Общие положения расчета регенераторов

Расчет теплообменных аппаратов

При расчете теплообменных аппаратов важнейшей искомой величиной является поверхность нагрева F. Для определения поверхности нагрева последовательно рассчитывают:

- тепло, переданное нагреваемой среде Q_в;

- среднелогарифмическую разность температур t;

- суммарный коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к нагреваемой среде k.

Поверхность нагрева

(7)

где — суммарный коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху (газу), кдж!(м²• цикл• град).

(8)

где а_д и а_в — коэффициенты теплоотдачи от

продуктов сгорания к стенке и от стен-

ки к воздуху (газу), вт/(м² град);

т_д и т_в — длительность дымового и воздушно-

го (газового) периодов, ч;,

Ψ - коэффициент, корректирующий внутрен-

нее тепловое сопротив­ление насадки

при реальных циклических условиях

ее работы;

s_s — эффективная полутолщина кирпича, м;

λ — коэффициент теплопроводности материа -

ла кирпича, Вт/м град);

р — объемная плотность кирпича

насадки, кг/м³;

с- теплоемкость кирпича насадки,

кДж(/кг*град);

ζ — коэффициент гистерезиса температуры насадки средней помассе в дымовой и воздушный периоды.

Обычно значение вычисляют отдельно для верха и низа насадки и затем полученные значения усредняют.

Величину определим по формуле

ε_эф =3,6*(1-v)/f₁

где v — удельный объем насадки, м²/ м³;

f₁ — удельная поверхность нагрева, м²/м³.

Для приближенного определения а_л можно использовать график рис.7, построенный для кауперовской насадки. В случае применения насадок других типов найденная из графика величина а_л умножается на поправочный коэффициент:

k_попр = 4/df₁ *(1 - v),

где d — размер ячейки, м.

Рис.7.Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи излучением в насадке Каупера. Продукты сгорания: 1- коксового газа; 2 – природного газа; 3 – мазута; 4 – доменного газа, горючие газы; 5 – доменный; 6 – смешанный коксодоменный; 7 – коксовый.

Для определения теплоотдачи конвекцией и служит расчетная формула (2).

Обычно применяемые в практике толщины кирпичей: для насадок Каупера доменных воздухонагревателей 2*s — 40—60 мм,для насадок мартеновских и нагревательных печей 2*s = 65—75 мм.

В теплотехническом отношении целесообразно, чтобы вся толщина кирпича принимала участие в процессе аккумуляции тепла. Для этого необходимо, чтобы коэффициент аккумуляции тепла в кирпиче насадки n_к>1/3. Значение n_k, по И. Д. Семикину, находят из выражения

где ;

= т_д + т_в — суммарная длительность цикла, ч.

Если при расчете окажется n_к < 1/3, то целесообразно уменьшить толщину кирпича. Даже в практике мартеновских печей известны случаи, когда толщина кирпича уменьшалась до 2*s = 40—50 мм.

Значение s_э (эффективная полутолщина кирпича) может быть рассчи­тано по формуле

s_э= v/f₁

В случае n_k>1/3 для всех насадок рекомендуется принимать зна­чение Ψ=1/3, кроме брусковой, для которой Ψ=1/4.

Результаты моделирования процесса аккумуляции кирпича насадки показали, что приближенное значе­ние ζ = 10 может быть приемлемо для регенераторов мартеновских и нагревательных печей.

Существует оптимальное в теплотехническом отношении время между перекидками клапанов.

Для мартеновских и нагревательных печей t_д = t_в. Величина t_д может составлять для периодов, мин:

Завалки 10—16

Плавления 6—12

Доводки 5—10

Для нагревательных колодцев значение t_д также колеблется в преде­лах 6—15 мин.

Объем насадки

(9)

Площадь поперечного сечения насадки в свету

(10)

где — расход продуктов сгорания, проходящих через насадку, м³/сек (при нормальных условиях);

ω_до — скорость дыма в насадке, м/сек.

Общая площадь поперечного сечения насадки

Ω=ω/f₂ (11)

где f₂ — удельное живое сечение насадки, м²/м^г.

Масса кирпича в насадке

M_K=Vru (12)

где r — объемная плотность кирпича насадки, кг/м³

u — удельный объем насадки, м³/м³.

Значения f₁и f₂ и для насадок различных типов могут быть определены по рис. 8-11.

Если размеры ячейки насадки Каупера выходят за пределы значений, представленных на графиках, то можно использовать следующие фор­мулы:

f₁=4a/(a+2s)² (13)

f₂=a²/(a+2s)² (14)

u=1-a₂/(a+2s)² (15)

Для насадки из блочного кирпича с полуцилиндрическими выступами (см. рис. 2,в ): f_l = 38,1 м²/м³; f₂ = 0,2925 м²/м²; v = 0,7 м³/м³. Для насадки из блочного кирпича со щелевыми каналами, ячейкой 120x25 мм и горизонтальными проходами с шагом 190 мм (см. рис.2,г ) f ₁ = 36,78 м²/м²; f ₂ = 0,3861 м²/м²; v = 0,581 м³/м³.

Рис.8 Удельная поверхность нагрева f₁, удельный объем v и живое сечение f₂ насадки Каупера

Рис.9 Поверхность нагрева в 1 м³ насадки f₁, объем кирпича в 1 м³ v и живое сечение f₂ насадки Сименса сплошными каналами и шахматным расположением (вразбежку), мм: 1 – b = 50; 2 – b =65; h = 115; 3 – b = 75; h =150

Рис.10 Поверхность нагрева в 1 м³ f₁ насадок из брускового кирпича:1 – b = h = 50 мм; 2 – то же, 65 мм; 3 – то же, 75 мм. Удельный объем и живое сечение этой насадки можно определить по графику для насадки Сименса (см. рис.9)

Рис.11. Поверхность нагрева в 1 м³ (а), объем кирпича в 1 м³ и живое сечение (б) насадок Петерсена, мм: 1 – b = 50; h - 115; 2 -b = 65; h - 115; 3 – b = 75; h - 150; 4 – b = 50; h – 115; 5 - b = 65; h = 115; 6 – b = 75; h = 140

Дата добавления: 2014-11-29