Расчет дымового тракта

 

 

                                 Рис.3. Потери тепла через кладку свода

Тепловое  сопротивление пода больше, чем стен. Отсюда можно принять  удельные потери через под 0,75 от потерь через стены, т. е.:

     Расчётная поверхность пода:

      Потери тепла через под:

     Общие потери тепла через кладку  сварочной и томильной зон:

  Потери тепла излучением.

  Излучением  тепло теряется в основном  через окно посада и выдачи  металла.

Принимаем, что окно посада открыто всё время (j₁=1) на h₁=0,3 м, а окно выдачи открывается периодически на h₂=0,5 м. Доля времени открытия j₂=0,2.

     Площадь открытия окна посада:

     Площадь открытия окна выдачи:

     Толщина кладки стен S_ст=0,464 м.

Коэффициент диафрагмирования окна посада Ф₁=0,4 и выдачи Ф₂=0,5 [5. рис.1].

     Температура газов:

• у окна посада t_г1=t_у=1000 ^оС;
• у окна выдачи t_г2=t¢_т=1300 ^оС.

     Потери тепла через окно посада:

     Потери тепла через окно выдачи:

     Общие потери тепла излучением:

     Потери тепла с охлаждающей водой.

     В табл.1 [3]  указаны водоохлаждаемые элементы методических печей и потери в них.

     Расчётом определяем только потери  в продольных и поперечных  трубах, так как это составляет 80-90% от всех потерь. Остальные  потери учитываются увеличением  полученных потерь в трубах  на 10-20%.

      В связи с ненадежностью службы  существующих конструкций теплоизоляции  подовых труб, расчет тепловой  мощности печи, системы газоходов,  горелочных и тягодутьевых устройств  и другого оборудования, производится, для условий работы печи, без  теплоизоляции подовых труб.

     Максимальное расстояние между  продольными трубами:

     С учётом запаса прочности  расстояние между трубами принимаем  на 20-30% меньше максимального:

     Диаметр подовых труб: 133´22 мм.

     Количество продольных труб:

где l_з – длина заготовки, м.

     Принимаем n_пр=6 шт.

     Свешивание заготовки:

     Общая длина продольных труб:

     Поверхность нагрева продольных  труб:

     Плотность теплового потока принимаем  равной q_пр=100, [3.табл.1].

     Потери тепла с охлаждающей  водой:

     _{Поперечные трубы.}

     Принимаем конструкцию сдвоенных  по высоте поперечных труб. По  длине сварочной зоны и 1/3 методической  расстояние между поперечными  трубами принимаем равным 2,32 м.  На остальной части длины методической  зоны продольные трубы опираются  на продольные стенки. У окна  посада, на внутренней стороне  дымового канала,  имеется, кроме  указанных выше, одна сдвоенная  по высоте поперечная труба.

     Количество сдвоенных поперечных  труб:

     Принимаем n_пп=6 шт.

     Длину одной сдвоенной поперечной  трубы принимаем равной ширине пода В=10,5 м.

     Общая длина поперечных труб:

     Поверхность нагрева поперечных  труб:

     Плотность теплового потока принимаем  равной q_пп=155, [4.табл.1].

     Потери тепла с охлаждающей  водой поперечных труб:

     Общие потери с охлаждающей водой подовых труб:

     Потери тепла с охлаждающей  водой всех водоохлаждаемых элементов  печи без теплоизоляции подовых  труб:

_{То же, с учетом теплоизоляции подовых  труб}

                            

     Количество охлаждающей воды  при допустимом её нагреве Dt_в=10¸15^оС:

При отсутствии теплоизоляции подовых труб

_{То же, с учетом теплоизоляции подовых  труб}

                           

Неучтённые  потери тепла:

_{То же, с учетом теплоизоляции подовых  труб}     

            

Общий расход тепла:

_{То же, с учетом теплоизоляции подовых  труб} 

   Приравнивая  расход тепла приходу, получим  уравнение теплового баланса:

Определим другие показателя для условий без теплоизоляции  подовых труб.

