Визначення температур у топці побутової печі.

Шев'яков В.В. Визначення температур у топці побутової печі. // Universum: технічні науки: електрон. наук. журн. 2016. №7 (28). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/3402 (дата звернення: 11.11.2024).

АННОТАЦІЯ

При розрахунку та конструюванні побутової печі необхідно знати температури у топці. Саме там і виникає найнапруженіший тепловий режим. При згорянні дров отримане тепло нагріває насамперед продукти згоряння. І якщо не враховувати догляд тепла в стінки печі, то при коефіцієнті надлишку повітря, що дорівнює одиниці для абсолютно сухої деревини, буде отримано максимальну температуру продуктів згоряння, яку називають «жаропродуктивністю» палива або теоретичною температурою горіння.

Теоретична температура продуктів згоряння залежить від інтенсивності спалювання дров, від обсягу повітря, що витрачається на горіння, і від вологості самих дров. Для визначення цієї температури необхідно зняти характеристики процесу горіння газовим аналізатором і за допомогою нескладного розрахунку можна визначити, як змінюється ця температура в процесі згоряння дров.

Оскільки частина тепла гарячих газів йде на нагрівання стін топки, то реальна температура буде менше. У роботі показано та обґрунтовано приклад такого розрахунку. Експериментально проведено оцінку кількості тепла, що йде на нагрівання стін топки з шамотної цегли. Показано, що температура топки мало залежить від вологості дров і залежить від коефіцієнта надлишку повітря.

ABSTRACT

Коли обчислюють і designing household oven, it is necessary to know temperature in the furnace.Це є місце, де most intense heating rate is. Під час згортання дерева, в результаті тяжких warms, перш за все, з producbus of combustion. Якщо ви не збираєтеся врахувати, що зменшується тяганина в місячному стік, максимальна температура згортання продукції буде одержана, коли excess air ratio еквіваленти до цілісності для повноцінного дерева називається "зміцнення міцності" валу або театру .

Теоретичне згортання temperature products depends the intensity of burning wood, volume consumed for combustion air and moisture from the wood. Для того, щоб визначити цю температуру, вона необхідна для того, щоб характеризувати характерні процеси згортання за допомогою gas analyzer і пряма калькуляція може бути встановлений для визначення того, як зміни температури в з'єднанні дерева.

Як тягачі теплих заліза тягнуться муніципалітетні walls для висівки, поточна температура буде зав'язувати. У роботі an example of such a calculation is shown and proved. Assessment of amount heat going to heat the furnace walls from the refractory bricks is made experimentally. Це показує те, що тенденція технічного характеру є лише легенько dependent на humidity of the wood and is heavily dependent on air-fuel ratio.

Одним із найважливіших питань при розрахунку та конструюванні побутової печі є правильне визначення температур у топці. Саме там і виникає найнапруженіший тепловий режим. Тому визначення реальних температур у топці дозволить правильно вибрати матеріал (цегла) для стінок топки та саму конструкцію топки.

При згорянні дров отримане тепло нагріває насамперед продукти згоряння із середньою теплоємністю. І якщо не враховувати догляд тепла в стінки печі, то при коефіцієнті надлишку повітря α=1,0 для абсолютно сухої деревини буде отримано максимальну температуру продуктів згоряння, яку називають «жаропродуктивністю» палива або теоретичною температурою горіння [2].

Для абсолютно сухої деревини (при =1,0) ≈ 2150 ?

Теоретична температура продуктів згоряння, без урахування втрат, змінюється в процесі згоряння дров і в загальному випадку дорівнюватиме:

де тепло, отримане від згоряння дров (ккал);

середня теплоємність газів =0,38 [1] ;

об'єм повітря, що витрачається на згоряння дров (

об'єм димових газів від згоряння дров (

значок говорить про залежність величин часу процесу згоряння дров.

(Обсяги повітря і додаткових газів беруться за температури Т= 0 ᵒС.)

Температура продуктів згоряння реально буде меншою, ніж за виразом (1), через витрати частини тепла на нагрівання стін топки. Причому ця частина тепла може бути дуже значною, наприклад, у металевій печі.

Якщо позначити тепло, що йде на нагрів стінок топки (ккал), то:

Величина залежить від розмірів топки, від властивостей матеріалу стінки та часу згоряння дров.

З урахуванням виразу (1) можна записати:

де: ∆ частина температури продуктів згоряння, що витрачається на нагрівання стінки.

З виразу (1) видно, що для розрахунку температури необхідно знати, з якою швидкістю згоряють дрова в топці, як виділяється тепло і як при цьому кількісно змінюється повітря, що входить у піч. Об'єм додаткових газів при згоранні дров можна також визначити, знаючи швидкість згоряння дров.

У роботі [3] наведено приклад такого розрахунку за допомогою вимірювання процесу згоряння 5,0 кг дров у печі ПДКШ-2,0 газовим аналізатором та подальшого розрахунку за допомогою таблиць Excel. Однак там не враховано обсягу димових газів. У роботі [3] таке завдання не ставилося. Для підвищення точності кінцевих результатів проведено додаткові випробування печі ПДКШ-2,0 при згорянні 7,5 кг дров.

Якщо розглянути графіки процесу згоряння дров, то видно, що зміна часу досить точно відповідає швидкості згоряння дров у печі. У дровах 50% вуглецю, 6% водню та 44% кисню. І якщо прийняти, що ці складові пропорційно беруть участь у процесі згоряння, графік зміни буде пропорційно відповідати швидкості згоряння дров.

