Тепловой баланс методической печи.

 

Приход тепла.

1)Определим химическое тепло топлива:

где В(м³/с) – расход газа подаваемого па печь.

 2)Физическое тепло воздуха:

где i_В – энтальпия воздуха при t_В=454 ^оС [3. стр.37].

 3)Тепло экзотермических реакций:

где а=0, 012 – доля окисленного металла [4. стр.8];

 5650 – тепловой эффект окисления 1 кг железа,  [3. стр.8];

 G=155 т/ч – производительность печи.

 Общий приход тепла:

 Расход тепла.

 1) Расход тепла на нагрев металла:

где i_к=861(кДж/кг) и i_н=0(кДж/кг) - энтальпия металла в конце и начале нагрева.

2) Потери тепла на нагрев окалины:

где m – количество окалины от окисления 1 кг железа, m=1, 38

 С₀ – теплоёмкость окалины, С₀=1  

 t_м=1503(К) и t_н - температура окалины, принимается равной температуре поверхности металла соответственно в начале и конце нагрева.

 3) Потери тепла с уходящими газами:

Энтальпия уходящих газов:

4)Потери тепла через кладку теплопроводностью.

Стены печи двухслойные выполненные:

- внутренний слой – ША h=348 мм;

- внешний – диатомитовый кирпич h=116 мм.

Под печи трехслойный:

- первый (внутренний) слой – хромомагнезитовый кирпич;

- второй (рабочий) слой – ШБ (шамотный кирпич класса Б);

- третий слой – Д-500 теплоизоляционный диатомитовый кирпич.

Свод печи однослойный выполнен из каолинового кирпича: ШБ 300 мм.

 Формулы для расчёта теплопроводности материалов кладки:

 Шамотный кирпич ША:

 Хромомагнезитовый кирпич:

 Шамотный кирпич ШБ:

 Диатомовый кирпич Д-500:

Каолиновый кирпич:

где - средняя по толщине температура слоя.

 а)Расчет стены печи:

Толщина стенки, мм

t¢

S2

l2

S1

l1

S2

l2

l1

S1

t1

 

Рис.1 Схема стенок печи.

 

 Расчёт ведётся методом последовательных приближений.

 Первое приближение.

 Предварительно находим тепловое сопротивление кладки при температуре , где - на границе слоев (ШБ) и  - наружных слоев.

 Тепловое сопротивление слоя:

 Принимаем коэффициент теплоотдачи равным a₀=15, .

 Внешнее тепловое сопротивление:

 Общее тепловое сопротивление:

 Плотность теплового потока при t_п=1330^оС и t_в=20^оС:

Так как разница между предыдущим и полученным значениями

 q> 5%, расчет необходимо повторить.

 Второе приближение.

Находим температуру на границах слоев кладки:

 Средняя температура слоя:

 Теплопроводность слоя:

 Тепловое сопротивления слоя:

 Коэффициент теплоотдачи:

 Внешнее тепловое сопротивление:

 Общее тепловое сопротивление:

 Плотность теплового потока при t_к=1330^оС и t_в=20^оС:

Так как разница между предыдущим и полученным значениями q > 5%, расчет

необходимо повторить: dq=|q¢ -q₀|/ q¢ × 100%=(1341-896)/1341× 100%=33, 18%.

 Третье приближение.

 Этот расчёт выполняется по аналогии с предыдущим, поэтому приведём только его результаты:

t¢ =922, 3^оС; t_н=124, 4^оС; `t<sub>1</sub>= 1126, 1<sup>о</sup>C; `t₂=523, 379^оC;

R₁=0, 305 (м²× К)/Вт; R₂=0, 598 (м²× К)/Вт;

a=15, 31 Вт/(м²× К); R_н=0, 065 (м²× К)/Вт;

R₀=0, 968 (м²× К)/Вт; q² =1353, 305

 Так как разность q¢ и q² меньше ±5%, пересчёта не требуется.

Тепловое сопротивление пода больше, чем стен. Отсюда можно принять удельные потери через под 0, 75 от потерь через стены, т. е.:

q_n.n=0, 75× q_cт=0, 75× 1353, 305=1015 Вт/м².

б)Потери тепла через кладку свода.

 Расчёт проводим методом последовательного приближения аналогично расчёту потерь через кладку стен, поэтому приведём только результаты расчёта: t_н=183, 9^оС, a=52 , R₀=0, 144 , q=9087, 81 .

Температура, оС

 

 

Рис.2 Схема свода печи.

Потери тепла через кладку вычисляем по формуле:

где - плотность теплового потока в окружающую среду (через стены, под и свод печи);

- расчетная поверхность i-го элемента кладки, м².

 Расчётная поверхность пода:

где В_п=9, 6 (м) – ширина печи,

 L – длина пода при торцевой загрузке:

L=L^расч× 1, 045=1, 045× .

 Расчётная поверхность свода:

где `H_м=H₀+d=1, 23 м,

 H_св=H¢ ₀+d=1, 93 м,

 H_т=1, 5+d=1, 73 м.

Определение активной длины пода по зонам:

методическая – L_м= L× t₁/St=34, 03× 1, 105/3, 469=10, 84 м;

сварочная – L_св= L× t₂/St=34, 03× 1, 949/3, 469=19, 12 м;

методическая – L_т= L× t₃/St=34, 03× 0, 414/3, 469=4, 07 м.

Конструктивно принимаем две сварочные зоны с L_св=9, 56м.

Следовательно потери тепла через кладку:

5) Потери тепла через окна:

Принимаем, что окно посада открыто всё время (j₁=1) на h₀=2× d=0, 46 м

 Площадь открытия окна посада:

 Толщина кладки стен d_ст=0, 464 м.

 Коэффициент диафрагмирования окна Ф=0, 7 [5. рис.1].

 Температура газов:

- у окна задачи  =1273К;

- у окна выдачи  =1533К.

 Потери тепла через окно задачи:

 Потери тепла через окно выдачи:

 Общие потери тепла излучением:

6) Потери тепла с охлаждающей водой.

 В табл.1 [4] указаны водо-охлаждаемые элементы методических печей и потери в них.

 Расчётом определяем только потери в продольных и поперечных трубах, так как это составляет 80-90% от всех потерь. Остальные потери учитываются увеличением полученных потерь в трубах на 10-20%.

 Максимальное расстояние между продольными трубами:

 С учётом запаса прочности расстояние между трубами принимаем на 20-30% меньше максимального:

 Диаметр и толщина подовых труб: 127´ 22 мм.

 Количество продольных труб:

где l_з – длина заготовки, м.

 Свешивание заготовки:

 Общая длина продольных труб:

 Поверхность нагрева продольных труб:

Плотность теплового потока принимаем равной q_пр=100  [3.табл.1].

 Потери тепла с охлаждающей водой продольных труб:

Принимаем конструкцию сдвоенных по высоте поперечных труб. По длине сварочной зоны и 1/3 методической расстояние между поперечными трубами принимаем равным =2, 32 м. На остальной части длины методической зоны продольные трубы опираются на продольные стенки.

 Количество сдвоенных поперечных труб:

 Общая длина поперечных труб:

 Поверхность нагрева поперечных труб:

Плотность теплового потока принимаем равной [3.табл.1]:

q_пп=150 .

 Потери тепла с охлаждающей водой поперечных труб:

 Общие потери с охлаждающей водой подовых труб:

а потери тепла с теплоизоляцией:

 Потери тепла с охлаждающей водой всех водо-охлаждаемых элементов печи без теплоизоляции подовых труб:

а с теплоизоляцией подовых труб:

7)Неучтённые потери тепла составляют (10-15)% от суммы статей Q_к+Q_п+Q_в:

Общий расход тепла:

Приравнивая расход тепла к приходу, получим уравнение теплового баланса:

или

, тогда расход топлива с термоизоляцией

Выбираем трубы без изоляции.

 

Таблица 3

Тепловой баланс печи

Статья	Приход тепла		Статья	Расход тепла
	кВт	%		кВт	%
Химическое тепло топлива Qx   Физическое тепло воздуха Qв   Тепло экзотермических реакций Qэ	106930, 7   16884, 7   2919, 16	84, 37   13, 32   2, 30	Расход тепла на нагрев металла Qм Потери тепла с окалиной Qo Потери тепла с уходящими газами QУ Потери через кладку Qк Потери тепла излучением Qл Потери с охлаждающей водой Qбв Неучтённые потери Qбн	36625, 98   1071, 630    61090, 04  3771, 379 1435, 846    20199, 47  2540, 670	28, 89    0, 845   48, 20 2, 975 1, 133   15, 93 2, 004

Всего 126734, 6 100 126735, 03 100

 

Невязка составляет – 0, 00033%

Определим другие показатели.

 Коэффициент полезного действия печи:

 Удельный расход тепла:

 Удельный расход условного топлива:

где Q_у=29300 кДж/кг – теплота сгорания условного топлива.

Для дальнейших расчетов:

- расход воздуха:

- расход продуктов горения:

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: