Расчет рекуператора для подогрева воздуха

 

Исходные данные для расчета температура воздуха на входе в рекуператор температура воздуха на выходе из рекуператора температура дыма на входе в рекуператор расход газа на отопление печи расход воздуха на горение топлива

(75)

Количество дымовых газов на входе в рекуператор

(76)

Состав дымовых газов, %

 

Выбираем керамический блочный рекуператор.

Материал блоков – шамот, марка кирпича и

Утечку воздуха в дымовые каналы принимаем 10%.

Тогда в рекуператор необходимо подать количество воздуха

Количество потерянного в рекуператоре воздуха

Среднее количество воздуха

Количество дымовых газов, покидающих рекуператор (с утечки воздуха):

Среднее количество дымовых газов

Составляем уравнение теплового баланса рекуператора, учитывая потери тепла в окружающую среду, равные 10%, и утечки воздуха в дымовые каналы.

Задаёмся температурой дымовых газов на выходе из рекуператора

Теплоёмкость дыма на входе в рекуператор при

На выходе из рекуператора

0,10129*1,583=0,160

 

Тогда

где - теплоёмкость воздуха при

Решая это уравнение, получим

 

В принятой конструкции рекуператора схема движения теплоносителей – перекрёстный противоток.

 

Среднюю разность температур для противоточной схемы определяем по формуле

(77)

(78)

По номограмме на рис. 50 находим

Тогда

 

Определяем суммарный коэффициент теплопередачи. Принимаем среднюю скорость движения дымовых газов и среднюю скорость движения воздуха

 

Учитывая, что эквивалентный диаметр воздушных каналов из графика на рисунке 51 находим коэффициент теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне:

 

Учитывая влияние шероховатости стен, получим:

Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне находим по формуле (79)

Гидравлический диаметр канала, по которому движутся дымовые газы

Согласно графику на рисунке 51 коэффициент теплоотдачи конвекцией на дымовой стороне с учетом шероховатости стен

Коэффициент теплоотдачи излучением на дымовой стороне определяем для средней температуры дымовых газов в рекуператоре

 

Среднюю температуру стенок рекуператора принимаем

Эффективная длина луча в канале

По номограммам на рисунках 21, 22, 23 находим

При находим

 

Степень черноты стен рекуператора эффективная степень черноты стен

 

Коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле

(80)

Общий коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне

Коэффициент теплопроводности шамота (приложение 11) при температуре 464

 

Толщина стенка элемента рекуператора Суммарный коэффициент теплоотдачи определим по формуле

(81)

где и соответственно основная поверхность теплообмена и оребренная,

При

 

Определяем поверхность нагрева и основные размеры рекуператора

Количество тепла, передаваемое через поверхность теплообмена

(82)

Находим поверхность нагрева рекуператора

(83)

Так как удалённая поверхность нагрева рекуператора, выложенного из кирпичей Б4 и Б6, равна можно найти объём рекуператора

(84)

 

 

Необходимая площадь сечения для прохода дыма

(85)

Учитывая, что площадь дымовых каналов составляет 44% от общей площади вертикального сечения рекуператора, найдём величину последнего

Принимаем ширину рекуператора равной ширине печи, т.е. Вр=8б35 м, найдём высоту рекуператора

(86)

Длина рекуператора

(87)

 

 

2 Специальная часть

 

Определить суммарные потери напора на пути движения продуктов горения от рабочего пространства печи до шибера.

Рисунок 3 Схема дымового тракта трехфазной методической печи

1-печь;2-вертикальные каналы;3-рекуператор;4-боров;5-место установки шибера

Количество продуктов горения плотность дымовых газов размеры рабочего пространства в конце печи х температура дыма в конце печи температура дыма в вертикальных каналах падение температуры дыма в рекуператоре 603

 

Потери напора в вертикальных каналах складываются из потерь на трение на местных сопротивлениях (поворот на 90^о и изменение скорости потока) и на преодоление геометрического напора

 

(88)

Скорость движения дымовых газов в конце печи с учетом уменьшения сечения рабочего пространства печи за счет нагревающихся заготовок толщиной 0,15 мм.

