Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива


1) В соответствии с европейским стандартом DIN 15821 испытания мощности печи производятся с входными параметрами, задаваемыми заводом-изготовителем. Завод-изготовитель рекомендует параметры и режимы горения, исходя из назначения, надежности, долговечности, безопасности, технологических, конструктивных и др. особенностей своей продукции. Для непосредственных потребителей продукции эти рекомендации в понятном и доступном виде приводятся в Руководстве по эксплуатации.
Показатель мощности не является универсальным критерием потребительских свойств печи, поскольку одна и та же печь при различных режимах горения выдает различную мощность. Как известно, мощность это работа (энергия) в единицу времени. Одну и ту же работу можно выполнить или быстро, или медленно, в зависимости от конечного результата и цели этой работы. Таким образом, мощность относится скорее к показателям, характеризующим режим использования печи.
2) Существует целое семейство печей, для которых большая мощность («быстрая работа») не является желаемым результатом.


К их числу, например, относятся отопительно-варочные печи, где требуется достаточно медленный, «неинтенсивный» отбор тепла и нагрев помещения до температуры ок. 200С – тлеющий режим горения одной закладки дров в течение 4…8 часов. Именно поэтому отопительно-варочные печи при относительно низкой мощности («медленная работа») обеспечивают высокий (ок. 90%) расчетный к. п. д. Напротив, банные печи должны быстро (в течение 1-2 часов) и до высокой температуры нагреть помещение в режиме активного горения («быстрая работа»). Если хотите получить «быстро и много» тепла, то придется раскалить печь и дымовой канал до высокой температуры. Именно поэтому для банных печей расчетный к. п. д. не может и не должен превышать 70%.
3) По поводу к. п. д. печи. В Европе довольно часто этот показатель называют эффективностью работы печи, что, может быть, более корректно отображает его суть. Полезную работу вычисляют как разность между всей производимой энергией и всеми потерями (тепловыми, химическими и др.). Наибольшие потери – тепловые. Тепловые потери (Пт) вычисляют по формуле:
Пт = к * (Твых — Твх), (1)
где Твх – температура на входе в печь (температура в помещении),
Твых – температура отработанных газов на выходе из печи (в дымовом канале),
к – довольно сложный коэффициент, зависящий от содержания летучих и нелетучих компонентов в отработанных газах.


братите внимание на то, что в формуле отсутствует значение температуры в печи, а лишь на выходе из нее.)
С измерением температуры в помещении (на входе) нет проблем, а вот с измерением температуры на выходе не все так однозначно. Понятно, что чем дальше от топки в дымовом канале измеряют температуру, тем она ниже, и выше становится расчетное значение к. п. д. Стандарт DIN 15821 регламентирует положение точки замера на определенном расстоянии выше потолка. При этом оговариваются размеры и кондиции помещения, в котором проходят испытания. Таким образом, к. п. д. печи используется как расчетный критерий не столько для характеристики натуральных показателей работы печи, сколько как показатель для сравнения работы различных моделей печей в равных условиях.
Какой же самый простой и быстрый способ повысить расчетное значение к. п. д? Как следует из формулы (1), нужно снизить температуру отходящих газов. А как снизить температуру отходящих газов? Рациональный способ – дополнительный отбор тепла, что не всегда целесообразно и всегда связано с появлением новых проблем. Есть более простое и «дешевое» решение – нужно просто добавить в отработанные газы холодного чистого воздуха. Разумеется, что в этом случае снижается в процентном отношении и концентрация вредных веществ в отработанных газах. Одни плюсы! Повысит это полезную работу? Нет, конечно. Наоборот, часть вырабатываемого тепла будет расходоваться на нагревание этого ненужного воздуха, однако, расчетное значение к.

