Файл: Невский, Александр Сергеевич. Применение теории подобия к изучению тепловой работы нагревательных печей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 89
Скачиваний: 1
В методе увязки тепловых балансов, предложенном Всесоюз ным Теплотехническим институом (ВТИ) [14], принимается, что состав горючей массы очаговых остатков близок к составу горю
чей массы топлива. При таком предположении можно считать,
что очаговые остатки представляют собой несгоревшее топливо и
что тепловая |
работа |
печи |
определяется |
горением |
фактически |
|
сгоревшего в |
камере |
топлива за вычетом |
топлива |
в очаговых |
||
остатках. |
|
|
|
|
|
|
Если исходить из этого положения, то при исследовании лучи |
||||||
стого теплообмена тепловой |
баланс печи очень удобно |
сводить |
||||
на единицу топлива, |
фактически сгоревшего в камере, |
а не на |
||||
единицу топлива, поданного в печь. Количество сгоревшего топ лива определится при этом из соотношения
B = |
(127) |
При таком методе определение удельных объемов продуктов горения и теоретически необходимого количества воздуха делает ся без поправки на потерю q^.
Если имеется химическая неполнота горения, то в камере печи
выделяется не вся химическая энергия топлива, а только часть ее
«('-а-
Кроме |
того, в |
камеру |
поступает |
физическое тепло |
воздуха |
||||
аг»о cBfB, |
физическое тепло |
топлива |
сто |
170, когда подается фор |
|||||
суночный |
пар, |
то тепло форсуночного пара |
и»ф(/ф — 597). |
||||||
Количество тепла, поступающего в камеру, будет |
|
||||||||
<?о = |
[ 1 |
- |
|
|
+ clotw + |
(»ф - 597) = (Ж (128) |
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
(129) |
|
|
z _ ____ ?з |
|
4~ ГтоКо ~Ь |
Оф |
597) |
|||
|
|
1 _ |
100 |
“Г |
|
0Р |
|
’ |
{ |
|
|
|
|
|
|
4 н |
|
|
|
Количество тепла, подаваемого в камеру, равно теплу, воспри нимаемому нагреваемым материалом, плюс теплосодержание уходящих из камеры печи и выбивающихся из отверстий печи газов и плюс тепло, теряемое через стены печи, с охлаждающей водой и излучением через открытые люки и отверстия в печи. В соответствии с этим уравнение баланса запишется в следующем виде:
QUt/ — (цг — Е ъвЛ) Cyty —S vB.iCB.i tB.i = + Q6, (130)
где ur — объем продуктов горения на единицу сгоревшего топли ва в конце камеры, нм?1нм? или нм^/кг-,
vB.i — объемы газа, выбивающегося из отверстий, нм-Рнм3 или
нм3]кг-,
48
t — температура дымовых газов, выходящих из камеры печи, °C;
/в.<—температуры газа, выбивающегося из отверстий, °C;
су — средняя теплоемкость дымовых газов в интервале тем ператур 0 — ty °C;
cB.i — средняя теплоемкость дымовых газов в интервале тем
ператур 0—/в.1°С; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qi—тепло, воспринимаемое нагреваемым |
материалом н? |
||||||||
единицу сгоревшего топлива, ккал/нм3 или ккал/кг-, |
|||||||||
Q5 — потери тепла через |
стены |
печи, с охлаждающей вод |
|||||||
и излучением через открытые отверстия на единицу с |
|||||||||
ревшего топлива, ккал/нм? или ккал/кг. |
приме |
||||||||
При теплотехнических |
расчетах |
нашло |
широкое |
||||||
понятие теоретической температуры горения tr, |
т. е. |
такой |
|||||||
ратуры, которая получилась бы в камере печи при сгорании |
|||||||||
лива без отвода тепла, т. |
е. |
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
Q1 = QS = O. |
|
|
|
|
||||
В соответствии с этим |
теоретическая |
температура |
горения |
||||||
определится из соотношения |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
QhY = |
|
|
|
|
|
(132) |
||
где ст — средняя теплоемкость |
продуктов горения |
в |
интервале |
||||||
температур от 0° С до tT, ккал/нм3 • град. |
|
|
|
|
|||||
Если использовать это понятие, то уравнение баланса можно |
|||||||||
записать следующим образом: |
|
|
|
|
|
|
|
||
“VpCyty |
S “VB,i (свд tB,i |
Cy^y) = Ql 4" 0.5- |
(133) |
||||||
Обозначим отношение третьего |
члена |
равенства к разности |
|||||||
первых двух через 5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Up Ср |
Г/р Су ty |
|
|
|
(134) |
|||
|
|
|
|
|
|||||
гдесу__в.£-— средняя теплоемкость |
дымовых газов |
в |
интервале |
||||||
температур ty и tB.i °C, |
ккал/нм3 • |
град-, |
|
|
|
|
|||
Учитывая соотношение (134) |
и используя для преобразования |
||||||||
первых двух членов уравнения |
(133) |
понятие средней теплоемко |
|||||||
сти в интервале температур |
ty |
и fT, |
запишем его |
в следующем |
|||||
виде: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
игсу_т (Тт - Ту) = Qi + Q-u |
+ ^гСу_т (Тг - Ту), |
(135) |
|||||||
где Ту и Тт—абсолютные температуры |
газов |
в конце камеры |
|||||||
печи и теоретическая, °К.
Член I, учитывающий в уравнении баланса потери тепла с выбивающимися газами, обычно не очень велик.
4 А. с. Невский |
49 |
Введем понятие начальной температуры продуктов горения Л,
определяемой из условия
+ сто/то |
+ аиф (/ф — 597). |
(136) |
Тогда |
|
|
«(i-^)+vA = vA |
(137) |
|
или |
|
|
<2нр (1 - -^) = *гО-т (/Т~Л) = vrc,_T (Тт - 7\). |
(138) |
|
куда |
|
|
QP (1 _ Л!_Л |
|
|
чн I |
inn ) |
(139) |
Тт = 7\ +------------, |
||
VrCj-T
Ci-т—средняя теплоемкость продуктов горения в интервале температур и /т;
Т\—начальная температура продуктов горения, °К.
Величина t\ мало отличается от средней температуры горючей смеси, поступающей в камеру.
Количество металла на выдаче из печи меньше загружаемого
количества металла за счет его угара в процессе нагрева. Обе эти величины связаны соотношением
Dп = D---- —---- , |
(140) |
100 — Syr |
|
где Dn и D — количества нагреваемого |
материала при посадке |
в печь и на выдаче из нее, кг/час-,
gyr—угар металла от количества его при посадке в
. печь, %.
Количество тепла, идущее на нагрев металла, равно разности теплосодержаний нагреваемого металла на выдаче и при подаче,
минус тепло, выделившееся при его окислении.
Это количество тепла можно представить следующей фор мулой:
Q, = Di2 + D---- |
—---- (ivr — qot) — D----------- |
—---- |
(141) |
1 21 |
100-gyr 100 v yr 70 ’ |
100-£уГ |
7 |
где i\ и t2 — теплосодержания одного килограмма нагреваемого в печи металла при посадке и на выдаче, ккал/кг-, iyr — теплосодержание окалины, ккал/кг (/уг ~ CQKt, где
Сок—теплоемкость окалины 0,14—0,23 ккал/кг • граду qoK — теплота окисления железа, подсчитываемая по
уравнению
q0K = 41000™ ккал!кг,
50
где 0°к — количество кислорода, содержащееся в окалине, кг на
кг железа.
После элементарных алгебраических преобразований формулу (141) можно записать в следующем виде:
Q1 = D(ia-i1)(l-v), |
(142> |
|
где |
*|+ ?ОК г'уг |
|
v — Еуг |
(1431 |
|
100 —gyr |
i2 — h |
|
Если вместо разности теплосодержаний в формулу (142) вве сти температуры металла и среднюю теплоемкость, то она запи шется следующим образом:
Q1 = DCh(/h.2-/h.1)(1->) =DCH(Ta.2-Tn.})(l -у), (144)
где/н. 1 и /н.2—средние по массе температуры нагреваемого ме талла при посаде и на выдаче, °C;
Ен.1 и Та,2 —эти же температуры, °К;
Сн — средняя теплоемкость металла в интервале тем ператур /н.1 и tn.2, ккал/кг • град.
Подставляя формулу (144) в (135), получаем уравнение ба ланса в виде связи между температурами дымовых газов и тем пературой нагреваемого металла
Вг/Гсу_т (7\ - Ту) (1 - Е) = DCa (Тя. 2 - Т„.,) (1 — у) + Q5. (145)
Разделив это уравнение на В vTcy—yTT, получим
(1 -»,)< 1 -ч («„.г+ BVrCQy-_yT,. о4в>
где Q5 — потеря тепла охлаждением, ккал/час-,
6у = т |
— безразмерная температура в |
конце камеры; |
||||
|
|
Тт |
|
|
т |
|
6H.i |
= |
т |
|
9н,2 = |
температуры мате- |
|
—— и |
——---- безразмерные |
|||||
|
|
Гт |
|
|
тт |
|
риала при посадке в печь и в конце нагрева. Уравнение (146) представляет собой в безразмерном виде
уравнение баланса нагрева металла.
17. Вывод системы критериев подобия
Явления, рассматриваемые нами выше, определяются уравне
ниями (98), (109), (116), (117), (118), (119), (120), (121), (122), (123), (124), (125) и (126).
Легко подсчитать, что в обычных условиях работы нагрева
тельных печей, последний член в уравнении (109), учитываю щий при нестационарном процессе изменение теплосодержания газов в объеме печи, невелик по сравнению с остальными чле нами. Вместе с тем наличие этого члена сильно загромождает
4* |
51 |
