Исходные данные

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Емкость печи – 300 т.

Секундный объем продуктов горения на входе в регенератор, /с:

V’п. г. = 14, 0.

Состав продуктов горения на входе в насадку, %:

CO₂ =16, 0; H₂O = 15, 0; O₂ = 1, 5; N₂ = 67, 5.

Секундный расход подогреваемого воздуха на входе в поднасадочное пространство регенератора, /с: V’в = 8, 0.

Температура подогрева воздуха на выходе из регенератора: t”_в = 1000 .

Температура воздуха начальная: t’_в = 45 .

Температура продуктов горения на входе в насадку: t’_{п. г.} = 1560 .

Размеры ячейки регенератора: d = 0, 2 м (200 200 мм).

Толщина кирпича: м.

Ширина камеры регенератора: В = 7 м.

Отношение ширины насадки к её длине: .

Принять тип насадки однооборотный, состоящий из верхней форстеритовой части, выложенной по системе Каупер и нижней шамотной, выложенной по системе Сименс.

Принять, что одну треть тепла воздух получает от форстеритовой и шамотной частей.

Необходимо определить высоту насадки, в том числе её форстеритовой и шамотной частей.

Принимаем период полуцикла теплообмена:

с (0, 125 ч. ).

Из заданного соотношения рассчитаем длину регенератора:

м.

Тогда площадь поперечного сечения камеры составит:

Определяем удельное живое сечение насадки по формуле:

Сечение для прохода продуктов горения (воздуха):

1. Удельная поверхность нагрева.

Форстеритовой части (система Каупер):

Шамотной части (система Сименс):

где h = 0, 115 – высота кирпича, м;

- высота нижнего бокового уступа кирпича, м.

Количество тепла, полученное воздухом за полуцикл теплообмена:

где и - средняя теплоемкость воздуха при постоянном давлении соответственно при температурах 1000 и 45 ( находим из приложения А путем интерполирования).

Количество тепла, выносимое продуктами горения в регенератор:

где - теплоемкость продуктов сгорания, определяемая как сумма теплоемкостей долей данного газа в составе продуктов сгорания.

Теплоемкость газов при = 1560 находим из приложения А путем интерполирования.

ккал/пер.

2. Количество воздуха, подсосанное насадками

Принимаем, что суммарный подсос воздуха на тракте насадки равен 20% от количества продуктов горения, входящих в насадку.

Принимаем, что форстеритовая и шамотная части насадки подсасывают одинаковое количество воздуха.

Тогда количество воздуха, подсосанное форстеритовой частью насадки:

шамотной частью насадки:

3. Состав и количество продуктов горения

В этом случае состав и количество продуктов горения за форстеритовой частью:

СО₂ 2, 24 14, 545

Н₂О 2, 10 13, 64

О₂ 0, 50 3, 27

N₂ 10, 56 68, 545

Всего: 15, 4 100

= 15, 4 .

Состав и количество продуктов горения за шамотной частью, т. е. на выходе из насадки:

СО₂ 2, 24 13, 33

Н₂О 2, 10 12, 50

О₂ 4, 75 4, 75

N₂ 11, 66 69, 42

Всего: 16, 8 100

= 16, 8

4. Количество тепла, отданное насадками воздуху

Количество тепла, отданное форстеритовой частью насадки воздуху:

ккал/пер.

Количество тепла, отданное шамотной частью насадки воздуху:

ккал/пер.

Количество тепла в продуктах горения после форстеритовой части насадки. Принимаем, что регенератор теряет в окружающее пространство за счет теплопроводности через стены 10% тепла, идущего с продуктами горения, причем форстеритовая часть теряет 50% и шамотная часть – 50%.

ккал/пер.

Количество тепла в продуктах горения после шамотной части насадки (на выходе из регенератора):

= 2325181 ккал/пер.

5. Расчет энтальпии продуктов горения

Строим It диаграмму для продуктов горения. Для этого через определенные интервалы задаемся температурой и при каждом её значении определяем энтальпию продуктов сгорания, по их составу и табличным значениям составляющих компонентов.