д. можно поднять до заоблачных высот.
На эту нехитрую уловку попадаются не только любители, но и профессионалы. Самый первый сертификат ФРГ соответствия стандарту DIN 15821 был выдан на печь европейской фирмы (не называю), которая довольно изобретательно использовала описанный способ «повышения» к.
п. д. В дымоотводе расположили хитроумное устройство для подачи извне холодного, якобы, недостающего воздуха (и это при коэффициенте избытка воздуха ~ 2,0). Назвали это устройство «форсажной камерой» для дожигания несгоревшего топлива. Хотя, не понятно, как можно дожечь несгоревшие (высокотемпературные) фракции топлива, снизив при этом температуру горения? Они (высокотемпературные фракции) не сгорели (не успели сгореть) в самой горячей точке печи, а с понижением температуры не сгорят и подавно. (Известно, что в пламени первыми начинают гореть и сгорают низкотемпературные фракции, перманентно повышая его температуру и давая энергию для возгорания следующих (по температуре) фракций.) Что же получает потребитель печи? Печь гудит, дрова горят «весело», труба холодная (к.п.д. радует душу), а помещение прогревается плохо. Тут голову сломаешь, почему? Ларчик прост – закройте «дырочку» в дымоотводе (размеры «дырочки» могут быть очень маленькими (ок. 5 мм), сразу и не приметишь), уберите лишнюю прямую подачу воздуха в печь (печь гудит, прокачивая через себя лишний воздух и унося с ним полезное тепло), смотришь, – оно и наладится.
В стремлении получить наибольшее значение расчетного к.

д. многие пользователи обманывают сами себя. Здесь явно прослеживается «онаучивание» проблемы. Холодная труба, разумеется, говорит о большом значении расчетного к. п. д. А как на самом деле обстоят дела? Можно ли получить тепло от холодного источника? Может быть, горячая труба это и неплохо? В житейском смысле, к. п. д. это то тепло, которое мы ощущаем, это расход дров, отнесенный к этому теплу, наконец, затраты на приобретение этих дров. Если сможете, то сравните эти показатели.
4) Объективным критерием качества работы печи является полнота сгорания топлива и связанные с ней вредные выбросы в атмосферу. Эффективный способ увеличить полноту сгорания топлива это удлинить путь и время прохождения несгоревших частиц и газа через высокотемпературную зону горения. А как увеличить длину и время без значительного увеличения габаритов печи? Нужно выделить в печи высокотемпературную область и закрутить в ней пламя в спираль. Именно в такую спираль закручивается пламя в печах Ферингер. Результат – вредные выбросы СО, пыли и др. значительно меньше допустимых норм, установленных стандартом DIN 15821 на территории ФРГ (в Европе допустимые нормы выбросов еще выше).
Вредные выбросы не всегда увидишь, а если и увидишь (серо-желтый дым), то это средне- или низкотемпературные фракции несгоревшего топлива. Судите сами о полноте сгорания дров в своей печи.
5) Эти доводы были учтены лабораторией в ФРГ, производившей экспертизу банных печей Ферингер.

шение экспертизы – печи Ферингер соответствуют стандарту DIN 15821 и могут использоваться на всей территории Евросоюза и ФРГ. Сертификаты ЕС и ФРГ сопровождают каждую печь Ферингер, поступающую в Европу и ФРГ. Европейский потребитель очень привередлив, его «на мякине не проведешь» и, тем не менее,… Это уже реклама!
6) Для подтверждения (опровержения) достоверности сведений, приведенных в Руководстве по эксплуатации печей Ферингер, предлагаю проверить несложный расчет мощности и указать на недостоверные (достоверные) сведения, формулы и результаты. Необходимые коррективы будут немедленно внесены в Руководство.

РАСЧЕТ
максимальной (номинальной) мощности печей

  1. Определяем массу дров, исходя из объема топки, плотности древесины и плотности укладки дров в топку:

М = А * В * С * Пл * Кз, (2)
где М – масса дров, кг;
А, В, С – размеры топки, м;
Пл – плотность абс. сухой древесины, кг/куб.м (по данным учебной, научной и практической литературы [интернет]: дуб – 650, бук – 620, береза – 600, сосна – 470 кг/куб.м);
Кз – коэффициент заполнения объема топки.

Для ПФБ-0 имеем: А = 0,320 м, В = 0,250 м, С = 0,350 м (по данным паспорта), Пл = 620 кг/куб.м (бук), Кз = 0,63, откуда

М = 0,320 * 0,250 * 0,350 * 620 * 0,63 = 10,93 кг.

Для ПФБ-1: А = 0,320 м, В = 0,300 м, С = 0,395 м (по данным паспорта), Пл = 620 кг/куб.м (бук), Кз = 0,63, откуда

М = 0,320 * 0,300 * 0,395 * 620 * 0,63 = 14,81 кг.

Для ПФБ-7: А = 0,320 м, В = 0,320 м, С = 0,480 м (по данным паспорта), Пл = 620 кг/куб.м (бук), Кз = 0,63, откуда

М = 0,320 * 0,320 * 0,480 * 620 * 0,63 = 19,19 кг.


  1. Определяем максимальную (минимальную, номинальную, оптимальную, рекомендуемую или др.) мощность печи, исходя из теплотворной способности (высшей, низшей, средней, влажных, сухих, дубовых, березовых или др.) дров, времени и интенсивности сгорания топлива:

Р = (М – Мост) * Сп / Т / 1000, (3)

где Р – мощность печи, кВт;
М – масса закладки дров (см. выше), кг,
Мост – остаток несгоревших дров (в активной фазе горения), кг;
Сп – теплотворная способность дров, дж/кг;
Т – время сгорания дров, с.

Для ПФБ-0 время сгорания дров принимаем Т = 4500 с (по данным испытаний в условно «слабоинтенсивном» режиме горения – 1 ч 10…20 мин, объем парной – 14,5 куб. м). М = 10,93 кг. Остаток Мост = 2,1…2,6 кг. Выберем среднее значение Мост = 2,4 кг. Теплотворная способность дров (бук) Сп = 15,5 мгДж/кг (по данным лаборатории в ФРГ). Отсюда

Р = (10,93 – 2,4) * 15500000 / 4500 / 1000 = 29,38 ~ 30±5,5 кВт.

Для ПФБ-1 время сгорания дров принимаем Т = 4800 с (по данным испытаний в условно «среднеинтенсивном» режиме горения – 1 ч 15…35 мин, объем парной – 18,6 куб. м). М = 14,81 кг. Остаток Мост = 2,4…2,9 кг, среднее значение Мост = 2,7 кг. Теплотворная способность дров (бук) Сп = 15,5 мгДж/кг. Отсюда


Р = (14,81 – 2,7) * 15500000 / 4800 / 1000 = 39,10 ~ 40±6,3 кВт.

Для ПФБ-7 время сгорания дров принимаем Т = 5600 с (по данным испытаний в условно «сильноинтенсивном» режиме горения – 1 ч 40 мин…2 ч 10 мин, объем парной – 30,0 куб. м). М = 19,19 кг. Остаток Мост = 2,4…3,1 кг, среднее значение Мост = 2,8 кг. Теплотворная способность дров (бук) Сп = 15,5 мгДж/кг. Отсюда

Р = (19,19 – 2,8) * 15500000 / 5600 / 1000 = 45,36 ~ 48±8,5 кВт.

  1. Определяем теплопроизводительность (полезную мощность) печи, используемую для нагрева помещения, камней и др. предметов:

Рп = Р * Кп, (4)

где Рп – теплопроизводительность, кВт,
Р – максимальная (номинальная или др.) мощность печи (см. выше), кВт,
Кп – к. п. д. печи (в соответствии с требованиями стандарта DIN 15821 к. п. д. не должен быть меньше 0,5).

Для ПФБ-0 усредненное значение к. п. д. 0,65 (по данным паспорта). Более точное значение для рекомендуемого режима горения Кп = 0,67, откуда

Рп = 30 * 0,67 = 20,1 ~ 20 кВт.

Для ПФБ-1 усредненное значение к. п. д. 0,65 (по данным паспорта). Более точное значение для рекомендуемого режима горения Кп = 0,62, откуда

Рп = 40 * 0,62 = 24,8 ~ 25 кВт.

Для ПФБ-7 усредненное значение к. п. д. 0,65 (по данным паспорта). Более точное значение для рекомендуемого режима горения Кп = 0,60, откуда

Рп = 48 * 0,60 = 28,80 ~ 30 кВт.

Главный (и единственный) конструктор з-да Ферингер,
Донцов И. Е.


Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива
Большинство владельцев частных домов с основным или резервным отоплением от обычной кирпичной печи на твердом топливе, складывая печь своими руками или заказывая ее установку специалисту, используют традиционные способы кладки по определенным проектам даже не догадываясь о том, что существуют народные, проверенные временем и очень простые способы увеличения КПД печи.

К большому сожалению в проектах и схемах печей не предусматриваются и не предлагаются варианты увеличения коэффициента полезного действия печи, кроме установившихся традиционных схем увеличения числа оборотов, размеров и внешней конфигурации печи.

Но в народной практике (смекалки и опыта нашему народу не занимать) очень часто применяются простые и достаточно эффективные методы увеличения КПД печи, которые неплохо было бы знать и применять во время первоначальной кладки печи.

Коэффициент полезного действия – это эффективность устройства по преобразованию и/или передаче энергии. Если соотнести это определение к печи, то ее КПД будет выражаться в соотношении тепла, переданного помещению, к количеству тепла, теоретически содержащемуся в топливе.


Измерить КПД конкретной печи и выдать технический паспорт с конкретными данными ни теоретически ни практически невозможно по следующим причинам:

— КПД печи неравномерно на различных этапах топки. Он может быть измерен только в определенный промежуток времени и иметь разные значения на протяжении всего времени топки. А это значить, что при разном периоде протапливания печи их средние КПД будут разными;

— коэффициент полезного действия печи имеет разные значения при сжигании сухого и сырого одноименного топлива;

— КПД печи зависит от количества тепловых потерь с уходящими газами, химических и механических потерь неполноты сгорания топлива, которые зависят не только от устройства печи, но и от атмосферного давления, температуры и влажности воздуха;

— КПД печи зависит от количества зольных отложений в дымоходах. А скорость отложений зависит от многоих факторов и у всех печей различна.

Как Вы понимаете, учесть все параметры возможно только теоретически для определенного этапа топки печи и, если Вам предлагается печь с указанием значения КПД, то это будет обычный рекламный ход, имеющий определенную цель.

Именно потому, что расчет КПД печи выразить в конкретных тепловых значениях невозможно, принято КПД вообще, и не только печи, выражать в процентах.


Говоря о способах увеличения коэффициента полезного действия печи, мы будем иметь в виду уменьшение теплопотерь конкретной печи, стоящей или возводящейся в Вашем доме, в промежутках между двумя топками, что непременно положительно скажется на скорости нагрева воздуха помещения, уменьшении теплопотерь и экономии топлива.

Предлагаемые способы простого, но очень эффективного увеличения КПД печи предназначены прежде всего для тех, кто собрался сложить печь своими руками или пригласил печника, который не знает о подобных способах.

Увеличение эффективности нагрева помещения за счет изменения поддува.

Те, у кого печь является основным и единственным источником обогрева жилых помещений, знают, что при растопке печи и в первые 30 минут горения твердого топлива температура в комнатах продолжает падать на 2-3 градуса. При этом скорость падения температуры воздуха в помещении в несколько раз больше, чем охлаждение комнаты при обычном остывании печи.

Происходит это из-за того, что в момент растопки печи мы открываем вьюшку и теплый воздух из помещения устремляется через трубу наружу, а его место занимает холодный воздух, который засасывается создаваемым разряжением воздуха в помещении, резко охлаждая квартиру.

В дальнейшем, по мере увеличения жара огня и тяги скорость охлажения комнаты или дома в целом продолжает увеличиваться. Нагрев помещения будет происходить лишь после достаточного прогрева кладки печи, то есть момента, когда скорость нагрева комнаты от тепла печи станет больше скорости охлаждения помещения засасываемым холодным воздухом.

При этом, процесс подсоса холодного воздуха не прекращается весь период протапливания печи до полного закрытия вьюшки. Именно поэтому КПД печи имеет слишком малое значение, которое может колебаться в довольно больших пределах в зависимости от устройства каждой конкретной печи.

Предлагаемый способ не может быть отнесен непосредственно к КПД печи, но он зависит от способа нагрева помещения и взаимосвязи печи и воздуха помещения.

Устранить этот недостаток отапливания помещения с помощью печи и увеличить эффективность нагрева воздуха можно простым приспособлением
(рисунок 1).

