3454
.pdfЗначение плотности теплового потока для некоторых охлаждаемых элементов печи приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2 Значение удельных тепловых потоков на поверхность
охлаждаемых подовых труб (шагающих балок) нагревательных печей
|
|
q , Вт/м2 |
||
|
|
охл |
|
|
Зона печи |
Тип труб (балок) |
без |
с изоля- |
|
изоля- |
||||
|
|
цией |
||
|
|
ции |
||
|
|
|
||
Методическая зо- |
Продольные подовые |
116 |
35 |
|
трубы |
||||
на |
|
|
||
Змеевик |
93 |
98 |
||
|
||||
|
Продольные подовые |
116 |
35 |
|
|
трубы |
|||
|
|
|
||
I зона отопления |
Поперечные подовые |
163 |
50 |
|
трубы |
||||
|
|
|
||
|
Стояки и подводы к |
116 |
35 |
|
|
ним |
|||
|
|
|
||
|
Продольные подовые |
163 |
50 |
|
|
трубы |
|||
|
|
|
||
II зона отопления |
Поперечные подовые |
163 |
50 |
|
трубы |
||||
|
|
|
||
|
Стояки и подводы к |
116 |
35 |
|
|
ним |
|||
|
|
|
При ориентировочных расчётах потери теплоты с охлаждающей водой принимают равным 5…10 %, от суммы статей приходной части теплового баланса [5];
- неучтённые тепловые потери принимают равными 10 % от суммы статей расходной части теплового баланса без учёта потерь теплоты с уходящими газами
Qнеуч 0,1 Qт.п Qх.н Qм.н
(4.15)
Qкл Qизл Qохл , кДж/ч.
41
Из уравнения теплового баланса (4.1) определяют расход топлива.
4.3. Оценка энергетического совершенствования печи
Для анализа структуры теплоносителей и тепловых потерь результаты расчёта теплового баланса необходимо свести в табл. 4.3.
|
Структура теплового баланса |
Таблица 4.3 |
||||
|
|
|
||||
Приход теплоты |
Расход теплоты |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Наименование |
Количество |
Наименование |
Количество |
|||
теплоты |
теплоты |
|||||
статьи |
статьи |
|||||
кДж/ч |
% |
кДж/ч |
% |
|||
|
|
|||||
Qх.т |
|
|
Qт.п |
|
|
|
Qф.в |
|
|
Qуг |
|
|
|
Qэкз |
|
|
Qх.н |
|
|
|
|
|
|
Qм.н |
|
|
|
|
|
|
Qкл |
|
|
|
|
|
|
Qизл |
|
|
|
|
|
|
Qохл |
|
|
|
|
|
|
Qнеуч |
|
|
|
ИТОГО: |
|
|
ИТОГО: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анализ данных табл. 4.3 позволяет определить возможные варианты рационализации топливоиспользования.
Для количественной оценки энергетического совершенства промышленной печи служат следующие показатели:
42
- удельный расход условного топлива
|
B Qp |
|
|
b |
н |
, кг у.т/кг. |
(4.16) |
|
|||
|
29300P |
|
По данным [4] для нагревательных печей нормированное значение удельного расхода условного топлива составляет от 0,16 до 0,25 кг у.т/кг.
- технологический КПД печи
|
тех |
|
|
Qт.п |
|
100, % |
(4.17) |
|
Q |
|
|
||||||
|
|
х.т |
Q |
|
||||
|
|
|
|
|
экз |
|
- энергетический КПД печи
ηэнерг |
Qт.п Qвэр |
100, %, |
(4.18) |
|
Q |
Q |
|||
|
х.т |
экз |
|
|
где Qвэр – количество использованных вторичных
энергетических ресурсов печи, кДж/ч. Equation Chapter 1 Section 5
43
5. РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВ ВОЗДУХА
По данным [7] дымовые газы, покидающие рабочее пространство нагревательных печей непрерывного действия, имеют температуру от 700 до 1100 °C и поэтому уносят с собой значительное количество теплоты. Одним из вариантов использования части этой теплоты является регенеративный подогрев воздуха, подаваемого в зону горения. Это позволит не только повысить температуру горения топлива, но и обеспечит его значительную экономию. Величина экономии топлива определяется из следующего соотношения:
Э |
hв |
100,% , |
(5.1) |
Qр h h |
|||
|
н в г |
|
|
где hв – энтальпия подогретого воздуха, кДж/м3; hг –
энтальпия продуктов сгорания на выходе из печи, кДж/м3. Численная иллюстрация соотношения (5.1), при
использовании в качестве топлива природного газа с Qнр = 35600 кДж/м3 при коэффициенте избытка воздуха 1,1 показана на рис. 5.1.
В качестве теплообменного аппарата для регенеративного подогрева воздуха в нагревательных печах непрерывного действия применяют рекуператора конвективного и радиационного типа.
При выполнении конструктивного теплового расчёта рекуперативного воздухоподогревателя исходными данными является:
- объёмные расходы продуктов сгорания и воздуха при нормальных условиях, которые вычисляются по формулам:
V |
v |
г |
B, м3/с; |
(5.2) |
г |
|
|
||
V |
v B, м3/с, |
(5.3) |
||
в в |
|
|
44
где vг , vв – удельные расходы продуктов сгорания и воздуха, м3/м3 , (см. (1.2), (1.7));
-начальная температура теплоносителей tг , tв , °С;
-конечная температура воздуха tв , °С.
