CC BY
22
УДК 621.3.036
ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЫМООТВОДЯЩЕГО СОПЛА ПРОМЫШЛЕННОГО УНИФИЦИРОВАННОГО РЕКУПЕРАТОРА «СИЛАЛ» М-1 115x460x860-05 И «СИЛАЛ» М-11 230x460x860-1,0
Докт. техн. наук, проф. НЕСЕНЧУК А. П., канд. техн. наук РЫЖОВА Т. В., магистр техн. наук ШИДЛОВСКИЙ В. В., инж. ШКЛОВЧИК Д. И, магистр техн. наук КОВАЛЕВ С. С.
Белорусский национальный технический университет, ОАО «Минский автомобильный завод», УП «Авторемпромпроект»
Ущербы от загрязнения рабочей зоны, предусмотренной для обслуживания расположенного в цехе промышленного предприятия оборудования, можно существенно сократить, увеличив площадь рассеивания. Промышленные печи являются серьезными загрязнителями рабочей зоны в цехах (участках) заготовительного и механосборочного производств машиностроительных и автотракторных предприятий. Эти печи являются огнетех-ническими установками, служащими для нагрева и термообработки металлических изделий и заготовок под операцию горячего формообразования и термической обработки. Нагрев происходит в атмосфере продуктов сгорания органического топлива. Дымовые газы, содержащие СО и N0*, через рекуператор сбрасываются в рабочую зону подкранового пространства, загрязняя ее. Концентрация загрязняющих выбросов может быть существенно снижена, если рекуператор (устройство для регенеративного тепло-использования тепловых отходов - продуктов сгорания органического топлива) будет оснащен дозвуковым суживающимся дымоотводящим зонтом (соплом) (рис. 1).
ТГ
Выход дымовых газов
Рис. 1. Промышленный рекуператор, предлагаемый к внедрению в высокотемпературных теплотехнологиях заготовительного и механосборочного производств заводов республики (в сборе): 1 - поверхность теплообмена; 2 - дымоотводящее сопло
Как видно из рис. 1, рекуператор промышленной печи состоит из поверхности теплообмена и суживающегося сопла (затемненная часть рисунка), призванного отводить продукты сгорания в подкрановое пространство зоны обслуживания печи. Рекуператор, обладая высоким гидравлическим сопротивлением, на выходе имеет скорость газов на уровне 0,5-1,5 м/с, что и обусловливает слабое рассеивание и, как следствие, сильное загрязнение атмосферы цеха.
С целью увеличения скорости выхода дымовых газов (теплотехнологии машиностроительного и автотракторного производств) разработанный авторами промышленный рекуператор (рис. 1) предусматривает в верхней своей части такое дозвуковое сопло. Распределение давления и скорости при истечении представлено на рис. 2.
Очевидно, что движение (рис. 2) дымовых газов в канале происходит за счет перепада давлений Ар = р\ - р2 (р2 = В), который рассчитывается по соотношениям, записанным для определения самотяги, обусловленной разницей плотностей атмосферного воздуха и про-
Рис. 2. Процесс движения продуктов сгорания в суживающемся сопле, установленном на рекуператоре промышленной печи
дуктов сгорания рд г.
Приступая к расчету сопла (определение скорости на выходе), вначале выполняют оценку режима течения в сопле (истечение идеального газа из сосуда неограниченной емкости через суживающееся сопло). При этом в качестве исходных данных могут быть использованы данные табл. 1 (величины взяты для конкретного случая работы нагревательной печи).
Таблица 1
Исходные данные для оценки режима движения газов в сопле
Наименование величины Обозначение Размерность Величина
Температура дыма на входе в сопло !д.Г °С 650
Скорость дыма на входе w1 м/с 1,5
Давление во входном сечении сопла Р1 мм Н20 10 • 103
Давление в выходном сечении Р2 мм Н20 9,99 • 103
Падение давления в патрубке (оценивается по формулам для режима самотяги) Ар мм Н20 10; 5 и 1
Определение скорости продуктов сгорания на входе в атмосферу цеха (выходное сечение суживающегося дозвукового сопла) выполняем для вариантов, когда Ар принимает значения 1; 5 и 10 мм Н20. Результаты расчета сводим в табл. 2.
