Тепловые расчеты нагревательных печей
Тепловой баланс печей, теплоиспользующие и топливосжигающие устройства. Потери давления при движении жидкости в каналах и трубах. Оптимальная скорость потоков, подсосы и снижение температуры отходящих газов. Расчеты дымовой трубы нагревательных печей.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | учебное пособие |
Язык | русский |
Дата добавления | 12.05.2015 |
Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
- для шахматных пучков
, (2.33)
где - поправочный коэффициент, учитывающий величину шагов труб в пучке (тесноту расположения труб),
при
S1/S2 < 2
= (S1/S2)1/6,
При
S1/S2 ? 2
= 1,12;
- для коридорных пучков
, (2.34)
Где
= (S2/d2)-0.15.
В этих формулах определяющим размером является внешний диаметр труб пучка d2. Скорость потока подсчитывается по самому узкому поперечному сечению пучка. Все физические параметры и число Рrж выбираются по средней температуре теплоносителей. Исключение составляет число Prс, выбираемое по температуре стенки.
2.4 Расчет конечных температур теплоносителей
При поверочном расчете по заданным температурам теплоносителей на входе в теплообменник tг' и tх' и известным поверхности теплообмена F и коэффициенту теплопередачи К нужно определить конечные температуры теплоносителей и тепловую производительность рекуператора. В основе расчета лежат уравнения теплового баланса (2.3) и теплопередачи (2.4). Конечные формулы имеют вид:
для прямоточной схемы движения теплоносителей
; (2.35)
; (2.36)
для противоточной схемы движения теплоносителей
; (2.37)
. (2.38)
2.5 Расчет температур поверхности теплообмена
При тепловом расчете рекуператоров (особенно металлических) особый интерес представляет температура стен, которая зачастую находится на границе допустимых пределов. В общем случае температуру на поверхности цилиндрической стенки следует рассчитывать по формулам:
; (2.39)
, (2.40)
где tсг и tсх - температура поверхности стенки соответственно со стороны горячего и холодного теплоносителя, оС;
бг и бх - коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю, Вт/м2 К;
Fг и Fх - соответственно поверхности трубы со стороны горячего и холодного теплоносителя, м2;
dг, dх - диаметры трубы со стороны горячего и холодного теплоносителя, м.
Для плоской стенки уравнения (2.39) и (2.40) принимают вид:
; (2.41)
, (2.42)
где д - толщина стенки, м.
В случае тонких металлических стенок тепловым сопротивлением стенки д/л можно пренебречь (д>0 или л> ), формулы (2.41) и (2.42) имеют вид
. (2.43)
Библиографический список к п.2
1. Мастрюков Б.С. Теплотехнические расчеты промышленных печей. М.: Металлургия, 1972.
2. Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. Т.2 / Под ред. В.А. Кривандина. М.: Металлургия, 1978, 272 с.
3. Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи. М.: Металлургия, 1977. 464 с.
4. Металлургическая теплотехника. Т.1 / Под ред. В.А. Кривандина. М.: Металлургия, 1986.
3. ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Сжигание топлива в пламенных печах производят с помощью топливосжигающих устройств. Все топливосжигающие устройства делятся на горелки и форсунки.
Горелкой называется устройство, предназначенное для сжигания газообразного топлива и служащее для подготовки газовоздушной смеси и организации ее сжигания в топке или рабочем пространстве печи.
Жидкое топливо, применяемое для отопления печей, сжигается в распыленном состоянии. Устройство для распыления жидкого топлива и организации его подачи в топку или рабочее пространство печи называется форсункой.
3.1 Газовые горелки
Основные требования, предъявляемые к горелкам:
1) обеспечение полного сжигания топлива в пределах рабочего пространства;
2) обеспечение наивысшего уровня теплоотдачи к нагреваемым изделиям;
3) обеспечение необходимого диапазона регулирования расхода газа и воздуха, т.е. устойчивость горения в широком диапазоне производительности (нет отрыва и проскока пламени);
4) надежность и удобство эксплуатации;
5) минимальное гидравлическое сопротивление на пути газа и воздуха.
Горелки по способу приготовления газовоздушной смеси можно разделить на четыре основных типа:
а) без предварительного смешения топлива с воздухом (приготовление смеси происходит в период горения); их называют диффузионными или пламенными;
б) с частичным предварительным смешением;
в) с полным предварительным смешением (кинетические или беспламенные);
г) с неполным предварительным смешением газа и воздуха (атмосферные).
3.1.1 Горелки без предварительного смешения газа и воздуха (пламенные)
К этому типу относятся пламенные двухпроводные горелки и горелки типа "труба в трубе". Принципиальное устройство их представлено на рис.3.1-3.3. Это горелки низкого давления: давление газа в коллекторе 2,5 - 3,5 кПа. Они характеризуются раздельным подводом газа и воздуха. Смешение струй газа и воздуха начинается на расстоянии 30 - 60 мм от выходного сопла. Коэффициент расхода воздуха для горелок этого типа составляет 1,1 - 1,15.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 3.1 Горелки типа "труба в трубе" малой мощности для газов с низкой (а) и высокой (б) теплотой сгорания
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 3.2 Горелки типа "труба в трубе" средней мощности для газов с низкой (а) и высокой (б) теплотой сгорания
Рис. 3.3 Горелки типа "труба в трубе" большой мощности для газов с низкой (а) и высокой (б) теплотой сгорания
Процесс горения лимитируется скоростью смешения газа с воздухом. Они имеют длинный факел и их следует применять при отоплении крупных печей (мартеновских, стекловаренных и методических) при установке их с торца печи, чтобы избежать физического недожога топлива. Используют горелки без предварительного смешения также в радиационных трубах с целью получения растянутого факела
Недостаток данных горелок - принудительная подача воздуха и регулировка соотношения газа и воздуха, что усложняет установку горелок "труба в трубе" при значительном их числе.
Преимущества данных горелок следующие:
а) широкие пределы регулирования;
б) отсутствует опасность проскока пламени внутрь горелки;
в) возможность работы на подогретом газе и воздухе (температура подогрева ограничивается только стойкостью трубопроводов и их элементов и необходимостью предотвратить термическое разложение газа);
г) компактность и малые габариты;
д) область высоких температур удалена от кладки, что обусловлено растянутостью факела;
е) обеспечивается возможность концентрированного подвода теплоты при небольшом числе горелок высокой производительности.
3.1.2 Горелки с частичным предварительным смешением газа и воздуха
Способы улучшения смешения газа с воздухом заключаются в следующем:
а) увеличивают путь и время перемешивания газа с воздухом внутри горелки;
б) разделяют потоки газа и воздуха на мелкие струи, в результате увеличивается поверхность их соприкосновения;
в) направляют газ и воздух под углом друг к другу;
г) создают закручивание потоков газа и воздуха.
К такому типу пламенных горелок относятся турбулентные горелки (с закручиванием струи воздуха), показанные на рис.3.4, и видоизмененные горелки "труба в трубе", снабженные устройствами для улучшения предварительного перемешивания газа и воздуха. В горелках "труба в трубе" удлинен корпус, выходное сечение газового сопла удалено от носика и предусмотрен промежуточный диффузор - смеситель. Это приводит к уменьшению длины факела. Коэффициент расхода воздуха для таких горелок составляет 1,05 - 1,1.