Знаючи загальну масу дров, що згоріли в печі, можна розрахувати, скільки дров згоряє в кожну одиницю часу протягом усього процесу.

Оскільки при випробуваннях печі ПДКШ-2,0 виміри робилися через дві хвилини, то для подальших розрахунків і був прийнятий часовий проміжок у дві хвилини.

Усі випробування печі ПДКШ-2,0 проводилися із вимірами вхідного повітря анемометром, що дозволяє підвищити точність розрахунків.

Розподіл швидкості згоряння дров у процесі горіння визначалося за такою формулою:

де: – кількість дров, що згоріли на якійсь конкретній ділянці процесу згоряння дров (кг);

- вся маса дров, що згоріла в топці (кг);

- Значення на якомусь конкретному ділянці згоряння дров (%);

- Сума значень на всіх вимірюваних ділянках (%).

Розподіл додаткового обсягу димових газів у процесі згоряння дров:

При згорянні 1,0 кг дров із вологістю W=20-25 % виділяється 0,89 додаткових димових газів (при температурі 0 °С).

Розподіл тепла в процесі згоряння дров:

Для дров із W=20-25 % = 3300 (ккал).

Тоді з виразу (1) для конкретного випадку:

Розмір вхідного повітря визначається за показаннями анемометра. У разі відсутності на вході печі анемометра величину кожного значення можна визначити розрахунковим шляхом:

де: об'єм повітря при стехіометричному режимі горіння для абсолютно сухих дров масою 1,0 кг = 4,62;

для 1,0 кг дров з вологістю W = 20-25% = 3,6,

- Коефіцієнт надлишку повітря відповідний масі дров, що згорають.

Тоді для дров із вологістю W=20-25 %:

для дров з будь-якою вологістю:

де: теплотворна здатність абсолютно сухих дров = 4400 ккал).

На малюнку 1 показано розташування термопар печі ПДКШ-2,0.

Малюнок 1. Розташування термопар у печі ПДКШ-2,0

Термопари вмонтовані в масив цегли так, що вимірювальна частина термопар знаходиться на поверхні цегли на глибині 1 мм. Тобто термопари вимірюють реальні температури на внутрішніх поверхнях цегли топки.

На малюнку 2 представлені результати випробувань та розрахунків печі ПДКШ-2,0 при спалюванні 7,5 кг березових дров. Кількість вхідного повітря у піч вимірювалося анемометром. Одночасно термопарами проводилися вимірювання температур на внутрішніх поверхнях стін топки.

Аналіз та розрахунок характеристик печі проводиться зазвичай на ділянці з початковим та кінцевим значенням =0,25 ,

де: – максимальне значення ділянці згоряння дров.

На графіках ця ділянка позначена як зона визначення параметрів процесу. Приблизно з 2-ї до 70-ї хвилини включно.

Малюнок 2. Графіки випробувань та розрахунок характеристик печі ПДКШ-2,0

З малюнка 2 видно, що форма зміни практично збігається із зміною . Залежність можна в загальному вигляді записати, як :

де: До коефіцієнт пропорційності, між значеннями та температурою продуктів згоряння (

На малюнку 3 наведено графіки зміни температури продуктів згоряння залежно від вологості деревини, коефіцієнта надлишку повітря та величини, отримані з виразу (11).

Рисунок 3. Зміна температури продуктів згоряння

Як видно з рисунку 3, у процесі згоряння дров температура продуктів згоряння залежить від коефіцієнта надлишку повітря і мало залежить від вологості (W=10–30 %) дров.

З графіків малюнок 2 і 3 видно, що процес згоряння дров дуже нестабільний у часі, що призводить до дуже великого розкиду параметрів, що вимірюються, і до зміни температури продуктів згоряння у великому діапазоні. Тому правильним буде визначати середнє значення температури на ділянці зони визначення параметрів, хоча точність розрахунків при цьому знижується. На цій ділянці середня температура продуктів згоряння дорівнює 1200 ?

Практичний інтерес представляє визначення температури продуктів згоряння з урахуванням втрат тепла нагрівання стін топки, тобто. визначення реальних температур газів у топці. З графіків малюнку 2 видно, що максимальні температури на внутрішніх поверхнях стінки Т з.В. і Т б.В становлять 580-650 ?

Температура у нижній частині топки Т б.Н. досягає величини 800 ? Але величина цієї температури пов'язана, в першу чергу, з утворенням вугілля в нижній частині топки, яке своїм випромінюванням і нагрівають низ топки. Температура вугілля близько 1100 °С.

У роботі [4] представлені дані щодо нагрівання поверхонь шамотної та червоної цегли при різних температурах усередині топки для режиму, що встановився.

Враховуючи, що внутрішні температури на цеглах встановлюються при нагріванні досить швидко, можна визначити зразкову різницю між температурою топки та температурою внутрішньої поверхні цегли та за значеннями внутрішніх температур Т.З.В. та Т б.В. визначити температури газів у топці. Середня температура продуктів згоряння в топці з урахуванням витрати тепла на нагрівання стін складе 800-900 ? Тоді втрати температури на нагрівання стін топки становитимуть 25-33% від І, відповідно, в середньому 25-33% тепла від згоряння дров йде в стінки топки.

Наведений підхід дозволяє досить точно за допомогою газового аналізатора розрахувати теоретичні температури продуктів згоряння та визначити приблизні реальні середні температури газів у топці побутової печі.