Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла учеб. пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

20.10.2023

Размер:

7.92 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 / 2922 23 24 25 26 27 28 29 > Следующая >>>

Выполнив расчет поверхности нагрева керамического рекупера тора, приступают к ее компоновке. С этой целью вначале находят общее число элементов рекуператора

п = . F U

где п — число отдельных элементов поверхности нагрева;

fi — поверхность нагрева одного элемента (см. табл. 10.3

и 10.4), м2.

Затем в соответствии с принятыми в начале расчета скоростями аУг.ух и пув находят число элементов по ширине, высоте и глубине рекуператора. Живые сечения элементов керамических рекуперато ров приведены в табл. 10.1 и 10.2. В отдельных случаях, при не удачной компоновке поверхности нагрева, необходим пересчет реку ператора.

10.3.1.	Произвести конструкторский тепловой расчет секции радиационно-ко
вективного рекуператора (рнс. 10.3), установленного на методической нагреватель
ной печи. В качестве топлива служит коксодоменный газ с теплотворной способ
ностью Qn1’=2200 ккал/нм3 при коэффициенте избытка воздуха а =			1,1. Диаметры
наружной и	внутренней обечаек рекуператора соответственно		равны 1600
и 1500 мм.
Расход топлива на печь
где	ß = 3 -8 ,7 • ІО3 нм3/ч	(3-2,42 нм3/сек),
	В і = 8,7-ІО3 нм3/ч	(2,42 нм3/сек).

Часовые расходы воздуха и продуктов сгорания через секцию рекуператора:

Ѵ в = В 1Ѵ0'а ^ іі =8,7 ■103■2,3 = 20-101 нм3/ч (5,55 нм3/сек)

Рг.ух — В , Ѵіа=1,/'

W yx= 8,7 -103■3,09= 27ІО3 нм3/ч (7,5 нм3/сек).

Также заданы температуры первичного и вторичного теплоносителей

tr.yx= 1000, //= 2 0 , /„" = 500° С.

Живые сечения для прохода воздуха п газов

fB= 0,245 и fr.yx— 1,77 м2.

Средняя скорость воздуха в рекуператоре

		20+500
	8,7-ІО3	273-1--------------
wB—	8,7-ІО3	2
wB—	---------------2,3	--------------------- = 44 м/сек.
	3600-0,245	273

где IVа=м =2,3 нм3/нм3 (табл. 3.1).

14*

211

С р е д н я я		с ко р о сть		п р о д у к т о в		с го р а н и я
						273+		1000+600
				8,7-ІО3		273+
		uJr.yx —		8,7-ІО3					- =16,5 м/сек,
					■3,09 ■			273	- =16,5 м/сек,
				3600-1,77				273
4	К,-=3,09		нм3/нм3 (табл. 3.1).
где	К,-=3,09		нм3/нм3 (табл. 3.1).
і = 1
Температурой t " T.ух, равной 600° С,							предварительно задаемся.				(соответ-
Находим средние объемные изобарные теплоемкости с'рп и сР'											(соответ-
ственно при температурах)
/„ =	20+500		=260	_	533)	_	1000+600		-
/„ =	- -	"	=260	(Гп =	533)	и + Ух = ----- ------ =			800°С (7’г.ух= 1073° К):
	2
	с..'рвРВ =0,313 (табл.				8.2) и сР'		=0,367 ккал/нм3-0С (табл. 8.1).
В соответствии с ууравнениями (10.11)								и (10.12)	рассчитываем	водяные эквн-
валенты:					8,7-103 - 2,3
					8,7-103 - 2,3		-0,313=1,74 (7,3)
				1 1 + = ------			-0,313=1,74 (7,3)
					3600
	И7ГѴІ=		8,7-103-3,09
	И7ГѴІ=		-----------------0,367 = 2,82 ккал/0 С-сек (11,8 кдж/° К ■сек).
			3600
Выбираем значение г\| = 0,85,						тогда
					И+.ух			2,82
				11 ---------- = 0 ,8 5 --------- = 1,38.
					U+			1,74
Средняя длина луча для данного случая может быть принята
						/ =	1,5 м.
Поправка			на коэффициент			расхода		воздуха	а находится	по	графикам
(рис. 10.4):						о =	0,93.
Приведенная длина луча						о =	0,93.
Приведенная длина луча

/а= 1,5-0,93= 1,39 м.

