ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

Расчет и проектирование тепловых установок с газовыми го­релками инфракрасного излучения могут выполняться в следую­щей последовательности..

1. Определяются основные теплотехнические и технологиче­ские параметры установки (температура нагрева обрабатывае­мых материалов, скорость технологического процесса, масса ма­териала, его физико-химические свойства — поглощение, отраже­ние и пропускание инфракрасных лучей, селективность, химико-биологические реакции).

При отсутствии этих данных должны быть произведены эк­спериментальные исследования и испытания опытной установки.

2. Производится тепловой расчет установки.

3. Определяются количество излучателей и их расстановка.

4. Выполняются расчет и проектирование тепловой камеры, коммуникационных трубопроводов, вентиляции, автоматики бе­зопасности и регулирования, системы зажигания, выбор конт­рольно-измерительных приборов. В отдельных случаях проекти­руется система пожаротушения.

Теплопроизводительность установки может определяться по Формуле

QyCT = 9і±&г±ь±ь±ьюии/ч,

Где Qn—полезно использованное тепло, поглощае­

Мое облучаемым материалом, в ккал/ч\

<2д. г, Qx, Q., Qs—потери тепла стенами, излучением, транс­портером и т. д. в ккал/ч-, Т}т— к. п. д. камеры.

Таким образом, если количество тепловой энергии, погло­щаемой облучаемым материалом, Q, а теплоизлучение нагретой поверхности Qn, то для предотвращения перегрева материала получим равенство:

Q =Q’.

Но

Q* = AF« ( ‘«ое — M ккал/я,

Где a = aK + ал;

Ак— коэффициент теплоотдачи конвекцией; ал— коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием; FM — поверхность материала в ж2; Tn0D — температура поверхности материала в °С; TB — температура окружающего воздуха в 0 С.

Количество тепловой энергии, поглощаемой материалом QПри облучении газовыми горелками инфракрасного излучения, определяется

Qn = 4,22 ккал/ч,

Где — температурный фактор, значение которого опре­

Деляется в зависимости от температуры излуче­ния T °С=273 + T); Ф—коэффициент отдачи теплоизлучением; Р—коэффициент поглощения облучаемой поверх­ности;

F„— поверхность теплоизлучения в ж2. Из первого равенства определяется

Отсюда допускаемое значение температурного фактора

/ Т \ 4

/ —I, определяющего температуру поверхности теплоизлуче­ния, должно составлять:

Г у _ AFM (^пов — ^в) 100/ 4,22 фР/^л

Таким образом, температура поверхности лучеиспускания мо­жет быть тем выше, чем меньше коэффициенты теплоизлучения ф ТЄПЛОПОГЛОЩЄНИЯ Р И поверхность теплоизлучения F„. Коэф­фициенты <р и р называются также угловыми коэффициентами и определяются в зависимости от расположения теплоизлучате — лей и тепловоспринимающей поверхностей. Итак, при газовом обогреве процесс можно регулировать изменением температуры лучеиспускающей поверхности (черные излучатели), расстояния от излучателя до нагреваемого объекта и выключением отдель­ных горелок (панелей), из которых составлена поверхность из­лучения.

Возможность регулирования теплового процесса имеет важ­ное значение, когда необходима переменная интенсивность об­лучения.

Потери тепла Qi, Q2. Qs и к. п. д. f)T зависят от способа нагрева материала, конструктивного выполнения и от основных технических параметров установки. Это относится прежде всего к скорости сушки или нагрева (время сушки и нагрева). Ско­рость процесса должна быть наибольшей, так как она оказывает влияние на потерю тепла, а тем самым и на общую эффектив­ность работы установки.

Например, при слишком долгом нагреве, обусловленном не­удачной конструкцией сушильного туннеля (значительная тол­щина слоя, слишком большие куски, материал сложной формы с тепловыми тенями, неудачное размещение материала в сушиль­ном туннеле, не позволяющее получить хорошее облучение, от­носительное движение кусков, неорганизованное перекатывание и т. д.), повышается температура отходящих газов, понижается к. п. д. топки г)т и увеличиваются потери тепла (Qi и Q2).

Продукты горения (дымовые газы) уносят значительное ко­личество тепла из рабочего пространства камеры. Поэтому необ­ходимо использовать их теплосодержание.

