Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
2. Методические указания к расчету
2.1. Расчет процесса горения.
2.1.1. Расчетные характеристики выписывают из таблицы 1 (приложения).
2.1.2. Выбираем коэффициент избытка воздуха в топке.
Коэффициент избытка воздуха для печей с излучающими стенками
2.1.3. Расчет объемов воздуха и дымовых газов при α=1.05
Объем воздуха теоретически необходимого для полного сгорания 1 м3
газообразного топлива:
где - углеводороды, входящие в состав газа;
- число атомов углерода;
- число атомов водорода.
Фактически расход воздуха составит:
(2)
Пересчитывает состав топлива в массовые проценты (объемный и мольный состав газа при нормальных условиях тождественны). Результаты расчета сводим в таблицу.
|
Компоненты |
Молекулярная масса. Mi |
Мольная (объемная) доля, п |
Мл |
Массоаая доля. Xi* 100 (масс. %) |
Где
Определяем элементарный состав газообразного топлива. Содержание углерода:
Содержание кислорода:
Содержание водорода:
Содержание азота:
где nci, noi, nHi, nNi - соответственно числа атомов углерода, кислорода, водорода и азота в молекулах отдельных компонентов, входящих в состав газообразного топлива;
Mi, xi; - молекулярная масса и содержание соответствующих компонентов (метан, этан и др.) в газообразном топливе (массовые %).
mCO2=0.0367C, кг/кг;
mH2O=0.09H, кг/кг;
mO2=0.23 V0(a-1), кг/кг;
mN2=0.77 V0+N, кг/кг;
сухих трехатомных газов:
(3)
азота:
(4)
водяных паров:
(5)
где dг.т. - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, которое можно принять равным 10 г/м3.
Значения H2S, Н2, СmHn подставляют в процентах.
Важнейшей частью теплового расчета трубчатых печей является определение количества поглощаемой теплоты и тепловых показателей: теплонапряженности поверхности нагрева, температуры газов, покидающих топку и др. На основании метода расчета теплопередачи в топке трубчатых печей, разработанного Н. И. Белоконем, и с учетом влияния вторичных излучателей было предложено следующее выражение для определения температуры дымовых газов, покидающих топку:
(18)
Где qр. qpk - Теплонапряжённость радиантных труб и приходящаяся на долю свободной конвекции, Вт/м;
Нр/Нs - отношение поверхности радиантных труб Нр к величине эквивалентной абсолютно черной поверхности Нs , зависящее от типа печи и способа сжигания топлива;
ϴ - средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;
ф - коэффициент, зависящий от распределения температур в топке, типа печи и вида топлива;
Сs - постоянная излучения абсолютно черного тела, равная 5,67 Вт/(м2*К4).
Где В - расход топлива, м3/ч;
- низшая теплота сгорания топлива, кДж/м3;
Htn - энтальпия продуктов сгорания 1 м3 топлива, кДж/м3
(определяется по рис.1); η, - к. п. д. топки.
Примем, что потери в топке равны 5 %, тогда
ηt=1-0,05 = 0,95.
Hp=Qp/qp (20)
Из таблицы 6 или 7 (приложения) для печи данного типа выбирается величина Нр, ближайшая к вычисленной.
Это значение используется для последующих расчетов. Соответственно уточняется и Теплонапряженность поверхности нагрева.
qP=Qp/Hp (21)
(22)
где, ht1 - энтальпия продукта, поступающего в печь, кДж/кг /
(выбирается по t1 таблице 4 приложения); j ;
По найденной величине htk из таблицы 4, определяется искомая
температура tk (Тk)
(23)
Где α2 - коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки к нагреваемому продукту, может быть принята равной 600 - 900 Вт/м2*К;
σ, λ - соответственно толщина стенки трубы и коэффициент теплопроводности (6 = 10мм, X = 40 Вт/м2*К);
σзол λзол- соответственно толщина и коэффициент теплопроводности зольных отложений на внешней поверхности трубы (для газообразного топлива σзол может бать принята равной нулю).
(24)
Для узкокамерных печей ГС, ВС, ЦС
со свободным факелом 1,13 —1,25
Для трубчатых печей типа ГН, ЗД, ЦД с настильным способом сжигания топлива при газообразном топливе 1,28 — 1,40
4.10 По уравнению (18) вычисляют Т„ и сопоставляют ее с ранее принятым значением. При совпадении и незначительном отличии расчет считается окончательным. При необходимости делается пересчет величины Тn,qр.
Поверхность конвекционных труб определяется по формуле:
(26)
Где, Qk - количество теплоты, воспринимаемое конвекционными трубами;
Δtср - средняя разность температур (температурный напор) дымовых газов и нагреваемое сырья;
К - коэффициент теплопередачи от дымовых газов к сырью.
L
(27)
5.1. Определяют количество теплоты Qk по формуле :
5.2. Определяют коэффициент теплопередачи k
где α1 - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы;
α2 - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемому потоку;
σ, λ - соответственно толщина стенки трубы и коэффициент
теплопроводности материала труб. По величине α1<<α2.
