Аэродинамический расчет печи

 

Аэродинамический расчет печи включает в себя определение сопротивления дымового тракта и расчет дымовой трубы.

5.1 Расчет дымового тракта

5.1.1 Расход дымовых газов

 

Определение расхода дымовых газов (продуктов горения):

где V₀ – теоретический расход продуктов горения, м³/с;

    L₀ – теоретический расход воздуха, м³/с;

 

5.1.2 Расчет гидравлических сопротивлений дымового тракта

 

Общее сопротивление дымового тракта (рисунок 4) расчитывается как сопротивление газопровода низкого давления и состоит из потерь давления на трение, в местных сопротивлениях и потерь геометрического давления (гидростатических сопротивлений):

 

    Схема дымового тракта представлена на рисунке 5.1:

1 – печь;

2 – дымовой канал;

3 – рекуператор;

4 – дымовой шибер;

5 – дымовая труба.

 

Участок 1 – Резкое сужение на выходе из печи:

Расчетное поперечное сечение канала:

 

 

 

Участок 2 – Трение на участке l₁

Потери на трении, рассчитываются по формуле:

где λ = 0,04-0,08 для бетонних и кирпичных каналов при турбулентном режиме движение;

    p_дин - динамическое движение, Па;

    B – барометрическое давление, кПа;

    p_ст – избыточное статическое давление, кПа; для газов низкого давления допустимо принять B+p_ст=101,3;

    d_г – гидравлический диаметр канала, м.

где  - присосы воздуха на участке, м³/с;

 

где П – периметр сечения, м.

 

Дальнейшие расчеты производятся согласно формулам выше, а также по формулам из пункта 1 (Расчет сопротивления газопровода). Результаты расчета приведены в таблице 5.1.

 

 

             

Таблица 5.1 – результаты расчета гидравлических сопротивлений дымового тракта

Вид сопротивления	Расчетный расход газа,V м3/с	Температураt, °С	Расчетное сечение, Fрасч, м²	Расчетная скорость W0, м/с	Динамическое давление,Pдин Па	Км.с.	Потери давления, , Па	Конечное давление P, Па
Резкое сужение на выходе из печи	3,976	760	1,9625	2,026	10,095	0,387	3,907	-3,907
Трение на участке ℓ1	3,983	758,3	1,9625	2,029	10,125	0,0467	0,485	-4,392
Резкий поворот на 90°	3,989	758,3	1,9625	2,033	10,149	1,3	13,194	-17,586
Гидростатические потери h1	3,989	751,9	1,9625	2,033	10,149	-	54,127	-71,713
Трение на участке ℓ2	4,014	751,9	1,9625	2,045	10,205	0,16	1,633	-73,396
Резкий поворот на 90°	4,04	751,9	1,9625	2,058	10,329	1,3	13,423	-86,769
Трение на участке ℓ3	4,046	750,2	1,9625	2,062	10,358	0,046	0,476	-87,245
Вход в рекуператор	4,053	610,1	1,9625	2,065	8,966	3	26,898	-114,143
Плавное сужение на ℓ4	4,068	470	3,48	1,169	2,417	0,093	0,225	-114,368
Трение на участке ℓ5	4,078	467,47	1,1658	3,498	21,572	0,112	2,146	-116,289
Вид сопротивления	Расчетный расход газа м3/с	Температура t, °С	Расчетное сечение, Fрасч, м²	Расчетная скорость , м/с	Динамическое давление, Pдин,Па	Км.с.	Потери давления, ∆Р, Па	Конечное давление P, Па
Резкий поворот на 45°	4,089	467,47	1,1658	3,507	21,683	0,290	6,288	-122,577
Трение на участке ℓ6	4,102	464,33	1,1658	3,519	21,739	0,147	3,196	-125,773
Гидростатические потери h2	-	458,97	5,36	-	-	-	-38,19	-87,583
Резкий поворот на 45°	4,115	458,97	1,1658	3,53	21,719	0,290	6,298	-93,881
Трение на участке ℓ7	4,128	455,83	1,1658	3,541	21,758	0,149	3,242	-97,123
Резкий поворот на 90°	4,141	455,83	1,1658	3,552	21,894	1,3	28,462	-125,585
Дымовой шибер	4,167	455,83	1,1658	3,574	22,166	0,1	2,217	-127,802
Трение на участке ℓ8	4,201	451,69	1,1658	3,603	22,399	0,196	0,196	-132,192
							220	-220
Слияние потоков	8,201	451.69	2,1038	3,898	26,217	1,6	41,803	-261,803
Вид сопротивления	Расчетный расход газа м3/с	Температура t, °С	Расчетное сечение, Fрасч, м²	Расчетная скорость , м/с	Динамическое давление, PдинПа	Км.с.	Потери давления, ∆Р, Па	Конечное давление P, Па
Трение на участке ℓ9	8,218	449,55	2,1038	3,906	26,247	0,076	1,995	-263,798
Резкий поворот на 90°	8,236	449,55	2,1038	3,915	26,368	1,5	39,552	-303,35
Трение на участке ℓ10	8,27	445,41	2,1038	3,931	26,432	0,148	3,911	-307,261
Вход в дым.трубу	8,304	445,41	2,1038	3,947	26,647	2	53,294	-360,555

5.2 Расчет дымохода

Расчет дымохода заключается в определении высоты, а также диаметров нижнего и верхнего сечения.

5.2.1 Расчет диаметра устья и основания

Расчет диаметра устья, м², производится по суммарному расходу дымовых газов:

Откуда

5.2.2 Ориентировочная высота трубы

Высота трубы, м, ориентировачно может быть рассчитана по формуле:

где p_роз – расчетное разрежение, которое создается у основания дымохода, Па,

где  - суммарное сопротивление наиболее напряженного из паралельных трактов, Па;

              1,3...1,5 – коэффициент запаса, что учитывает возможное форсирование работы печи, а также засорение каналов;

              ρ_в – плотность наружного воздуха при максимальной температуре в летнее время, кг/м³;

              ρ_г – плотность продуктов горения в дымоходе, кг/м³.

5.2.3 Уточненный расчет высоты дымовой трубы

Уточненное значение рассчитывается с учетом давления в трубе, изменения температуры газов по высоте трубы, конусности ствола трубы:

    где  - средняя по высоте труба, температура внешнего воздуха, К;

              Т_в1 – температура воздуха у основания трубы, К;

              Т₂ – температура продуктов горения в устье трубы, К;

               де δ = 1⁰ С/м – падение температуры продуктов горения на один метр высоты трубы;

              Т₁ – температура продуктов горения у основания трубы, К;

              T_г=0,5(T₁+T₂);

        d_ср – средний диаметр дымохода;

              w_1o – скорость продуктов горения у основания трубы, м/с;

 

По санитарным нормам высота трубы должна быть не менее 25 м. Это условие выполняется.

Окончательным выбором высоты трубы является висота, равная 100 м.

H = 100 м

 

 

 

ВЫВОД

 

В курсовом проекте проведен расчет трёхзонной методической печи и определены следующие ее параметры: основные размеры печи, рассчитано время нагрева металла в каждой зоне, рассчитаны основные потери и на основании этого расчета определен расход топлива на печь, составлен материальный баланс печи, определен технологический КПД печи и коэффициент использования топлива. Также было рассчитано разрежение дымовых газов в дымовом тракте и в соответствии с этим были получены данные для расчета высоты дымовой трубы.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Казанцев Е.И. Промышленные печи. - М.: Металлургия, 1975.-368 с.

2. Аксельруд Л.Г, Нагревательные печи. - М.: Металлургиздат, 1962.-276 с.

3. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. -М.: Металлургиздат, 1962.-568 с.

4. Филимонов Ю.П., Старк С.Б., Морозов В.А. Металлургическая теплотехника. - М.: Металлургия, 1962.-350 с.

5. Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи, - М.: Металлургия, 1977.-464 с.

6. Мастрюков B.C. Теория, конструкции и расчёты металлурги­ческих печей. - М.; Металлургия, I977.-T.2, - 272 с.

7. Атлас металлургических печей / Под ред. В.А. Кривандина, - М.: Металлургия,1978. - 364 с.

8. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Теплотехнологічні процеси та установки» / Сапронова О.В. - Донецьк: ДонНТУ, 2014. -69с.