Тепловой баланс и тепловая эффективность работы печи

Из равенства приходной и расходной частей баланса определим средний расход топлива.

,

B=80,5 м³/ч

Результаты расчета теплового баланса печи сведены в таблицу 4.1

Таблица 4.1

Результаты расчёта теплового баланса печи

статья	приход теплоты		статья	расход теплоты
	МДж	%		МДж	%
QТ	11,528	92,35	QМ	3,503	28,14
Qфв	0,918	7,35	Qтепл	0,832	6,69
Qэкз	0,037	0,30	Qак	0,249	2,00
			Qизл	1,526	12,26
			Qп	0,348	2,80
			Qух	5,691	45,73
			Qнеучт	0,296	2,38
итого	12,483	100	итого	12,483	100

Определим тепловую эффективность работы печи.

Коэффициент полезного действия печи

Средний удельный расход теплоты

Удельный расход условного топлива (теплота сгорания условного топлива равна 29,33 МДж/кг)

Расчет рекупиратора

Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печи, имеют высокую температуру, а следовательно, содержат значительное количество теплоты. Поэтому целесообразно обеспечить утилизацию теплоты отходящих дымовых газов с возвратом части её обратно в печь. Для этого необходимо теплоту уходящих дымовых газов передать поступающему в печь воздуху. Для решения этой задачи используют теплообменники рекуперативного типа, применение которых позволяет экономить топливо.

Рекуператор представляет собой теплообменный аппарат, работающий в условиях, близких к стационарному тепловому состоянию, при котором происходит передача теплоты от остывающих дымовых газов к нагревающемуся воздуху через разделительную стенку.

Проектирование рекуператоров предполагает расчет значений площади поверхности нагрева и некоторых других параметров, характеризующих его конструкцию.

Выберем для проектируемой печи имеющий широкое применение петлевой рекуператор. Исходные данные для его расчета:

• В = 80,5 м³/ч – средний расход топлива;

• L_Д = 5,95 м³/м³ – расход воздуха;

• V_Д = 6,81 м³ – количество продуктов сгорания;

• t_в = 270˚С – температура подогрева воздуха;

• t_ух = 1037 ˚С – средняя температура уходящих из печи дымовых газов за цикл нагрева;

• СО₂ = 7,78 %; H₂O = 20,26 % - содержание лучепрозрачных газов в продуктах сгорания топлива;

Для изготовления рекуператора выберем трубы диаметром

d_н = 30 мм – наружный диаметр трубы;

d_вн = 24,7мм – внутренний диаметр трубы.

Примем коридорное расположение труб в рекуператоре с шагом

, .

Рис. 5.1. Схема расположения и основные геометрические характеристики коридорного пучка труб в рекуператоре.

Расчет начинаем с определения расхода воздуха и дыма, проходящих через рекуператор. Найдем расход воздуха В м³/ч

где n – коэффициент подсоса воздуха, который для трубчатых металлических рекуператоров равен нулю.

Расход дымовых газов с учётом потерь дыма на выбивание через дымовой шибер, а также подсоса воздуха

м³/ч

где m – коэффициент, учитывающий потери дыма в печи и боровах до рекуператора; ρ – коэффициент подсоса воздуха.

Рассчитаем теплосодержание дыма

=15,37 кДж

где – теплосодержание соответствующих газов, взятых при t_ух = 1037 ˚С [1, с.25].

Теплосодержание дыма перед рекуператором с учетом подсоса воздуха

Теплосодержанию дыма соответствует температура (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Зависимость теплосодержания дымовых газов от их температуры

Принимая коэффициент потерь в рекуператоре ξ = 0,82, определим теплосодержание дыма за рекуператором

(270-20)= 882,3

Этому теплосодержанию соответствует температура дыма за рекуператором (рис. 5.2).Среднелогарифмический температурный напор

Средняя температура дыма в рекуператоре

Приняв скорость дыма в рекуператоре W_Д = 4 м/с, вычислим коэффициент теплоотдачи конвекцией на дымовой стороне

Общий коэффициент теплоотдачи с учетом излучения на дымовой стороне

Средняя температура воздуха в рекуператоре

.

Принимаем скорость движения воздуха в рекуператоре W_В = 6м/с. Определим коэффициент теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне рекуператора

Предполагая, что тепловое сопротивление s/λ = 0, найдем коэффициент теплоотдачи =

где s – толщина стенки, м; λ – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/м·град.

Площадь поверхности рекуператора

Произведем компоновку рекуператора. Чисто U-образных элементов

Средняя поверхность нагрева одного трубного элемента

Средняя длина одного трубного элемента

Число труб в ряду, перпендикулярном движению дыма:

= .

Число труб по ходу дыма: 6.

Рис 5.3. Схема металлического петлевого рекуператора