Файл: Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf

Давление распылителя в критическом сечении сопла первичного распы-

ливания

1,4

- - ( т Ы 6= 3,2 ата.

Удельный вес распылителя в этом сечении находим из выражения (9.25)

188

189

С к о р о с ть и стечени я см еси из см еси тел я

'-’вых= "|/ - 2-9,81-5,2260 = 132 м/сек.

1 + 1,54

Энтальпию удара и трения находим из выражения (9.37)

Находим температуру распылителя в выходном сечении сопла Лаваля

1.4—t

t, , ы і = (273+20) ( — ) ' - 2 7 3 = - 8 1 ° С.

Соответствующая этой температуре энтальпия примет вид (9.35)

I = 0,24 (—81) = —19,4 ккал/кг.

По формуле (9.37) находим энтальпию мазута при температуре 80° С

+ = 0,47-80-1,54 = 58 ккал/кг (243 кдж/кг).

(рис. 9.33 и 9.34), находим, что горелочное устройство должно быть укомплекто­ вано воздушной коробкой № 6 (при температуре /„" = 400°С).

Таким образом, к установке на печь принимается горелка с форсункой ФВД-150 и воздушной коробкой № 6.

Рассмотренные в этой главе горелки отвечают основным требо­ ваниям, предъявляемым в настоящее время к такого рода устрой­ ствам. Однако конструктивное их совершенство полностью реали­ зуется лишь при условии соблюдения оптимальных значений скоростей топлива и воздуха. При необходимости выбору горелоччого устройства должен предшествовать пересчет параметров горелки.

190

Г л а в а 10. УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ, ПОКИДАЮЩИХ ПЕЧЬ

Увеличение мощностей нагревательных печей и форсирование их работы приводит к тому, что температура дымовых газов за печью очень высока и составляет 900—1100°. С учетом теплоты, поступающей в рабочее пространство с подогретым воздухом и топ­ ливом, коэффициент использования топлива нагревательных печей колеблется в пределах 40—60%. Как видим, значительная часть теплоты сгорания топлива (60—40%) теряется. Использование теп­ ла продуктов сгорания топлива, покидающих печь, является необ­ ходимым и выгодным как с экономической, так и технологической точек зрения. Конечно, при этом имеются в виду достаточно круп­ ные печи. Осуществлению мероприятий по утилизации теплоты тер­ мических и нагревательных печей должно предшествовать экономи­ ческое сопоставление вариантов работы печи с регенерацией дымо­ вых газов и без нее.

Утилизация теплоты дымовых газов в основном осуществляется по таким схемам:

а) подогрев воздуха (а в ряде случаев и топлива), идущего на горение (причем горячий воздух направляется ко всем зонам печи);

б) использование теплоты продуктов сгорания топлива за счет установки за печью газотурбинной установки (ГТУ);

в) установка воздухоподогревателей и котлов-утилизаторов. При сжигании топлива со сравнительно высокой теплотворной спо­ собностью, как правило, используется комбинированная схема, когда вначале на газовом тракте устанавливается воздухоподогре­ ватель (обычно рекуперативного типа) с подогревом воздуха до температуры 250—350° С (в этом случае температура продуктов сгорания за рекуператором нагревательной печи составляет і'г.уа= = 650° С) и уже после рекуператора котел-утилизатор.

10.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Осуществляя мероприятия по утилизации теплоты, решаем вопрос, какой из приведенных выше схем следует отдать предпочте­ ние. Решение этого вопроса неразрывно связано с видом сжигаемого в печи топлива. Дело в том, что при сжигании низкокалорийного

191

топлива подогрев воздуха необходим, так как без подогрева в сва­ рочной зоне или зоне основного нагрева термической печи не будет достигнута требуемая температура. Следовательно, необходимость установки рекуператора при сжигании низкокалорийного топлива очевидна. Более того, при использовании такого топлива темпера­ тура воздуха составляет 400—500° С и в этих условиях весьма труд­ но применить котлы-утилизаторы.

Если в печи сжигается высококалорийное топливо, наиболее приемлемой может оказаться схема с ГТУ или смешанная, когда вначале на дымовом тракте устанавливается рекуператор, а затем котел-утилизатор. Температура продуктов сгорания перед котломутилизатором принимается равной 650—700° С.

Во всех случаях выбор схемы утилизации теплоты продуктов сгорания должен сопровождаться технико-экономическим сопостав­ лением вариантов. При такого рода сопоставлении следует иметь в виду, что наряду с рекуперативными используются и регенератив­ ные воздухоподогреватели. Так, кузнечные печи для нагрева круп­ ных поковок могут оснащаться регенеративными воздухоподогрева­ телями. Такие печи (по опыту Уралмашзавода) работают хорошо.

Рассмотрим краткую характеристику и методику расчета метал­ лических и керамических рекуператоров.

Расчет (тепловой) рекуператора бывает поверочный, когда определяются температура подогрева воздуха (топлива) п дымовых газов за рекуператором, и конструкторский. В результате теплового конструкторского расчета находят поверхность нагрева. Конструк­ торский расчет позволяет выполнить компоновку рассчитанной по­ верхности нагрева. При выполнении конструкторского расчета раз­ меры отдельного элемента поверхности, проходные сечения по воз­ духу (топливу) и продуктам сгорания задаются. В ряде случаев этими величинами вначале задаются ориентировочно, а в конце расчета они уточняются. Также должны быть заданы температуры ^r.yxi tv.' И tB".

Выполняя конструкторский расчет рекуперативного теплооб­ менника, нужно помнить, что определением поверхности нагрева он не заканчивается. В конце расчета уточняется компоновка поверх­ ности нагрева и при необходимости изменяется геометрическая характеристика отдельного элемента поверхности, что в свою оче­ редь вызывает необходимость пересчета поверхности нагрева.

Обе разновидности теплового расчета металлического рекупе­

U7ryx и WB— соответственно водяные эквиваленты первичного и вто­ ричного теплоносителей.

192

10.2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РЕКУПЕРАТОРОВ

Металлические рекуператоры подразделяются на игольчатые (стальные или чугунные), трубчатые и радиационные.

И г о л ь ч а т ы е р е к у п е р а т о р ы представляют собой сбор­ ную конструкцию (рис. 10.1), состоящую из отдельных нормализо­ ванных элементов (рис. 10.2). В настоящее время нашей промыш-

.ценностью выпускаются нормализованные игольчатые элементы четырех типоразмеров (табл. 10.1).

Т а б л . 10. 1. Характеристика элементов игольчатого рекуператора

Длина игольчатой трубы ММ

Характеристика

Наиболее часто используются игольчатые элементы с односто­ ронними иглами (со стороны воздуха). Стойкость игольчатых реку­ ператоров в основном определяется материалом, из которого они изготавливаются. Так, элемент, изготовленный из высококремнистого