蒸球的热平衡及节能计算与实例

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1．40m³蒸球无保温结构热量损失计算

【例】已知：40m³蒸球，外径D=4．34m，蒸球壁厚δ₁=0．02m。设在蒸煮物料时，内部绝对压力P=0．617MPa，相应蒸球内蒸煮温度t=160℃。试计算蒸煮过程中热量的损失Q。

【公式及计算】 Q=K(t－t₁)FZ (1－2－80)

式中 Q——热量损失［kJ／球．d］

K——传热系数［kJ／(m²·h·℃)］

α₁——物料对蒸球内壁的给热系数〔kJ／(m²·h·℃)〕，取α₁=20934kJ／(m²·h·C)

δ₁——蒸球壁厚(mm)，δ₁=0．02m

λ₁——钢板的导热系数［kJ／(m·h·℃)］，取λ₁=24．34kJ／(m·h·℃)

α₂——蒸球外表面对周围空间的给热系数，包括对流和辐射放热系数［kJ／(m²·h·℃)］

α₂=α_d+α_f (1－2－82)

a₂——对流放热系数［kJ／(m²·h·℃)］

a_d=2．2 (1－2－83)

α_f——辐射放热系数［kJ／(m²·h·C)］

t_b——蒸球表面壁温(C)，取t_b=155C

t₁——室内温度(℃)，取平均室内温度，t₁=25℃

Z——蒸煮时间(h)，取日工作时间为17h。

t——蒸煮温度(C)，取t=160C

F——蒸球表面面积(m²)

F=πD²=3．14×4．34²=59．17(m²)

蒸球表面向周围空间辐射的热量q_s

1－球壳 2－保温材料 3－金属保护板(厚度δ=0．75～1．5mm) 4－钩钉 5－铆钉

【说明】(1)A处为联接板搭接处，涂环氧树脂。(2)安装完毕，保温板表面涂耐高温防腐蚀油漆。

【公式及计算】

根据经验公式：

α₂=8．1+0．045(t′_b－t₁) (1－2－89)

式中 α₂——安装保温层后，蒸球外壳壁面联合放热系数［kca1／(m²．h·C)］

t_b——保温层表面温度(℃)，取40C

t₁——室内温度(C)，取25℃

计算热流量：

式中 Δt——温度差(C)

由此可知，我们开始假设的保温层表面温度数值偏大，可以在34～40℃范围内取其平均值作第二次假设的表面温度，重新计算，直至假设的表面温度与计算出的温度接近时为止。但是，对于我们的计算无须这样精确，不妨我们取t_b=38C，K′仍以2．44进行热损失计算(即以保温效果较差值计算，因为我们选金属薄板厚度δ₃取了最小值)，则计算如下：

蒸球球盖处和轴头外面是不保温的，则其热量损失为：

式中 d——轴头处未保温的直径(m)，取1．2m

L——球盖长，L=1．15m

b——球盖宽，b=0．8m

则：F^′≈2．26+0．92=3．18(m²)

保温层实际表面面积F₂^′为：

F₂^′=π(4．34+2×0．08)²－F₁^′

=60．4(m²)

保温层表面的散热量Q₂^′为：

Q₂′=K′F₂′ΔtZ (1－2－95)

所以，保温结构安装后总散热量Q′为：

Q′=Q₁′+Q₂′

=K△tF₁′Z+K′△tF′₂Z

=(KF₁′+K′F₂′)Z△t

=(63．64×3．18+2．44×60．4)×17×(160－25)

=7．97×10₅［kJ／(球·d)］

3．40m³蒸球节能效果计算

【说明】由【例1】和【例2】的计算可知，安装保温结构后每天每球节约热量为：

Q－Q′=8528093－796685

=7731408［kJ／(d·球)］

安装保温层后，节省的热量占无保温结构时散失热量的百分比为：

取标准煤的发热量为29307．6kJ／kg，锅炉的热效率为65%，则每台蒸球每天可节约标准煤为：

若一年按300d计算，则每台40m3蒸球年节约标准煤为：

405．8×300=121740(kg)=121．74(t)

4．25m³和14m³蒸球的节能效果计算

【说明】假设25m³和14m³蒸球的工况与40m³蒸球相同，只是球体直径不同即壳外表面积不同，则可采用比例法计算出25m³和14m³蒸球的节能效果，其计算结果如下：

25m³蒸球：外表面积41．85m²，每年节约标准煤86．1t／(球·年)

14m³蒸球，外表面积29．5m²，每年节约标准煤60．7t／(球·年)。