4. Выбор горелочных устройств.

Для данной методической печи используем горелки типа “труба в трубе”.

Примем следующее распределение тепла по зонам печи [8]:

Томильная зона – 20%;

Сварочная зона: – 80%;

- верхняя – 35%;

- нижняя – 45%.

Расход газа в томильной зоне – 0,84, м³/с.

Число горелок в каждой зоне:

_{где Sг – шаг горелок [8], м;}

_{k – число рядов горелок.}

Пропускная способность одной горелки по газу:

• томильная – 0,108,м³/с;

Давление газа принимаем 4 кПа, для воздуха – 0,5 кПа.

Томильная зона.

Расход воздуха на горелку:

_{Расчётный расход воздуха при подогреве его до 360} ^о_С:

где k =1,51 - определяется по рис.6 [8].

По рис.5а [8] по расчётному расходу воздуха и давлению определяем тип горелок: ДНБ-200/d₂.

Расчётный расход газа:

_{где kt – определяется из рис.6 [8];}

_{kp=1,02, так как rг0=1 кг/м}³_.

_{При давлении 4 кПа и расчётном расходе газа d2=45, мм.}

_{Проверим скорости в характерных сечениях горелки. По рис.8 [8] найдём скорости Wг}²⁰_{=70 м/с и воздуха – Wв}²⁰_{=25 м/c на выходе из горелки при t=20} ^о_С.

_{Действительные скорости сред:}

_{Отношение скоростей:}

_{Отношение скоростей находится в пределах допустимого [8]. По табл.4 [8] определяем размеры горелки ДНБ-200/45.}

_{Скорость газовой смеси на выходе из носика горелки:}

_{Скорости движения сред в подводящих трубопроводах:}

_{Скорость в воздуховоде и газопроводе занижена по сравнению с рекомендуемой, поэтому можно сделать подводящие трубопроводы меньшего диаметра с переходом на 300 мм и 150 мм у горелок соответственно.}

_{Рис.4. Горелка типа “труба в трубе” большой тепловой мощности.}

5. Расчёт керамического рекуператора.

Расход продуктов сгорания через рекуператор ; расход воздуха ; температура воздуха на входе и на выходе соответственно и ; температура продуктов сгорания на входе .

Тепловой поток через поверхность теплообмена

где k – коэффициент теплоотдачи;

t – средне логарифмическая разность температур между воздухом и продуктами сгорания;

F – поверхность теплообмена.

Уравнение теплового баланса с учётом утечек воздуха

,

где =0,9 – коэффициент учёта потерь тепла в окружающую среду;

n=0,1 – доля утечки воздуха.

Из этого уравнения выражаем температуру продуктов сгорания на выходе из рекуператора:

.

Примем , тогда .

По формуле получим: , тогда .

Расхождение небольшое, поэтому принимаем .

Средне логарифмическая разность температур:

.

Определение коэффициента теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху.

Согласно рекомендации [4] скорость продуктов сгорания и скорость воздуха при нормальных условиях равны соответственно и .

Продукты сгорания движутся внутри рекуператорных труб.

Определение коэффициента теплоотдачи продуктов сгорания.

Теплоотдача конвекцией.

Температура, средняя по длине поверхности теплообмена:

.

Число Рейнольдса:

где - скорость продуктов сгорания ;

 - коэффициент кинематической вязкости при 866,7С;

d_Э – характерный геометрический параметр пространства, в котором происходит движение продуктов сгорания. При движении внутри рекуператорных труб d_Э = 0,144, м.

Так как Re > 5000, то режим движения газов – турбулентный. Критерий Нуссельта для турбулентного режима:

где Pr – число Прандтля при 866,7С.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

,

где  - теплопроводность при 866,7С.

Теплоотдача излучением.

Средняя температура стенки для входа по продуктам сгорания:

.

Средняя температура стенки для выхода по продуктам сгорания:

.

(В рекуператоре противоточное движение сред.)

Эффективная длина луча:

.

Эффективная степень черноты стенок труб рекуператора:

,

где _СТ – степень черноты шамотного огнеупора.

Парциальные давления газов численно равны их объёмным содержаниям: .

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча:

.

Степени черноты газов определяем по графикам [4]:

1. Для входа, при 1000С: .

2. Для выхода, при 733,4С: .

3. Поправочный коэффициент: .

Значения коэффициента теплоотдачи:

1. Вход:

2. Выход:

Средний коэффициент теплоотдачи излучением:

.

Суммарный коэффициент теплоотдачи:

.

Определение коэффициента теплоотдачи воздуха.

Воздух движется в межтрубном пространстве. Пучок – шахматный.

Коэффициент теплоотдачи [4, по рис.2.4]:

.

Средняя температура стенки:

.

Теплопроводность стенки при 531С:

.

Толщина стенки трубы: .

Коэффициент теплопередачи:

.

Тепловой поток от продуктов сгорания к воздуху:

.

Поверхность теплообмена:

.

Определение размеров рекуператора.

Суммарная площадь проходного сечения труб:

,

где a – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения продуктов сгорания по трубам рекуператора.

,

где S_ПС – проходное сечение одной трубы, отнесённое к 1м² площади сечения насадки.

Ширина насадки рекуператора.

Принимаем ширину насадки равной ширине рабочего пространства, т.е. .

Число рядов труб направлении, перпендикулярном движению воздуха:

.

Округляем до 43.

Высот насадки рекуператора:

,

где P – поверхность теплообмена на 1м³ насадки.

Площадь проходного сечения для движения воздуха:

,

Площадь проходного сечения воздуха по высоте одного ряда труб:

.

Количество рядов труб по высоте одного горизонтального прохода:

.

Округляем до 5.

Число горизонтальных проходов по пути движения воздуха:

.

Округляем до 2.

Окончательные размеры рекуператора.

Число рядов труб по ширине:

.

Число рядов труб по высоте рекуператора с учётом возможности увеличения высоты последнего прохода на 1 трубу:

.

Ширина насадки рекуператора:

.

Число рядов труб по длине рекуператора:

,

где S₂ – шаг труб по длине рекуператора.

Длина насадки рекуператора:

.

Высота насадки рекуператора:

.

Действительная поверхность теплообмена.

.

Невязка:

.

Разница между полученным F и ранее найденным менее 10%.

_{Расчет аэродинамического сопротивления тракта продуктов сгорания:}

_{где Т – коэффициент трения для каналов из огнеупоров (0,05);}

_{dэ – эквивалентный диаметр для вертикальных каналов (0,114);}

_{5, 6 – коэффициенты местных сопротивлений (0,5; 0,6);}

_{Псо, во – плотность продуктов сгорания и воздуха;}

_{ – коэффициент объемного расширения газов.}