ГлавнаяПри тепловом расчете битумохранилища определяются в указанном ниже порядке следующие величины:
1) количество тепла Qпол, полезно расходуемого для плавления и нагрева П кг/час битума от температуры t1 до температуры t2;
2) часовые потери тепла ΣQпот для битумохранилища;
3) поверхность нагрева змеевиков и длина труб;
4) расход пара или топлива.
Расход тепла
Полезно-расходуемое тепло. Количество тепла, расходуемого на плавление битума, равно
где l — скрытая теплота плавления, l = 30 ккал/кг;
П — количество битума, подлежащего подогреву за 1 час, в кг. Количество тепла, расходуемого на подогрев битума от температуры t1 до температуры t2, составляет
где сб — теплоемкость битума в ккал/кг град;
t1 — температура битума в начале подогрева;
t2 — температура битума в конце подогрева.
Температура битума в начале подогрева t1 может быть принята:
1) для битумохранилищ с местным подогревом t1 = 10° С;
2) для битумохранилищ с общим подогревом, имеющих двойную (первичную и вторичную) систему подогрева;
а) для первичного подогрева (в наружной части битумохранилища) t1 = 10° С;
б) для вторичного подогрева (во внутренней части битумохранилища) t1 = 50/60° С (равна конечной температуре подогрева в наружной части битумохранилища, при которой битум течет во внутреннюю его часть, где производится вторичный подогрев).
Температура битума в конце подогрева t2 может быть принята:
1) для битумохранилищ с местным подогревом t2 = 80/100° С (температура, позволяющая перекачивать битум насосом);
2) для битумохранилищ с двойной системой подогрева:
- для первичного подогрева t2 = 50/60° С (температура, обеспечивающая текучесть битума);
- для вторичного подогрева t2 = 110/160° С в зависимости от принятой схемы битумного хозяйства и применяемого теплоносителя.
Общее количество полезно расходуемого тепла будет
Потери тепла. При подогреве битума в битумохранилищах происходят следующие потери тепла (за 1 час):
1) от нагретого битума в колодце через стенку последнего к окружающей колодец массе неподогретого битума;
2) от нагретого битума в колодце через дно последнего;
3) от неподогретого битума в резервуаре через его стенки и дно;
4) от поверхности битума;
5) на испарение влаги, содержащейся в битуме.
Определяются эти потери следующим образом:
1) Потери через стенку колодца
где е2 — температура подогретого битума в колодце;
t1 — температура неподогретого битума в большом резервуаре битумохранилища;
Fст — площадь поверхности стенки колодца в м2;
k — коэффициент теплопередачи через стенку колодца, определяемый по формуле (149), для однослойной стенки.
При этом значения δ и λ зависят от рода материала стенок.
2) Потери через дно колодца
где t1' — температура грунта под дном колодца (можно принять t1' = 10°C).
3) Потери тепла от поверхности (зеркала) битума в атмосферу (при открытом битумохранилище)
где αзер — коэффициент теплоотдачи от битума в воздух, αзер = (5/Е)2 + 0,05.
здесь E — вязкость (условная);
F — площадь поверхности (зеркала) битума в м2;
t3 — температура битума в большом резервуаре;
tв — температура наружного воздуха, tв = 5 — 10°.
Если битумохранилище закрыто сверху, то величину потери Q5 можно не определять.
4) Количество тепла, расходуемого на испарение влаги:
где П — часовой расход битума в кг;
w — содержание влаги в %,
r — скрытая теплота парообразования, r = 542 ккал/кг. Суммарная величина потерь составляет
Полный расход тепла. Общее количество тепла, которое должно быть отдано нагревательным элементом, составит
Учет потерь тепла при предварительных подсчетах с достаточной точностью можно произвести путем введения в формулу для Qпол коэффициента η = 1,2, и полная потребность в тепле определится тогда выражением
Расчет нагревательных устройств при паровом, соляровом и газовом подогреве
При паровом подогреве поверхность нагрева змеевиков нагревательного элемента можно определить по формуле
где Q — количество тепла, которое необходимо сообщить битуму (с учетом потерь тепла),
Tн — температура насыщенного пара при данном давлении (при р = 6 кг/см2 Tн = 158,1°, при р = 8 кг/см2 Tн = 169,6°),
Tо — температура отработанного пара (при давлении р = 2 кг/см2 Tо = 119,6°) или конденсата; k коэффициент теплопередачи через стальные стенки труб, определяемый по формуле (149) (в среднем при температуре до 100° k = 40 ккал/м2 час град, а при температуре свыше 100° k = 60 ккал/м2 час град),
t1 — температура битума в начале подогрева в град.;
t2 — то же в конце подогрева в град.
Температура пара должна быть на 20° выше, чем желательная температура нагрева битума.
Определив общую поверхность змеевиков, подбирают их диаметр и длину, учитывая общие габаритные размеры нагревательного элемента.