Рис.3.4 Турбулентные горелки конструкции Стальпроекта
Горелки с улучшенным смешением могут работать на низком давлении газа и воздуха. Недостаток - необходимость принудительной подачи и регулирования воздуха. Применять следует в печах средних размеров (печи с выдвижным подом, термические печи) или крупных (методические, проходные) при установке по боковым сторонам печи или со свода.
3.1.3 Горелки с полным предварительным смешением газа и воздуха (беспламенные)
К горелкам с полным предварительным смешением относятся радиационные и инжекционные.
Отличительной особенностью радиационных горелок является наличие горелочного туннеля. Они бывают трех видов:
- с излучающей чашей; горелочный туннель имеет вид чаши, на поверхности которой происходит горение предварительно подготовленной смеси компонентов горения;
- панельные, это многотуннельные горелки: горение предварительно подготовленной смеси газа с воздухом происходит на плоской поверхности;
- плоскопламенные: горелочный туннель имеет криволинейный профиль для лучшего растекания и прилипания пламени к поверхности кладки (рис.3.5).
Рис.3.5 Плоскопламенная горелка ГПП
Принцип работы инжекционных горелок (рис.3.6) заключается в том, что газ подается под повышенным давлением (50 кПа) и при выходе струи из газового сопла в горелку инжектируется (засасывается) воздух. Приготовление смеси происходит в смесителе, при выходе из горелки смесь быстро сгорает, давая короткий высокотемпературный факел.
Преимущества инжекционных горелок:
1. Коэффициент расхода воздуха 1,0 - 1,05. При этом достигается наиболее экономичное сжигание газа, обеспечивающее высокую температуру горения, что важно при сжигании газов с низкой теплотой сгорания.
2. Короткий факел горения, что позволяет создать вблизи горелок зону достаточно высоких температур. Это особенно важно для печей с малым рабочим пространством (колпаковые, секционные, термические, нагревательные колодцы).
3. Количество поступающего воздуха строго пропорционально расходу газа, следовательно, не требуется принудительной подачи воздуха и регулировки соотношения газ - воздух. Конструкция печи упрощается, поскольку не требуются воздухопроводы. Для обеспечения равномерного нагрева возможна установка большого числа мелких инжекционных горелок.
Рис.3.6. Инжекционные горелки конструкции Стальпроекта:
а - тип Н; б - тип П; в - тип В
Инжекционным горелкам присущи следующие недостатки:
1. При работе на инжекционных горелках необходимы газоповысительные станции. Для доменного газа необходимо давление не менее 10 кПа, а для природного газа - не менее 50 кПа.
2. Ограниченные температуры подогрева воздуха или газа вследствие опасности самовоспламенения смеси внутри корпуса горелки.
3. Имеется опасность проскока пламени внутрь горелки.
4. Сложность конструкции и большие размеры горелок, что иногда препятствует их расположению в заданных габаритах печи. Так, инжекционная горелка такой же производительности, как и горелка типа "труба в трубе", в два раза больше по длине и по диаметру.
3.1.4 Горелки с неполным предварительным смешением газа и воздуха
Это так называемые атмосферные горелки. Отличительная особенность их состоит в том, что в первую ступень смешения воздух подается с коэффициентом расхода 0,6 - 0,8; остальной воздух до коэффициента расхода 1,1 поступает во вторую ступень смешения из атмосферы. Такой метод смешения воздуха с газом обеспечивает устойчивую работу горелок, т.е. без отрыва и проскока пламени в смеситель. Область применения - термические печи и для бытовых газовых плит.
3.2 Расчет газовых горелок
Выбор топливосжигающего устройства производится на основе расчета его основных размеров по пропускной способности и по заданному давлению топлива и воздуха.
Основным параметром горелки является скорость газо-воздушной смеси при ее выходе. Диаметр выходного сопла dн.г (диаметр носика горелки) является "калибром" горелки. По его размеру классифицируют горелки различных типов и конструкций.
Минимальная скорость газовоздушной струи в выходном сечении должна быть такой, чтобы не допускать проскока пламени внутрь горелки. Максимальная скорость зависит от конструкции горелки, от давлений газа и воздуха, от дальнобойности горелки, в свою очередь, связанной с требуемой длиной факела.
3.2.1 Выбор горелок типа "труба в трубе"
Горелки "труба в трубе" нормализованы Стальпроектом. При расчете этих горелок следует исходить из следующих положений:
1. Горелки могут работать при давлении газа, поступающего из сети, т.е. нет необходимости в специальных газоповысительных устройствах. Давление газа перед ответвлением около горелок можно принимать таким, кПа (мм вод. ст.):
для природного 4 - 6 (400 - 600);
для коксового 1,5 - 2 (150 - 200);
для доменного 1,5 (150).
2. Давление воздуха перед горелками принимается 2 - 3 кПа (200 - 300 мм вод. ст.).
3. Скорость газа внутри горелки на участке до выходного сопла примерно в два раза больше скорости в подводящем газопроводе, т.е. 20 - 25 м/с.
4. Общее сопротивление по газовому или воздушному тракту горелки составляет 1,5 - 1,7 скоростных давлений в выходном сечении соответственно газового сопла или воздушной коробки.
5. Скорость истечения газа из сопла (м/с) определяют по формуле
, (3.1)
где Р - давление газа в газопроводе перед горелкой, Па;
б - коэффициент, равный 1,5 - 1,7;
сг - плотность газа, кг/м3.
Скорость истечения газа из сопла не должна превышать 80 - 100 м/с.
6. Отношение выходных скоростей воздуха и газа должно быть
wв / wг = 1/2,
но не менее 1/3 - 1/4.
7. Скорость газовоздушной смеси в носике горелки при максимальном расходе газа и воздуха может составлять wн. г = 25 - 30 м/с; при определении низшей границы пропускной способности горелки минимальной следует считать скорость 4 - 5 м/с.
Горелки с улучшенным смешением нормализованы Стальпроектом и Теплостроем. При расчете этих горелок исходят из тех же положений, что и при расчете горелок "труба в трубе".
Для предупреждения проскока пламени минимальную выходную скорость газовоздушной смеси в носике горелки рекомендуется принимать не менее wн.г = 5 - 8 м/с. Во избежание отрыва пламени скорость вылета смеси из носика горелки не должна превышать wн.г = 20 м/с.
Нормализованные горелки типа "труба в трубе" разработаны двух видов: для газа с высокой теплотой сгорания от 10 до 35,5 МДж/м3 и для газа с низкой теплотой сгорания от 3,75 до 10 МДж/м3 и по мощности подразделяются на горелки малой, средней и большой тепловой мощности. Установочные размеры горелок типа "труба в трубе" приведены в табл.3.1.
Обычно известны тепловая мощность печи (или отдельной зоны) и число горелок, выбираемое по конструктивным соображениям.
Определив тепловую мощность одной горелки и зная теплоту сгорания газа, легко найти расход газа через горелку (пропускную способность горелки по газу). Количество воздуха, которое должно быть подано для сжигания газа, определяют из расчета горения топлива при заданном коэффициенте расхода воздуха и найденной пропускной способности горелки по газу.
Горелки обычно выбирают по графикам в зависимости от давления воздуха перед горелкой и требуемой пропускной способности по воздуху (рис.3.7). Графики построены для холодного воздуха (tв = 20оС). При подогреве воздуха горелку выбирают по расчетному расходу воздуха, определяемому по формуле:
, (3.2)
где ТВ - температура подогрева воздуха, К.
