Расчет диаметра печных труб

2.5 Расчет диаметра печных труб

Цель этапа: по результатам расчета выбрать стандартные размеры труб (диаметр, толщину и шаг).

Объемный расход нагреваемого продукта рассчитывается по формуле:

,

где G_с – производительность печи по сырью, т/сут.;

r_t – плотность продукта при средней температуре, кг/м³;

,

где a - температурная поправка;

;

 кг/м³.

Подставляя, получим:

 м³/с.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

,

где n = 2 – число потоков;

W – допустимая линейная скорость продукта, W = 2 м/с [2, с.19];

d_вн – расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из этого уравнения находим:

 м.

Из стандартных значений [2, табл.5] выбираем диаметр трубы  м.

 

Таблица 4.

Характеристики печных труб и фитингов.

Диаметр трубы, м	Толщина стенки трубы, м	Шаг между осями труб, м
		Фитинги	Ретурбенты
0,152	0,008	0,275	0,301

Определяем фактическую линейную скорость нагреваемого продукта:

 м/с.

Вывод: на данном этапе расчета вычислили диаметр печных труб, по нему выбрали стандартный диаметр, толщину и шаг труб, и, исходя из стандартного диаметра, рассчитали фактическую линейную скорость нагреваемого продукта.

2.6 Расчет камеры конвекции

Цель данного этапа: расчет поверхности конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции.

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению:

,

где Q_к – количество тепла, воспринятое конвекционными трубами;

K – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту;

Dt_ср – средняя разность температур.

 кДж/ч.

Средняя разность температур определяется по формуле:

,

где ,  – соответственно большая и меньшая разности температур;

t_к – температура продукта на выходе из камеры конвекции, которая находится путем решения квадратичного уравнения вида:

,

где а = 0,000405; b = 0,403; с – соответственно коэффициенты уравнения.

Коэффициент с вычисляется следующим образом:

,

где – теплосодержание продукта при температуре t_к:

 кДж/кг;

.

Решению квадратичного уравнения удовлетворяет только значение одного корня, так как второй корень, принимающий отрицательное значение, не имеет физического смысла:

⁰С.

Находим большую, меньшую и среднюю разности температур:

 ⁰С;

 ⁰С;

 ⁰С.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции определяется уравнением:

,

где a₁, a _к, a _р – соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов.

a _р определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

,

где t_ср – средняя температура дымовых газов в камере конвекции:

 К;

 Вт/м²×град.

 

a _к определяется следующим образом:

,

где Е – коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого определяем методом линейной интерполяции, используя табличные данные зависимости его от t_ср; принимаем Е = 21,248 [2, табл.4];

d – наружный диаметр труб:

 м;

 

U – массовая скорость движения газов, определяемая по формуле:

,

где В – часовой расход топлива, кг/ч;

G – количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг;

f – свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции:

,

где n = 2 – число труб в одном горизонтальном ряду;

S₁ – расстояние между осями этих труб; S₁ = 0,275 м (см. табл.4);

l_р – рабочая длина конвекционных труб; l_р = 18 м (см. табл.2);

а - характерный размер для камеры конвекции:

 м.

 м².

Рассчитываем массовую скорость движения газов:

 кг/м²×с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

 Вт/м²×град.

Коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту:

 Вт/м²×град.

 

Рис.4. Схема расположения

Таким образом, поверхность конвекционных труб:

 м².

Определяем число труб в камере конвекции:

 шт.

Число труб по вертикали:

 шт.

Высота пучка труб в камере конвекции определяется по формуле:

, труб в камере конвекции.

где S₂ – расстояние между горизонтальными рядами труб:

 м;

 м.

Рассчитаем среднюю теплонапряженность конвекционных труб:

 Вт/м².

Выводы: 1) рассчитали поверхность нагрева конвекционных труб, получив следующий результат: Н_к = 622,63 м²;

2) определили значение средней теплонапряженности конвекционных труб, оно составило Q_нк = 14874,2 Вт/м², что несколько выше допустимого значения (13956 Вт/м²), а значит камера конвекции работает с высокой эффективностью, но может быть нарушена нормальная работа печи (например, прогар труб); чтобы уменьшить теплонапряженность, можно увеличить поверхность конвекционных труб, т.е. увеличить их количество.