Повышение КПД печи - дело не сложное, но полезное
В поддувало печи необходимо встроить металлическую трубу с заслонкой, как у карбюратора автомобиля. Труба будет играть роль поддувала — заборника воздуха, которая обеспечивает подачу воздуха не из помещения, а из пространства подполья. Само же поддувало будет выполнять роль сборника золы и тоннеля, через который поступает воздух.

Для обеспечения естественной вентиляции помещения в процессе топки печи можно прикрыть заслонку и воздух начнет циркуляцию в обычном для такой печи режиме.

Подобное устройство забора воздуха не только сохраняет тепло во время розжига печи, но и повышает эффективность нагрева помещения во время топки печи. То есть, непосредственно влияет на КПД печи.

Но, так как при таком устройстве подсос холодного воздуха происходит в подполье, а в комнате воздух остается недвижим, то подполье начнет остывать до минусовых температур в зимнее время. А холодное подполье — это не только холодный пол, но и угроза запасам продуктов, которые обычно хранятся в голбцах.

Чтобы исключить остывание подполья можно пойти двумя путями: отделить отсек забора воздуха от общего подполья или надеть на конец трубы удлинитель с выводом забора воздуха на улицу. В качестве удлинителей могут быть использованы ПВХ или резиновые трубы диаметром 50мм.

Для тех, у кого в пространстве под полом сохраняется повышенная температура (у меня зимой в подполье температура сохраняется на уровне плюс 10-11 градусов, что нежелательно для нормального хранения овощей), такой способ увеличения КПД печи принесет дополнительную пользу.

Экономию, которую можно получить от такого простого устройства подсчитать трудно прежде всего потому, что КПД печи увеличивается еще и за счет резкого снижения расходов на твердое топливо.

Подумайте и сделайте — не пожалеете!

Увеличение КПД печи за счет использования тепла дымохода.

Всем известно, что нагретый в топке печи воздух, независимо от количества оборотов печи, на выходе из дымохода имеет достаточно высокую температуру. Происходит это потому, что в процессе топки кирпич кладки печи прогревается. При этом, чем больше прогрев, то есть, чем дольше мы топим печь, тем меньший отбор тепла производится кирпичом дымохода и тем выше температура газов на выходе из трубы и, тем меньше коэффициент полезного действия печи.

Эпизод из моей практики. Однажды мне пришлось побывать в командировке в небольшом селении, расположенном рядом с Байкало-Амурской магистралью в Сибири. В «гостиничном» номере — комнате размером 3х4 метра, стояла кирпичная печь. Я занес две охапки дров и растопил печь. Каково же было мое удивление, когда в достаточно холодной комнате (на улице был мороз около 30 градусов) уже через 10-15 минут стало тепло, а дрова, только начинали нормально гореть. Минут через 40 пришлось приоткрыть форточку, только после этого я заметил в дымоходе металлическую трубу диаметром около 200мм (рисунок 2), из которой шел по настоящему горячий воздух, мгновенно нагревающий помещение. Ни в каких схемах и предлагаемых проектах я не встечал подобные доработки. Остается лишь сожалеть о том, что народная мудрость с очень большим трудом пробивает себе дорогу к своей заслуженной популярности и известности.

Для увеличения КПД печи необходимо дополнительно использовать температуру горячих газов, идущих по дымоходу. Для этого встройте в колено дымохода металлическую круглую или с квадратным сечением трубу диаметром 200-300 миллиметров (рисунок 2) с с небольшим наклоном к плите печи.

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива
Количество труб, которые можно встроить в колено дымохода зависит от размеров печи, количества колен и Вашего желания. Скорость нагрева помещения резко возрастет за счет высоких свойств теплопроводности металла и дополнительного отбора тепла из дымохода и передачи его в отапливаемое помещение.

Естественно КПД печи возрастет на количество дополнительно отобранного тепла, при котором горячие газы дымохода печи будут нагревать трубу. Труба создаст движение воздуха и дополнительно увлечет за собой горячий воздух от плиты. Оба потока будут перенаправляться по трубе на другую сторону печи и, если это выход в другую комнату, то будет происходить ее быстрый и прямой нагрев.

Быстрый нагрев помещения будет происходить потому, что горячая труба производит нагрев воздуха, циркулирующего в помещении, не создавая разряжения, а лишь усиливая движение все более теплого воздуха.