Таблица 2. 1 – Расчет энтальпии продуктов горения для форстеритовой насадки

Составляющие	Доля газа	Температура
		1100		1200		1300		1400
		i 1 газа ккал /	i доли газа	i 1 газа ккал /	i доли газа	i 1 газа ккал /	i доли газа	i 1 газа ккал /	i доли газа
СО₂	0, 16	593, 56	95, 0	655, 92	104, 9	719, 6	115, 1	782, 6	125, 2
Н₂О	0, 15	457, 05	68, 6	506, 04	75, 9	556, 01	83, 4	606, 7	91, 0
О₂	0, 015	391, 93	5, 9	430, 56	6, 5	460, 56	6, 9	508, 7	7, 6
N₂	0, 675	369, 27	249, 3	405, 96	274, 0	443, 69	299, 5	480, 6	324, 4
	1, 000	–		–		–		–

Таблица 2. 2 – Расчет энтальпии продуктов горения для шамотной насадки

Составляющие	Доля газа	Температура
		600		700		800		900
		i 1 газа ккал /	i доли газа	i 1 газа ккал /	i доли газа	i 1 газа ккал /	i доли газа	i 1 газа ккал /	i доли газа
СО₂	0, 16	295, 08	47, 2	352, 38	56, 4	411, 12	65, 8	471, 06	75, 4
Н₂О	0, 15	230, 4	34, 6	273, 14	41, 0	317, 2	47, 6	362, 52	54, 4
О₂	0, 015	208, 4	3, 1	240, 24	3, 6	277, 6	4, 2	315, 18	4, 7
N₂	0, 675	192, 3	129, 8	234, 59	158, 3	261, 44	176, 5	297	200, 5
	1, 000	–		–		–		–

Определяем энтальпию и температуру продуктов сгорания.

Энтальпия продуктов сгорания после форстеритовой части:

(2001, 83).

По It – диаграмме это соответствует температуре .

Энтальпия продуктов сгорания после шамотной части (на выходе из насадки):

(1288, 69 кДж/ ).

По It – диаграмме это соответствует температуре .

Энтальпия и температура воздуха на границе форстеритовой и шамотной частей насадки:

По приложению А, методом интерполирования для полученного значения энтальпии воздух будет иметь температуру .

Рассчитаем средний перепад температур форстеритовой части насадки:

Аналогично рассчитываем средний перепад температур для шамотной части насадки:

6. Скорость воздуха в насадках

Скорость воздуха в насадке составит:

м/с.

Скорость продуктов горения в насадке.

На входе в форстеритовую часть:

м/с.
На границе между форстеритовой и шамотной частями:

м/с.

На выходе из шамотной части (на выходе из насадки):

м/с.

7. Коэффициенты теплоотдачи конвекцией

Определяем коэффициенты теплоотдачи конвекцией для различных теплоносителей. Для форстеритовой части насадки, выложенной по системе Каупер, коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется по формуле:

или .

Для шамотной части насадки, выложенной по системе Сименс (Т – образным кирпичом) коэффициент теплоотдачи определяем по формуле Кистнера:

или .

где W₀ – скорость соответствующего теплоносителя на данном горизонте, м/с;

d_э – эквивалентный диаметр ячейки, d_э = 0, 2 м;

Т – абсолютная температура теплоносителя на данном горизонте, К.

Верх форстеритовой части.

Для продуктов горения:

Для воздуха:

Низ форстеритовой части.

Для продуктов горения:

Для воздуха:

Верх шамотной части.

Для продуктов горения:

Для воздуха:

Низ шамотной части.

Для продуктов горения:

Для воздуха:

8. Степень черноты продуктов горения по горизонтам насадки

Определяем степень черноты продуктов горения по горизонтам насадки.

Для форстеритовой части, выложенной сплошными каналами по системе Каупер эффективная длина луча, определяется по формуле:

м.

Для шамотной части насадки эффективная длина луча определится по формуле:

где V_п – объем пустот 1 насадки, ;

V_п = 1–Vк;

- поверхность теплообмена нагрева;

V_к – объем насадки:

V_п = 1–0, 328 = 0, 672 .

м.

Степень черноты продуктов горения определяем по формуле:

где - степень черноты СО₂, приложение Б;

- то же Н₂О, приложение В;

- поправочный коэффициент на совместное излучение Н₂О, приложение В.

Степень черноты находим, рассчитав произведение парциального давления данного газа на .

Для верха форстеритовой части:

при Есо2 = 0, 0355,

при Ен2о = 0, 0138, ,

Для низа форстеритовой части насадки:

при Есо2 = 0, 046,

Для той же температуры , ,

Для верха шамотной части насадки:

при Есо2 = 0, 053,

Для той же температуры , ,

Для низа шамотной части насадки:

при Есо2 = 0, 0629,

При той же температуре , ,

Определяем эквивалентную толщину кирпича.

Для форстеритовой части насадки, выложенной по системе Каупер:

где - объем кирпича в 1 насадки.

м.

Для шамотной части насадки, выложенной по системе Сименс:

м.

9. Суммарный коэффициент теплоотдачи

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи отдельно для форстеритовой и шамотной частей насадки для верха и для низа каждой из них.

Для форстеритовой части насадки.