 

Скорость движения в трёх вертикальных каналах принимаем тогда их сечение

Сечение каждого канала

Размеры вертикальных каналов принимаем следующими: длина 1=1м, ширина b=0,7м, высота Н=3,0м.

Тогда приведенный диаметр, м

 

Потери энергии на трение определяют по формуле

(89)

Где для кирпичных каналов

Потери энергии при повороте на

(90)

где для

Потери энергии на преодоление геометрического напора

(91)

где - плотность воздуха при К и давлении 101,3

К – температура окружающего воздуха

Суммарные потери энергии в вертикальных каналах:

Определяем потери напора при движении дымовых газов от вертикальных каналов до рекуператора.

Скорость движения дыма в борове принимаем

 

Сечение борова

(92)

 

Ширину борова сохраняем равной длине вертикальных каналов (b=1 м)

В этом случае высота борова равна 3,16 м

Приведённый диаметр борова, м

Принимаем падение температуры дыма 2 К на 1 м длины борова. При длине борова от вертикальных каналов до рекуператора 11 м падение температуры 22 К

Температура дыма перед рекуператором К

Средняя температура дыма в борове К

Потери энергии на трение

 

(92)

 

Потери энергии при двух поворотах на на пути от вертикальных каналов до рекуператора

(93)

где

Суммарные потери энергии на участке от вертикальных каналов до рекуператора

Потери энергии в рекуператоре складываются из потерь при внезапном расширении при входе, потерь при внезапном сужении при выходе из рекуператора и потерь энергии при поперечном омывании дымов шахматного пучка труб.

 

Размеры камеры для установки рекуператора , диаметр труб

Температура дыма на входе в рекуператор

Температура дыма на выходе из рекуператора

Средняя температура дыма в рекуператоре

Скорость движения дыма в рекуператоре принята

Число рядов труб по глубине пучка

Средняя температура стен труб

 

Потери энергии при внезапном расширении (изменение скорости) при входе в рекуператор

(94)

где для

При поперечном омывании дымом шахматного пучка труб

где

Знания находим по номограмме, приведённой на рисунке 2

Действительная скорость движения дыма

 

При средней температуре дыма в рекуператоре

 

Потери энергии при внезапном сужении (изменении скорости) при выходе из рекуператора.

(95)

Где для

а скорости движения дыма в камере рекуператора за трубами

 

Потери энергии в рекуператоре

Определим потери энергии на участке от рекуператора до шибера.

Принимаем падение температуры дыма на этом отрезке 1,5 К на 1м длины борова (длина борова 6м)

 

 

Тогда средняя температура дыма на этом участке

При том же сечении борова, что и до рекуператора, потери на трение составят

 

(96)

 

Общие потери энергии при движении продуктов горения от рабочего пространства до шибера

 

(97)

 

2.2 Определить высоту кирпичной трубы, предназначенной для удаления продуктов горения из методической нагревательной печи

 

Общие потери при движении газов

Температура дымовых газов перед трубой

Количество продуктов горения, проходящих через трубу или 7,9

Температура окружающего воздуха 293

Находим площадь сечения устья трубы, принимая скорость дыма в устье

 

(98)

откуда диаметр устья равен

(99)

Диаметр основания трубы находим из соотношения откуда

Скорость движения дымовых газов в основании трубы

(100)

Действительное разрежение, создаваемое трубой, должно быть на 20-40% больше потерь напора при движении дымовых газов

(101)

 

Для определения температуры дымовых газов в устье трубы по графику на рисунке 6 ориентировочно находим высоту трубы

Падение температуры для кирпичной трубы принимаем 1К на 1м высоты трубы

Тогда температура газов в устье трубы

Средняя температура газов

Находим средний диаметр и среднюю площадь сечения трубы

(102)

(103)

Средняя скорость движения газов в трубе

(104)

Для кирпичных труб коэффициент трения

 

Высоту кирпичной трубы определим по формуле

 

(105)

 

Откуда высота трубы Н=58,9 м