Парциальные давления углекислоты и водяных паров, содержащихся в ды мовых газах,

	0,38		0,48
р с о , = --------=0,123 и р н ,о =			=0,155 ата.
2	3,09	2	3,09
Произведения p l a запишутся так:
	(p la )co 2 = 0, 123-1,39 = 0,171;
	(pla) и 2о =	0,155-1,39 = 0,215 ата-м.
Для средней	температуры	дымовых газов	/г.ух= 800°С ( Т г . у х = 1073° К)

212

н а х о д и м зн ач ен и я е с о ,, е н „ о н ß	(рис. 5.1— 5 .3 ):
есо2 = 0,13;	ен,о = 0,185 и ß = 1,08.

Степень черноты продуктов сгорания в области рекуператора

ег.ух = 0,13+1,08-0,185 = 0,33.

Находим величины:

Т г.уу = 273+800 =1073; -

-800+260

7'ст = 273Н------- -------

=803° К.

По формуле (10.15) рассчитываем коэффициент теплоотдачи излучением от газов к стенке внутренней обечайки рекуператора

Г /	1073 \ 4	/	803	\ ‘ 1	J
L \	100	/	V	100 /	J
а л = 4 -0,33 --------------------------------------	800	-530		= 9 6	ккал/м-'Ч0С (ПО вт/мг-° К).
	800	-530
Выполняем оценку режима движения дымовых газов в рекуператоре
			Re=	-----------16,5-1,5	,
				V

где V — коэффициент кинематической вязкости продуктов сгорания при 7г.ух= =800° С, ѵ = 135-10-° (табл. 10.5).

Т а б л . 10.5. Коэффициент кинематической вязкости продуктов сгорания среднего состава

Температура /, ° С	V• 10е, м2/ч
100	20
200	30,2
300	43,4
400	57,1
500	72,5
600	92
700	112
800	132
900	152
1000	174
1100	197
1200	221

Выполнив подстановку, запишем

R e =	16,5-1,5-10°
	-----------------=0,19- 10е.

213

Как видим, режим движения — турбулентный.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке рекуператора выби

раем в соответствии с графиками (рис. 10.5)
ак = 20,8 ккал/м--ч-° С (24,1	вг/лі2-°К)	(при/г.ух=	800° С,
Фг.ух= 16,5 м/сек и	гіэ=1500	лыі (1,5 и/)).
Эффективный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания топлива

Sccr.yx; = 96+20,8= 116,8 ккал/м2-ч-° С (134 вт/м2-°К).

Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки рекуператора к на греваемому воздуху. Используя выражение (10.18), запишем

Nu/ = 0,023Re/°'s Pr/0'4.

Находим

44-0,83

Re/---------

где

4-0,245-4

*/ = 260°С; d3= -----------------=0,83 .я;

3,14-1,5

ѵ = 42,8-ІО-6 м2/сек (табл. 10.6) при 1В=260°С (ГВ= 553°К).

Т а б л . 10.6. Коэффициент кинематической вязкости сухого воздуха

Температура	/, ° С	ѵ-10в, м2/сек
0		13,7
20		15,7
40		17,6
60		19,6
80		21,7
100		23,78
150		29,55
200		35,82
250	'	42,8
300		49,9
350		57,5
400		64,9
- 500		80,4
600		98,1
800		137
Выполнив подстановку, запишем
Re =	44-0,83-10е	= 0,853-106.
Re =	42,8	= 0,853-106.
	42,8