Проверено на практике: КПД печи становится намного выше, нагрев помещения происходит быстрее (на удивление быстро), экономия топлива ощутимая. Пробуйте, не пожалеете. Одно условие — такую доработку легче встраивать во время кладки печи, если Вы делаете кладку печи своими руками, то свобода действий и место установки труб в Ваших руках.

Если Вы примените первое и второе предложения на практике для уже действующей печи, то разницу в скорости нагрева помещения и экономии топлива до и после доработки печи заметите сразу.

Увеличение КПД печи за счет дополнительного отбора тепла плиты.

Еще одним дополнительным способом можно увеличить КПД печи, уменьшить расход топлива и ускорить нагрев дальнего помещения, не смежного со стенкой печи.

Для этого над плитой необходимо установить вытяжку, изготовленную из тонкого нержавеющего металла. К вытяжке подсоединяется труба диаметром 80-100
миллиметров (рисунок 3).

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива
Для изготовления вытяжки можно использовать оцинкованное железо. В этом случае вытяжку следует устанавливать не слишком близко к плите, не допуская сильного нагрева металла.

Начальная часть отводной трубы (длиной около 1 метра) должна быть так же металлической, а далее можно использовать сантехнические трубы ПВХ, плотно подогнанные короба из доски, стеновые панели МДФ или любой другой материал, включая бумажные трубы, которые используются для накрутки рулонов полиэтиленовой пленки.

Труба проводится вдоль стены под потолком без обратного уклона в дальнюю, слабо обогреваемую комнату. Для увеличения скорости нагрева помещения в конце трубы или в любом удобном месте внутри трубы можно установить небольшой, малошумный, бытовой электрический вентилятор мощностью 13 ватт.

В результате обогрев дальней комнаты будет производиться намного быстрее, комната станет самой теплой, а общий нагрев помещения также ускоряется. Один только недостаток — при остывании плиты, поступление теплого воздуха прекращается, хотя печь еще отдает тепло разогретого кирпича боковых стенок в той комнате, где она установлена. Но общий плюс установки вытяжки над плитой очевиден — ускоренный прогрев всей квартиры и ощутимая экономия топлива.

Все, выше описанные доработки для увеличение КПД печи можно применять как отдельно, так и в комплексе. Особых трудностей в изготовлении они не представляют и не требуют больших расходов и применения специального оборудования или инструмента. Все просто и может быть изготовлено с домашних условиях, а эффект очень серьезный — тепло в доме и экономия топлива ощутимы.

Желаю всем тепла и уюта!

2.2 Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива

Коэффициент полезного действия трубчатой печи:

,

где ,  – соответственно потери тепла с уходящими дымовыми газами и потери тепла в окружающую среду в долях от низшей теплотворной способности топлива.

Потери тепла в окружающую среду qпот. принимаем 6 % (0,06 в долях) от низшей теплотворной способности топлива, т.е. .

Температура уходящих дымовых газов определяется равенством:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива, К,

где Т1 – температура нагреваемого продукта на входе в печь, К;

DТ – разность температур теплоносителей на входе сырья в змеевик камеры конвекции; принимаем DТ = 120 К;

К.

При этой температуре определяем потери тепла с уходящими газами:

кДж/кг.

Итак, определяем к.п.д. печи:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива.

Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи производим по формуле:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива,

где  – производительность печи по сырью, кг/ч;

, ,  – соответственно теплосодержания паровой и жидкой фазы при температуре Т2, жидкой фазы (сырья) при температуре Т1, кДж/кг;

e – доля отгона сырья на выходе из змеевика трубчатой печи.

Теплосодержание паров нефтепродуктов определяется по таблицам приложения [2]:

кДж/кг.

Теплосодержаниt жидких нефтепродуктов определяется по таблицам приложения [2]:

кДж/кг;

кДж/кг.

Рассчитываем полезную тепловую нагрузку печи:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива .

Определяем полную тепловую нагрузку печи:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива = 21956 кВт.

Часовой расход топлива:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива кг/ч.

