов горения;

; Принимаем

где - объём продуктов сгорания [Табл.1]

 

 

Для газоплотных  рекуператоров тепловой баланс составляет с учётом 10% потерь тепла в окружающую среду:

где    и - средние изобарные объёмные теплоёмкости в интервале   

температур  от 0^oC до соответствующей температуры,

стоящей произведении;

, - начальная и конечная температуры продуктов сгорания на входе и выходе из рекуператора,^oC;

, - начальная и конечная температуры воздуха на входе и выходе из рекуператора,^oC;

- расход продуктов сгорания, м³/с;

- расход воздуха, м³/с;

При проектировании нового рекуператора обычно задаются тремя температурами: начальной и конечной температурами воздуха -

, , а также начальной температурой уходящих газов: ;

                                         [см. раздел 1.1]

                                         [3, табл. 2.13 с.40]

Температуру уходящих газов после рекуператора получим  из уравнения:

 

где  

; 

                                                  

где - средняя изобарная теплоёмкость отдельных компонентов газовой смеси продуктов сгорания; [3, табл. 2.3, стр. 40]

- объёмные доли, продуктов сгорания [Табл. 1]

                                                                                              

Т.к. в нашем  уравнении две неизвестные величины, то мы решаем его методом последовательных приближений:

Принимаем

Погрешность:       - что допустимо.

 

Поверхность нагрева  рекуператора определяется из уравнения теплопередачи:

                                                          

где  - коэффициент теплопередачи, Вт/м²·к;

- средняя разность температур  уходящих газов и воздуха.

Средняя значение разности температур уходящих газов  и воздуха определяется как среднелогарифмическая  разность:

Для противоточного движения.

Для более сложных схем движения в формулу для нахождения вводится поправочный коэффициент, для нахождения которого сначала вычисляются вспомогательные величины:

   

    

По  и определяется поправки на которую умножаются .

 [5, рис. 4.2(а), стр. 145]

Коэффициент теплоотдачи  определяется по формуле:

Для блочных  рекуператоров:

где

- толщина стенки блока

- коэффициент теплопроводности  шамота, принимаем 

- коэффициент теплоотдачи от  стенки к воздуху или газу,

где

- скорость воздуха, приведённая к нормальным условиям,

- для керамических рекуператоров.  [1, табл. 3, стр. 26]

Принимаем 

 

 

Средняя температура  продуктов сгорания (дымовых газов):

Средняя температура  стенок рекуператора:

Средняя температура  воздуха:

Средняя разность температур стенки и воздуха:

Коэффициенты 

и определяем по :

,

С учётом шероховатости  стенки  

- коэффициент теплоотдачи от  дыма к стенке, (на дымовой стороне) .

Коэффициент теплоотдачи  конвекцией:

где

- эквивалентный диаметр дымового канала. [1, табл. 4, стр. 27]

- скорость сгорания (дыма). Принимаем  - для керамических рекуператоров. [1, табл. 3, стр. 26]

С учётом шероховатости  стенки:

Коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания топлива к стенке элемента поверхности нагрева определяется выражением:                                   [4, ф-ла 9.12,9.13, стр. 400]

где

 

- коэффициент лучеиспускания (приведённое  значение).

- степень черноты продуктов  сгорания.

 

 

Эффективная длина  луча:

    [1, табл. 4, стр. 27]

Для определения  степени черноты необходимо найти  парциальные давления СО₂ и Н₂О и по номограммам [4, рис. 4.6-4.8, стр. 138-140] определяем

                               

Количество теплоты от продуктов сгорания с учётом 10% потерь тепла в окружающую среду:

Площадь теплопередающей  поверхности:

Число блоков:  

где

- поверхность нагрева блока;

Принимаем

 

 

 

 

 

4.2. Трубчатый металлический рекуператор.

 

Трубчатые металлургические рекуператоры разнообразны по конструкции, но типизированы и составляются из труб различного диаметра с разным шагом. Наибольшее распространение получили рекуператоры прямотрубные, петлевые, дымотрубные системы Шака, двойной циркуляции.

Для всех типов  трубчатых рекуператоров коэффициенты подачи

и в зависимости от типа труб и их расположения вычисляется по различным формулам.

Для газоплотных  рекуператоров тепловой баланс составляется с учётом 10% потерь тепла в окружающую среду:

  [4.1]

где

 (по условию)

[3, табл. 2.13,стр. 40]

- расход газа, м³/с; [см. раздел 3]

Температуру уходящих газов после рекуператора находим  из уравнения:

 

где

- расход продуктов сгорания, м³/с;   [см. раздел 4.1]

- начальная и конечная  температуры продуктов сгорания  на входе и выходе из рекуператора,^oC; ;   [см. раздел 4.1]

Принимаем

Погрешность: - что допустимо.

Средняя значение разности температур для противоточного движения:

где 

    

 

Находим поправочные  коэффициенты:

   

    

 [5, рис. 4.2, стр. 145]

Среднее значение разности температур с учётом поправочного коэффициента:

Коэффициент теплоотдачи  определяется по формуле:

где

- толщина стенки

- теплопроводность стенки, при средней её температуре. Принимаем (материал трубы Ст. 08КП)  [2, табл. 6.6, стр.76]

Средняя температура  стенок рекуператора:

где

Коэффициент теплоотдачи  от дыма к стенке:

При

определяем коэффициент вязкости [4, табл. 9.5, стр. 394]

Режим движения дымовых газов:

где

[1, табл. 3, стр. 26]

 - внешний диаметр труб;

 

- режим вынужденного движения - турбулентный

Рассчитаем теплоотдачу от стенки к подогреваемому газу:

Определяем режим движение газа:

где

(принимаем) - внутренний диаметр трубки;

Принимаем

[]

Для температуры

определяем

4.3. Расчет  инжекционной горелки.

 

Инжекционные  горелки являются наиболее распространенным типом горелок с полным предварительным  смешением. Для отопления нагревательных и термических печей применяют  нормализованные инжекционные горелки следующих типов:

Н - для сжигания доменного газа и смесей доменного  и коксового газов с 

  и работы на холодном воздухе и холодном или подогретом (для газов )  газе до 300 ;

П – для сжигания доменного и смесей доменного  и коксового газов с 

при работе на подогретом воздухе и на холодном или подогретом газе;

В и ВП – для  сжигания природного, коксового, смесей природного и коксового, а также  других газов с высокой теплотой сгорания при работе на холодном воздухе и холодном газе.

Скорость истечения  газа из сопла:

где:  ф –  коэффициент истечения из сопла ф = 0,85;

Р_г, Т_г – давление и температура газа перед горелкой;

Т_г= 255ºС + 273 = 528 К

Р_г = 151.3 кПа – принимаем

ρ_ог= плотность газа перед горелкой [3cтр.449]

ρ_ог=0.5838 кг/м³

Р_о, Т_о – давление и температура окружающей среды

Р_о = 101.3 кПа = 1атм – атмосферное давление

Т_о =15ºС+273к=288к

ΔР_г= избыточное давление газа перед горелкой

ΔР_г= 50кПа – принимаем

 

Объемная кратность  инжекции ( отношение объёма смеси  к объему газа после истечения):

где: L_o - стехиометрическое количество воздуха для данного вида газа;

L_o =1.036625 м³ [табл1]

Т_В – температура подмешиваемого воздуха, К