Упрощенный расчет камеры радиации

 

Цель этого этапа расчета: определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.

Температуру продуктов сгорания, покидающих топку, находим методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение:

 

,

 

где q_р и q_рк – теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, ккал/м²×ч;

H_р – поверхность нагрева радиантных труб, м² (см. табл.2);

H_р /H_s – отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива; принимаем H_р /H_s = 3,05 [2, с.17];

q – средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

Y – коэффициент, для топок со свободным факелом Y = 1,2 [2, с.42];

С_s = 4,96 ккал/м²×ч×К – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Суть расчета методом итераций заключается в том, что мы задаемся температурой продуктов сгорания Т_п, которая находится в пределах 1000¸1200 К, и при этой температуре определяем все параметры, входящие в уравнение для расчета Т_п. Далее по этому уравнению вычисляется Т_п и сравнивается полученное значение с ранее принятым. Если они не совпадают, то расчет возобновляется с принятием Т_п, равной рассчитанной в предыдущей итерации. Расчет продолжается до тех пор, пока заданное и рассчитанное значения Т_п не совпадут с достаточной точностью.

Для первой итерации принимаем Т_п = 1000 К.

Средние массовые теплоемкости газов при данной температуре, кДж/кг×К:

 

; ;

; ; .

 

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Т_п = 1000 К:

 

;

 кДж/кг.

 

Максимальная температура продуктов сгорания определяется по формуле:

 

,

 

где Т₀ – приведенная температура продуктов сгорания; Т₀ = 313 К [2, с.15];

h_т = 0,96 – к.п.д. топки;

 К.

Средние массовые теплоемкости газов при температуре Т_max, кДж/кг×К:

 

; ;

; ; .

 

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Т_mах:

 

;

 кДж/кг.

 

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Т_ух.:

 

 кДж/кг.

 

Коэффициент прямой отдачи:

 

.

 

Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб:

 

 ккал/м²×ч.

 

Температура наружной стенки экрана вычисляется по формуле:

 

,

 

где a ₂ = 600¸1000 ккал/м²×ч×К – коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту; принимаем a ₂ = 800 ккал/м²×ч×К;

d – толщина стенки трубы, d = 0,008 м (2, табл.5);

l = 30 ккал/м×ч×К – коэффициент теплопроводности стенки трубы;

d_зол. /l _зол. – отношение толщины к коэффициенту теплопроводности зольных отложений; для жидких топлив d_зол. /l _зол. = 0,002 м²×ч×К/ккал (2, с.43);

⁰С – средняя температура нагреваемого продукта;

 К.

Теплонапряженность поверхности радиантных труб, приходящаяся на долю свободной конвекции:

 

;

 ккал/м²×ч.

 

Итак, температура продуктов сгорания, покидающих топку:

 

 К.

 

Как видим, рассчитанная Т_п не совпадает со значением, принятым в начале расчета, следовательно расчет повторяем, принимая Т_п = 1062,47 К.

Результаты расчетов представлены в виде таблицы.

 

Таблица 3.

№ итерации	I,	Тmах, К	Imax,	m	,	q, К	,	Тп, К
2	16978,0	2197,5	45574,6	0,6952	24467,9	599,1	3870,3	1038,43
3	16415,4	2202,7	45712,2	0,7108	25016,9	601,0	3601,1	1046,12
4	16638,2	2200,7	45658,0	0,7046	24798,7	600,2	3707,5	1045,81

 

Рассчитываем количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

 

;

 кДж/ч.

 

Рис.3. Схема камеры радиации трубчатой печи:

I – сырье (ввод); II – сырье (выход); III – продукты сгорания топлива; IV - топливо и воздух.

 

Выводы: 1) рассчитали температуру продуктов сгорания, покидающих топку, при помощи метода последовательного приближения; ее значение Т_п = 1045,81 К;

2) фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб при этом составила q_р = 24798,7 ккал/м²×ч;

3) сравнивая полученное значение фактической теплонапряженности с допускаемым для данной печи q_доп.= 35 Мкал/м²×ч (см. табл.2), можно сказать, что наша печь работает с недогрузкой.