Роговой_задачи

Следовательно,

фп = QnF = 5,605·2904,5 = 16280 кВт.

27. Определить коэффициент теплоотдачи от дымо­ вых газов к свободновисящим цепям на разгрузОчном участке вращающейся печи 4,5Х170 м, если средняя

скорость газов ro=9,46 м/с, кинематическая вязкость газов v=95·10-6 м2/с Овальные цепи имеют диаметр d=25 мм, теплопроводность газов л=0,069 BT/(M·oCl.

РеШ е н и е.			Определяем критерии Re и Nu:
				rod		9,46·0,025			= 2489;
			Re = --:;- =			95.10-6
		Nu = O,45Reo,5 = 0,45.2489°·5 = 22,45.
Коэффициент теплоотдачи от газов к цепям составит
	ct	= Nu ~ = 22 45 0,069 = 62							Вт/(м2.ОС)		.
		г	d	'		0,025
28. Определить теплоотдачу неизолированной сталь-
/ ной трубы dп/dв =21/15 мм,							если коэффициент теплоот­
дачи'	от теплоносителя				к	стенке		трубы		а\ = 1163 ВТ!
/(м2 .ОС) и от стенки к					воздуху			a2=11,63			Вт/(м2 • ОС);
температура: теплоносителя							t 1 =980 С и			окружающего
воздуха t2 = 180 С;				теплопроводность стенки трубы л\ =
=58,15 Вт/(м,ОС),
Реш е н и е			Определяем общее термическое сопротивление теп­
лопередаче стальной трубы по формуле
		I		1		dп	I			1	+
~Rтр=--+--Iп-+--=
	CtlndB			2nЛl		dB	Ct2ndи		1163·3,14.0,015
	1		InO,021 +				1
+2·3,14·58,15 0,015					------ = 1,322 м2.0С/Вт.
					11,63·3,14·0,021
Теплоотдача 1 м трубы составит
			М		98-18
		q= -- =					=605 Вт/м.
			~RTP			1,322			'
29	В холодильнике				требуется			охладить			жидкость в

количестве m\=lOOOO кг/ч от температуры t1=60°C до

температуры t 2 =30° С; удельная		теплоемкость жидко­
сти с\=2680 Дж/(кг,ОС). Тепло		передается воде, кото­
рая нагревается от	t~ =250 С до	конечной температуры
t;=32° С; удельная	теплоемкость воды 02=4190 Дж/

/ (кг· ОС). Коэффициент теплопередачи от жидкости к

30

Воде К= 240 Вт/(м2 •о С}. Определить расход воды и

необходимую площадь поверхности нагрева при проти­

ваточной схеме теплообмена.

Реш е н и е Тепловую мощность находим по формуле

	10000			30) =223000 Вт = 223 кВт.
Ф = mlcl (t1 - t2 ) = -- 2680 (60 -
	3600
Определяем расход воды по формуле
Ф	=	223000		=7,6 кг/с=27400кГjч.
mи =		4190 (32 -	25)
Cz ( t; - t;)
Сре,у,нелогарифмическая разность температур при противотоке
( [ 1 - t; )- (t2		- t; )= (60 -		32) (30 - 25) = 13,4 ос.
Мер =		,			6032
t1		t2	2,3Jg		з02s-
2,31g -- ,
t2	t1

Расчетная площадь поверхности теплообмена

ф	223·103
р=--=	=69,3 м2 •
КМср	240·13,4

ЗО. Стальная труба диаметром 100 мм с температу­ рой стенок t1 = 1270 С проходит в кирпичном канале раз­

мером 0,28ХО,35 м с температурой					стенок		t2 =270 С
Определить теплопередачу			излучением с 1 м				трубы в
1 ч. Принят]:> для	стали С1=4,2 Вт/(м2 • К4)					и	для кир­
пича, из которого	выложен		канал, С2=5,33			Вт/{м2 ·К4).
Реш е н и е Приведенный коЭффициент излучения с учетом пло­
щадей трубы и канала равен
С'
где Со - коэффициент	излучения		абсолютно	черного		тела, равный
5,65 Вт!(м2 1(4).
Определяем соотношение площадей'
	__3..;..,1_4_.0.....;'_1_.1_ = О			25
	2·1 (0,28+0,35)			, .

