Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях Методические указания к курсовой работе (стр. 6 )

Температура на границе слоев: (47)

Средняя температура внутреннего слоя:

Средняя температура наружного слоя:

После определения величины Qкл необходимо проверить значения взятых средних температур слоев.

Для внутреннего слоя: (48)

Для наружного слоя:

В случае расхождения между принятыми и полученными расчетом значениями средних температур слоев более 20 %, необходимо произвести перерасчет. Также потери тепла в окружающую среду могут быть определены графически .

5 Потери тепла излучением через открытые окна и щели печи

где Тэф – температура газов в печи, К;

F – поверхность открытого окна или щели, определяется по чертежу, м2;

Ф – коэффициент диафрагментирования, зависящий от соотношения размеров окна и толщины стенки, а также от формы окна или отверстия, определяется по графику ;

y – коэффициент, равный соотношению времени открытого окна (щели) к полному времени пребывания металла в печи.

6 Неучтенные потери Qн принимаются в размере 15–20 % от всех потерь, за вычетом Qм + Qух.

Нахождение расхода топлива

Из уравнения теплового баланса рабочей камеры определим расход топлива:

При расчете топливосжигающих и тягодутьевых устройств (с учетом форсировки печи) значение В для печей с постоянным тепловым режимом увеличивается на 20–25 %.

Статьи теплового баланса сведем в таблицу 2.

Таблица 2

Тепловой баланс печи

Приход	Расход
Статьи прихода		Вт	%	Статьи расхода		Вт	%
Химическое тепло топлива, Qхт				На нагрев металла, Qм
Физическое тепло топлива, Qфт				Уносимое дымовыми газами, Qух
Физическое тепло воздуха, Qфв				Потери через кладку теплопроводностью, Qкл
Тепло экзотермических реакций, Qэкз				Потери излучением через окна и щели, Qизл
Неучтенные потери, Qн
Всего:			100				100

Удельный расход тепла на нагрев металла:

Удельный расход условного топлива:

Термический кпд:

Расчет производительности горелок

Количество и расположение горелок (форсунок) зависит от типа печи и берется с чертежа (приложение к заданию). В камерных печах с постоянной температурой горелки размещаются равномерно по периметру печи. Производительность горелки (форсунки) определяется путем деления расчетного расхода Вр топлива на принятое количество горелок (форсунок).

9 Классификация и основные конструктивные

особенности рекуператоров

Рекуператоры – это теплообменные аппараты или устройства с непрерывным движением дымовых газов через систему каналов. По другой системе каналов течет тепловоспринимающий поток (воздух, горючий газ). Передача теплоты от одного движущегося потока к другому осуществляется через разделяющую их металлическую или керамическую стенку.

Основной показатель работы рекуператора – стойкость (срок службы), которая зависит от его газоплотности, температуры продуктов сгорания, а также материала стенки. Как правило, несмотря на более высокие температуры подогрева воздуха, стойкость керамических рекуператоров выше, чем металлических.

По материалу стенок каналов рекуператоры подразделяют по схемам движения греющих (дымовых газов) и нагреваемых (воздуха или газов) потоков. Если направления потоков одинаковы, то такую схему называют прямоточной, а рекуператор – прямоточным. При противоточном движении потоков рекуператор именуют рекуператором с перекрестным движением. В некоторых аппаратах могут иметь место сочетания элементов всех трех основных схем движения.

Игольчатые рекуператоры. Основной элемент игольчатого рекуператора – чугунная труба овального сечения с наружными и внутренними (или только внутренними) иглами. Воздух движется внутри трубы, а дымовые газы омывают трубу снаружи. Чем меньше шаг между иглами, тем их больше, а следовательно, и выше коэффициент теплоотдачи. Однако такие трубы имеют и повышенное аэродинамическое сопротивление по пути движения воздуха.