Выбор парового котла. Необходимое количество пара определяется по формуле
где i — теплосодержание 1 кг пара в ккал/кг, определяемое из таблиц, для пара соответствующего давления (обычно 8 кг/см2). Набавляем на потери и на расход пара самим котлом 20%. Тогда необходимая часовая производительность котла составит
а потребная поверхность его нагрева будет равна
где g0 — паропроизводительность в кг/м2 час.
По этим данным подбирается котел.
При соляровом подогреве порядок расчета поверхности змеевиков не меняется Однако в формуле для F изменяется значение k (ввиду изменения величины α1), и взамен Tн и Tо необходимо подставить температуры теплоносителя при его поступлении и при уходе его из змеевиков
Необходимое количество солярового масла в системе определяется аналогично определению количества пара с подстановкой в формулу (151) значения для теплосодержания 1 кг солярового масла.
Затем необходимо рассчитать устройство для подогрева данного количества теплоносителя до требуемой температуры, что целесообразнее всего осуществить при помощи жаровых труб, проходящих внутри бака.
Порядок расчета поверхности жаровых труб и топочного устройства такой же, как приводится ниже для расчета подогревательных устройств битумохранилищ с газовым подогревом. Определение общей потребности тепла производится аналогично приведенному выше для битума, с учетом значения теплоемкости солярового масла, которая может быть принята (как и для ряда других нефтепродуктов) равной 0,45—0,50.
При газовом подогреве нагревательным устройством являются жаровые трубы, внутренняя поверхность которых соприкасается с горячими газами, проходящими внутри трубы, а наружная поверхность соприкасается с битумом.
Поверхность нагрева жаровых труб F при газовом подогреве может быть определена по формуле
где Q — количество тепла, необходимое для подогрева и отдаваемое сжигаемым топливом в течение часа, в кг/кал;
tm — температура топки, определяемая по формулам (147) " и (148);
tyx — температура уходящих газов (200—300°);
t1 — температура битума в начале подогрева;
t2 — температура битума в конце подогрева;
k — коэффициент теплопередачи от жаровых труб к битуму, определяемый по формуле (149), в которой принимается;
α1 — коэффициент теплоотдачи от горячих газов к трубам, α1 = 20/60 ккал/м2 час град;
б — толщина стенок жаровых труб, обычно δ = 5 мм = 0,005 м;
λ — коэффициент теплопроводности железа, λ = 40/50;
α2 — коэффициент теплоотдачи от труб к битуму,
Задавшись диаметром жаровой трубы d, определяют поверхность 1 пог. м трубы, равную πd, после чего находят общую длину жаровых труб
Жаровые трубы размещают в соответствующем отделении битумохранилища.
Количество топлива В кг, которое должно сжигаться в топке в течение часа, для обеспечения получения необходимого количества тепла Q ккал определяется из уравнения
где Qрн — теплотворность топлива в ккал/кг,
откуда необходимое количество топлива на 1 час работы с учетом к. п. д. топки
где ηт — к. п. д. топки, ηт = 0,85/0,90.
Определение размеров топки. Для жидкого и газообразного топлива, сжигаемого с помощью форсунок, площадь поперечного сечения топки рассчитывается по формуле
где Vвоз — количество воздуха, поступающего в топку при температуре tв в течение 1 часа,
здесь Lд — действительный расход воздуха в м3/кг сжигаемого топлива;
В — расход топлива за 1 час работы топки;
v — скорость воздуха в горловине топки.
Для обеспечения нормальной работы топки величина v не должна превышать 2—3 м/сек.
Объем топочного пространства Vт определяется по формуле
где qоб — тепловое напряжение топочного объема в ккал/м3 час, а остальные обозначения прежние.
Величина напряжения топочного объема для разных видов топлива может быть принята в ккал/м3 час:
В топках для сжигания жидкого и газообразного топлива обычно применяют форсунки низкого давления, для которых определяют диаметры отверстий для воздуха и топлива.
Диаметр воздушного отверстия определяют по формуле
где k — эмпирический коэффициент, k = 35 для форсунок без завихрителя и k = 38 для форсунок с завихрителем;
В — расход жидкого топлива (нефть, мазут) в кг/час;
а — количество воздуха, расходуемого на распыление топлива, в процентах от всего количества теоретически необходимого воздуха;
h — давление воздуха в мм вод. ст.
Диаметр нефтяного отверстия находят по формуле
где В — расход топлива (нефти, мазута) в кг/час;
р — давление топлива в форсунке в кг/см2;
γ — удельный вес топлива в кг/см3.
При расчете газовых горелок определяют площади выходных отверстий для газа и воздуха, а если газ и воздух предварительно смешиваются в горелке перед входом в печь, то определяют размер отверстия для газовоздушной смеси.
Расчет площади F газового или воздушного отверстия производят по формуле
где V — расход газа, воздуха или их смеси в м3/сек;
v — скорость выхода газа или воздуха из горелки в м/сек (v всегда больше, чем линейная скорость горения данной газовоздушной смеси).