31

torita

С' =	I	=4,048т/(мЧ<4).
1	( 1	1 )
-+025	~--
4,2 '	5,33	5,65

Количество теплоты, излучаемое с 1 м2 трубы, будет равно:

Q=C 1 [(1~)4_(1~)4]Pl =

= 4,04 [(~:y- (~:)4]3.14.0,1.1-3600 = 797,5 МДж.

1.

массу

Глава III

ЗАДАЧИ ПО РАСЧЕТУ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

§ 1. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО И ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Рассмотрим в качестве примера расчет горения под­

московного угля, сжигаемого в выносной топке.

3 а Д а н о.

Состав угля по справочным данным на рабочую

(%): 0-30,5; НР-2,3; SP-2,7; NP-0,6; ОР-9,2;

АР-21,8; WР-ЗЗ.

2. Влагосодержание воздуха, согласно климатологи­

ческим таблицам и I-d-диаграмме, составляет d= 10 r

на 1 кг сухого воздуха.

3. Требуемая практическая температура горения tn=1050°C (1323°К).

Определить количество, влагосодержание и энталь­

пию дымовых газов и расход воздуха на горение топ­

лива.

Реш е н и е. Порядок расчета и его результаты располагаем в виде табл. 111 1. Расчет ведем по стехеометрическим соотношениям химических уравнений реакций окисления горючих составных частей

топлива (графа 2, строки 1-7) Во избежание большого количества дробных цифр расчет удобно вести на 100 кг топлива. В этом случае количество отдельных составных частей топлива в 100 кг будут чис­

ленно равны процентным соотношениям его состава (графа 2, стро­

ки 1-7). Плотности продуктов горения являются справочными вели­

чинами. Числа графы 5 (строка 8) суммируют с учетом минусового знака у кислорода топлива (строка 5, графа 5), так как кислород,

содержащий.ся в составе топлива, участвует в окислении горючих час­

тей последнего Поэтому на величину кислорода, содержащегося в со­

ставе топлива, уменьшается количество кислорода, вовлекаемого из

атмосферного воздуха в процесс горения. Азот и влага являются

негорючими веществами. Поэтому они без изменения количества (вла­

га в виде водяных паров) переходят в состав дымовых газов, что услов-но обозначено стрелками в графе 3 (строки 4 и 7). Отноше­

ние 77 : 23 в строке 9 соответствует процентному содержанию азота и кислорода в атмосферном воздухе по массе. Множитель 0,001 в строке 10 соответствует переводу граммов в килограммы.