Таблица 3.1
Тип горелки |
dн.г, мм |
d1, мм |
d2, мм |
L1, мм |
L2, мм |
L3, мм |
|
Горелки малой мощности |
|||||||
ДНМ-20 |
20 |
1Ѕ" |
1Ѕ" |
95 |
177 |
- |
|
ДНМ-25 |
25 |
1Ѕ" |
1Ѕ" |
95 |
177 |
- |
|
ДНМ-30 |
30 |
1Ѕ" |
1Ѕ" |
95 |
177 |
- |
|
ДНМ-40 |
40 |
2Ѕ" |
2Ѕ" |
115 |
223 |
- |
|
ДНМ-50 |
50 |
2Ѕ" |
2Ѕ" |
115 |
223 |
- |
|
ДВМ-20 |
20 |
1Ѕ" |
1" |
95 |
177 |
- |
|
ДВМ-25 |
25 |
1Ѕ" |
1" |
95 |
177 |
- |
|
ДВМ-30 |
30 |
1Ѕ" |
1" |
95 |
177 |
- |
|
ДВМ-40 |
40 |
2Ѕ" |
2" |
115 |
223 |
- |
|
ДВМ-50 |
50 |
2Ѕ" |
2" |
115 |
223 |
- |
|
Горелки средней мощности |
|||||||
ДНС-60 |
60 |
80 |
1Ѕ" |
200 |
370 |
- |
|
ДНС-70 |
70 |
100 |
1Ѕ" |
200 |
473 |
- |
|
ДНС-90 |
90 |
125 |
1Ѕ" |
200 |
473 |
- |
|
ДНС-110 |
110 |
150 |
100 |
260 |
853 |
415 |
|
ДНС-130 |
130 |
200 |
100 |
260 |
853 |
415 |
|
ДНС-150 |
150 |
200 |
100 |
260 |
853 |
415 |
|
ДВС-60 |
60 |
80 |
1Ѕ" |
200 |
370 |
- |
|
ДВС-70 |
70 |
100 |
1Ѕ" |
200 |
370 |
- |
|
ДВС-90 |
90 |
125 |
1Ѕ" |
200 |
370 |
- |
|
ДВС-110 |
110 |
150 |
2Ѕ" |
260 |
473 |
- |
|
ДВС-130 |
130 |
200 |
2Ѕ" |
260 |
473 |
- |
|
ДВС-150 |
150 |
200 |
2Ѕ" |
260 |
473 |
- |
|
Горелки большой мощности |
|||||||
ДНБ-200 |
200 |
300 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДНБ-225 |
225 |
300 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДНБ-250 |
250 |
350 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДНБ-275 |
275 |
350 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДНБ-300 | |
300 |
400 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДНБ-300 || |
300 |
450 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДНБ-325 |
325 |
450 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДНБ-350 |
350 |
500 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДНБ-375 |
375 |
500 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДНБ-400 |
400 |
500 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДНБ-425 |
425 |
500 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДВБ-200 |
200 |
300 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДВБ-225 |
225 |
300 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДВБ-250 |
250 |
350 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДВБ-275 |
275 |
350 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДВБ-300 |
300 |
400 |
150 |
500 |
1075 |
555 |
|
ДВБ-300 |
300 |
450 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДВБ-325 |
325 |
450 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДВБ-350 |
350 |
500 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДВБ-375 |
375 |
500 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДВБ-400 |
400 |
500 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
|
ДВБ-425 |
425 |
500 |
250 |
600 |
1295 |
670 |
Основные размеры горелок типа "труба в трубе"
Размещено на http://www.allbest.ru/
Давление воздуха горелкой, кПа
Давление воздуха перед горелкой, кПа
Давление воздуха перед горелкой, кПа
Рис.3.7 Пропускная способность по воздуху горелок типа "труба в трубе" для газов с высокой (а) и низкой (б) теплотой сгорания
Диаметр газового сопла определяют по графику на рис.3.8 в зависимости от давления и необходимой пропускной способности по газу. Эти графики также построены для холодного газа (tг = 20оС) с плотностью сг= 1,0 кг/м3. Если параметры газа отличаются от принятых, то расчетную пропускную способность по газу определяют по формуле
, (3.3)
где Тг - температура подогрева газа, К;
сг - плотность газа, кг/м3;
Vг - расход газа при Тг = 293 К.
Давление газа перед горелкой, кПа
Рис.3.8 Пропускная способность по газу горелок типа "труба в трубе"
После выбора горелки проверяют скорости газа и воздуха на подходе к горелке и на выходе из нее. При определении скоростей удобно пользоваться графиком, приведенным на рис.3.9.
Рекомендуемые значения давлений и скоростей приведены в табл.3.2.
Давление перед горелкой, кПа
Рис.3.9 Скорость истечения газа и воздуха из горелки
Таблица 3.2 Рекомендуемые давления и скорости для горелок типа "труба в трубе" и турбулентных горелок
Параметр |
Газ |
Воздух |
Смесь |
|
Давление в трубопроводе перед горелкой, кПа |
4 - 6 (для природного); ? 6 - 7 (для коксодоменного) |
2 - 3 |
- |
|
Скорость, м/с: - во входном сечении горелки - то же при избытке давления перед горелкой - то же при недостатке давления перед горелкой - в выходном сечении горелки при максимальной подаче - то же при минимальной подаче |
10 - 15 - - ? 80 - 100 10 - 15 |
8 - 10 ? 18 - 20 ? 5 - 7 ? 80 -100 5 - 8 |
- - - 25 - 30 4 - 5 |
|
Коэффициент сопротивления горелки, отнесенный к скоростному давлению в выходном сечении |
- |
1,5 - 1,7 |
- |
3.2.2 Выбор турбулентных горелок
Турбулентные горелки - с закручиванием струи воздуха. Они подразделяются на два типа в соответствии с теплотой сгорания газа: тип для газов с низкой теплотой сгорания 3,75 - 5,85 МДж/м3 и тип для газов со средней теплотой сгорания 5,85 - 9,2 МДж/м3. Обозначение горелок состоит из индекса типа горелки, цифры, обозначающей диаметр носика горелки в миллиметрах, и римской цифры, обозначающей тип горелки (например, горелка ГТН-75-). При давлении газа 2,5 кПа производительность горелок нормализована в диапазоне от 130 до 1800 - 2200 м3/ч в зависимости от теплоты сгорания газа. Размеры турбулентных горелок Стальпроекта приведены в табл.3.3.
Выбор турбулентной горелки (ГТН) производится точно так же, как и горелки типа "труба в трубе". Зависимость пропускной способности турбулентных горелок по воздуху и газу от давления перед горелкой представлена на рис.3.10.
Давление воздуха перед Давление газа перед горелкой, Па горелкой, Па
Рис. 3.10 Характеристики турбулентных горелок конструкции Стальпроекта: а - пропускная способность по воздуху; б - пропускная способность по газу с плотностью с = 1,17 кг/м3 и QРН = 5,85 МДж/м3 (пунктирные линии - тип , сплошные - тип )
Эта зависимость дана для холодного воздуха (tв = 20оС) и холодного газа при теплоте сгорания 5,85 МДж/м3, плотности сг=1,17 кг/м3 и коэффициенте расхода воздуха 1,05. Если воздух и газ подогреты или применяют газ другой плотности, то на графике откладывают расчетные расходы, определяемые по формулам (3.1) и (3.2). В случае применения газа с теплотой сгорания, не равной 5,85 МДж/м3, или при других значениях коэффициентов расхода воздуха полученные из графиков величины надо умножить на поправочный коэффициент, определяемый по левой шкале графика на рис.3.11 в зависимости от отношения количества воздуха к количеству газа Vв/Vг.
Рис. 3.11 Поправочные коэффициенты при определении пропускной способности турбулентных горелок и скоростей истечения
После этого так же, как и для горелок типа "труба в трубе", проверяют скорости на входе и выходе горелки. Полученные значения скоростей следует делить на поправочный коэффициент, учитывающий иные сопротивления турбулентных горелок по воздушному и газовому пути. Значения поправочных коэффициентов находят по правой шкале графика на рис.3.11. Рекомендуемые значения скоростей даны в табл.3.2.
3.2.3 Выбор плоскопламенных горелок
Институтом "Теплопроект" разработано семь типоразмеров плоскопламенных горелок (см. рис.3.5), пропускная способность которых по природному газу 5-160 м3/ч. Размеры горелок приведены в табл.3.4. Горелки геометрически подобны друг другу, и соотношение расходов воздуха и газа в них неизменно. Обозначение горелок состоит из буквенного индекса и порядкового номера типоразмера (например, ГПП-3).
Рабочие характеристики горелки ГПП-3 производительностью по газу 20 м3/ч приведены на рис.3.12 для коэффициента расхода воздуха 1,03 - 1,08. При переходе к горелкам других типоразмеров избыточные давления газа и воздуха перед входом в горелку остаются неизменными. При этом основные размеры (диаметр сопла d, диаметр газовой трубы dп, диаметр отверстий газосоплового насадка dг, диаметр тангенциального ввода воздуха в горелку Dо) увеличиваются пропорционально корню квадратному из прироста расхода газа через горелку.
Например, если диаметр сопла для горелки ГПП-3 равен 50 мм, то для горелки ГПП-5 с производительностью по газу 80 м3/ч диаметр сопла
Расход газа VГ, м3/ч
Рис. 3.12 Рабочие характеристики горелки ГПП-3 при коэффициенте расхода воздуха 1,03 - 1,08
3.2.4 Выбор инжекционных горелок
Инжекционные горелки нормализованы Стальпроектом. Горелки конструкции Стальпроекта подразделяются на три основных типа.
Горелки типа Н (см. рис.3.6,а) предназначены для сжигания газа с низкой теплотой сгорания 3,75 - 9,2 МДж/м3 (доменного и смеси коксового и доменного) в холодном воздухе. Для газов с теплотой сгорания менее 5,85 МДж/м3 предусмотрена возможность подогрева воздуха до 300оС.
Горелки типа П (см. рис.3.6,б) предназначены также для сжигания газов с низкой теплотой сгорания 3,75 - 9,2 МДж/м3, причем они могут работать на подогретом воздухе и подогретом или холодном газе. Горелки типа В (см. рис.3.6,в) и ВП предназначены для сжигания холодных газов с высокой теплотой сгорания (природного, коксового, природно-коксового) в холодном воздухе.
При выборе горелок определяют основной калибр горелки dн. г в зависимости от давления газа. Горелки выполнены двадцати типоразмеров от dн. г = 15 мм до dн. г = 270 мм. Размеры выбраны с таким расчетом, чтобы производительность предыдущей горелки была меньше производительности последующей приблизительно на 25%.
Давление газа перед горелкой, кПа
Давление газа перед горелкой, кПа
Рис.3.13 Зависимость пропускной способности горелок от давления газа
Таблица 3.3 Характеристики инжекционных горелок конструкции Стальпроекта
Кривая |
QРН, МДж/м3 |
tг, 0С |
tв, 0С |
Кривая |
QРН, МДж/м3 |
tг, 0С |
tв, 0С |
|
1 |
3,75 |
20 |
20 |
14 |
6,27 |
200 |
500 |
|
2 |
3,75 |
300 |
20 |
15 |
6,70 |
20 |
20 |
|
3 |
3,75 |
300 |
600 |
16 |
6,70 |
20 |
500 |
|
4 |
4,19 |
20 |
20 |
17 |
7,54 |
20 |
20 |
|
5 |
4,19 |
300 |
20 |
18 |
7,54 |
20 |
500 |
|
6 |
4,19 |
300 |
600 |
19 |
8,38 |
20 |
20 |
|
7 |
5,02 |
20 |
20 |
20 |
8,38 |
20 |
500 |
|
8 |
5,02 |
300 |
20 |
21 |
9,20 |
20 |
20 |
|
9 |
5,45 |
200 |
500 |
22 |
17,2 |
20 |
20 |
|
10 |
5,85 |
20 |
20 |
23 |
26,8 |
20 |
20 |
|
11 |
5,85 |
300 |
20 |
24 |
31,0 |
20 |
20 |
|
12 |
5,85 |
200 |
500 |
25 |
35,1 |
20 |
20 |
|
13 |
5,85 |
20 |
500 |
Выбор инжекционных горелок всех типов производится по графикам на рис.3.13, где дана зависимость пропускной способности по газу для горелок с диаметром носика dн.г = 100 мм. При другом значении dн. г расход газа находится путем умножения величины, полученной из графиков, на поправочный коэффициент k, значения которого приведены в табл.3.4.
Таблица 3.4 Поправочные коэффициенты k для определения производительности горелок в зависимости от dн. г
dн.г, мм |
k |
dн.г, мм |
k |
dн.г, мм |
k |
|
15 |
0,0225 |
42 |
0,176 |
116 |
1,35 |
|
18 |
0,0324 |
48 |
0,230 |
134 |
1,80 |
|
21 |
0,0441 |
56 |
0,314 |
154 |
2,37 |
|
24 |
0,0576 |
65 |
0,422 |
178 |
3,17 |
|
28 |
0,0785 |
75 |
0,562 |
205 |
4,20 |
|
32 |
0,1020 |
86 |
0,740 |
235 |
5,52 |
|
37 |
0,1370 |
100 |
1,00 |
270 |
7,29 |
Диаметр газового сопла можно найти по формуле
, (3.4)
где Vог - пропускная способность горелки по газу, м3/с;
wог - скорость истечения газа из сопла, м/с, определяемая по формуле:
, (3.5)
где Tг - температура газа, К;
сог - плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;
Ро - давление газа, Па;
?Рг - избыточное давление газа перед горелкой, Па.
Диаметр смесителя для горелок типа Н и П равен диаметру носика горелки, т.е.
dсм = dн.г.,
а для горелок типа В
. (3.6)
Основные размеры инжекционных горелок конструкции Стальпроекта приведены в табл.3.5.
Обозначение инжекционных горелок Н, П, В и ВП состоит из буквы, обозначающей тип горелки, цифры, обозначающей диаметр носика горелки в миллиметрах, и через дробь цифры, обозначающей диаметр газового сопла (например, инжекционная горелка Н 100/40).
Таблица 3.5 Размеры турбулентных горелок, мм
Обозначение горелки |
Тип |
D |
Dг |
Dв |
В |
Г |
Е |
И |
К |
Л |
d1 |
d2 |
d3 |
d4 |
б |
m |
n |
|
ГТН-50 |
| |
50 |
65 |
65 |
115 |
120,5 |
375 |
135 |
60 |
190 |
50 |
40 |
34 |
75 |
13 |
33 |
15 |
|
|| |
50 |
50 |
65 |
110.5 |
120,5 |
365 |
135 |
60 |
190 |
48 |
40 |
35 |
75 |
13 |
33 |
15 |
||
ГТН-60 |
| |
60 |
75 |
75 |
125 |
132,5 |
405 |
150 |
70 |
190 |
60 |
48 |
40 |
90 |
15 |
40 |
18 |
|
|| |
60 |
65 |
75 |
120 |
132,5 |
395 |
150 |
70 |
190 |
57 |
48 |
42 |
90 |
15 |
40 |
18 |
||
ГТН-75 |
| |
75 |
100 |
100 |
155 |
155 |
490 |
190 |
95 |
190 |
75 |
60 |
50 |
112 |
19 |
50 |
23 |
|
|| |
75 |
75 |
100 |
140,5 |
155 |
450 |
190 |
95 |
190 |
71 |
60 |
53 |
112 |
19 |
50 |
23 |
||
ГТН-100 |
| |
100 |
125 |
125 |
185 |
183,5 |
570 |
230 |
120 |
250 |
100 |
80 |
68 |
150 |
25 |
66 |
30 |
|
|| |
100 |
100 |
125 |
170,5 |
183,5 |
540 |
230 |
120 |
250 |
95 |
80 |
70 |
150 |
25 |
66 |
30 |
||
ГТН-125 |
| |
125 |
150 |
150 |
210 |
213 |
645 |
270 |
140 |
290 |
125 |
100 |
85 |
188 |
31 |
83 |
38 |
|
|| |
125 |
125 |
150 |
200,5 |
213 |
615 |
270 |
140 |
290 |
119 |
100 |
88 |
188 |
31 |
83 |
38 |
||
ГТН-150 |
| |
150 |
200 |
200 |
260 |
255 |
770 |
350 |
190 |
400 |
150 |
120 |
100 |
225 |
38 |
100 |
45 |
|
|| |
150 |
150 |
200 |
235 |
255 |
715 |
350 |
190 |
400 |
142 |
120 |
105 |
225 |
38 |
100 |
35 |
||
ГТН-200 |
| |
200 |
250 |
250 |
310 |
312 |
910 |
420 |
240 |
520 |
200 |
160 |
135 |
300 |
50 |
132 |
60 |
|
|| |
200 |
200 |
250 |
285 |
3122 |
885 |
420 |
240 |
520 |
190 |
160 |
140 |
300 |
50 |
132 |
60 |
Таблица 3.6 Основные размеры плоскопламенных горелок ГПП, мм
Обозначение |
Номинальная производительность по газу, м3/ч |
Основные размеры горелок |
|||||||||||
d |
dп |
dо |
dо' |
Dо |
D |
D1 |
D2 |
Rг |
dг |
n |
|||
ГПП-1 |
5 |
25 |
15 |
26 |
11 |
34 |
85 |
62.5 |
145 |
60 |
1,5 |
6 |
|
ГПП-2 |
10 |
35 |
21 |
30 |
15 |
48 |
116 |
85 |
195 |
80 |
2,0 |
6 |
|
ГПП-3 |
20 |
50 |
30 |
40 |
21 |
68 |
170 |
126 |
260 |
105 |
2,7 |
6 |
|
ГПП-4 |
40 |
75 |
45 |
60 |
32 |
92 |
220 |
162 |
315 |
120 |
3,8 |
6 |
|
ГПП-5 |
80 |
105 |
60 |
74 |
45 |
112 |
280 |
206 |
405 |
150 |
4,4 |
6 |
|
ГПП-6 |
125 |
140 |
95 |
115 |
55 |
146 |
350 |
258 |
470 |
165 |
4,8 |
12 |
|
ГПП-7 |
160 |
165 |
115 |
135 |
68 |
166 |
400 |
295 |
535 |
185 |
5,4 |
12 |
|
Обозначение |
Основные размеры горелок |
Размеры горелочного камня |
Габариты горелки |
||||||||||
L1 |
L2 |
L3 |
L4 |
L5 |
H |
B |
S |
F |
G |
M |
|||
ГПП-1 |
82 |
82 |
95 |
31 |
116 |
200 |
228 |
232 |
100 |
123 |
61 |
||
ГПП-2 |
96 |
111 |
110 |
43 |
145 |
268 |
228 |
290 |
125 |
146 |
68 |
||
ГПП-3 |
139,5 |
165 |
125 |
61 |
180 |
336 |
344 |
348 |
175 |
210 |
101,5 |
||
ГПП-4 |
153 |
200 |
205 |
80 |
230 |
336 |
344 |
348 |
220 |
345 |
210 |
||
ГПП-5 |
186 |
240 |
240 |
101 |
270 |
472 |
460 |
464 |
240 |
370 |
210 |
||
ГПП-6 |
242 |
289 |
255 |
126 |
290 |
576 |
540 |
464 |
300 |
510 |
315 |
||
ГПП-7 |
277 |
323 |
280 |
145 |
315 |
608 |
575 |
464 |
320 |
635 |
410 |
Таблица 3.7 Основные размеры инжекционных горелок
Тип В |
Тип Н |
Тип П |
|||||||||||
Типоразмер |
dн.г, мм |
d1 |
L, мм |
Типоразмер |
dн.г, мм |
d1 |
L, мм |
Типоразмер |
dн.г, мм |
d1 мм |
d2 мм |
L, мм |
|
В15 |
15 |
Ѕ" |
220 |
Н15 |
15 |
ѕ" |
220 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В18 |
18 |
Ѕ" |
250 |
Н18 |
18 |
ѕ" |
250 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В21 |
21 |
Ѕ" |
275 |
Н21 |
21 |
1" |
275 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В24 |
24 |
Ѕ" |
300 |
Н24 |
24 |
1" |
305 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В28 |
28 |
Ѕ" |
335 |
Н28 |
28 |
1ј" |
340 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В32 |
32 |
Ѕ" |
375 |
Н32 |
32 |
1ј" |
375 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В37 |
37 |
Ѕ" |
440 |
Н37 |
37 |
1ј" |
420 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В42 |
42 |
Ѕ" |
490 |
Н42 |
42 |
2" |
480 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В48 |
48 |
Ѕ" |
545 |
Н48 |
48 |
2" |
530 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В56 |
56 |
ѕ" |
625 |
Н56 |
56 |
2" |
600 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В65 |
65 |
ѕ" |
700 |
Н65 |
65 |
75 мм |
760 |
П65 |
65 |
75 |
125 |
1035 |
|
В75 |
75 |
ѕ" |
800 |
Н75 |
75 |
75 мм |
845 |
П75 |
75 |
75 |
125 |
1145 |
|
В86 |
86 |
1" |
960 |
Н86 |
86 |
100мм |
990 |
П86 |
86 |
100 |
200 |
1360 |
|
В100 |
100 |
1" |
1095 |
Н100 |
100 |
100мм |
1110 |
П100 |
100 |
100 |
200 |
1530 |
|
В116 |
116 |
1ј" |
1240 |
Н116 |
116 |
125мм |
1250 |
П116 |
116 |
125 |
250 |
1740 |
|
В134 |
134 |
1ј" |
1420 |
Н134 |
134 |
150мм |
1435 |
П134 |
134 |
150 |
300 |
2000 |
|
В154 |
154 |
1Ѕ" |
1615 |
Н154 |
154 |
150мм |
1595 |
П154 |
154 |
150 |
300 |
2245 |
|
В178 |
178 |
1Ѕ" |
1840 |
Н178 |
178 |
200мм |
1840 |
П178 |
178 |
200 |
350 |
2585 |
|
В205 |
205 |
2" |
2130 |
Н205 |
205 |
250мм |
2120 |
П205 |
205 |
250 |
350 |
2915 |
|
В235 |
235 |
2" |
2400 |
Н235 |
235 |
250мм |
2365 |
П235 |
235 |
250 |
350 |
3290 |
|
П270 |
270 |
300 |
450 |
3315 |
Библиографический список к п.3
1. Гусовский В.Л., Лифшиц А.Е., Тымчак В.М. Сжигательные устройства нагревательных и термических печей: Справочник. М.: Металлургия, 1981.