Для топок, работающих на твердом топливе, после определения объема топочного пространства находят площадь Fк колосниковой решетки по одной из следующих формул:
где В — количество топлива, сжигаемого в 1 час на всей площади колосниковой решетки в кг:
gк — весовое напряжение колосниковой решетки в кг/м2 час;
Qрн — теплотворность топлива в ккал/кг;
qк — тепловое напряжение площади колосниковой решетки в ккал/м2 час.
Весовое напряжение колосниковой решетки для условного топлива с теплотворностью около 7000 ккал/кг обычно принимают равным 100 кг/м2 час. Тепловое напряжение колосниковой решетки зависит от типа топки (горизонтальная или наклонная решетка, естественная или искусственная тяга, наличие воздушного дутья, ручное или механизированное обслуживание) и вида топлива.
Для полумеханизированных топок с горизонтальной решеткой, воздушным дутьем, качающимися колосниками и ручным обслуживанием величина теплового напряжения площади колосниковой решетки qK составляет в ккал/м2час:
Более подробные сведения приводятся в специальной литературе.
Помимо общей площади колосниковой решетки, определяют ее «живое сечение», т. е. сумму площади всех прозоров между колосниками, через которые проходит воздух, составляющее в зависимости от вида топлива от 10' до 30% всей площади решетки, а в топках со слоевым сжиганием топлива также высоту слоя топлива на колосниковой решетке и сопротивление слоя топлива и решетки прохождению воздуха. Указанные расчеты производятся методами, излагаемыми в курсе теплотехники.
Расчет устройств и установок для движения газов
Движение газов в тепловых установках дорожных машин и устройств обеспечивается при помощи естественной или искусственной тяги. Естественная тяга создается дымовой трубой, а искусственная — вентилятором.
Дымовая труба должна создать разрежение, достаточное для преодоления сопротивлений, встречающихся на пути движения газов. Величина этого разрежения зависит от высоты трубы, температуры отходящих газов и температуры окружающего воздуха и обычно составляет около 4 мм вод. ст. Чем выше трубы, чем выше температура отходящих пазов и чем ниже температура воздуха, тем больше будет создаваемое трубой разрежение. Однако увеличивать температуру отходящих газов нецелесообразно, так как это увеличивает потери тепла. Высоту трубы следует определять для летних условий, когда температура окружающего воздуха выше и условия движения газов менее благоприятны. Расчет необходимой высоты трубы производится по формулам, приводимым в курсах теплотехники.
Площадь верхнего сечения дымовой трубы определится по формуле
где Vyx — количество уходящих газов в м3/сек;
v — скорость газов при выходе из трубы в м/сек.
При круглом сечении трубы диаметр ее в верхнем сечении будет
Для создания искусственной тяги, значительно превышающей* естественную, применяются вентиляторы. Различают вентиляторы по величине создаваемого ими давления в мм вод. ст:
Вентиляторы могут развивать давление до 2000 мм вод. ст.
Для выбора вентилятора необходимо определить величину потерь, имеющих место при движении газов, и принять суммарное давление h мм, создаваемое вентилятором, превышающее величину потерь.
где а — коэффициент запаса, а = 1,25—1,5;
Zty — потери на трение в трубах;
εhм — сумма потерь от местных сопротивлений;
hv — потери скоростного напора в выпускном отверстии вентилятора;
hв — потери напора на преодоление сопротивлений внутри вентилятора;
hm — потери в топке;
hc — потери в системе (например, в барабане смесителя). Определение значения перечисленных выше потерь можно производить следующим образом:
1. Потери на трение в трубах
где λm — коэффициент трения при движении газа по трубам, λT = 0,01/0,015;
v — скорость движения горячих газов, v = 2—3 м/сек;
U — периметр сечения трубы в м;
l — длина трубы в м;
F — площадь сечения трубы в м2;
γtyx — удельный вес горячих газов при температуре tyx,
2. Сумма потерь от местных сопротивлений
где ζ — коэффициент сопротивления, зависящий от угла β, поворота трубы; значения φ приведены ниже:
3. Потери скоростного напора
4. Потери напора на преодоление сопротивлений внутри вентилятора обычно принимаются в частях потери скоростного напора:
5. Потери напора в топке
6. Потери напора в системе исчисляются в зависимости от характера этой системы. Так, для сушильного барабана на основании опытных данных можно полагать потери равными 10—15 мм вод. ст.
Работа вентилятора в 1 сек. равна
где Vyx — количество горячих газов, отводимых в течение 1 сек., в м3;
р — давление газов в кг/м2 (по абсолютной величине р кг/м2 = h мм. вод. ст.);
ηвент — к.п.д. вентилятора.
Потребная мощность двигателя для работы вентилятора
где ηпер — к.п.д. передачи от двигателя к вентилятору ηпер = 0,7—0,8.