Расчет промышленных печей

Процессы в функционирующей печи проходят четыре интерактивных процесса:

  • поток,
  • сжигание,
  • тепло,
  • массоперенос.

Теплопередача — это только один процесс в печи, для которого точное решение не может быть получено, если четыре группы уравнений, соответствующие четырем процессам, решаются одновременно. Таким образом, из-за присущей сложности строго теоретический анализ невозможен. Основные уравнения теплообмена в пламени. Топливы сжигаются в камере сгорания, высвобождая энергию и формируя поток. Основное стационарное уравнение энергии теплообмена от пламени к стенкам печи выглядит следующим образом: iiρ () () = Γ + VcTTSpTQ, где левая часть представляет собой конвекционную форму энтальпии (cpT ),

V — скорость, первый член в правой части — диффузионный член,

ΓT — коэффициент диффузии,

а SQ — обобщенный исходный член.

Смотрите следующее: = + SQQQchR

где Qch — скорость тепловыделения химической реакции, а QR — скорость теплоотдачи излучения.

Вышеизложенное является только уравнением сохранения энергии — конвекция и условия диффузии обычно вычисляются разностным методом. Уравнение также отличается от общих уравнений переноса из-за сложного пространственного интегрального члена QR, что является основной трудностью решения. Как утверждают специалисты, вычисление QR является сложным пространственным интегралом, поскольку QR определяется геометрией, термодинамическим состоянием, распределением видов и другими факторами во всем пространстве в камере из-за бесконтактного режима радиационного теплообмена.

Аналитическое решение, по определению, невозможно, поэтому численно используются методы численного моделирования, среди которых наиболее популярны метод теплового потока, метод доменов и метод моделирования вероятностей. Математическая модель теплообмена в печи Метод теплового потока, доменный метод и метод моделирования вероятностей — это все численные методы расчета скорости теплообмена излучения в печи. Однако модели, основанные на этих методах, являются неполными, поскольку они описывают только принципы, которым должно подчиняться температурное поле, и требуют, чтобы информация была дана, например, поле потока, распределение источника тепла и физические параметры.

На самом деле уравнение недостаточно для полной математической формулировки взаимодействия потока, горения, тепла и массопереноса в печи. Эти интерактивные процессы, которые все вместе называются процесс горения », состоят из турбулентного потока и горения, теплопередачи в пламени, многофазного потока и горения, все из которых подчиняются физическим и химическим законам, представленным ниже как уравнения сохранения. Содержательное уравнение: закон сохранения массы .Momentum уравнение: второй закон Ньютона.

Энергетическое уравнение: закон сохранения энергии. Уравнение химического баланса: закон сохранения и трансформации химических видов. Все эти уравнения можно представить в унифицированной форме следующим образом:

τρρ∂∂Φ + Φ Φ + = ΦΦuJ SΦ

где Φ представляет собой физический поток, такой как константа, скорость, энтальпия или концентрация, соответствующая отдельно к уравнениям непрерывности, импульса, энергии и реакции. u — скорость, JΦ — диффузионный поток, SΦ — источник, а τ — время.

После получения подробных выражений JΦ и SΦ управляющее уравнение горения может быть представлено следующим образом: τρρ∂∂Φ + ∇⋅ Φ = ∇⋅ ΓΦ + ΦΦuS () () () (5.4) где первый член в левой части изменяется во времени, второй конвекционный член и первый справа — диффузионные члены, а SΦ — исходный член.

Турбулентный поток популярен в реальной технике, но математическая формулировка не закрыта для усредняющих по времени турбулентных уравнений. Для этого необходимы дополнительные уравнения, приводящие к различным турбулентным моделям, таким как k-ε-модель. Каждая модель может обеспечить решения для распределения концентрации температуры, скорости, давления и химических веществ в печи, полностью описывая характеристики тепломассопереноса и химических реакций. Однако, как упоминалось выше, процесс решения этих уравнений настолько сложный, что численные методы используются для получения приемлемого приближения. Упрощенные модели, основанные на данных, полученных в результате инженерного опыта (в частности, эмпирических коэффициентов), обычно принимаются для технических приложений.