Итог, подсчитанный в строке 11, определяет количество продуктов

горения (графы 18, 19) и расход воздуха (графы 20, 21) при тео­

ретическом количестве воздуха, без его избытка (а = 1), когда весь

кислород участвует в реакциях процесса горения. Практнчески для

33

																		Т а б л и ц а 111.1.				Расчет горения
								ХОД		расчета						<t"''"						f-.Q)~
																									"'м
																						U Q.~
																	-						"ro		>.:>i
																О						~e~~			<t<;
															'"'
																						::=:а:;_а;		&'"
																~~e			Расход			з o	",:>i
						элемен-									"'- _				кислорода,					"",
						тариый									;:::		~s:;'"((j		кг. иа 100 кг			~~=~		..		:.:
																:а о Cl.f-<						ф>'	'"	...		:.:
						состав					реакция								топлива						uф
				о													o.o::r:::					ot::(~o		... ...
...																						:а &. ~ '""
																<:'; ... :>i
"''"					-	топлива,					горения					=,.Qo~Q.)									gg.
"						%										~~~~						~=toi'~			о ..
						по Массе																~o:.:Q		';0
~																>":.:-'"									t:::: ..
																						>.,":0"'-
				I		2						3				----			5					-----
																	4					б		7
1						e P-30,5				с+о. = СО.						2,67			30,5 2,67=81,4			3.67		1,977
2						НР-2,3		н, +			0,50, = н.о					8			2,38=18,4			9		0,805
3.						SP-2,7				S +0, = SO,						1			2,71=2,7			2		2,86
4						NP-O,6				NT _~ Nд							-		-			-		1,25
5						ОР-9,2						-					-		(-9,2)			-		1,43
6						АР-21,8						-					-		-			-		-
7						WР-ЗЗ				WT -+ W			A			I	-		-			-		0,805
												и то го							93,3
								Расчет
9						Вовлекается N,					с	B~~ДYXOM					-		-			-		1,25
						при	IX=1;			N,= 1 2з 93,3-
						=312 кг											-		-			-
10						Вовлекается н,о с воздухом																		0,805
						при d=IO г на 1 кг сухо-
						го воздуха;					н,о= (93,3+
						+312) 10 0,001 =4,05						кг
111						и т о г о				при а= 1
12																	-		-			-		1,43
						При а-1,7 расход кислоро
13						да 93,3-1,7 = 158,5 кг									-				-			-		1,25
						Вовлекается азота
						77
14						158,5 2з -530 кг						(158,5+			-				-			-		0,805
						Вовлекается				н,о
.						+530)0,01 =6,88 кг
15
						Итого				при а=I,7

Колич~ство сухих дымовых

газо.

14

подмосковного угля (на 100 кг угля)

							Состав и количество газообразных продуктов горения																						Расход
												при нормальных					устювинх												воздуха
			СО,				Н,О						О,		N,						О,				всего
																													кг				м"
			кг			М'	КГ			м'		КГ	м'	КГ			м'			КГ		м'			КГ			м'
																													---			-
--						-	--		--			-	--	--		---				-		-		---		---
8						9	10			11		12	13	14			15			16		17			18			19	20			21
114						58,7	-			-		-	-	-			-			-		- '		I	114	58,7			-			,=
-						-	20,7			2',7		-	-	-			-			-		-			20,7	2),7			-
-						-	-			-		5,4	1,885	-			-			-					5, \			1 8З5	-			-
-						-	-			-		-	-	06			О 1\			-		-			о ,б			О \8	-			-
-						-	-			-		-	-	-			-			-		-			-			-	-			-
						-	-			-		-	-	-			-					-			-			-	-			-
						-	33			1			-	-			-					-			33			41	-			-
1=												\-						1=								I
								I
								I
			11l4158,iI5J,7167,715,41I,~851											0,3	1		О,!8			1-1-117з,7													1 -
																											1128,7651
			-			-	-			-		-	-	312			246,14			-		I			312			246,14	-				-
																						-
			-			-	4,05			5,03		-	-	-			-			-		-			4,05			5,03	-				-

1114158,7157'75172'7з15,411'8851312'61246,621-1-1489,75/379,93 r 408,82\317

						65,245,5	65,2	45,5
				530	424		530	424
6,88	8,55	-					6,88	8,55

1114158'7160,58176'2515'411.8851530'61424,48165'2145,51775'781606'8151695,38\538

I 1- I- 1 - 1- 1 - 1 - 1 1 - 1 - 1 715,21

I 1-

35

повышения степени химической полноты горения в процесс вводят некоторое избыточное количество воздуха, характеризуемое коэффи­ циентом избытка воздуха а Его значения рассчитывают из теплово­ го баланса процесса горения 1 кг топлива, имея в виду необходи­ мость достижения требуемой практической температуры горения топ· лива Приводим уравнение теплового баланса процесса горения 1 кг

топлива.

