Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (стр. 5 из 6)
(м3/с) (72)Далее найдем расчетное количество газа по следующей формуле:
(м3/с) (73)По графикам (см.[1]) определяем, что диаметр газового сопла должен быть равен 80 мм; при давлении 4,0 кПа и плотности
кг/м3 скорость истечения газа равна 78 м/с, а воздуха – 35 м/с.7 Расчет рекуператора
Керамические рекуператоры, применяемые в нагревательных колодцах, выполняют из восьмигранных трубок. Обычно монтируют 6 – 8 рядов труб, из них два верхних и нижний ряды из карбошамотных трубок, остальные – из шамотных.
В рекуператоре воздух подогревается от
°С до 
°С. Температура дыма на входе в рекуператор 
°С; количество подогреваемого воздуха 
м3/с; количество дымовых газов 
м3/с; состав дымовых газов: 12 % СО, 3 % О2, 10 % Н2О, 75 % N2.Рекуператор набирается из трубок, каждая из которых имеет общую высоту 398 мм, полезную высоту 356 мм, наружный диаметр 140 мм и внутренний диаметр 114 мм. Дымовые газы проходят внутри трубок, воздух – между трубками. Схема работы рекуператора – многократный перекрестный противоток.
Примем тепловые потери равными 10 % и величину утечки воздуха в дымовые каналы равной 20 %. С учетом утечки в рекуператор нужно подавать количество воздуха, равное
м3/с.Следовательно, величина утечки воздуха (формула 74):
(м3/с) (74)Принимая температуру дымовых газов на выходе из рекуператора 650 °С и определяя теплоемкость дымовых газов аналогично предыдущему расчету, составляем уравнение теплового баланса (формула 75):
(°С) (75)Рекуператор данной конструкции работает по принципу многократного перекрестного противотока, поправкой на перекрестный ток пренебрегаем и определяем среднюю разность температур (формула 76):
(76)Для определения суммарного коэффициента теплопередачи
принимаем среднюю скорость дымовых газов 
м/с, среднюю скорость воздуха 
м/с.Коэффициент теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне
для шахматного пучка находим по формуле 
и номограмме (см.[1]).Найдем с некоторым приближением среднюю по всей поверхности нагрева температуру стенки (см.[1]):
(°С); 
(°С); 
(°С).Средняя температура воздуха (формула 77):
(°С) (77)Средняя действительная скорость потока воздуха (формула 78):
(м/с) (77)Принимая для рекуператора значения
, 
и число рядов в пучке равным 7, вычисляем по следующей формуле: 
(Вт/м2∙К) (78)Учитывая шероховатость стенок, вычисляем по следующей формуле:
(Вт/м2∙К) (79)Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне (формула 80):
(80)Согласно графику (см.[1]), при скорости движения потока
м/с и диаметре трубы 
м 
(Вт/м2∙К).С учетом шероховатости стен, вычисляем по следующей формуле:
Вт/(м2∙К) (81)Для определения
по номограммам (см.[1]) находим:– для верха рекуператора (
, 
): 
; 
; 
; 
; 
.Коэффициент теплоотдачи излучением (принимая
и, следовательно, 
), (формула 82): 
(Вт/м2∙К) (82)– для низа рекуператора (
, 
): 
; 
;Коэффициент теплоотдачи излучением (формула 82):
(Вт/м2∙К)Среднее значение коэффициента теплоотдачи излучением на дымовой стороне рекуператора вычисляем по следующей формуле:
(Вт/м2 ∙К) (83)Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне (формула 84):
(Вт/м2∙К) (84)Теплопроводность карбошамота на 30 % выше теплопроводности шамота. Следовательно, при средней температуре стенки
коэффициент теплопроводности карбошамота (формула 85): 
(Вт/м2∙К) (85)Учитывая, что
; 
и 
, суммарный коэффициент теплопередачи рекуператора находим (по формуле 86): 
(Вт/м2∙К) (86)Находим количество тепла, проходящее через поверхность нагрева (по формуле 87):
(Вт) (87)Поверхность нагрева рекуператора (формула 88):
(м2) (88)Удельная поверхность нагрева карбошамотного рекуператора составляет 8,5 м2/м3 (см.[1]).
Объем рекуператора без учета мест соединения труб
м3.Начальное количество дымовых газов (2,31 м3/с) вследствие утечки воздуха увеличивается до 2,68 м3/с. Следовательно, среднее количество 2,5 м3/с.
Определим общую площадь отверстий для прохождения дымовых газов вычисляем по следующей формуле:
(м2) (89)Так как площадь отверстий для прохода дыма в карбошамотном рекуператоре составляет 23,1 % от общей площади зеркала рекуператора, то площадь поперечного сечения рекуператора вычисляем по следующей формуле:
4,16/0,231=18,0 (м2) (90)Расход воздуха средний – 1,64 м3/с.
Поскольку средняя скорость движения воздуха принята равной 1,0 м/с, то необходимая площадь для прохода воздуха составит (формула 91):
(м2) (91)Полезная высота одного хода равна 0,356 м, что при наружном диаметре трубы рекуператора 0,14 м и расстоянии между осями соседних труб 0,304 м составляет 0,0585 м2 площади, свободной для прохода воздуха.
Следовательно, по ширине рекуператора следует располагать следующее число труб (формула 92):