Если известны количество и состав продуктов горения, а так­же их температура при выходе из рабочего пространства печи, то потери тепла могут быть вычислены по следующей формуле:

<2дым. газ = t(V1C1 + V2C2 + — + Vn Сп) Lr Qr Ккал/ч,

Где T — температура отходящих газов в °С;

V1( V2— количества соответствующих продуктов горения, полученных при сжигании единицы топлива, в м3;

Си С2—средние их теплоемкости в ккал/м3\

LT количество продуктов горения на единицу топли­ва в м3/м3; Qr— расход топлива в м3/ч.

Потери тепла через стены рабочего пространства камеры за­висят от температуры внутри камеры, толщины и коэффициента теплопроводности стен. Хорошей изоляцией стен камеры эта по­теря может быть значительно уменьшена. Потери тепла через стены камеры определяют по формуле

Qi = К (t1 12) F Ккал/ч,

Где К— коэффициент теплопередачи в ккал/м2 • ч • град опре­деляется по формуле

———————————————— + ZJ—— +——

H, ^—температуры внутренней и внешней стенок в °С; F — средняя площадь стен камеры в м2.

Потеря тепла вследствие излучения при открытых дверцах и через щели камер вычисляется по формуле

Где Ф— коэффициент диафрагмирования, определяемый в за­висимости от толщины стен, значение которого, по данным Келлера, приведено в табл. 21; — площадь отверстия в ж2; Т1 и Т2— абсолютные температуры камеры и наружной среды.

Таблица 21

Значения коэффициента Ф

Толщина стенки каме­ры в мм

Ширина окна в мм

Высота окна в мм

150

250

450

600

750

115

150 300 600 900 1200 1500

0,56 0,63 0,68 0,71 0,72 0,73

0,63 0,7 0,76 0,79 0,81 0,82

0,66

0,73

0,8

0,83

0,85

0,86

0,68 0,76 0,82 0,85 0,87 0,89

0,69 0,78 0,84 0,87 0,89 0,91

230

150

0,43

0,49

0,52

0,55

0,56

300

0,49

0,56

0,6

0,63

0,64

600

0,55

0,63

0,67

0,7

0,72

900

0,57

0,66

0,7

0,73

0,75

1200

0,59

0,68

0,72

0,76

0,78

1500

0,61

0,69

0,74

0,77

0,79

345

150

0,36

0,42

0,45

0,47

0,49

300

0,42

0,48

0,52

0,55

0,57

600

0,47

0,55

0,59

0,62

0,64

900

0,5

0,58

0,63

0,66

0,69

1200

0,52

0,6

0,65

0,68

0,71

1500

0,53

0,61

0,66

0,7

0,72

460

150

0,31

0,36

0,39

0,42

0,43

300

0,36

0,43

0,46

0,49

0,51

600

0,42

0,49

0,53

0,56

0,58

900

0,45

0,52

0,57

0,6

0,62

1200

0,47

0,55

0,59

0,63

0,65

1500

0,48

0,56

0,61

0,64

0,67

Потерю тепла в камерах через отверстие, закрытое металли­ческими дверцами, рассчитывают по приведенной ранее форму­ле, но вместо коэффициента Ф используют коэффициент

Если имеются двойные дверцы, этот коэффициент уменьшается вдвое.

Потери на аккумуляцию тепла стенкой имеют большое зна­чение для периодически действующих камер.

Если период работы камер равен х, то

Qs = Vy Іг ~ Cl ккал/ч,

X

Где V—объем кладки в ж3;

У — объемный вес в кг/ж3;

Сь Са — теплоемкости в ккал/кг‘°С;

H, h—температура стенки до и после нагрева в °С.

Полученные результаты уточняют согласно ориентировочным величинам оптимальной тепловой нагрузки, которые относят к единице поверхности (обычно к поверхности транспортного уст­ройства). Эти величины зависят от результативной температу­ры в туннеле над нагреваемым слоем, от температуры нагревае­мого материала и от количества используемого тепла. Величины тепловой нагрузки подразделены на пять групп (табл. 22).

Таблица 22

Величины тепловой нагрузки

Удельная тепловая нагрузка в ккал/м’-ч

~ Результативная температура сушильного пространства в °С

7000— 11 000

150

8000—13 000

200

10 000—16 000

250

12 000—19 000

300

14 000—22 000

350

Диапазон удельного расхода тепла зависит от конструкции туннеля, его температуры, температуры нагрева материала и степени отбора полезного тепла.

На третьей стадии расчета подбирают из конкретных условий тип излучателей и определяют количество их по формуле

Д^ _ Qycr

Qn.r

Где Qn. r — тепловая нагрузка горелки в ккал/ч, пересчитанная на результативную температуру в тепловой установ­ке по формуле

О

Vn. r „ і А

Где Qr—номинальная тепловая нагрузка одной горелки в Ккал/ч-,

К— коэффициент пересчета:

К= 1,2 при ^=50 100° С; К= 1,35 » T= 100 — f-150° С;

/Г= 1,5 при *=150-ь200°С;

К= 1,6 » ^ = 200 — г-250° С;

/С= 1,7 » / = 250-^-300° С.