Таблица 2
Результаты расчета дозвукового суживающегося дымоотводящего сопла
Наименование величины Обозначение и формула для расчета Размерность Перепад давления /Ар, мм Н20 Значение
10 5 1
Состав продуктов сгорания
• Азот:
молярная масса Р N2 кг/кмоль 28,15 28,15 28,15 28,15
% объемные V г N2% % 69,36 69,36 69,36 69,36
• Трехатомные газы: V
молярная масса кг/кмоль 44,11 44,11 44,11 44,11
% объемные ^Я02 % % 9,09 9,09 9,09 9,09
• Водяные пары:
молярная масса М"Н20 кг/кмоль 18,16 18,16 18,16 18,16
% объемные V г н20% % 21,19 21,19 21,19 21,19
• Кислород: ^
молярная масса Р02 кг/кмоль 32 32 32 32
% объемные V г 02 % % 0,36 0,36 0,36 0,36
Суммарный объем продуктов сгорания X V м3/м3 10,83
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях Рд.г кг/м3 1,226 1,226 1,226 1,226
Молярная масса продуктов сгорания п Рд.г =Х ГР 1=1 кг/кмоль 27,46 27,46 27,46 27,46
Газовая постоянная продуктов сгорания ^ = Т П =8314 Дж/(кг-К) 302,8 302,8 302,8 302,8
Объемная изобарная теплоемкость продуктов сгорания (при Гдг = = 650 °С) с' =У с'-Г рд.г Р1 1 кДж/(м3^К) 1,469 1,469 1,469 1,469
Массовая изобарная теплоемкость продуктов сгорания Срд.г Срдг ! Рд.Г Дж/(ктК) 1,194 1,194 1,194 1,194
Удельная объемная энтальпия продуктов сгорания к = с' / д.г Рдг д.г кДж/м3 955 955 955 955
Показатель адиабаты продуктов сгорания к 1,338 1,338 1,338 1,338
Местная скорость звука кК с - дг рд г к -1 м/с 612 612 612 612
Число М во входном сечении сопла . к -1 Т0 1 + М -= —— к т д.г 0,0025 0,0025 0,0025 0,0025
Наименование величины Обозначение и формула для расчета Размерность Перепад давления /Ар, мм Н20 Значение
10 5 1
Состав продуктов сгорания
Температура торможения К 923,2 923,2 923,2 923,2
Отношение давлений в выходном и входном сечениях сопла п = Р21Р1 0,9990 0,9990 0,9990
Критическое отношение давлений к ^ = ( к - 1 ] 0,539 0,539 0,539 0,539
Критическая скорость потока к а«р Ч2 *дг70 к + 1 м/с 566 566 566 566
Число X к (■ - * &) и= = Ь- Р1 0,042 0,0296 0,0132
Скорость потока в сечении 2 сопла (рис. 2) щ = Чр ф м/с 21,3 15,1 6,7
Выходное сечение сопла (на 1 м3 природного газа при общем расходе на печь 100 м3/ч) /2 м2 1,780 2,517 5,626
Площадь входного сечения сопла м2 0,516 0,516 0,516
Размеры входного сечения мм 860/800 860/800 860/800
По результатам расчета построена зависимость щ2 = /(Ар) (рис. 3).
Рис. 3. Значение скорости в выходном сечении сопла (щ2 = /(Ар)) В Ы В О Д
Расчет суживающегося дозвукового сопла выполняется в соответствии с рис. 2, на котором представлены распределения давления и скорости продуктов сгорания по длине канала.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Т е х н и ч е с к а я термодинамика: учеб.: в 2 ч. - Ч. 1. / Б. М. Хрусталев [и др.]. -Минск: УП «Технопринт», 2004. - 487 с.
2. Т е х н и ч е с к а я термодинамика: учеб.: в 2 ч. - Ч. 2. / Б. М. Хрусталев [и др.]. -Минск: УП «Технопринт», 2004. - 560 с.
Представлена кафедрой ПТЭ и ТТ Поступила 11.11.2009