Для всех типов рекуперативных труб совершенно одинакова конструкция внутренней (воздушной) игольчатой поверхности с иглами высотой 20 мм и расстоянием между осями 14 мм. Наиболее часто применяют двухходовую установку рекуператора, которая обеспечивает температуру подогрева воздуха до 400 °С. Для нагрева воздуха до 200 °С обычно используют одноходовую схему. Игольчатые рекуператоры используются при температуре до 1000 °С, а также позволяют получать самые высокие коэффициенты теплопередачи (из всех металлических рекуператоров), доходящие до 100 Вт/м2×град.

Термоблочные рекуператоры. Чугунно-стальные рекуператоры (термоблоки) представляют собой пучок стальных труб, пространство между которыми залито чугуном. При изготовлении рекуператоров стальные трубы вваривают в трубные доски. Между рядами труб вставляют песчано-глинистые стержни, а затем остальное пространство заливают чугуном. После удаления стержней в отливке образуются каналы для прохода дымовых газов. Трубы для воздуха или газа и каналы для дымовых газов располагают под углом 90 °, что надежно разделяет оба потока. Вследствие высокой газоплотности, в этих рекуператорах можно подогревать не только воздух, но и газ.

Эти рекуператоры могут эксплуатироваться при температурах дымовых газов 1200-1300 °С, что позволяет получить коэффициент теплопередачи 20–25 Вт/м2×град. На низкотемпературных термических печах не следует устанавливать термоблочные рекуператоры, так как наблюдается занос дымовых каналов сажистым углеродом, но при 900–1000 °С этого не наблюдается из-за того, что сажа выгорает, и каналы самоочищаются.

Рекуператоры из гладких стальных труб. В рекуператорах из гладких стальных труб воздух или газ может двигаться внутри труб, а дымовые газы снаружи, или наоборот. Трубы с помощью сварки укрепляют на трубных досках. К ним же прикрепляют компенсаторы и патрубки из листовой стали, служащие для подвода и отвода воздуха.

Рекуператоры из стальных труб чаще устанавливают на крупных нагревательных печах, где нецелесообразно применять термоблоки из-за их массивности и игольчатые рекуператоры по причине низкой газоплотности. Но при всех достоинствах этих рекуператоров отмечается также сложность их изготовления и монтажа. Размещают подобные рекуператоры только в горизонтальных дымоходах (боровах). Коэффициент теплопередачи в трубчатых рекуператорах равен 20–25 Вт/м2×град.

Радиационные рекуператоры. При температурах дымовых газов выше 900–1000 °С основное количество тепла передается стенке рекуператора излучением. Отсюда и название таких рекуператоров – радиационные. Передача теплоты излучением газов зависит от эффективной длины луча или толщины излучающего слоя, поэтому в радиационных рекуператорах каналы на дымовом пути выполняют большого сечения (диаметром 0,5–3 м), что снижает аэродинамическое сопротивление канала. В настоящее время применяют щелевые радиационные рекуператоры и трубчатые (из труб малого диаметра).

Щелевые радиационные рекуператоры состоят из двух концентрических цилиндров. Внутренний цилиндр изготовляют из жаростойких сталей, а наружный – из углеродистых. Дымовые газы, проходя по внутреннему цилиндру, нагревают стенку излучением и конвекцией, а она переизлучает теплоту на наружный цилиндр. Схема газовых потоков в них обычно прямоточная.

В трубчатых радиационных рекуператорах нагреваемый поток (воздух, газ) движется по трубкам малого диаметра, расположенным около стенок канала большого сечения, по которому движутся дымовые газы. Такая конструкция повышает прочность рекуператора. Здесь используют схему прямо - и противотока.

Общим недостатком всех конструкций радиационных рекуператоров по сравнению с конвективными, например трубчатыми, является их громоздкость. Коэффициент теплопередачи у радиационных рекуператоров доходит до 25 Вт/м2×град.

Пример расчета игольчатого рекуператора

Рассчитать игольчатый рекуператор из труб типа 17,5. Объем нагреваемого воздуха V2 = 1340 м2/ч. Количество дымовых газов при входе в рекуператор V1 = 1500 м2/ч. Температура подогрева воздуха (у печи) 300 °С, начальная 20 °С. Температура дымовых газов, уходящих из печи, 900 °С.