Далее необходимо распределить инфракрасные излучатели по камере.

Очень важно добиться равномерного распределения темпера­тур с учетом конфигурации деталей, особенно в поперечном се­чении камеры. В продольном сечении (по оси камеры) излуча­тели размещаются в соответствии с температурной или тепловой

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

Рис. 84. Равномерность облучения при установке газовых горелок инфракрасного излучения

At— As — излучатели

Кривой. Распределение температур влияет на общую тепловую нагрузку излучателей и на производительность установки.

Предположим, что в поперечном сечении туннеля (рис. 84) размещено 5 горелок инфракрасного излучения, которые для простоты будем считать пятью источниками теплового излуча­теля малой поверхности Аи Аг, …, Л5. Необходимо, чтобы в лю­бом месте ленты транспортера сохранялась температура, соответ­ствующая количеству поглощенного в том же месте тепла. Сум­му излучения в любом месте транспортера находим по формуле

/„ = / (cos3 а + cos3 Р + cos3 у + cos3 б + cos3 є),

Где /0 — излучение в любом месте (0) на ленте транспортера; /—излучение в перпендикулярном направлении.

Количество энергии, излученное за 1 сек единицей поверхно­сти плоского излучения (1 см2) в пространство полусферы над излучателем, называется суммарным излучением (лучистый по­ток, эмиссия, Е). Количество лучистой энергии, излученное за 1 сек единицей поверхности в перпендикулярном направлении, называется излучением I. По закону Ламберта излучение в на­правлении под углом а к нормали равно /i=/cos3a, при этом интенсивность его понижается как функция квадрата расстояния.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

ІЗ 5 7 9 11 13 15 17 Расстояние, м

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

Если графически изобразить отношение /0 в различных ме­стах поперечного сечения туннеля, то получится кривая темпе­ратурной неравномерности. На рис. 85 приведены кривые темпе­ратурной неравномерности для различных соотношений расстоя­ния между излучателями и высотой их установки.

Рис. 85. Кривые температурных иеравномерностей для различ­ных соотношений расстояния между излучателями и высотой их установки (кривые отно­сятся к различным значениям HIL)

-при Л=0,33 L; г —при Л-0.5І; — при ft=0,66L; 4 — при ft=0,83L; 5 — при H = L

Из диаграммы видно, что при больших расстояниях между излучателями L и при малой высоте H над облучаемым объектом неравномерность распределения температур между соседними излучателями относительно велика (кривая /). Однако разница

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

Рнс. 86. Огибающие кривые Рис. 87. Уменьшение температурных температурных неравномер — иеравномерностей при помощи отра- ностей жательных поверхностей

Температур по краям и в середине туннеля (камеры) меньше, чем в том случае, когда при том же расстоянии между излуча­телями последние размещены высоко над лентой транспортера (кривая 5). На практике выбирают обычно средние соотношения расстояний (кривая 2 и 3). Но необходимо учесть, что в действи­тельности неравномерность температуры будет несколько мень­шая, ибо при расчете пренебрегали влиянием большой поверх­
ности самих излучателей, считая, что излучение сосредоточено только в Их центре. Окончательная неравномерность будет выра­жаться линией, огибающей соответствующие кривые для цент­ров и краев излучателей, как это показано на рис. 86. Не­равномерность температур можно также уменьшить по краям сечения туннеля, раз­мещая отражательные поя­са на его боковых стенах (рис. 87). Для более точного расчета распределения тем­ператур необходимо учиты­вать влияние излучателей, установленных в плоскости данного поперечного сече­ния и соседних излучателей, размещенных по оси тунне­ля. Дополнительное дейст­вие соседнего излучателя в точке 0 (рис. 88) определяется по формуле

L =/cos3a=/—.

0 с3

Размещение излучателей по продольной оси туннеля произво­дится в соответствии с приведенными ниже рекомендациями. Бе­рется туннель, В КОТО — І ром тепловую нагруз — Q ку Q необходимо рас- «кщ’мгч Пределить по оси тун­неля в соответствии с температурной кривой А (рис. 89).