2. Гусовский В.Л., Ладыгичев М.Г., Усачев А.Б. Современные нагревательные и термические печи: Справочник. Под ред. А.Б.Усачева. М.: Машиностроение, 2001.
3. Еринов А.Е., Сорока Б.С. Рациональные методы сжигания газообразного топлива в нагревательных печах. М.: Техника, 1970.
4. Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. Т.2. М.: Металлургия, 1978.
4. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ГАЗОВОЗДУШНЫХ ТРАКТОВ
Различие в технологическом назначении металлургических печей, а также существенная разница в их тепловой мощности, обусловленная различием мощностей технологических агрегатов, приводит к тому, что подавляющее большинство печей строится по индивидуальным проектам.
Отсутствие унификации печей, различие в расположении их в цехах обусловливает индивидуальность систем разводки дымовых и газовоздушных трактов. В связи с этим при проектировании новых печей, а также при анализе тепловой работы уже действующих печных агрегатов требуется проводить аэродинамические расчеты газовоздушных и дымоотводящих систем с подбором тягодутьевых устройств.
4.1 Уравнение Бернулли и его сущность
Основные закономерности движения газов описываются уравнением неразрывности и уравнениями движения. Частным случаем применения этих уравнений является уравнение Бернулли, широко использующееся для аэродинамических расчетов.
Уравнение Бернулли описывает энергетическое состояние установившегося потока несжимаемого газа
, (4.1)
Где
- геометрическое давление, Па;
- пьезометрическое давление, Па;
- динамическое (скоростное) давление, Па;
- потерянное давление, связанное с потерей энергии на сопротивлениях тракта.
Геометрическое давление обусловлено разностью значений плотности газа, движущегося в канале, и окружающей атмосферы. Величина его определяется положением элементарного объёма относительно некоторого нулевого уровня и указанной разности плотностей:
, (4.2)
где Н - расстояние по вертикали или разность уровней канала по
высоте, м;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
- фактические плотности воздуха и газа при соответствующих температурах tв и tг, определяемые по формуле:
, (4.3)
где - плотность при данной температуре, кг/м3;
- плотность при нормальных условиях (0 0С и 760 мм рт. ст.), кг/м3;
- коэффициент объёмного расширения, ;
- температура, 0С.
Избыточное пьезометрическое давление представляет собой разность давления газа, находящегося в канале (Р), и давления окружающей среды (Рат):
. (4.4)
Сумма пьезометрического и геометрического давления есть статистическое давление, представляющее собой давление газа, находящегося в сосуде, и характеризует потенциальную энергию потока газа.
Динамическое (скоростное) давление представляет собой давление, оказываемое движущимся газовым потоком на поверхность, перпендикулярную к оси движения потока, и характеризует удельную кинетическую энергию потока
. (4.5)
Вязкая жидкость при движении испытывает сопротивление как за счет шероховатости стенок канала, так и за счет трения между слоями жидкости, движущимися с различной скоростью. В соответствии с этим полное давление по длине струйки будет изменяться (рис. 4.1), а в уравнение Бернулли вводится поправка () на потери давления, связанные с потерей энергии на тех или иных сопротивлениях:
. (4.6)
Рис. 4.1 К геометрической интерпретации уравнения Бернулли для вязкой жидкости
4.2 Потери давления при движении жидкости в каналах и трубах
Потери давления - это потери энергии потока при движении газов по трубам и каналам, расходуемой на трение о стенки канала и преодоление местных сопротивлений.
Потерянная часть энергии
превращается в тепловую, которая частично расходуется на нагрев потока и частично рассеивается через стенки канала в окружающую среду. Вся выделившаяся теплота является для потока безвозвратной необратимой потерей.
4.2.1 Общие методические указания о расчете потерь давления
Потеря давления представляет собой разность полных давлений на рассматриваемых участках трубопроводов или каналов (рис.4.2) и на основании уравнения Бернулли может быть записана
. (4.7)
Рис. 4.2 К вопросу определения потерь давления
Потерю давления рассчитывают по формуле
, (4.8)
где и - безразмерные коэффициенты, характеризующие потери соответственно на трение о стенки канала и местные сопротивления.
Основной трудностью расчета потерь давления является определение именно этих коэффициентов, представляющих собой отношение потерянного давления к динамическому на данном участке.
; . (4.9)
Коэффициенты и по физическому смыслу представляют собой количество динамических давлений, теряемых на том или ином гидравлическом сопротивлении.
4.2.2 Потери давления на трение
Как следует из уравнений (4.5) и (4.9), потери давления на трение могут быть определены по формуле
(4.10)
Коэффициент потери динамического давления определяет условия, в которых движется поток, и зависит от характера движения газа, состояния поверхности канала, его длины и эквивалентного диаметра :
, (4.11)
где - коэффициент трения.
Эквивалентный гидравлический диаметр канала любого сечения равен отношению учетверенной площади сечения канала (4F) к его периметру Р, т.е.
. (4.12)
При этом следует учитывать, что эквивалентный диаметр системы равных параллельных каналов равен диаметру одного канала.
Коэффициент трения зависит от физических свойств потока, от характера движения газа (ламинарный или турбулентный), его скорости и шероховатости стенок канала. При ламинарном движении все частицы газа движутся параллельно оси канала и в этом случае бугорки шероховатости находятся в пристеночном подслое, а, следовательно, возмущений потока, связанных с неровными стенками канала, не наблюдается. То есть разница в сопротивлениях каналов, отличающихся только шероховатостью, отсутствует.
В этом случае
при , (4.13)
где А - коэффициент формы сечения канала (табл.4.1) [4.1]
Таблица 4.1 Значения эквивалентного диаметра и коэффициента формы
ФОРМА СЕЧЕНИЯ КАНАЛОВ |
dэкв |
А |
|
Круг с диаметром d |
d |
64 |
|
Квадрат со стороной а |
а |
57 |
|
Прямоугольник со сторонами а х в при а/в = 0,1 |
1,81а |
85 |
|
0,2 |
1,67а |
76 |
|
0,25 |
1,60а |
73 |
|
0,33 |
1,50а |
69 |
|
0,5 |
1,30а |
62 |
При увеличении скорости потока движение частиц жидкости переходит в вихревое (турбулентное), и при > 2300 начинают наблюдаться отклонения от зависимости
и тем больше, чем выше шероховатость.
Таблица 4.2 Средние значения неравномерной шероховатости поверхности стенок труб и каналов
Материал и состояние поверхности |
Д,мм |
|
Новые бесшовные стальные трубы |
0,1 |
|
Цельнотянутые стальные трубы после нескольких лет эксплуатации |
0,2 |
|
Оцинкованные трубы |
0,39 |
|
Старые заржавленные железные трубы |
0,60 |
|
Канал из шлакобетонных плит |
1,50 |
|
Железобетонные трубы |
2,5 |
|
Бетонные и кирпичные каналы в хорошем состоянии |
3,0 |
|
Бетонные и кирпичные каналы, требующие ремонта |
7,5 |
|
Обычная бутовая кладка на цементе |
12 |
При турбулентном движении в пределах изменения 2300<< 100000 определение коэффициента трения производится по следующим формулам:
- для гладких металлических каналов - по формуле Блазиуса
- для шероховатых металлических каналов
(4.14)
- для кирпичных каналов
При значениях числа Rе>100000 справедлива формула Никурадзе
. (4.15)
При наличии данных о состоянии поверхности каналов наиболее точные результаты можно получить по универсальной формуле А.Д. Альтшуля [4.2]
, (4.16)
где - относительная шероховатость, представляющая собой отношение абсолютной шероховатости (средней высоты выступов) стенки к внутреннему диаметру трубопровода.
В приближенных расчетах средние значения можно принимать в соответствии с данными табл. 4.3.
Таблица 4.3 Средние значения для различных каналов
Каналы |
|
|
Гладкие металлические |
0,025 |
|
Шероховатые металлические |
0,04 |
|
Кирпичные |
0,05 |
4.2.3 Потери давления на местных сопротивлениях
К местным сопротивлениям относятся те конструктивные элементы печи, воздухопроводов, дымового тракта и т.д., в которых происходит изменение направления движения газового потока, изменение его скорости или изменение направления и скорости одновременно. Как уже указывалось, потери давления на местных сопротивлениях рассчитываются по формуле
. (4.17)
Коэффициент местного сопротивления определяется геометрией данного участка и практически не зависит от числа Рейнольдса, так как в случаях расчета газовоздушных и дымовых систем металлургических печей приходится иметь дело с турбулентным режимом движения в автомодельной области. При расчете потерь давления на местные сопротивления определяют по таблицам и графикам, приведенным в специальной литературе [4.1, 4.3].
Потери давления, обусловленные ускорением (замедлением) потока вследствие изменения объема теплоносителя при постоянном сечении канала:
, (4.18)
где W01, W02, p01, p02 - скорости и плотности газа при нормальных условиях соответственно во входном и выходном сечениях канала;
t1 и t2 - действительные температуры газа в тех же сечениях.
4.2.4 Потери давления на преодоление геометрического давления
Геометрическое давление возникает при наличии разницы в температурах, а следовательно, и в плотностях движущегося в каналах газового потока и окружающего воздуха. При этом следует учитывать, что при движении нагретого газового потока вниз (нисходящее движение) геометрическое давление создаёт сопротивление (), равное этому давлению, а при движении вверх (восходящее движение) - благоприятствует движению, снижая сопротивление участка на величину . То есть знак перед зависит от направления естественного и вынужденного движения.
4.3 Выбор оптимальных скоростей потоков
С аэродинамической точки зрения промышленная печь может быть разделена на три участка (рис.4.3):
1. Воздушный тракт, по которому воздух к топливосжигающим устройствам подается под давлением, развиваемым вентилятором или инжектором.
2. Рабочее пространство, давление в котором желательно поддерживать как можно ближе к ± 0. Это обеспечивает минимальные подсосы холодного воздуха и снижение потерь теплоты с выбивающимися газами.
3. Дымовой тракт, на котором дымовые газы движутся за счет разрежения, создаваемого тяговыми устройствами (дымовая труба, эксгаустер, эжектор). В аэродинамических расчетах сопротивлением рабочего пространства печи пренебрегают, так как считается, что оно преодолевается за счет кинетической энергии факела; обычно расчету подвергают лишь дымовой и воздушный тракты.
Как видно из формул (4.10) и (4.17), основное влияние на сопротивление канала оказывает скорость потока (квадратичная зависимость). Поэтому увеличение скорости потоков требует увеличения затрат энергии и мощности тягодутьевых средств. К тому же следует учесть, что увеличение разрежения в дымовом тракте свыше 200 Па повышает подсосы, снижающие тягу и ухудшающие работу печи. При разрежениях более 300 - 400 Па требуется устраивать особо плотные борова и газоходы, а в некоторых случаях даже сварные газоходы, футерованные изнутри кирпичом.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Уменьшение же скорости потока требует увеличения проходных сечений каналов и приводит к повышению капитальных затрат на сооружение печей. Поэтому при расчетах обычно пользуются данными, установленными многолетней практикой эксплуатации печей (табл. 4.4).
Таблица 4.4 Рекомендуемые скорости потоков в трубопроводах [4.4]
Тип канала |
W0, м/с |
|
Воздушные трубопроводы |
8 - 12 |
|
Прямые участки газопроводов низкого давления (Р< 5 кПа) |
12 |
|
Газопроводы низкого (Р< 5 кПа) давления сложной конфигурации |
6 |
|
Прямые участки газопроводов среднего и высокого давления (Р > 5 кПа) |
100 - 150 |
|
Газопроводы среднего и высокого давления (Р > 5 кПа ) сложной конфигурации |
20 - 30 |
При проектировании дымоходов особое внимание обращают на их размеры. Сечение (размеры) дымоходов определяют, задаваясь допустимой средней скоростью движения газов: 1,5 - 3,0 м/с (нижний предел при температуре 600 - 8000С и верхний - при температуре 300 - 4000С). Минимальное сечение газоходов составляет 600х600 мм (исходя из условий возможности их чистки) [4.4].
Средняя скорость потока в канале (м/с) рассчитывается по формуле
(4.19)
где - часовой расход протекающей по каналу среды, м3/ч;
F - площадь сечения канала, перпендикулярная потоку, м2.
4.4 Учет подсосов и снижения температуры отходящих газов по дымовому тракту
Как показывает эксплуатация дымоходов, по пути движения дымовых газов их количество увеличивается. Это происходит вследствие подсосов холодного воздуха через неплотности шиберных устройств, кладки, теплообменных устройств и т.д. По нормам проектирования котельных агрегатов учитывают подсос воздуха, равный 5% к объёму проходящих газов на каждые 10 м длины кирпичного борова [4.4]. Приближённые значения подсосов воздуха n на некоторых участках дымового тракта по данным Стальпроекта (нормаль МГ10-64) представлены в табл. 4.5.
Таблица 4.5 Подсосы воздуха на участках дымового тракта
Участок дымового тракта |
||
Керамический рекуператор с вертикальными трубами: при нагнетании при отсосе |
0,25 - 0,40 0,15 - 0,25 |
|
Керамический блочный рекуператор при отсосе |
0,20 - 0,30 |
|
Металлический трубчатый рекуператор |
0,10 - 0,20 |
|
Дымовой поворотный клапан |
0,10 - 0,20 |
Из-за подсосов холодного воздуха и потерь теплоты через стенки дымоходов происходит снижение температуры дымовых газов. Это снижение необходимо учитывать при определении плотности дымовых газов по тракту. Снижение температуры выбирается по практическим данным в соответствии с табл. 4.6.
Таблица 4.6 Снижение температуры при движении газа по дымоходу
Средняя температура газов |
Падение температуры, град/м |
||
Дымоходы новые |
Дымоходы после длительной эксплуатации |
||
1000 - 1200 |
5,2 |
6,3 |
|
800 - 1000 |
4,6 |
5,2 |
|
600 - 800 |
3,7 |
4,3 |
|
400 - 600 |
2,8 |
3,6 |
4.5 Методические указания и расчет дымовой трубы
Удаление дымовых газов из рабочего пространства печи осуществляется за счет естественной тяги или искусственной вентиляции с помощью эксгаустеров и дымососов.
Естественная тяга создается с помощью дымовой трубы, высота и площадь поперечного сечения которой зависит от количества выбрасываемых газов и потерь давления при прохождении газов из печи через систему дымовых каналов .
Действительные разрежения , создаваемые трубой, количественно должны быть больше рассчитанных потерь давления на 20-30% на случай дальнейшего форсирования печи или увеличения сопротивления дымового тракта вследствие заноса дымовых каналов пылью.
В связи с этим действительное разрежение
. (4.20)
В соответствии с этим высоту дымовой трубы (м) определяют по формуле
(4.21)
где - коэффициент местного сопротивления на выходе дымовых газов из трубы в атмосферу, в расчете принимается ;
- приведенная скорость дымовых газов на выходе из трубы в атмосферу, м/с;
- приведенные плотности соответственно дымовых газов и воздуха, кг/м;
- температура дымовых газов в устье,С;
- средняя по высоте трубы температура дымовых газов, С;
- внутренний диаметр устья трубы, м.
По данному уравнению определить действительную высоту нельзя из-за отсутствия данных по . Поэтому, исходя из величины потребной тяги и температуры у основания трубы предварительно определяют ориентировочную высоту по графику [4.3], затем уточняют по формуле (4.21).
Величина tу определяется следующим образом:
, (4.22)
где - среднее падение температуры на 1 м высоты трубы, которое зависит от ее конструкции:
кирпичные трубы ;
металлические футерованные трубы ;
металлические без футеровки .
Определение ориентировочной высоты трубы производится с учетом средней температуры окружающего воздуха , которая зависит от местных климатических условий. Средние значения температуры воздуха для различных климатических поясов представлены в табл.4.7 [4.4].
Таблица 4.7 Средние значения температуры воздуха tв для различных климатических поясов
Климат местности |
tв , 0С для различных климатических поясов |
|
Холодный |
от -10 до +10 |
|
Умеренный |
10 -20 |
|
Жаркий |
20 - 30 |
Внутренний диаметр устья выбирают, задаваясь скоростью при выходе . Однако из соображений удобства кладки внутренний диаметр устья делают не менее 800 мм.
Внутренний диаметр основания трубы определяется из условия устойчивости трубы по формуле
. (4.23)
При этом наружный уклон конического ствола делают от 0,01 до 0,03.
После этого проводят уточненный расчет высоты дымовой трубы и, если расхождение рассчитанного значения с ориентировочным значением не превышает 5%, расчет считается законченным. В противном случае расчет повторяют, задаваясь другим, более близким значением высоты трубы .
При расчете высоты трубы необходимо учесть и санитарно-гигиенические требования, предъявляемые при проектировании промышленных предприятий, а именно:
минимальная высота трубы должна быть не менее 16 м;
при расположении трубы ближе, чем на 100 м от зданий, высота ее должна быть на 5 м выше колена крыши здания;
высота дымовой трубы, через которую эвакуируются дымовые газы от печей мощностью до 120 МВт, должна быть не менее 30 м, а при тепловой мощности печей 120 - 400 МВт - не менее 45 м.
Если в радиусе 200 м от дымовой трубы расположены здания высотой 15 м и выше, высота ее, независимо от тепловой мощности, должна быть не менее 45 м.
При повышенном содержании в дымовых газах сернистых, фтористых, мышьяковистых и других вредных для живых организмов веществ, высота дымовой трубы должна быть не менее 100 м.
Библиографический список к п.4
1. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.;Л.: Госэнергоиздат, 1960.
2. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика М.: Стройиздат, 1975.
3 Казанцев Е.И. Промышленные печи. М.: Металлургия, 1975.
4 Китаев Б.И. и др. Теплотехнические расчеты металлургических печей. М.: Металлургия, 1970.
5. Скворцов А.А., Акименко А.Д., Кузелев М.Я. Нагревательные устройства. М.: Высш. шк., 1965.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Исследование особенностей электрического нагрева, печей с теплогенерацией в газообразном рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов. Описания печей с теплогенерацией при ударе ускоренного потока электронов о поверхность нагреваемого тела.
реферат [18,8 K], добавлен 17.10.2011Состав влажного газа. Определение теоретической и действительной температур горения. Неучтённые потери в рабочем пространстве. Выбор плоскопламенных горелок. Определение основных размеров печи. Зональный тепловой баланс. Расчет высоты дымовой трубы.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 08.06.2014Виды передачи тепла в коксовых печах. Определение коэффициента избытка воздуха. Регенерация тепла продуктов горения. Средства измерения температуры на коксовой батарее. Оборудование и механизмы для отопления коксовых печей. Тепловой баланс коксования.
презентация [8,0 M], добавлен 12.07.2015Определение основных параметров восстановительных и рафинировочных электропечей, служащих для получения различных ферросплавов, применяемых при производстве стали для улучшения ее свойств. Расчет мощности трансформатора и геометрических размеров печей.
контрольная работа [206,9 K], добавлен 19.05.2011Технологические процессы при электротермии. Параметры установок печей. Составление группового графика нагрузки. Выбор комплектной трансформаторной подстанции. Расчет тока короткого замыкания на шинах. Разработка схемы управления, защиты и сигнализации.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.01.2011Характеристика секционных печей. Особенности теплопередачи, нагрева металла. Теплообмен в рабочем пространстве печи. Нагрев труб в секции. Расчет горения топлива, тепловой баланс печи. Результаты расчета теплового баланса. Размеры и параметры печи.
курсовая работа [377,3 K], добавлен 07.08.2013Гидродинамическая и тепловая стабилизация потока жидкости в трубе. Уравнение подобия для конвективной теплоотдачи. Теплоотдача к жидкости в кольцевом канале. Критические значения чисел Рейнольдса для изогнутых труб. Поправка на шероховатость трубы.
презентация [162,4 K], добавлен 18.10.2013Описание тепловой схемы, ее элементы и структура. Расчет установки по подогреву сетевой воды. Построение процесса расширения пара. Баланс пара и конденсата. Проектирование топливного хозяйства, водоснабжение. Расчет выбросов и выбор дымовой трубы.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.12.2013Конструкции методических печей. Сухая очистка газов. Применение батарейных циклонов. Определение времени нагрева металла в сварочной зоне. Расчет горения топлива. Приход тепла в рабочее пространство печи. Технико-экономические показатели работы печи.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.04.2014Основные характеристики трубчатых печей. Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива. Выбор типоразмера трубчатой печи. Упрощенный расчет камеры радиации. Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи.
реферат [6,7 M], добавлен 24.11.2012