     Коэффициент полезного действия  печи:

     Удельный расход тепла:

 

Удельный  расход условного топлива:

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

Тепловой баланс печи (подовый трубы  без теплоизоляции)

Статья	Приход тепла		Статья	Расход тепла
	кВт	%		кВт	%
Химическое тепло  топлива Qx   Физическое тепло  воздуха Qфв   Тепло экзотермических  реакций Qэ	70899,6     11258,25     2165,83	84     13,33     2,67	Потери тепла  с окалиной Qo   Потери тепла  с уходящими газами Qфу   Потери через  кладку Qк   Потери тепла  излучением Qл   Потери с охлаждающей  водой Qбв   Неучтённые потери Qбн   Расход тепла  на нагрев металла Qм	650,57     39594,19     1360,26       248,08   14511,99     1615,63     26388,35	0,78     45,89     1,64     0,3   17,53     1,96     31,89

Всего:                      84323,68    100                                            84368,98     100

 

Потери  тепла с охлаждающей водой  всех водоохлаждаемых элементов  печи с учётом теплоизоляции приведены  в приложении 1.

Расход воздуха:

     Расход продуктов горения:

4. Выбор горелочных устройств.

 

Для данной методической печи используем горелки  типа “труба в трубе”.

     Примем следующее распределение  тепла по зонам печи [8]:

Томильная зона – 20%;

Сварочная зона: – 80%;

     - верхняя – 35%;

                         - нижняя – 45%.

Число горелок  в каждой зоне:

_{где Sг – шаг горелок [8], м;}

       _{k – число рядов горелок.}

 Пропускная  способность одной горелки по  газу:

• томильная – 0,148 м³/с;

Давление  газа принимаем 4 кПа, для воздуха  – 0,5 кПа.

      Томильная зона.

      Расход воздуха на горелку:

     _{Расчётный расход  воздуха:}

    где k =1,51 - определяется   по рис.6 [7].

   По  рис.5а [7] по расчётному расходу воздуха и давлению определяем тип горелок: ДНБ-200/d₂.

     Расчётный расход газа:

_{где kt – определяется из рис.6 [8];}

       _{kp=1,02, так как rг0=1 кг/м³.}

     _{При давлении 4 кПа  и расчётном расходе  газа d2=45, мм.}

_{Проверим  скорости в характерных сечениях горелки. По рис.8 [7] найдём скорости Wг²⁰=70 м/с и воздуха – Wв²⁰=25 м/c на выходе из горелки при t=20 ^оС.}

_{Действительные  скорости сред:}

 

_{Отношение скоростей:}

     _{Отношение скоростей  находится в пределах допустимого [7]. По табл.4 [7] определяем размеры горелки ДНБ-200/45.}

     _{Скорость газовой  смеси на выходе  из носика горелки:}

_{Скорости  движения сред в подводящих трубопроводах:}

 

_{Скорость  в воздуховоде  и газопроводе занижена по сравнению с рекомендуемой, поэтому можно сделать подводящие трубопроводы меньшего диаметра с переходом на 300 мм и 150 мм у горелок соответственно.}

 

 

 

_{Рис.4. Горелка  типа “труба в трубе” большой тепловой мощности.}

 

 

 

 

 

5. Расчёт керамического  рекуператора.

Расход продуктов  сгорания через рекуператор  ; расход воздуха ; температура воздуха на входе и на выходе соответственно и ; температура продуктов сгорания на входе .

Тепловой  поток через поверхность теплообмена 

где k – коэффициент теплоотдачи;

      Dt – средне логарифмическая разность температур между воздухом и продуктами сгорания;

      F – поверхность теплообмена.

Уравнение теплового баланса с  учётом утечек воздуха

,

где h=0,9 – коэффициент учёта потерь тепла в окружающую среду;

       n=0,1 – доля утечки воздуха.

Из этого  уравнения выражаем температуру  продуктов сгорания на выходе из рекуператора:

.

Примем  , тогда .

По формуле  получим: , тогда .

Расхождение небольшое, поэтому принимаем  .

Средне  логарифмическая разность температур:

.

Определение коэффициента теплопередачи от продуктов  сгорания к воздуху.

Согласно  рекомендации [4] скорость продуктов  сгорания и скорость воздуха при  нормальных условиях равны соответственно и .    

Продукты  сгорания движутся внутри рекуператорных труб.

Определение коэффициента теплоотдачи продуктов  сгорания.

                                            Теплоотдача конвекцией.

Температура, средняя по длине поверхности  теплообмена:

.

Число Рейнольдса:

где - скорость продуктов сгорания ;

       n - коэффициент кинематической вязкости при 866,7°С;

       d_Э – характерный геометрический параметр пространства, в котором происходит движение продуктов сгорания. При движении внутри рекуператорных труб d_Э = 0,144, м.

Так как  Re > 5000, то режим движения газов – турбулентный. Критерий Нуссельта для турбулентного режима:

где Pr – число Прандтля при 866,7°С.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

,