214

К р о м е того ,	Р г / = 0,722. П ер еп и сы в аем :
	lg Nu/ = lg 0,023+0,8 lg 0,85310G+0,4 lg 0,722;
	lg Nu/ = -1,64+4,74-0,056 = 3,044;
Таи как		Nu/=1107.
Таи как		ad0
		ad0
	Nu/ =		’
TO		X	’
TO	1107-3,42
	1107-3,42	ккал/м2-ч-° C (52,8 ет/м2-0 К).
a = ------------ =45,6		ккал/м2-ч-° C (52,8 ет/м2-0 К).
	100-0,83
В соответствии с выражением		(10.14) определяем коэффициент теплопередачи
рекуператора	45,6-116,8
k =	45,6-116,8			вт/лі2-°К).
k =	-----------------=32,8 ккал/м2-ч-° С (38			вт/лі2-°К).
	45,6+116,8
Безразмерная температура
	0 в =	500-20
	0 в =	— :--------- =0,49.
		1000—20
		W,г.ух	= 1,38,	по графикам (рис. 10.9)
Используя значения 0'в= 0,49		и т) ■ W,	= 1,38,	по графикам (рис. 10.9)
определяем приведенную поверхность рекуператора
		kF
		= 0,86.
Подставляя значения k и И7„, будем иметь
	0,86-1,74-3600		164 м2.
	F = --------------------- =		164 м2.
		32,8
Высота секции рекуператора
		1,64
	1 = -------------=34,8 м.
	3,14-1,5
В заключение нужно отметить, что принятая ранее компоновка поверхности
нагрева секции рекуператора вполне устраивает.
10.3.2.	Рассчитать поверхность нагрева рекуператора для подогрева домен
ного газа с теплотворной способностью QHp=890 ккал/нм3. Трубчатый подогрева
тель топлива установлен за воздушным рекуператором.				Причем температура про

дуктов сгорания топлива перед газовым рекуператором /г.ух= 680°С. Температуры доменного газа до и после рекуператора соответственно равны 20 и 300° С.

Расход доменного газа через рекуператор составляет Кг=8000 нм3/ч. Коэф фициент избытка воздуха перед газовым рекуператором а=1,35.

Предварительно выбираем двухсекционный петлевой трубчатый рекуператор, состоящий из пучка коридорно расположенных труб 57/49 мм. Число рядов труб по ходу и поперек хода дымовых газов соответственно равно 14 н 22. Продольный и поперечный шаг принимаем одинаковым и равным 100 мм (si = S 2=100 мм).

215

Р а с х о д п р о д у к т о в сго р ан и я

	Рг.Ух =	y j	Ѵі -8000= 1,825-8000= 14600 им3/ч			(4,07 нм3/сек).
	і	= 1
	Задаемся скоростями доменного газа и продуктов сгорания топлива щ,.= 7,6
и wr.yx = 2 м/сек.
	Подсчитываем средние температуры доменного газа и дыма						в области реку
ператора:
-	20+300		-	_	680+500	-	863°К))
+ =	------------ =160		(Гг= 433)	и /г.ух=	------ =590°С	(7',.ух =	863°К))

где температурой дымовых газов /"г.уХ предварительно задаемся, она равна 500° С (//3 К ).

Выбираем теплоемкость:
		с / =0,33		и	с /	=	0,365 ккал/нм3■° С.
			г		г.ух
Рассчитываем водяные эквиваленты:
				U+=	8000-0,33
				U+=	-------------3600			=0,735
					-------------3600
	И7г.уХ=		14600-0,365			ккал/° С-сек (6,2 кдж/° К.• сек).
	И7г.уХ=		------------	=1,48		ккал/° С-сек (6,2 кдж/° К.• сек).
Принимаем іу =			0,85, тогда
			0	П+.ух	= 0,85			1,48
			0	lt+	= 0,85		---------	= 1,72.
По формуле				lt+			0,735
По формуле
і"	_і	___	t r —l/	=	680	300-20
Lг.ух — іг.ух				=	680			=517° С (Г"г.уХ= 790°К).
			П+.у.Х					1,72
Следовательно,			Wr
Следовательно,			-	680+517
			-	680+517			- 600° С (873° К ).
			+ ух -	-------------			- 600° С (873° К ).
Как видим, вносить поправку на ср'							в связи с изменением /г.уХ нет нужды.
К дальнейшему расчету принимаем /г.уХ=							600° С (873° К).		10.2):
Средняя длина луча со стороны продуктов сгорания (табл.									10.2):
			/ =	3,5+	/ =	3,5-0,057 = 0,2 м.
Поправка		на	коэффициент		избытка			воздуха (а=1,35)	в соответствии
с рис. 10.4 п= 0,86.
Приведенная длина луча
				/а =	0,2-0,86 =			0,172 м.