(Ш.l)

где Q: - низшая теплота сгорания 1 кг топлива [для подмосков­ ного угля по справочным данным Q~= 10 740 кДж/кr

	(2560 ккал/кг)],
L~ -	теоретический расход			воздуха		на горение 1 кг топлива
	[согласно	расчету	(табл		III	1, графа 20,	строка ll),
	L~=408,82	100=4,9 кг/кг],
СВ -	теплоемкость воздуха			по	массе [по справочным данным
tB -	СВ = 1,005 кДж/(кг,ОС)			или Св =0,24 ккал/(кг,ОС)],
	температура воздуха (ОС)				при	отсутствии его подогрева
	принимаем	tB = 10° С	(при		сжигании мазута воздух обя·
	зательно подогревают до 100-1500 С Прн сжигании топ·
	лива в печах также часто используют подогретый воздух
t" -	из зоны остывания печей);
	температура топлива, ОС;
СТ -	теплоемкость топлива			по	массе для твердого топлива;
	величина ttC-r исчезающе мала в сравнении с предыду­
	щими двумя слагаемыми,				в связи с чем ею		пренебре­

гаем [мазут подогревают до 80-1000 С для обеспечения

необходимой дисперсности капель; теплоемкость мазута подсчитывают по формуле

СТ = 1,74+0,00252 tT ,	кдж/ (кг.ОС) или
СТ =0,415+0,0006 t-r	ккал/(кг,ОС)];
L~ - теоретическое количество продуктов		горения 1 кг топли­
ва Согласно расчету горения (табл.		III 1, графа 18, стро·

ка 11), L~=489,75' 100=4,9 кг на 1 кг топлива;

11( - калориметрическая температура горения, ОС.

Ее определяют по формуле

	tп
tk = --						(Ш.2)
fJ(]ир
где [(]- требуемая практическая	температура		горения,		назначаемая
по условиям технологии	Для	нашего	расчета		trr =	10500 С;
ТJnир - пирометрический коэффициент		полезного действия				процес·
са горения (коэффициент прямой отдачи)				Для топМных
устройств \!ОЖIlО ПРИНИ'llзть Т]пир=0,9			Тогда
1050
tK = -	=1170°С;
0,9
Сfj;-- теп.lОемкость продуктов горения по			массе	(дымовых га·
308). Она может быть	подсчитана как средневзвешенная

36

теплоемкость газовой смеси по известным формулам тер·

модинамики

Для проектных f1асчетов допустимо также пользоваться при·

ближенной формулой теплоемкости дымовых газов по массе

[кдж/ (кг· ОС)]

или в ккал/(кг,ОС)
Сд = 0,25 + 0,000014tд.	(Ш.3)
Принимая в нашем случае tк =t.ц=11700 С, получаем
Сд = 1,05 +0,00006·1170 = 1,115 кдж/(кг,ОС).
Из уравнения (ПI l) получаем
Q~+ tTCT	(Ш.4)
а=--------------
L~ tKCA- L2 СВ t.
После подстановки получаем
10740	=1,7.
а=

4,9·1170·1,115 - 4,09.1 ,005

При этом избытке воздуха продолжаем расчет горе­

ния топлива (табл. 111.1, строки 12--15).

Если дымовые газы предназначены для использова­

ния в качестве теплоносителя в сушилке, то возникает

необходимость дополнительно определить их влагосодер­

жание dд и энтальпию 1д. Определяем влагосодержание

дымовых газов:

					(Ш.5)
где Он,о -	масса	водяных паров	в дымовых газах,	отнесенная на
LCA -	1 кг топлива; в нашем случае она равна			0,6058	кг;
	масса	сухих дымовых	газов от сжигания	1 кг	топлива;
					(Ш.6)

в иашем случае
L cA =	775,78 -	60,58 = 7,152 кг.
	100	-

Тогда

0,6058

dд = 7,152 1000 = 86 г на 1 кг сухих гаЗ0В.