Расчет промышленных печей

Футеровка промышленных печей – расчет

Классификация методов расчета теплопередачи. По существу, расчеты для теплопередачи — это полутеоретические подходы, основанные на опыте; определенные параметры, такие как теплопроводность, коэффициент диффузии, коэффициент диффузии, коэффициент вязкости и коэффициент излучения, определяются измерением, в течение которого точное соотношение между ∂∂τ (ρΦ) + ∇⋅ (ρuΦ + JΦ) = SΦ∂∂τ ( ρΦ) + ∇⋅ (ρuΦ) = ∇⋅ (ΓΦΦ) + SΦ

Теория и расчет теплопередачи в коэффициентах Furnacesthese и температуре или давлении в основном недоступны. Эмпирические методы также приписывают неопределенность одному или нескольким факторам, включая коэффициент теплопередачи, тепловой эффективный коэффициент и другие. Вычисление всегда основано на некоторых основных теориях, конечно (постулаты, предположения, законы, теоремы и т. д.), что делает его полуэмпирическим или полутеоретическим методом анализа. Расчет теплопередачи в печи более эмпирический.

Здесь описывается несколько полезных вычислений для классификации, основанных на пространственных измерениях. Для применения к расчету нагрева печи доступны нулевые, одномерные, двумерные и трехмерные модели. В нулевой размерной модели все физические величины в печи равномерны и результаты усредняются. Этот метод является наиболее часто используемым для инженерного проектирования и является стандартным методом термического расчета в Китае.

Одномерные модели используются для изучения изменений физических величин вдоль оси (высоты) печи, где физическая величина в перпендикулярной плоскости является однородной. Эта модель имеет практическое значение для инженерных проектов, таких как котлы большой емкости. Двумерная модель в основном используется для осесимметричных цилиндрических печей, таких как вертикальные циклонные печи. Трехмерная модель описывает процесс печи (поток, температура, химические породы и т. д.), Используя трехмерные координаты (x, y, z).

В принципе, только трехмерная модель может правильно описать процесс печи — на самом деле все используемые до сих пор уравнения для описания процесса печи не позволяют получить аналитические решения, и только численные методы могут достигать приближенных решений. Даже для приблизительного решения количество вычислений очень велико: медленные или малопроизводительные компьютеры не справляются с задачей.

Метод опыта ранее наиболее часто применялся к нульмерным моделям из-за недостаточного понимания процесса печи и соответствующих механизмов. В настоящее время полуэмпирический метод растет популярностью — этот метод основан на фундаментальных уравнениях, таких как уравнение теплового баланса и уравнение радиационного теплообмена, а также некоторые коэффициенты или факторы, полученные с помощью экспериментов.

Здесь метод расчета теплопередачи печи вводится с использованием нульмерной модели. Этот метод в основном основан на уравнении сохранения энергии и радиационном уравнении теплопередачи. Уравнение теплового баланса выглядит следующим образом:

φφ = — «= -» QBII BVCT T () () cal aF calaF

где  — теплота (что объясняет потерю тепла из-за охлаждающего эффекта стенки печи),

Bcal — норма расхода топлива (сжигаемого топлива), = -BqB100100caluc,

B — расход топлива на котельный агрегат (полученный Q =  Bcal (Iа-ИФ ») = BcalVC¯ (Та-TF ») Bcal = 100-que100B

Расчет теплопередачи в печах Глава

Тепловой баланс котла), Ia (Ta) представляет собой энтальпию текучего газа при теоретической температуре сгорания Ta, () «ITFF — энтальпия горючего газа при температуре выхода печи« TF »и VC — средняя общая теплоемкость продуктов сгорания между Ta и «TF», выраженная следующим образом: = — «-» VCIITTaFaF

Заметим, что значения вышеупомянутых величин Ia, «TF, VC» равны рассчитанный в расчете на кг или на м3 топлива. Далее, давайте обсудим уравнение радиационного тепло обмена. Как обсуждалось в главе: «Теоретический фундамент и основные свойства теплового излучения», закон Планка и его следствие (закон Стефана-Больцмана) составляют основу для расчета радиационного теплообмена. Основной формулой для расчета радиационного теплообмена является закон Стефана-Больцмана, который может быть проведен двумя разными способами. Прямой расчет радиационного тепла (метод Хоттелла) следующим образом:

σ () = — QaAT TFg4w4 (5.7) εε = + — ax1111Fwg

Согласно прогнозируемому теплоотдаче излучения (метод Гурвича) следующим образом:

σψ = QaATFg4

ψε = + — a1111Fg

Вышеприведенные формулы применимы к суспензионным кольцевым печам, как intro приведено в главе «Теплопередача в псевдоожиженных слоях». Пока получаются aF (или aF), Tg и Tw (или ψ), Q может быть эффективно определена. При расчете на практике уравнение обычно используется для вычисления Q, но Tg обычно определяется путем решения уравнений одновременно.

Температура пламени

Сначала рассмотрим распределение температуры печи — строго говоря, это функция времени и пространства τ = Txyz (,,,), где τ — время. Конечно, это только феноменологическое описание. Обращаясь к механизму, температура IF » (TF ») TF»VC¯TF»VC¯ = Ia-IF»Ta-TF»I0FVC¯Q = σaFAr (Tg4-Tw4) aF = 11εw + х (1εg-1) Q = σa ~ FψArTg4a ~ Р = 11 + ψ (1εg-1) ~ FT = (х, у, г, τ)

Ta указывает на адиабатическую температуру горения. Предполагая, что сжигание завершено за очень короткий промежуток времени, процесс теплопередачи еще не начался, и продукты сгорания имеют наивысшую возможную температуру. Кривая T (по направлению высоты печи X) представляет собой фактическую температуру, максимум T — Tm, T выхода печи (X = 1) — «TF», а среднее значение T вдоль X [0, 1] — Tg. Естественно, что >>> «TTTTamgF, где адиабатическая температура горения Ta, средняя температура воздуха Tg и температура на выходе из печи» TF являются важными факторами при анализе и расчетах теплопередачи.

Далее обсудим эмпирическое уравнение, описывающее распределение температуры печи. Распределение температуры печи зависит от временных и пространственных координат, но это не означает, что нет никакого другого описания, подобного трехмерному описанию. В общем, распределение температуры печи считается стабильным в стационарном состоянии при устойчивых рабочих условиях, т. Е. = Txyz (,,). См. Следующую простую эмпирическую формулу: θ = -αβ — eeXX4 (5.11) где θ = TTa — безразмерная температура, a и b — эмпирические факторы: XxL — безразмерное положение флема, L — общая длина (т. е. высота печи), а х — расстояние от сопла горелки. Пусть X = 1 в уравнении, так что температура на выходе печи равна: θ () «= -αβ — eeF14 где θ» = «TTFFa.

Расчет теплопередачи в печах

Калькулировать среднюю температуру флема

θ = TTgga: ∫θθ = dXg01

Это уравнение не особенно удобно вычислять. Согласно вышеприведенному анализу, θ»F, ug и Xm — все функции от a и b. Соотношение между θ»F и ug можно определить, используя формулы для упрощения расчета. Типичная форма уравнения есть: = «- TmTTnng4a4 (1) F4 где m и n — эмпирические коэффициенты. В уравнении, X — координатная переменная, предполагающая, что поверхности нагрева расположены вокруг флюса, температурное поле сечения печи равномерно распределено и рассматривается только радиальный излучательный теплообмен.

Эта гипотеза применима в приближенном виде — температурное поле печи имеет разную степень неоднородности, а на обоих концах потока есть поверхности нагрева, поэтому приведенное выше эмпирическое уравнение и его вывод могут быть применены только к качественному анализу.

Другими словами, нецелесообразно применять его в количественных инженерных расчетах (за исключением случаев, когда это подтверждается промышленными испытаниями). Далее рассмотрим аналитическое решение для средней температуры флюса. Из-за сложности процесса печи, модель для средней температуры флюидов должна быть упрощена.

Результаты могут быть применены только к приближенному качественному анализу, но для этого метода есть практическое значение — грубое упрощение сложного процесса в его наиболее ценные компоненты очень полезно в инженерной практике. Предположите, что топливо сгорает полностью мгновенно на выходе горелки и достигает адиабатическая температура горения Ta, и что передача тепла происходит только в радиальном направлении оси печи; игнорировать теплопередачу в осевом направлении (одномерная модель). Затем из теплового баланса:

σψ- = BVCdTaTdAcal F4

где A — площадь печи, а VC — средняя общая теплоемкость.

Интегрируем уравнение, чтобы получить:

∫∫σψ — = «dTTaBVCdATTA4Fcal 0aFso, что: σψ» - = 3TTaBVCA


Добавить комментарий