2.3 Расчет поверхности нагрева радиантных труб и размеров камеры радиации

Поверхность нагрева радиантных труб:

, м2,

где  — количество тепла, переданного нефти в камере радиации, кВт;

— теплонапряжение радиантных труб, кВт/м2.

Количество тепла, переданное в камере радиации:

где  — кпд топки;

— энтальпия дымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре Тп, кДж/кг топлива.

Примем Тп=1100 К и по диаграмме определяем  кДж/кг топлива.

Ранее было принято, что потери тепла в окружающую среду составляют 6%. Пусть 4% из них составляют потери в топке. Тогда:Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива кДж/ч или 14512 кВт.

Примем теплонапряжение радиантных труб 67 кВт/м2.

Выбираем трубы диаметром 127х8 мм с полезной длиной lтр=9,5 м. число радиантных труб:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива.

Принимаем печь беспламенного горения с двухрядным экраном двухстроннего облучения, с горизонтальным шахматным расположением труб и двумя нижними конвекционными секциями.

По существующим нормам принимаем шаг размещения экранных труб S=0,25 м, расстояние между вертикальными рядами радиантных труб S1=0,215 м. расстояние от излучающих стен до экрана принимаем αт=1 м [2].

Высота радиантной камеры:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива, м

где  — число труб в одном вертикальном ряду,

— расстояние от верхней и нижней труб вертикального ряда до пола и потолка соответственно, 0,25 м.

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива м.

Ширина радиантной камеры:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива м.

Объем камеры радиации:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива м3.

Теплонапряжение топочного объема:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива кВт/м3.

Для обеспечения равномерного нагрева каждой трубы экрана по окружности и по длине принимаем для проектируемой печи газовые горелки ВНИИНефтехиммаша типа ГБП2а теплопроизводительностью =69,78 кВт.

Количество горелок:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива.

Принимаем для каждой из двух излучающих стен топки по 160 горелок: 20 горелок по длине, 8 по высоте. Размер горелки 0,5х0,5 м, поэтому площадь излучающей стены печи:

R=(0,5·20)(0,5·8)=40 м2,

А двух стен 80 м2.

3. Эксергетический и тепловой баланс печи

3.1 Эксергетический баланс печи

где  – эксергия исходного топлива, кДж/кг;

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива

– эксергия атмосферного воздуха, кДж/кг;

–эксергия продуктов сгорания, кДж/кг;

где Т0 – температура окружающего воздуха, К;

Тк – температура горения, определяется по диаграмме температура – энтальпия, К:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топливакДж/кг

– потери эксергии в окружающую среду, кДж/кг:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топливакДж/кг

— потери эксергии вследствие необратимости процесса горения, кДж/кг, вычисляется из эксергетического баланса.

Эксергетический КПД печи:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива.

Эксергетическая диаграмма представлена на рис. 2.3.

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива

Рис. 2.2 – Эксергетическая диаграмма

3.2 Тепловой баланс печи

Уравнение теплового баланса для трубчатой печи выглядит так:

Расчет теплового баланса ведется на 1 кг топлива.

Статьи расхода тепла:

где qпол., qух., qпот. – соответственно полезно воспринятое в печи сырьем, теряемое с уходящими из печи дымовыми газами, теряемое в окружающую среду, кДж/кг.

Статьи прихода тепла:

где Cт, Cв, Cф.п. – соответственно теплоемкости топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, кДж/кг;

Tт, Tв, Tф.п. – температуры топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, К.

Явное тепло топлива, воздуха и водяного пара обычно невелико и ими часто в технических расчетах пренебрегают.

Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топливакДж/кг.

Диаграмма тепловых потоков представлена на рис. 2.3.

Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива

Рис. 2.3 – Тепловая диаграмма

Список использованных источников

1 Латыпов Р.Ш., Шарафиев Р.Ф. Техническая термодинамика и энерготехнология химических производств. – М.: Энергоатомиздат. – 1995. – 344 с.

2 Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Ленинград.: Химия. – 1974. – 344 с.


Использованные источники

  1. forumhouse.ru/threads/186672/
  2. perunica.ru/rukodelie/9102-povyshenie-kpd-pechi-delo-ne-slozhnoe-no-poleznoe.html
  3. kazedu.kz/referat/180141/4

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.