§ 26. Расчет конвективных систем

При расчете конвективных систем печей определяют площадь поверхностей тепловосприятия каналов и их аккумулирующую способность; сечения каналов дымооборотов и скорости движения газов в дымооборотах.

Рассмотрим методику расчета.

В дымооборотах и в колпаковой камере теплопередача происходит за счет конвекции. Теплопередача в каналах характеризуется коэффициентом тепловосприятия - количеством теплоты, воспринимающейся за 1 ч работы печей площадью 1 м² канала.

Воспринимаемую конвективной системой теплоту за период одной топки продолжительностью z часов определяют по формуле, основанной на уравнении Ньютона - Рихмана (см. §20):

Q_K.C = (η₁. f_l + η _пр f_пр + η_пос f_пос) z,

где Q_K.C - теплота, воспринимаемая (аккумулирующаяся) конвективной системой, кДж; ζ₁ ,η_пр, f_пос - коэффициенты тепловосприятия поверхностей конвективной системы, Вт/м² (принимают по табл. 6); f₁, f_пр, f_пос - площади тепловоспринимающих поверхностей, м²; z - продолжительность топки, ч.

Все количество теплоты, аккумулирующееся печью, составляет:

при одной топке в сутки

Q′_акк = (24-Z)Q_P.Ч;

при двух топках в сутки

Q″_акк=(12-Z)Q_P.Ч,

где Q_p.ч расчетная часовая теплопроизводительность печи, кДж/ч.

Теплота Q_K.С,которую должна воспринять конвективная система, будет равна;

при одной топке в сутки

Q_к.с = (24 - z) Q_р.ч-Q_т,

при двух топках в сутки

Q_к.с = (12 - z) Q_р.ч-Q_т,

где Q_T - теплота, аккумулирующаяся во время топки топливником (теплопоглощение топливника), кДж.

Площадь поверхности конвективной системы определяют соотношением

F_к.с = f₁+f₂+…+f_n = Q_к.с.(3,6⋅z β_ср),

где β_cp=β₁+β₂+ …+ β_n)/n; n - число каналов.

Объем топочных газов L (м³) в газоходах определяют, исходя из объема воздуха, расходуемого на 1 кг сжигаемого топлива, и теплового расширения его при температуре в канале t_K:

где L₀ - объем продуктов горения при 0 °С, м³/кг; t_к - температура газов в канале, °С.

Пример. Определить площадь поверхностей конвективной системы печи теплопроизводительностью Q_р.ч = 1160 Вт (4190 кДж/ч). Теплопоглощение топливника при z=2 ч топки в сутки 46090 кДж. Количество топок в сутки- одна. Вид топлива - дрова с Q^р_н = 12 600 кДж/кг. КПД печи η_п = 0,7; L_o = 20 м³/кг.

Находим необходимую суточную теплопроиззодительность печи

Q′_акк = (24 - 2)⋅4190 = 92 180 кДж.

Количество теплоты, которое должно аккумулироваться конвективной системой, составит

Q_K.С = (24 - 2)⋅4190 - 46 090 = 92 180- 46 090 =46 090 кДж.

Так как печь рассчитана на дровяное топливо, то по табл. 6 коэффициенты тепловосприятия каналов составят, Вт/м²: для первого β₁ = 5200, второго и третьего β_пос = β_пр = 2670.

Приняв, что конвективная система печи состоит из трех каналов, найдем среднее тепловосприятие 1 м² поверхности дымооборотов

β_сp = (β₁ + β_пр + β_пос)/3 = (5200 + 2670 + 2670)/3 = = 10 540:3 ≈3500 Вт/м².

Таким образом, площадь поверхности тепловосприятия конвективной системы должна составить (при двухчасовой топке)

F_K.C= 46090/(3,6⋅2⋅3500) = 1,83 м².

Если высоту канала принять (по конструктивным соображениям) равной 0,9 м, то длина дымооборотов (конвективной системы) будет равна 1,83 :0,9 = 2 м.

Зная суммарную длину конвективной системы, конструируем ее каналы: первый - подъемный, второй - опускной и третий - подъемный. Вычерчиваем схему каналов (рис. 54).

Рис. 54. К примеру расчета конвективной системы

Найдем сечение каналов. При Температуре газов первом канале t₁ = 700 °С объем продуктов сгорания нем составит

Принимаем сечение первого канала 0,12x0,26 м, тогда площадь сечения будет равна

F1 = 0,12⋅0,26 = 0,0312 м².

Скорость газов в первом канале составит

v₁ = L₁(3600F₁) = 400/(3600⋅0,0312) = 3,56 м/с

Допустимая скорость газов в первом канале (см. табл. 6) колеблется в пределах от 1,5 до 4 м/с, значит, выбранное сечение приемлемо.

При температуре газов во втором канале t₂ - 500 °С их объем составит

Сечение второго канала принимаем такое же, как первого, тогда скорость газов во втором канале составит

v₂ = 322/(3600⋅0,0312) = 2,86 м/с.

Сравнивая полученную величину с табличной (см, табл. 6), которая регламентирует верхний предел скоростей 2 м/с, делаем вывод, что сечение второго канала следует увеличить.

Принимаем сечение второго канала 0,26x0,26 м:

F2 = 0,26⋅0,26 =0,0676 м².

Отсюда скорость во втором канале будет равна

v₂ = 322/(3600⋅0,0676) = 1,3 м/с,

т.е. 0,5<1,3<2, что удовлетворяет условиям конструирования конвективных поверхностей.

Найдем сечение последнего (третьего) канала:

Принимаем сечение третьего канала равным первому, тогда

v₃ = 171:(3600⋅0,0312) =1,5 м/с,

что удовлетворяет требованиям конструирования последнего канала.

При расчете конвективной системы печи следует добиваться того, чтобы длина и сечения каналов обеспечивали восприятие полного количества теплоты, необходимого для отопления помещений. Температура отходящих газов на выходе в дымовую трубу - один из показателей экономичного процесса горения и достаточности площади поверхности тепловосприятия дымооборотов. Высокая температура отходящих газов (250…300°С) свидетельствует о заниженных размерах конвективной системы; слишком низкая температура (до 100 °С) указывает на излишне большую площадь поверхности тепловосприятия. Следствием этого может быть неблагоприятный тепловой режим дымовой трубы: выпадение конденсата и смолистых веществ, которые поступают через кладку и разрушают оголовок трубы. Оптимальная температура отходящих газов на входе в дымовую трубу 120...140°С (см. табл. 6).

https://profecoskill.ru/