Расчет радиантной камеры

12.5.1Задаются теплонапряжением поверхности нагрева радиантных труб

(q_p = 35…58 кВт/м²) [3, с. 359] и ориентировочно принимают температуру дымовых газов на перевале (Т_п = 975…1125К) [3, с. 359].

12.5.2Средняя теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива (кДж/(кг× град)) при Т_р

, (12.27)

где удельная теплоемкость газов на перевале при Т_п, кДж/(кмоль× град).

12.5.3 Количество тепла, передаваемое сырью в радиантной (Q_p) и конвективной (Q_к) камерах, кВт

(12.28)

Q_к = Q_п – Q_p. (12.29)

12.5.4 Температуру сырья на входе в радиантную камеру определяют по величине удельной энтальпии жидкости на выходе из камеры конвекции, т.е. на входе в радиантную камеру

. (12.30)

По таблице А1.1 приложения А находят температуру сырья на входе в радиантную камеру Т_р.

12.5.5Температура наружной поверхности радиантных труб θ принимается на 30…40 градусов выше средней температуры сырья в камере радиации

, (12.31)

где Т_к – температура сырья на выходе из печи, К.

12.5.6Теоретическая максимальная температура горения

, (12.32)

где Т_о – приведенная температура исходной системы, определяемая с учетом тепла, вносимого воздухом и водяным паром на распыливание топлива по выражению

. (12.33)

12.5.7 По известным величинам Т_max, Т_п и θ с использованием данных, приведенных в таблице 12.3 и на рисунках А1.4, А1.5 приложения А определяется значение параметра q_S.

Если расчетное значение температуры экрана θ не совпадает со значениями, по которым построены графические зависимости, необходимо определить q_S для всех трех значений θ (473, 673 и 873 К) и построить вспомогательную кривую зависимости q_s от θ. Полученная кривая позволяет определить значение q_S для данной температуры поверхности радиантных труб.

Таблица 12.3 – Зависимость температуры газов на перевале Т_п от максимальной температуры горения Т_max, параметра q_s = Q/H_s и температуры θ

12.5.8По известному количеству тепла, внесенного в печь

(12.34)

определяют величину эквивалентной абсолютно черной поверхности Н_s

. (12.35)

12.5.9 Выбирают конструкцию печи и степень экранирования ψ

, (12.36)

где Н_л – эффективная лучевоспринимающая поверхность, м²;

F – неэкранированная, т.е. не занятая радиантными трубами, поверхность кладки, м².

Приняв числовое значение степени экранирования в диапазоне y = 0, 3…0, 8 (0, 35…0, 50) [3, с. 366] по таблице 12.4 или рисунку 12.1 в зависимости от коэффициента избытка воздуха α ₁ находят отношение H_s/H_л и определяют величину эффективной лучевоспринимающей поверхности

. (12.37)

Таблица 12.4 – Зависимость отношения H_s/H_л от степени экранирования ψ и коэффициента избытка воздуха α

Рисунок 12.1 – Зависимость отношения H_s/H_л от степени экранирования топки

12.5.10Принимают расстояние между осями труб S и число рядов труб в экране в зависимости от принятых значений по графику (рисунок А1.6 приложения А) определяют фактор формы К. При S/d_н = 2 для однорядного экрана К = 0, 88, для двухрядного экрана К = 0, 98 (для первого ряда К = 0, 68, для второго К = 0, 30). По величине К определяют площадь заэкранированной поверхности кладки Н (м²)

т.е.. (12.38)

С другой стороны, площадь заэкранированной поверхности кладки можно определить по уравнениям

- для однорядного экрана

; (12.39)

- для двухрядного экрана

, (12.40)

где n – общее число труб радиантной камеры;

l – полезная длина трубы, м. (см. пункт 12.4, формула 12.26)

Решая совместно уравнения 12.38 и 12.39 либо 12.40, определяют число радиантных труб и их поверхность

, м . (12.41)

12.5.11 В зависимости от выбранной конструкции печи решается вопрос о размещении радиантных труб. Например, в печи с наклонным сводом радиантные трубы располагают на поде и своде печи. Определяют геометрические размеры печи расчетным путем (зная число труб на соответствующей стороне печи и их размеры), либо конструктивно. Принимают число труб в ряду и расстояние между осями труб (S₁) в камере конвекции (рисунок 12.2).

Рисунок 12.2 – Эскиз печи с наклонным сводом

12.5.12 Вычисляют общую поверхность кладки печи с учетом торцевых стен SF и фактически заэкранированную поверхность H

, м (12.42)

, м . (12.43)

12.5.13 Уточняют величину эффектной лучевоспринимающей поверхности

(12.44)

и степень экранирования

. (12.45)

Если полученное значение Y значительно (более 5 %) расходится с ранее принятой степени экранирования (пункт 12.5.9), то определяют новое значение отношения Н_S/Н_Л, а также Н_S и Y и повторяют расчет.

12.5.14 Для расчета прямой отдачи тепла в топке определяют

- температурную поправку на теплопередачу в топке , которая характеризует разность теплоотдачи конвекцией и обратного излучения поверхности радиантных труб

, (12.46)

где С_s – постоянная излучения абсолютного черного тела (С_s=5, 67Вт/м²× К⁴);

_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к экранным трубам, Вт/(м²× град)

. (12.47)

Для ускорения расчета величины _к можно воспользоваться данными таблицы 12.3.

Таблица 12.3 – Значения величины _к

Тn - , К	к, Вт/(м2.К)	Тn - , К	к, Вт/(м2.К)
	6, 63 7, 91 8, 61 9, 30 9, 89		10, 47 10, 82 11, 05 11, 40 11, 75

- аргумент излучения

, (12.48)

- характеристику излучения из уравнения

. (12.49)

Характеристика излучения может быть найдена в зависимости от аргумента по таблице 12.4, либо по рисунку А1.3 приложения А;

Таблица 12.4–Зависимость характеристики излучения от аргумента излучения х

Аргумент излучения   х	Характеристика излучения	Аргумент излучения х	Характеристика излучения	Аргумент излучения   х	Характеристика излучения	Аргумент излучения   х	Характеристика излучения
0, 15 0, 20 0, 40 0, 49 0, 60 0, 80 1, 00	1, 00 0, 90 0, 88 0, 82 0, 80 0, 78 0, 75 0, 72	1, 25 2, 00 3, 00 4, 00 5, 00 6, 00 7, 00	0, 70 0, 65 0, 60 0, 57 0, 55 0, 53 0, 51	8, 00 9, 00 10, 00 12, 00 14, 00 16, 00 18, 00 20, 00	0, 50 0, 49 0, 48 0, 46 0, 44 0, 43 0, 42 0, 41	23, 44 30, 00 50, 00 70, 00 90, 00 110, 00	0, 40 0, 38 0, 34 0, 32 0, 30 0, 29

- температуру дымовых газов на перевале

. (12.50)

Температура на перевале может быть также найдена по таблице 12.5.

Таблица 12.5 – Температура дымовых газов

	Значение при различных величинах Tmаx-
0, 01 0, 02 0, 03 0, 04 0, 05

Если полученное по формуле (12.50) значение температуры более чем на 5% отличается от принятого в начале расчета, то задаются новым значением и расчет повторяют. При этом, если значение температуры на перевале превышает допустимое, то увеличивают поверхность нагрева радиантной камеры;

- коэффициент прямой отдачи

. (12.51)

12.5.15 Уточняют количество тепла, передаваемое сырью в радиантной камере, кВт

. (12.52)

12.5.16 Проверяют теплонапряжение радиантных труб

, ^кВт/м². (12.53)

Если полученное по выражению (12.53) значение допустимо для данного технологического процесса, то расчет считается законченным. Если значение выходит из диапазона рекомендуемых значений (пункт 12.5.1 расчета), то необходимо изменить температуру Т_n, имея в виду, что при увеличении температуры дымовых газов на перевале повышается теплонапряжение радиантных труб и уменьшается поверхность и наоборот.

Тепловой расчет радиантной камеры можно выполнить аналитически, решая совместно уравнения теплового баланса и теплопередачи в топке, полагая, что радиантные трубы воспринимают лучистое тепло () и небольшое количество тепла, передаваемое конвекцией Q, т.е.

Q_P=Q_PЛ+Q_PK. (12.54)

Для расчета лучистого теплообмена в радиантной камере наиболее часто применяется метод профессора Н.И.Белоконя.

Алгоритм расчета

1 Задаются теплонапряжением поверхности нагрева радинтных труб q_p и температурой дымовых газов на перевале Т_n (пункт 12.5.1).

2 Определяется количество тепла, передаваемого сырью в радиантной камере Q_Р (уравнение 12.28).

3 Определяется поверхность радиантных труб

, м². (12.55)

4 Определяется заэкранированная поверхность кладки Н при расстоянии между осями труб S=2d_Н

– для двухрядного экрана

; (12.56)

– для одноряного

, (12.57)

где π =3, 14.

5 Эффективная лучевоспринимающая поверхность Н_Л

Н_л=К× Н, (12.58)

где К-фактор формы экрана (для однорядного экрана К=0, 88, для двухрядного К=0, 98) (пункт 12.5.10).

6 Определяется число труб радиантной камеры

(12.59)

и осуществляют конструирование печи, т.е. определяют основные геометрические размеры топки и ширину конвекционной камеры (пункт 12.5.11).

7 Вычисляют общую поверхность кладки Σ F и неэкранированную поверхность по уравнению

F=Σ F-H_Л, м². (12.60)

8 Определяется числовое значение углового коэффициента взаимного излучения экрана и кладки ρ _FH по формулам

– при ≤ 2 (12.61)

– при > 2, 5 . (12.62)

9 Определяется значение вспомогательной функции γ

, (12.63)

где e_Н-степень черноты поверхности экрана. e_Н=0, 9…0, 95;

e_V-степень черноты топочной среды. Значение e_V можно принять (e_V=0, 3…0, 35) либо рассчитать в зависимости от коэффициента избытка воздуха α ₁, по уравнению

. (12.64)

10 Эквивалентная абсолютно черная поверхность рассчитывается по формуле

, м², (12.65)

где e_F-степень черноты поверхности кладки. e_F =0, 85…0, 90;

ξ _(Т)-величина, зависящая от распределения температур в топке, в среднем равная 0, 85.

11 По уравнению (12.31) определяется температура наружной поверхности радиантных труб θ и коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к экранным трубам α _к (уравнение 12.47).

12 Определяется температурная поправка ∆ θ (по уравнению 12.46).

13 По уравнению (12.48) определяется аргумент излучения х.

14 Аналитически (уравнение 12.49) либо графически определяется числовое значение характеристики излучения β _S.

15 По уравнению (12.50) рассчитывается температура дымовых газов на перевале Т_n, коэффициент прямой отдачи μ (уравнение 12.51), величина Q_Р (уравнение 12.52) и уточняют теплонапряжение радиантных труб q_p. Полученные значения анализируют и делается вывод либо о завершении расчета, либо о необходимости принять другие значения Т_n и q_p и расчет повторить.