При небольшой толщине стенки и высокой теплопроводности металла сопротивление потоку теплоты через стенку трубы (σ/ λ) также
незначительно. Поэтому для расчетов можно принять к=(α1/λ).
Конвекционная поверхность воспринимает теплоту за счет прямого соприкосновения с дымовыми газами, излучения от трехатомных газов и излучения кладки. Поэтому коэффициент теплоотдачи ci| следует рассматривать как сумму трех величин: коэффициентов теплоотдачи конвекции а» излучения трехатомных
газов Ор и излучения от стенок кладки. Последняя величина при расчете учитывается множителем. Тогда,
(29)
стенки этих труб и толщины газового слоя. Приближенно ctp, можно рассчитать по уравнению Нельсона:
(30)
где Е - коэффициент, зависящий от физических свойств топочных газов и определяемый из рисунка 2 по температуре t1ср; u - массовая скорость движения газов, (кг/м2*с); d - диаметр трубы, м.
(зз)
(34)
где В - расход топлива, кг/ч;
- масса продуктов сгорания 1 кг топлива;
f- площадь свободного сечения для прохода дымовых газов в пучке, м .
f = ((n-l)Si + 2а - nd)lmp, (35)
где n = 4 - число труб в одном горизонтальном ряду; Si — расстояние между осями труб, м;
а = S1 /2;
lmp - длина трубы, омываемой газами.
0 200 400 600 800 1000
Температура топочных газов
Рис. 2. График для определения коэффициента Е при шахматном расположении труб
Схема расположения труб в камере конвекции приведена на рисунке 3.
Рис. 3. Схема расположения труб в камере конвекции.
В трубчатых печах наиболее распространены трубы диаметром 102,127 и 152 мм и длиной 1 = 6+24 м. Шаг труб принять S1 = 172 мм.
Где Atb, Au, - большая и меньшая разность температур между дымовыми газами и нагреваемым продуктом
В трубчатых печах, имеющих сравнительно высокую начальную температуру нагреваемого продукта, температура отходящих дымовых газов может быть сравнительно высокой, что приводит к повышенным потерям теплоты, уменьшению к. п. д. печи и большому расходу топливу. В таких печах необходимо использовать теплоту отходящих газов. Это достигается либо применением воздухоподогревателя, нагревающего воздух, поступающий в печь для горения топлива, либо установкой котлов - утилизаторов.
Принципиальная схема трубчатой печи с подогревом воздуха показана на рис. 3. Подогрев воздуха способствует повышению в топке, более эффективному горению топлива и передаче теплоты радиацией.
Для обеспечения нормальной эксплуатации воздухоподогревателя важно предотвратить возможность коррозии его поверхности со стороны потока дымовых газов. Такое явление возможно, когда температура поверхности нагрева ниже температуры точки росы. Точка росы соответствует температуре, при которой давление насыщенных паров воды оказывается равным парциальному давлению водяных паров, содержащихся в дымовых газах.
Последовательность расчетов воздухоподогревателя.
Искомая температура находится из уравнения теплового баланса воздухоподогревателя. При использовании обозначений, указанных на рис.З тепловой баланс может быть представлен следующим образом:
(37)
где Нtyx, - энтальпия дымовых газов при их температуре на выходе из камеры конвекции;
Н11 yx- энтальпия дымовых газов на выходе из дымовой трубы (принять в расчете из интервала 180 - 210 °С);
ηb- коэффициент полезного использования теплоты в
воздухоподогревателе (0,9 - 0,96);
сь - теплоемкость воздуха при данной температуре (выбирается из
таблицы);
tn - начальная температура воздуха (15 С);
Указанное уравнение составлено исходя из предпосылки, что весь воздух, требуемый для горения, проходит через воздухоподогреватель.
Таким образом из уравнения теплового баланса (37) определяется искомая величина tb - конечная температура подогрева воздуха.
(38)
Где Qb- количество теплоты, воспринимаемое воздухом;
(39)
Рис. 4. Схема трубчатой печи с подогревом воздуха.
Действительный объем продуктов сгорания (m3/m3):
, м3/м3, (6)
где VH2o - действительный объем водяных паров в продуктах сгорания, м /м ;
а - коэффициент избытка воздуха.
(7)
Объемы газообразного топлива и продуктов сгорания приведены к «нормальным» физическим условиям.
Энтальпия теоретических объемов воздуха и дымовых газов при температуре сгорания t определяют по формулам:
Воздуха
, кДж/м3 (8)
Дымовых газов
, кДж/м3 (9)
Произведение теплоемкости на температуру (ct) для газов и воздуха приведены в таблице 3 (приложения).
Энтальпия действительного объема продуктов сгорания:
(10)
Энтальпию Нг рассчитывают для температур 100,200,300,500, 700, 900,1300 и 1800 °С.
При выбранном значении а. Результаты расчетов сводят в таблицу.
|
t,uc |
100 |
200 |
300 |
500 |
700 |
90 |
1300 |
1800 |
||
|
Нг |