Рис. 5.1. Экономия топлива за счёт регенеративного подогрева воздуха
Конечная температура продуктов сгорания вычисляется из уравнения теплового баланса воздухоподогревателя:
|
Q Vгсг tг tг Vвсв tв tв , кВт/ч |
(5.4) |
||
где Q – тепловой поток, кВт; сг , св |
– средние объёмные |
|||
изобарные |
теплоёмкости продуктов |
сгорания и |
воздуха, |
|
кДж/(м3·K), |
(см. приложение 12); |
|
– коэффициент, |
учитывающий потери теплоты в окружающую среду. По данным [7]
= 0,9…1,0.
45
Целью конструктивного теплового расчёта является определение требуемой поверхности теплообмена рекуператора, величина которой вычисляется из уравнения теплопередачи:
Q 10 3 kF |
|
tл , кВт, |
(5.5) |
где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 K); F – поверхность теплообмена, м2; tл – среднелогарифмический
температурный напор, °С.
Коэффициент теплоотдачи рекуперативного воздухоподогревателя определяется по формуле
k |
|
1 |
|
, Вт/(м2·K), |
(5.6) |
|
|
1 |
|
||||
|
1 |
|
Rл |
|
||
|
|
в |
|
|||
|
г |
|
|
|
где г , в – коэффициент теплоотдачи от газов к
поверхности теплообмена и от поверхности теплообмена к воздуху, соответственно, Вт/(м2·K); Rл – суммарное термическое сопротивление поверхности теплообмена с учётом её загрязнений, (м2 К)/Вт.
Среднелогарифмический температурный напор рекуператора равен
|
|
tл |
tб tм |
t , °C, |
(5.7) |
|
|
||||||
|
ln tб
tм
где tб , tм – большая и меньшая разность температур
теплоносителей, °C; t – поправка, учитывающая схему движения теплоносителей.
При прямоточной и противоточной схемах движенияt 1, при перекрытой схеме движения температурный напор вычисляется для противоточной схемы движения, а величина поправки определяется по графикам, приведённым на рис. 5.2.
46
Рис. 5.2. Поправочный коэффициент t
47
Вспомогательные параметры p и R на рис. 5.2 вычисляются по формулам
p |
tг tг |
; |
R |
tв tв |
. |
(5.8) |
|
|
|||||
|
tв tв |
|
tг tв |
|
Обязательной частью теплового расчёта рекуператора является определение максимальной температуры его теплопередающей поверхности:
t |
гtг вtв |
, °C, |
(5.9) |
|
|||
|
г в |
|
Величина этой температуры не должна превышать допустимых значений для материала, из которого поверхность теплообмена сделана. По данным [7] максимальная температура обыкновенной углеродистой стали составляет от 450 до 550 °C, жаропрочных сталей от 800 до 1050 °C, жаропрочных чугунов от 600 до 1000 °C, огнеупорного шамота от 1610 до 1750 °C, карбошамота 1690 °C.
5.1. Расчёт конвективного рекуператора из гладких стальных труб
Принципиальная схема конвективного рекуператора из гладких стальных труб показана на рис. 5.3.
Поверхность теплообмена такого воздухоподогревателя выполняется из цельнотянутых стальных труб с внутренним диаметром от 15 до 100 мм и толщиной стенки от 2 до 5 мм. Трубы вварены в верхнюю и нижнюю решётки, образуя шахматный трубный пучок. Рекуператор является многоходовым по воздуху, поэтому межтрубное пространство разделено перегородками.
Конструктивный тепловой расчёт рекуператора производят в следующей последовательности.
48
Рис. 5.3. Четырёхходовой трубчатый рекуператор для печей среднего размера:
1 – верхняя дырчатая доска; 2 – нижняя дырчатая доска; 3 – трубы рекуператора; 4 – компенсатор; 5 – песочные затворы
Задаёмся скоростями теплоносителей, отнесёнными к нормальным условиям:
гн 3 м/с; вн 8 м/с.
Определяем необходимое проходное сечение дымовых газов и воздуха:
f |
г |
|
Vг |
, м; f |
в |
|
Vв |
, м. |
(5.10) |
|
|
||||||||
|
н |
|
н |
|
|
||||
|
|
|
г |
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
49 |
|
|
|
|
|
Проходное сечение одной трубы равно |
|
||
0,785 dвн2 , м2, |
(5.11) |
||
где dвн – внутренний диаметр трубки, м. |
|
||
Необходимое количество трубок рекуператора |
|
||
n |
fг |
, шт. |
(5.12) |
|
|||
|
|
|
Полагая, что трубный пучок имеет в плане форму квадрата, определяем количество трубок по ходу движения воздуха и в поперечном нагревании
n1 |
n , шт.; n1 n n1, шт. |
(5.13) |
Вычисляем шаги расположения трубок в трубном пучке
S1 S2 |
1,5dн , |
(5.14) |
где dн – наружный диаметр трубы, м.
Тогда высота одного хода воздуха (расстояние между перегородками межтрубного пространства) будет равна
|
в |
|
fв |
, м. |
(5.15) |
|
(S2 dн)n2 |
||||
|
|
|
|
||
Для |
определения |
конвективного |
коэффициента |
теплоотдачи от поверхности теплообмена к воздуху вычисляем:
- среднюю температуру воздуха |
|
||||
|
|
|
tв tв |
, °С; |
(5.16) |
|
t |
||||
|
|
||||
|
в |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
-действительную скорость воздуха при этой температуре
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
273 tв |
, м/с. |
|
(5.17) |
||
|
|
|
||||||
|
в |
в 273 |
|
|
||||
Конвективный |
|
коэффициент |
теплоотдачи |
в |
определяем по номограмме, приведённой на рис. 5.4.
50