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

Рис. 88. Дополнительное тепловое действие соседних излучателей (лучи­стое поле)

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

О / 23^5678 9 /0 Длина туннеля, м

Рис. 89. Температурная кривая излучающего туннеля

А — полезное тепло; В — потери тепла стенками туннеля; С — сумма полезного и потерянного теп­ла; D — потеря тепла транспортером и листовым металлом; D’ — вероятное изменение потерь; Е — результирующая температурная кривая

Корректируя эту кривую кривой В, вы­ражающей потерю теп­ла ограждающими стенками туннеля, и кривой D уноса тепла транспортером, полу­чим результирующую температурную кри­вую Е. Площадь под кривой Е разделяется на десять поясов, соответствующих длине туннеля. Тепловая на­грузка распределяется на излучатели в соответствии с величи­ной площадей отдельных поясов. Очень важно правильно рас­
пределить тепловую нагрузку между нижней и верхней частя­ми туннеля, потому что температурная кривая является резуль­тирующей как для нижних, так и для верхних рядов горелок. Этим заканчивается в общем виде тепловой расчет установки и размещение излучателей. После этого можно приступить к кон­структивной разработке тепловой камеры и всего ее оснащения (четвертая стадия).

Конструктивно тепловая установка обычно состоит из отдель­ных частей с двойными металлическими стенками, теплоизоли­рованными шлако — или стекловатой. Инфракрасные излучатели, вмонтируемые в потолок туннели, устанавливают так, чтобы они не подвергались нагреву теплом от­ходящих продуктов сгорания. Теп­ловая изоляция должна отстоять примерно на 1—2 см от вертикаль­ных стенок корпуса излучателя.

При проектировании многих ви­дов лучистой сушки или нагрева до расчетной температуры внутри тун­неля 350° С в качестве типовой ка­меры (туннеля ) может служить ка­мера с газовыми горелками инфра­красного излучения, показанная на рис. 90.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

Рис. 90. Схема туннеля с га­зовыми горелками инфра­красного излучения

1 — рекуператор; 2 — направля­ющие транспортера; 3 — канал для отходящих продуктов сго­рания; 4 — отопительная стена; 5 — воздушный канал; 6 — пол внутреннего туннеля; 7— излу­чатели с пористым насадком; Ь — транспортер

Стены туннеля изготовляются из стальных листов так, что получают­ся два туннеля — внешний и внут­ренний. По внутреннему туннелю движется сплошная лента транспор­тера или лента из сетки. Нижняя часть транспортера проходит под полом внутреннего туннеля. Лента транспортера движется со скоростью, зависящей от длины туннеля и количества материала для сушки. В некоторых случаях при сушке сельскохозяйственных продук­тов необходимо, чтобы в начале туннеля была более низкая тем­пература, чем в последующей части, где материал высушивается до требуемого содержания влаги. Тепловая нагрузка горелок должна соответствовать этим требованиям. В пространстве меж­ду туннелями размещены горелки инфракрасного излучения с пористой керамикой и трубки рекуператора. Нижние горелки, которые также могут быть с пористой керамикой, передают теп­ло полу туннеля, который нагревается до температуры 200— 350° С и становится источником теплового илучения. Если же транспортер сетчатый и пол внутреннего туннеля отсутствует, то эти горелки облучают непосредственно материал или изделия снизу и, кроме того, нагревают их также поднимающимися от­ходящими продуктами сгорания.

В верху камеры (туннеля) в пространстве между туннелями находятся трубки рекуператора, в которых предварительно на­гревается воздух, подаваемый во внутренний туннель. Этот воз­дух проходит через слой материала, насыщается влагой и уно­сит испарения через отверстия в верхнюю часть туннеля. В вер­ху туннеля находятся горелки с пористой керамикой, которые размещаются в шахматном порядке по длине туннеля и работа­ют как потолочные излучатели.

Горелки подвешены так, что их лучистая энергия направлена либо на потолок внутреннего туннеля, который становится чер­ным излучателем, либо непосредственно на материал, подвер­гающийся тепловой обработке. В этом случае отодвигаются со­ответствующие заслонки на внутреннем туннеле. ‘

Такое устройство позволяет наряду с производственными теп­ловыми процессами производить экспериментальные исследова­ния по определению оптимальных режимов тепловой обработ­ки различных материалов в различных спектрах излучения. От­ходящие продукты сгорания после смешения с испарениями из сушильного пространства проходят по каналу в дымоотводящую трубу. Материал для сушки подается в туннель из бункера, рас­положенного перед туннелем; толщину материала можно регули­ровать до требуемой величины. В торцах туннеля размещены смесители для инфракрасных излучателей. Весь туннель тепло­изолирован.

Ваш отзыв

Рубрика: ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *