K čemu slouží tepelné štíty?

Práce [1] ukazuje vysokou účinnost využití reflexního stínění pro lokalizaci záření z průmyslových zdrojů tepla.

Návrhové schéma stínění je na obrázku 3.2.

Obrázek 3.2 – Návrhové schéma stínění zdroje záření

Označení na obrázku:

q_{a asi} – intenzita tepelného záření od zdroje k ozařovanému objektu (bez clony), W/m2;

q_e-i – odražený tepelný tok od stínítka ke zdroji záření, W/m2;

q_uh – tepelný tok z obrazovky do učebního objektu, W/m2;

T_и – teplota zdroje záření, K;

T_э – teplota obrazovky, K;

T_о – teplota ozařovaného předmětu, K.

Radiační tok q_{a asi}, když cestou narazí na stínítko s vysokou odrazivostí tepla, odrazí se od něj hlavně zpět ke zdroji (q_e-i) a jen část z nich je pohlcena obrazovkou. Zahřívání v důsledku absorpce určitého množství energie na teplotu T_э, obrazovka zase vyzařuje tepelný tok q_uh. Toto záření je však do značné míry utlumeno. Instalací řady obrazovek lze záření výrazně snížit.

Tepelný tok q_{a asi} před instalací zástěny lze určit podle Stefan-Boltzmannova zákona

Po instalaci clony je tepelný tok

Snížení průtoku clonou se rovná

Koeficient m také nazývaný faktor redukce tepelného toku.

V [1] je ukázáno, že v přítomnosti n stínítek a různých materiálů zdroje a stínítka, je snížení toku stínítkem rovné

Odrazové vlastnosti obrazovky jsou charakterizovány poměrem, který ukazuje, že čím nižší je černost obrazovky, tím více je snížen tok.

Pokud je materiál zdroje záření a stínítka stejný, pak u jednoho stínítka se tok zmenší na polovinu

Pro návrh stínění, které lokalizuje zdroj záření, můžeme navrhnout následující schéma:

1. Obvykle teplota zdroje záření T_и známý. Proto určíme koeficient snížení teploty zdroje z T_и na T_э.

kde T_и – teplota zdroje záření s přihlédnutím k jejímu zvýšení při stínění o 30-40 %, K;

T_и = 1,35t_и + 273, K (3.21)

t_и – teplota zdroje záření před instalací clony, С;

T_э  35 + 273  308 К

2. Určete požadovaný koeficient redukce tepelného toku

Jestliže t_и  400 С, tedy m_tr   4 (V tomto případě je chyba výpočtu +3 %).

3. Nastavíme materiál obrazovky a určíme jej pomocí [1, 2] _и, _о, _э.

4. Určete snížené stupně emisivity

5. Určete požadovaný počet obrazovek

U hliníkových obrazovek snížený stupeň emisivity _uh lze považovat za 10x menší než je daný stupeň emisivity stěny pece (zdroje), tzn. .

Materiál obrazovky odrážející teplo:

– hliníková fólie (alfol);

– ocelové plechy lakované hliníkovou barvou;

– tvrzené sklo s filmovým povlakem.

Výhody tepelně reflexních clon:

– relativně malé rozměry obrazovky;

– efektivní odraz tepelných paprsků (při instalaci vícevrstvých clon).

Nevýhodou je možnost snížení účinnosti stínění při změně odrazivosti materiálu obrazovky (při ztmavnutí obrazovky).

Tepelně odrážející clony se používají pro stínění pecí pro ohřev pod tlakem, pro tepelné zpracování atd., jakož i pro regulační stanice vyzdívky.

Pro zdůvodnění nutnosti navrhnout prostředky ochrany před tepelným zářením je nutné zjistit skutečnou hodnotu intenzity tepelného záření experimentálně (například aktinometrem) nebo výpočtem pomocí závislostí:

kde q_u – intenzita tepelného záření působícího na pracovníky, W/m2;

F – vyzařovaná plocha, m2;

T_u – teplota zdroje tepelného záření, K;

l_u – vzdálenost od středu vyzařovaného povrchu k ozařovanému tělesu, m;

A – součinitel zohledňující podmínky prostupu tepla sáláním, K 4 ;

Přijměte lidskou kůži a bavlněnou tkaninu A = 85 K 4 a pro tkaninu – A = 110 K 4.

na q_u  q_další pracovní podmínky pro tepelné záření splňují hygienické požadavky a kdy q_u > q_další – neodpovídá, což je zdůvodněním používání ochranných prostředků. Přípustné hodnoty intenzity tepelného záření q_další by měly být brány podle GOST 12.1.005-88. Nejúčinnějším prostředkem ochrany proti tepelnému záření je instalace tepelně ochranných clon: teplo odvádějící, odrážející teplo a pohlcující teplo.

1. Návrh chladičů

Chladiče jsou duté svařované konstrukce, kterými cirkuluje voda nebo směs vzduchu a vody.

Schéma chladiče je znázorněno na obrázku 3.1.

Obrázek 3.1 – Schéma tepelného štítu

1 – vstupní armatura;

3 – výstupní armatura;

4 – labyrintové příčky.

Nejvhodnější velikosti clony jsou: délka 1,5-2,0 m, šířka – 1,0-1,5 m a tloušťka (bráno podle průměru přívodního potrubí) minimálně 20-25 mm.

Clony se instalují v oblasti otevíracích otvorů ve vzdálenosti 500-600 mm od horkých povrchů a ve vzdálenosti 15-20 mm od vnějších povrchů zařízení bez otvorů [1].

Tepelně odvádějící stínění povrchu zařízení (například metalurgických pecí) musí zajistit, aby teplota vnějšího povrchu síta nebyla vyšší než 30˚C v pracovní oblasti (ale ne nižší než 20˚C) a 45˚ C mimo pracovní prostor v souladu s DNAOP 0.03-3.01-71 „Normy hygieny průmyslové podniky SN 245-71“.

Maximální ohřev vody v sítu by neměl překročit 10-15˚ kvůli možnosti tvorby vodního kamene.

Protože je clona umístěna v určité vzdálenosti od stěny, teplo přenášené sáláním je zcela absorbováno vodou, ale pouze částečně konvekcí, protože horký vzduch v mezivrstvě je unášen vzhůru. V tomto případě vrstva vody o tloušťce větší než 20 mm blokuje tepelné záření, počínaje vlnovou délkou 1,5 mikronu.

Výpočty vycházely z tepelné bilance

kde Q_izl – množství sálavého tepla působícího na stínítko, W;

Q_в – množství tepla, které voda odebrala ze síta, W.

Q_izl = q_и–э·F·a(3.3)

kde q_e-e – intenzita tepelného záření ze zdroje tepla na clonu, W/m2;

F – plocha obrazovky, m2;

a – koeficient absorpce infračervených paprsků materiálem obrazovky a vodou (lze vzít a = 0,9).

Intenzitu tepelného záření lze určit podle Stefanova-Boltzmannova zákona

kde С_о – koeficient emisivity černého tělesa (С_о = 5,67 W/(m2K4));

_пр – snížený stupeň emisivity zdroje záření a ocelového plechu stínění;

 – úhlový koeficient, zohledňující vzájemnou polohu zdroje záření a ozařovaného předmětu (tj. Pro podmínky instalace obrazovky na stěnu zařízení můžete přijmout  = 1;

T_и – teplota zdroje záření s přihlédnutím k jejímu zvýšení při stínění o 20-30 %, K;

T_и = 1,25t_и + 273, K (3.5)

kde t_и – teplota zdroje záření před instalací clony, С;

T_э – teplota obrazovky, K.

T_э  35 + 273 = 308 K (3.6)

Snížený stupeň emisivity je

kde _и – stupeň emisivity zdroje záření (horká stěna);

_э – stupeň černosti ocelového plechu síta.

Q_в = Gc(t_uh – t_пр)(3.8)

kde G – hmotnostní průtok vody na sítu, kg/s;

с – tepelná kapacita vody (c = 4,19 kJ/(kgNA));

t_uh – teplota výstupní vody (ne více než 35 С);

t_пр – teplota vody na vstupu síta (během teplé sezóny t_пр trvat od 25 do 29 С).

Požadovaný hmotnostní průtok vody se rovná

S přihlédnutím k hustotě vody _в objemový průtok vody je roven

Vezměte hustotu čerstvé vody _в = 1000 kg/m 3 a moře – _в = 1010-1050 kg/m3.

Na potrubí přivádějící vodu na síto musí být nainstalován filtr.

Při navrhování sít odvádějících teplo je kromě výpočtu průtoku vody na síto také nutné určit:

– rozměry clony a potrubí (rozměry potrubí se stanoví podle výpočtových tabulek pro vodovodní sítě);

– hydraulický výpočet tlakových ztrát vody v sítu (s přihlédnutím k instalaci filtrů);

– kontrola tlaku dílenské vodovodní sítě na možnost překonání vypočtených tlakových ztrát, tzn. pokud P_pot > P_с, pak je nutné zajistit instalaci čerpadla na vstupu síta.

Tlakové ztráty vody se skládají ze ztrát třením, lokálních odporů a ztrát filtrů

kde P_pot – ztráta tlaku vody, Pa;

_tr – koeficient tlakové ztráty z tření (lze vzít _tr = 0,03);

– celková délka všech kanálů (sekcí) obrazovky, m;

d_к – zmenšený průměr jednoho kanálu (sekce);

F_c – průtoková plocha jednoho kanálu síta, m2;

_в – hustota vody, kg/m3;

v_c – rychlost vody v kanále sekce, m/s;

– celkový koeficient místních ztrát. Při otočení průtoku vody o 90 můžete vzít = 1,19 (na jedno otočení o 90). Při otočení o 180 to můžeme předpokládat

P_ф – tlaková ztráta na filtru (zjištěná z pasportních údajů filtru nebo z referenčních knih), Pa.

Při zohlednění tlakových ztrát v přívodním potrubí (až 20 % ztrát v cloně) je požadovaný tlak roven

Možné typy chladičů:

– ocelové vodou chlazené zástěny u stěn jsou vyrobeny z pozinkovaného ocelového plechu o tloušťce 1,5-2 mm a u otevřených otvorů – z černé oceli o tloušťce 6-8 mm;

– ocelový plech nebo pletivo s odtékající vodou;

– řetězové závěsy (jednořadé nebo víceřadé) s tekoucí vodou;

Clony odvádějící teplo účinně pohlcují tepelné záření v celém rozsahu vlnových délek (od vlnové délky 1,5 mikronu a výše), což je jejich výhoda.

Nevýhody těchto obrazovek:

– těžkopádný design, který není vždy přijatelný kvůli podmínkám výroby;

– potřeba potrubí, filtrů a čerpadel pro zásobování vodou;

– nutnost přípravy vody (změkčování, filtrování atd.) pro prodloužení životnosti síta;

– relativně krátká životnost síta v důsledku usazenin vodního kamene.

Proto se tato síta používají pro prosévání vysokoteplotních pecí (vysoké pece, ocelárny, topeniště atd.).