3. Расчет основных размеров печи

Для обеспечения производительности 29,3т/ч в печи одновременно должно находится следующее количество металла:

G=P∙τ=29,3∙0,09=2,68 т

Длину печи определяем по формуле:

где g – масса нагреваемого металла на 1 м длины печи, равная:

где ρ – плотность металла, кг/м³;

V_м – объём нагреваемого металла, м³;

d₂ – наружный диаметр труб, м;

d₁ – внутренний диаметр труб, м;

n – количество труб на в пакете, шт.

Принимаем длину печи , равной 10 м.

Принимаем, что свод печи выполнен из шамотноволокнистых плит ШВП-350 300 мм. Стены также имеют толщину 300 мм и выполнены из того же материала, что и свод. Под печи двухслойный: высокоглиноземистый кирпич толщиной 460 мм и диатомитовый кирпич 115 мм.

4. Тепловой баланс печи

Цель составления теплового баланса - определение расхода топлива.

При составлении балансов примем некоторые упрощения: пренебрегаем переносом тепла излучения, будем опускать расходные статьи баланса, не превышающие 5 % от всего расхода.

А. Приход тепла

1) Тепло, образующееся при сжигании топлива.

Q_хим=B∙Q^р_н=35,94 ∙В МВт

2) Физическое тепло, вносимое подогретым воздухом:

, где

V_в – расход воздуха на 1 м³ топлива

i_в=395,42 кДж/м³ – энтальпия воздуха при температуре 300 ^оC;

Так как у нас топливо не подогрето, то Q_т=0.

3) Окислением металла пренебрегаем

∑Q_приход= Q_хим+ Q_физ=35940 ∙В+6769,59∙В=42709,59∙В

Б. Расход тепла

1. Полезное тепло, расходуемое на нагрев металла:

, где

с_м – средняя в интервале температур и теплоемкость материала, кДж/ кг∙К

, -конечная и начальная средние по массе температуры материала, ⁰С

2. Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания:

При t=927,5 ⁰С

3. Потери тепла теплопроводностью через кладку:

Свод.

Найдем площадь свода.

F_T=B∙L_T=(1,6+2∙0.3)∙10=22 м²

Принимаем температуру внутренней поверхности кладки на своде равной средней температуре внутренней поверхности кладки в начале и в конце печи:

tш=0,5∙(915+1145)= 1030ºC

Примем температуру наружной поверхности свода равной tн=100 ºC

Средняя температура шамотного слоя:

Теплопроводность шамота:

Вт/м∙ ºC

Потери тепла через свод:

Стены.

Температуру внутренней поверхности стен принимаем равной , температуру наружной поверхности t_нар=60 °С. Стены состоят из слоя шамота м.

С учетом толщины футеровки поверхность стен равна:

- торцевой (1,6+2∙0,3)∙1,5=3,3 м²

- боковых 2∙10∙1,5= 30 м²

Таким образом, получили, что общая поверхность стен равна:

F_ст=3,3+30=33,3 м².

Запишем выражения для средних температур слоя шамота:

Соответственно,

λ_ш= 0,835+0,58∙10^-3∙t_ш

При стационарном режиме

Тогда

λ_ш= 0,835+0,58∙10^-3∙630=1,2 Вт/м∙К

Потери тепла через стены будут равны:

Общие потери теплопроводностью в печи:

=69,11+120,25=189,36 кВт.

4) Потери тепла на охлаждение роликов:

Для охлаждения одного ролика необходим расход воды, равный 0,5 м³/ч.

Число роликов в проектируемой печи:

n2=L/S=10/0,5=20

где S – шаг роликов, м.

Расход воды на охлаждение цапф всех роликов

Vвод=0,5*20= 10 м³/ч =0,003 м³/с

Принимаем, что вода поступает на охлаждение роликов с начальной температурой tн=5ºС, нагревается до температуры tк=45ºС . Найдем количество тепла, уносимое с водой:

=Vв∙Св∙(tк-tн)=0,003∙4,187∙(45-5)=0,465 кВт.

5. Неучтенные потери принимаем равными 10 % от потерь тепла с уходящими газами:

кВт

Запишем уравнение теплового баланса печи:

Q_хим+ Q_физ= + + +Q_неуч

42509,59∙В = 4845,41+32117,27∙B+3211.73∙B+189.36 +0,465

Решая уравнение, получим:

В=0,7 м³/с

Результаты расчета теплового баланса.

Таблица 1. Приходная часть теплового баланса

Статьи прихода	кВт	%
Тепло от горения топлива	35940∙0,7=25158	84,15
Тепло от подогретого воздуха	6769,59∙0,7=4738,71	15,85
Итого	29896,71	100

Таблица 2. Расходная часть теплового баланса

Статьи расхода	кВт	%
Тепло на нагрев металла	4845,41	16,21
Тепло, уносимое продуктами сгорания	22482,089	75,23
Потери тепла теплопроводностью через кладку	189,36	0,634
Потери тепла с охлаждающей водой	0,465	0,002
Неучтенные потери	2248,211	7,52
Итого	29885,54	100

Удельный расход тепла определяется по формуле:

,

где - удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла, кДж/кг;

- приход тепла, кВт;

- производительность печи, кг/с.

Таким образом,

кДж/кг.

Коэффициент полезного действия печи:

ƞ_кпд =Qпол/Qприх=4845,41/29896,71=0,2221 (22,21%)

Коэффициент полезного действия рабочего пространства:

ƞ_кпд =Qпол/(Qхим+ Qфиз - Qух )=4845,41/(29896,71-22482,089)=0,653(65,35%)

Общее потребление тепла печью:

Q∑=Qпол/η=29896,71/0,653=45783,63 кВт

Скорость движения труб через печь, м/с:

W=L/τ

W=22/329=0,067м/с.

Используем непрерывный метод движения, вращая ролики с расчетной скоростью.