Расчет газоходного тракта и дымовой трубы (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра теории и автоматизации металлургических процессов и печей

РАСЧЕТ ГАЗОХОДНОГО ТРАКТА И ДЫМОВОЙ ТРУБЫ

Методические указания для практических занятий, курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Газоочистные аппараты в металлургическом производстве» для специальности «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей» (ТЭА – 4-5 курс, ТЭАз – 5-6 курс)

ВЛАДИКАВКАЗ 2007

УДК 669.015+669.041

Составители: доц. доц. асп.

Содержание

Введение 4

1. Расчет потерь тепла через стенки газохода 4

2. Расчет сопротивлений газоходного тракта 6

3. Расчет высоты дымовой трубы 8

4. Задание 9

5. Пример расчета 12

Список литературы 19

Приложение 20

ВВЕДЕНИЕ

При движении газов от печи к трубе происходят потери напора из-за аэродинамических сопротивлений, и давление газа по длине газохода понижается. Поэтому для непрерывного движения отходящих газов в конце системы необходимо поддерживать разрежение, равное сумме сопротивлений на пути движения газов. Сопротивления на пути движения газов в газоходном тракте возникают в результате:

- трения молекул газового потока о стенки;

- изменения направления движения газа при поворотах;

- движения газа на участках подъема и спуска.

При проведении расчета сопротивлений необходимо знать распределение температуры по длине газоходного тракта и температуру газа в конце газохода. Если конечная температура газов не задана, то по начальным параметрам газа проводится расчет потерь тепла в окружающую среду через стенки газохода на 1 м его длины.

1. Расчет потерь тепла через стенки газохода.

1. Задается температура на внешней стороне стенки газохода tн

tн = tг - (5¸10) 0С, (1.1)

где tг – температура газа, 0С.

2. Средняя температура стенки в поперечном сечении

0С, (1.2)

где tв – температура на внутренней стороне стенки газохода, с небольшой погрешностью можно принять равной температуре отходящих газов, 0С.

3. Определяется коэффициент теплопроводности стенки газохода

Вт/(м2×0С), (1.3)

где l0 – коэффициент теплопроводности материала при 0 0С; b – коэффициент, показывающий изменение l при изменении температуры на 1 0С.

Для стальных конструкций, выполненных из углеродистых сталей, коэффициент теплопроводности вычисляется по следующей зависимости

Вт/(м2×0С), (1.4)

где К – коэффициент, зависящий от марки стали, т. к. материалом для изготовления газоходных трактов в основном является сталь марки «Ст3», то К = 3,64.

4. Плотность теплового потока теплопроводности определяется по формуле для плоской стенки, если отношение наружного диаметра газохода к его внутреннему диаметру удовлетворяет условию dнар/dвн < 2, (так как стальные газоходы обычно имеют небольшую толщину стенок, то соотношение диаметров обычно меньше 2)

Вт/м2, (1.5)

где dст – толщина стенки газохода, м (обычно составляет 0,5¸1,5 см).

5. Плотность теплового потока конвекции от газохода в окружающую среду

Вт/м2, (1.6)

где tокр – температура окружающего воздуха, принимается равной 20 0С; а – коэффициент теплоотдачи (для газоходного тракта круглого сечения можно принять 2,5 – 2,7 Вт/(м2×К1,25)).

6. Плотность теплового потока излучения от газохода в окружающую среду

Вт/м2, (1.7)

где e - степень черноты материала, принимается 0,78 ¸ 0,82; С0 – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,67 Вт/(м2×К4); Тн – наружная температура стенки, К; Токр – температура окружающего воздуха, К.

7. Суммарная плотность теплового потока конвекции и излучения

qк+и = qк + qи Вт/м2. (1.8)

8. При правильно заданной температуре на внешней стороне газохода плотность теплового потока теплопроводности и плотность теплового потока конвекции и излучения должны быть равны. Однако точного совпадения заданной и реальной температуры стенки на внешней стороне газохода добиться сложно при проведении расчета без ЭВМ. Для получения более точного значения температуры на внешней стороне стенки газохода необходимо соблюдение условия

£ 5%. (1.9)

При несоблюдении условия задача решается итерационным методом, т. е. задается температура на внешней стороне стенки газохода во втором приближении и расчет повторяется

tн¢ = tн ± (0,3 ¸ 5) 0С и т. д., пока условие не будет выполнено.

Если qт > qк+и, то заданная температура на внешней стороне стенки газоходного тракта завышена. Если qт < qк+и – то занижена.

9. Расход газа при рабочих условиях

м3/ч, (1.10)

где V0 – расход отходящих газов при нормальных условиях (т. е. при температуре tг = 0 0С и давлении р = 101,3 кПа), м3/ч; tг – температура газа в газоходном тракте, 0С; a - коэффициент объемного расширения равный 1/273.

10. Сечение газохода

м2. (1.11)

где w - скорость движения газа в газоходе (во избежание осаждения пыли в газоходе скорость принимается 18 – 20 м/с).

11. Диаметр газохода

м. (1.12)

12. Площадь поверхности газохода длиной 1 м

F = pd м2, (1.13)

13. Линейная плотность теплового потока

QL = qт× F Вт. (1.14)

14. Теплоемкость отходящих газов

сг = а1с1 + а2с2 + … + аncn кДж/(м3×0С), (1.15)

где а1, а2, …, аn – содержание компонента в газе, об. доли; с1, с2, …, сn – средние теплоемкости компонентов отходящего газа, кДж/(м3×0С) (определяются по справочнику [1] методом линейной интерполяции); n – количество компонентов газа.

15. Температура, до которой охладится газ через 1 м длины газохода

0C. (1.16)

16. Снижение температуры газов на 1 м длины газохода в результате потерь тепла в окружающую среду можно определить по формуле

Dt = tг – t¢ 0С. (1.17)

17. Потери тепла в окружающую среду на каждом метре газоходного тракта будут различны вследствие изменения температуры газа внутри газохода, поэтому для дальнейшего проведения расчета в качестве исходной температуры следует принять tг = t’, и повторить расчет. Однако расчет без применения ЭВМ является достаточно приближенным и изнурительным, поэтому для упрощения расчета предложена программа на языке VisualBasic 6.0, приведенная в приложении.

2. Расчет сопротивлений газоходного тракта.

1. Средняя температура газов в газоходе:

0С, (2.1)

где tк – температура газов в конце газоходного тракта, 0С.

2. Коэффициент вязкости смеси газов

Н∙с/м2, (2.2)

где h1, h2,…, hn – коэффициенты вязкости компонентов газа, Н∙с/м2 [1].

Значения h в справочнике приведены для температур через каждые 100 0С. Поэтому определение коэффициента вязкости для каждого компонента газа при tср производится методом линейной интерполяции.

3. Расходы компонентов отходящих газов определяются по формуле

м3/ч, (2.3)

4. Плотность отходящих газов при нормальных условиях

кг/м3. (2.4)

5. Критерий Рейнольдса

. (2.5)

6. Коэффициент внешнего трения газа для труб с гладкой поверхностью (стальных) при турбулентном режиме

(2.6)

7. Скорость газа в газоходе при нормальных условиях

м/с. (2.7)

8. Потери напора на трение

Па. (2.8)

9. Потери напора на местные сопротивления

Па. (2.9)

где x i – коэффициент местного сопротивления [2]; tг,i – температура газа в области местного сопротивления, 0С.