Для верха насадки коэффициента теплоотдачи излучением от дымовых газов к насадке:

или ,

где - средняя за период нагрева температура продуктов горения на входе в насадку, ;

- средняя за период нагрева температура поверхности насадки, ;

- лучистый поток тепла, ;

и определяем из системы уравнений:

где - поправка на обратное излучение стенки;

- суммарная степень черноты продуктов горения, рассчитанная ранее для разных горизонтов насадки.

Приведенную выше систему уравнений решаем графически. Для чего определяем все величины, входящие в эти уравнения:

; ;

; .

Так как коэффициент теплоотдачи мало зависит от величины В, то эту величину подсчитываем не для средней температуры кирпича (по массе), а для температуры поверхности . Для этого задаемся значением , т. е. примерно на 50 ниже . Тогда,

Выполним расчет величины «В» для температуры .

Выражение в фигурных скобках является функцией только критерия Фурье и определяется по приложению Г – кривая 1.

Удельная масса форстерита .

;

; Ф([…]) = 0, 2037;

; ;

Подсчитываем значение правой и левой частей второго уравнения системы двух уравнений.

Левая часть равна:

Правая часть равна:

= 1868, 0 .

Полученный результат показывает, что нужно задаваться большим значением температуры поверхности. Принимаем .

;

; Ф([…]) = 0, 19;

; ;

;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Используя полученные результаты расчетов для принятых значений температур 1510 и 1540 в масштабе строим вспомогательный график.

Полученные прямые пересекаются в точке с температурой 1527 . Проверяем это значение.

;

; Ф([…]) = 0, 196;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Совпадение считаем допустимым.

Суммарный коэффициент теплоотдачи для верха форстеритовой части насадки:

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи для низа форстеритовой насадки по вышеприведенной схеме расчета для верха насадки.

; ; ; .

Задаемся .

;

; Ф([…]) = 0, 3161;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Задаемся меньшим значением температуры поверхности .

;

; Ф([…]) = 0, 3347;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

По полученным данным в масштабе проводим соответствующие прямые на рисунке 2. 4. На пересечении прямых находим для низа форстеритовой насадки .

Проводим проверку найденного значения .

; .

;

; Ф([…]) = 0, 317;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Совпадение допустимое.

Суммарный коэффициент теплоотдачи для низа форстеритовой части насадки:

Суммарный коэффициент теплоотдачи за полуцикл теплообмена от дымовых газов к воздуху определяется по формуле:

;

Значение функции в фигурной скобке от критерия приведено в приложении Г, график 2.

Ф([…]) = 0, 152;

Для верха насадки:

Для низа насадки:

Ф([…]) = 0, 2365;

Средняя величина коэффициента теплоотдачи для форстеритовой части насадки:

Для верха шамотной части насадки суммарный коэффициент теплоотдачи определяем по методике аналогичной для форстеритовой части.

Исходные данные для решения системы уравнений:

;

; ; .

Задаемся .

Подсчитываем величины «В» для температуры .

Значение физических констант шамота:

;

Удельная масса шамота = 1900 кг/ .

;

По приложению Г, кривая 1 находим Ф([…]) = 0, 573;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Полученный результат показывает, что нужно задаться большим значением .

Принимаем .

;

; Ф([…]) = 0, 575;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Построенные по полученным значениям прямые на рисунке 2. 5 пересекаются в точке, отвечающей .

Проверяем это значение:

;

; Ф([…]) = 0, 574;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Совпадение допустимое.

Суммарный коэффициент теплоотдачи для верха шамотной части насадки:

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи для низа шамотной части насадки.

; ; ; .

Задаемся .

;

; Ф([…]) = 0, 589;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Полученный результат показывает, что нужно задаться меньшим значением . Принимаем .

;

; Ф([…]) = 0, 589;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Построенные по полученным данным прямые на рисунке 2. 6 пересекаются в точке, отвечающей .

Проверяем это значение.

;

; Ф([…]) = 0, 588;

; ;

Левая часть уравнения:

Правая часть уравнения:

Совпадение допустимое.

Суммарный коэффициент для низа шамотной части насадки:

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи.

Для верха насадки:

Ф([…]) = 0, 351;

Для низа насадки:

Ф([…]) = 0, 589;

10. Поверхность нагрева насадок и их размеры

Определяем поверхность нагрева насадки и ее размеры.

Поверхность нагрева форстеритовой части:

Высота форстеритовой части:

Поверхность нагрева шамотной части:

Высота шамотной части:

Суммарная высота насадки:

Коэффициент стройности насадки:

Список использованной литературы

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Теплотехника и нагревательные устройства» (для студентов специальности 6. 090401) «Расчет регенератора мартеновской печи» / Сост.: Ю. Н. Тарусин, А. Н. Романчук, С. В. Семирягин – Алчевск: ДГМИ, 2002. – 39 с.

⇐ Предыдущая 12