Определяем парциальное давление углекислоты и водяных паров, содержа щихся в продуктах сгорания топлива, при а=1,35:

216

	рсо	0,382
	рсо	= --------=0,214
	2	1,82
	it	0,045
	рн,о =	0,045
	рн,о =	-------- =0,025 ата.

-1,82

Произведения pla запишутся:

(р[а) с0 о = 0,214 • 0,172 = 0,0368

(pla) и 2о = 0,025 • 0,172 = 0,0043 ата■м.

Для средней температуры дымовых газов + Ух= 600°С (873° К) находим значения (рис. 5.1—5.3):

есо„ = 0,085; еи 2о = 0,016; ß = 1,0.

Степень черноты продуктов сгорания в области рекуператора

ег.у* = 0,085+0,016 = 0,101.

Находим величины Тг.у% и Гст, используя формулы (10.16) и (10.17):

TV.ух = 273+600 = 873

TcT = 273-f

Коэффициент теплоотдачи излучением а л от газов к стенке трубки рекупе ратора

а л = 4-0,101	= 49,5 ккал/м--ч-° С (57,5 вт/мг ° К).
	600-160

Совершенно очевидно, что в области рекуператора течение дымовых газов — турбулентное. В связи с этим коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке пучка выбираем по рис. 10.6

a,t= 38 ккал/мг-ч-° С (44 вт/мг-° К).

Эффективный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубки пучка

2 а г ух = 49,5 + 38 = 87,5 ккал/м2-ч-°С (101,5 вт/м--° К).

Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией от трубки к нагреваемому доменному газу (рис. 10.8)

а к= 29 ккал/м2-ч-° С (33,6 ег/и(2-°К)'.

Коэффициент теплопередачи рекуператора

217

Р а с сч и ты в а ем б е зр а зм ер н у ю т е м п е р ат у р у
300-20	0,425.
#г= --------- =	0,425.
680-20
ІРг	= 1,72, по графикам (рис. 10.11)
Используя значения дг=0,425 и г]	= 1,72, по графикам (рис. 10.11)
IK-

выбираем относительную поверхность нагрева рекуператора

= 0,65.

11+

Подставляя к и И+, будем иметь

0,65-0,735-3600

F =

= 79 ж2.

21,8

В соответствии с принятыми значениями d, si и Sa, а также wr и гог.ух можно найти число и длину отдельной трубки рекуператора.

10.3.3. Определить температуру подогрева воздуха в чугунном рекуперат ном воздухоподогревателе (рис. 10.1). Рекуператор собран из элементов с одно сторонними иглами. Длина элемента 1385 жж. Живые сечения для прохода воздуха

ипродуктов сгорания соответственно равны (рис. 10.2 и табл. 10.1) 0,008-20=0,16

и0,067-10 = 0,67 мг. Скорости воздуха и газов 6 и 3 м/сек. Температура дымовых

газов /г.ух=900, а воздуха /в = 20° С. Общая поверхность нагрева рекуператора составляет 0,425-40=17 м2.

Коэффициент избытка воздуха с учетом присосов равен 1,35. В качестве топ лива используется природный газ с теплотворной способностью 8350 ккал/нм3.

Для температур /„' = 20 и /г.ух = 900°С выбираем по табл. 8.1 и 8.2,

Ср' =0,30 и с? =0,366 ккал/нм3-0С.

вг.ух

Определяем водяные эквиваленты:

\ѴВ=	0,16 -6 -0,30 = 0,288		и	117г.ух =	0,67-3-0,366=0,735.
Принимая г)= 0,85, записываем
	■п	И+.уХ		0,735	=	2,15.
		=	0,85		=	2,15.
		11+		0,288
Средняя длина луча дымовых газов
где		/ = 3,5do=	3,5 • 0,1 = 0,35			At,
где		4(64-217)
		4(64-217)		= 99 мм (0,09 ж);
		2(64+217)		= 99 мм (0,09 ж);
		2(64+217)
		da =		0,1 м.
Подставляя,	будем иметь
		/=3,5-0,1=0,35 м.
Поправка на	коэффициент расхода			воздуха		определяется в соответствии
с рис. 10.4:		а =0,74.
		а =0,74.

218

Т о гд а

	/ц = 0 ,35-0,74 = 0,26 м.
Находим парциальные давления			углекислоты и водяных паров (QHp= 8350
и <1=1,35):	0,62			1,72
рсо„ =		и	рн,о =
	-------- =0,05			------ — =0,138 ага.
2	12,49		2	12,49
Определяем произведение:
и	(р М с о 2 =		0,05-0,26 =	0,0013
	(pla) н,о =	0,138-0,26=0,036 ата-лг.

Полагая, что дымовые газы на выходе из рекуператора имеют температуру ^/,г.ух = 700° С (973° К), для средней температуры газов

-900+700

fr.y x = ----- -------

= 800°С (1073°К).

По графикам (рис. 5.1—5.3) находим

есо2 = 0,016, ен2о=0,066 и ß = 1,1;

8г= 0,016+1,Р0,066=0,088.

В первом приближении рассчитываем температуры tr.yx и t cт. С этой целью задаемся температурой воздуха на выходе из рекуператора

^„"=400° С (673° К).

Тогда

Тг.ух=-273+800= 1073

20+400

800-

Гст= 273-

= 778° К.

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от газов к стенке элемента рекуператора

Г /	1073	,4	/	7		Я	\ Ч
Г /	1073	\ 4	/		778		\ Ч
4-0,088 ( --------		-	( --------
L \	1 0 0	/ \		1 0 0		/	J
ал =	1073—778						= 9,2 ккал/.н2■ч■° С (10,7 вт/мп~-° К).
	1073—778

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания топлива к стен ке элемента рекуператора выбираем по рис. 10.15

а к= 25 ккал/м2-ч-° С (29 ог/,ч2-° І<+

Эффективный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке рекуператора

2 dr.ух= 25+9,2=34,2 ккал/м--ч-° С (39,7 вг/лі2-°К).

Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки элемента к воздуху

(рис. 10.16)

а = 8 0 ккал/мг-ч-° С (92,7 ег/иі2-°К).

219

К о эф ф и ц и ен т	теп л о п ер ед ач и р ек у п ер а то р а
к =	34,2-80	,	„
к =	-------------=24,0	ккси/м--ч-° С (27,8 вт м - °	К).
	34,2+80
Относительная поверхность нагрева теплообменника
	kF	42-17
	------=	------------------ =0,4.
	Ж„	0,288-3600

Рис. 10.15. К выбору коэффициента теп	Рис. 10.16. К выбору коэффициента
лоотдачи конвекцией от дымовых газов	теплоотдачи конвекцией от стенки
к поверхности игольчатого рекуператора	элемента игольчатого рекуператора

(одностороннее оребрение).		к воздуху (одностороннее оребрение).
		kF	Wr.yz
По графикам (рис. 10.11), используя значения------=0,4 и т)----------- =2,15,
		Ц7Д	Жд
находим безразмерную температуру Од= 0,32.
С другой стороны:		*„"-20
Од =	---------- ;	*„"-20
Од =	---------- ;	0,32==-------- ;
	*г.ух-/„'	900-20
*„"=0,32(900-20) +20 = 302° С (Г„"= 575° К).
Таким образом, -в первом приближении температура воздуха на выходе из
рекуператора	/д"= 302°С (7Ѵ'=575° К).
	/д"= 302°С (7Ѵ'=575° К).
Рассчитываем температуру
	302-20
*"г.ух=900----------=769° С (7’"г.ух=1092° К).
	2,15
Как видим, значения	"г. и „"	существенно отличаются	от принятых.
В связи с этим рассчитываем температуру *„".

220

<<< < Предыдущая 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 / 2922 23 24 25 26 27 28 29 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