37

ЭнтаJJЬПИЮ продуктов горения, отнесенную к 1 кг сухих дымовых газов, определяют по формуле

Q~ + L~ Св tи а +tT	СТ	(Ш.7)
Iд =
Lс.д

Величиной tTeT для твердого топлива пренебрегаем.

В нашем случае L~ а=6,9538 кг/кг. Тогда

/д = 10740 +6,9538.1,005.10 = 1600 кДж на 1 кг сухих газов. 7,152

По значениям dд и lд находят на l-d-диаграмме

точку, соответствующую состоянию дымовых газов.

Правильность выполненного расчета горения топли­

ва проверяют методом составления материального ба­ ,'JaHCaэтого процесса (табл. III.2).

т а б л и ц а 111.2. Материальный баланс процесса

горения 100 кг топлива

		риходные		Количе-	!			Расходные	Колнче-
		статЬи		СТВО, кг				статьи	СТВО, кг
Топливо ..				100		Дымовые газы			775,78
Воздух				695,38
Невязка баланса				2,2		Зола			21,8
		Ит ого		797,58				И т о r о	797,58
НеВЯзка баланса			797,58-795,38		100=0,28%.
			795,38

В инженерных расчетах допускается пользоваться

счетной логарифмической линейкой, разрешающая спо­ собность которой в отношении точности находится в

пределах до 0,5 %. Поскольку в нашем случае невязка

баланса составляет 0,28<0,5%, то расчет считается

выполненным правильно и пересчета не требует.

§ 2. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

Рассчитыва~м в качестве примера горение природно­ го газа Саратовского м~сторождения.

Задано 1. Объемный состав газа (по справочным данным)

38

(%): СН4-94; С2Н6-1,2; СзНв-0,7; C4H to-0,4;

C5H I2-O,2; С02-О,2; N2-3,3. BCCIO 100%.

2. Влагосодержание воздуха, согласно климатологи­

ческим таблицам и I-d-диаграмме, составляет d= 10 г

на 1 кг сухого воздуха.

3. Природный газ сжигается во вращающейся ке­ рамзитообжигательной печи. Требуемая температура об­

жига tп= 12000 С.

Определить: количество, влагосодержание и энталь­

пию дымовых газов и расход воздуха на горение топ­

лива.

Реш е н и е. Порядок расчета и его результаты рас­

полагают в виде таблицы (табл. III.3). Расчет ведут по

стехеометрическим соотношениям химических уравнений

.реакциЙ горения	(графа 3, строки 1-7). Во	избежание
большого количества дробных цифр расчет		ведут на
100 м3 топлива.	В этом случае количества	отдельных

его составных частей в 100 м3 газа будут численно

равны процентным соотношением его состава (графа 2,

строки 1-7). Азот и углекислый газ являются негорючи­

ми компонентами топлива. Поэтому они без изменения

количества переходят в состав дымовых газов, что ус­

ловно обозначено стрелками в графе 3 (строки 6 и 7). Отношение 79: 21 (строка 9) соответствует объемно­

му содержанию азота и кислорода в атмосферном воз­

духе, выраженному в %. Множитель 0,001 (строка 10)

соответствует переводу граммов влагосодержания в ки­

лограммы.	По справочным данным плотность возду­
ха 1,293;	плотность водяного пара 0,805, выраженные

в кг/м3•

Итог, подсчитанный в строке 11, табл. III.3, опреде­

ляет количество продуктов горения (графа 10) и рас­

ход воздуха (графа 11) при теоретическом количестве воздуха, без его избытка (а= 1), когда весь кислород

участвует в реакциях процесса горения. Практически

при сжигании природного газа часто приходится повы­

шать избыток воздуха для понижения температуры го­

рения, которая при сжигании газа в промышленной пе­

чи регламентируется технологическими условиями, а при

сжигании его в топке сушильной установки или паро­

вого котла лимитируется температуростойкостью ее фу­

теровки.

В нашем примере рассмотрен случай сжигания газа

во .вращающеЙся керамзитообжигательной печи С мак-

39