9.3. Теплотехнический расчет печи

Исходные данные:

а). Теплотворная способность топлива Q_н=34297,7 кдж/м³.

б). Коэффициент избытка воздуха α=1,2.

в). Объем воздуха необходимый для горения 1м³ топлива V₂=11.15 м³.

г). Объем дымовых газов, выделившихся при сжигании 1м³ топлива V_п.г.=12.153 м³.

д). Плотность дымовых газов ρ_п.г.=1,239 кг/м³.

е). Масса обожженных изделий за 1 час работы G_изд.^об=6868,62 кг/час.

ж). Масса сухих изделий за 1 час работы G_изд.^сух=7243,85 кг/час.

з). Масса влажных изделий за 1 час работы G_изд.^вл=7391,69 кг/час.

и). Масса газообразных продуктов, выделяющихся из обжигаемых изделий за 1 час G_ч.п.=375,23 кг/час.

к). Масса составных частей вагонетки:

- слой шамотных m_ш=1352 кг,

- шамотный слой m_ш=5120 кг,

- металлоконструкции m_мк=2200 кг.

л). Масса влаги, удаляемая за 1 час работы G_w=147,84 кг/час.

м). Температура окружающей среды t_ос=20 ⁰С.

н). Температура изделий, поступающих на обжиг t_изд^н=40 ⁰С.

о). Температура изделий, выходящих из печи t_изд^к=50 ⁰С.

п). Температура отходящих дымовых газов t_д.г.=100 ⁰С.

р). Скорость движения вагонетки в печи υ_ваг=0,76 ваг/час.

с). Площадь сечения канала, занимаемого садкой S=3,90 м².

т). Длина зоны печи: -зона подогрева L_з.под=43 м,

- зона обжига L_з.обж=14 м,

- зона охлаждения L_з.охл=48 м.

Тепловой баланс зон подогрева и обжига

Статьи прихода тепла:

При расчетах принимаем, что теплота, вносимая топливом (энтальпия), мала по сравнению с остальными статьями прихода и пренебрегаем ею.

1. Теплота, вносимая сгорающим топливом:

Q₁^пр=Q_н^р*x,

где: x – часовой расход топлива, м³/час,

Q₁^пр=34297,7*х, кДж/час,

2. Теплота, вносимая воздухом:

Q₂^пр=(1-m)*V₂*C_в^ос*t_в^ос*x+mV₂*C_в^з.охт*t_в^з.охт*x,

где: m – доля подогретого воздуха;

V₂ – объем воздуха, идущий на сжигание 1м³ топлива;

C_в^ос – теплоемкость воздуха при температуре окружающей среды t_в^ос:

Теплоемкость воздуха при заданной температуре можно определить по формуле:

C_в^t=C_в^сух/(1+0,0016d)+(0,0016d*C_вода^пар)/(1+0,0016d),

где: C_в^сух и C_вода^пар объемные теплоемкости соответственно сухого воздуха и водяного пара при заданной температуре;

d – влагосодержание атмосферного воздуха г\кг

Таким образом, теплоемкость при температуре окружающей среды t_в^ос:

C_в^ос=1,357/(1+0,0016*11)+(0,0016*11*1,615)/(1+0,0016*11)=

=1,3 кДж/(м³к).

Аналогично можно определить теплоемкость воздуха, поступающего из зоны охлаждения при температуре t_в^з.охт:

C_в^з.охт=1,357/(1+0,0016*11)+(0,0016*11*1,615)/(1+0,0019*11)=

1,361 кДж/(м³к)

Тогда общая теплота, вносимая воздухом, будет равна:

Q₂^пр=(1-0,25)*11,15*1,3*20х+0,25*11,15*1,316*750х=2968,69*х кДж/час.

3. Теплота, вносимая изделиями:

Q₃^пр=G_изд.^сух*С_изд.^сух*t_изд^к+G_w*С_вл*t_изд^н,

где: G_изд.^сух – теплоемкость сухого изделия;

С_вл – теплоемкость влаги, содержащейся в изделии

Q₃^пр=7243,85*0,922*40+147,84*4,2*40=358778,61 кДж/час

4. Теплота, вносимая транспортом:

Q₄^пр=(∑C_i*m_i*t_ваг^к+С_мк*m_мк*t_ваг)*V_ваг,

где: C_i, m_i, С_мк, m_мк – соответственно теплоемкости и массы слоев футеровки и металлоконструкций вагонетки;

V_ваг – скорость движения вагонетки в печи.

Q₄^пр=(0,966*1352*50+0,935*5120*50+0,46*2200*50)*0,76=

=269998,82 кдж/час.

5. Тепло от сгорания золы:

Q₅^пр=Q_заг*m_з,

где: Q_заг – удельная теплота сгорания углерода, 33900, кдж/кг;

m_з – доля углерода в золе, 0,07.

Q₅^пр=33900*0,07*1448,77=3437931,21 кдж/час.

Статьи расхода тепла:

1. Теплота, вносимая изделиями в зону охлаждения из зоны обжига:

Q₁^р=G_изд.^об*С_изд.^об*t_обж,

где: С_изд.^об – теплоемкость обожженных изделий при t_обж,

Q₁^р=6868,62*1,222*1000=8393453,64 кдж/час.

2. Теплота, затрачиваемая на испарение влаги из материала:

Q₂^р=G_w*2500=147,84*2500=369600,00 кдж/час,

где: 2500 – удельная теплота испарение влаги, кдж/кг.

3. Теплота, затрачиваемая на химические реакции:

Q₃^р=∑g_ix.p*G_ix.p.,

где: g_ix.p – теплота протекания различных физико-химических процессов, отнесенная на 1 кг оксида, содержащегося в обожженном продукте, кдж/кг;

G_ix.p. – количество оксида, для которого рассчитываются тепловой эффект реакции, кг/час.

В процессе обжига происходит реакция дегидратации глинистых минералов, разложения карбонатов кальция и магния. Эти реакции характеризуются следующими тепловыми эффектами (на 1кг оксида):

1). Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O=Al₂O₃*2SiO₂+2H₂O Q¹=2090 кдж/кг

2). СаСО₃=СаО+СО₂ Q²=3177 кдж/кг

3). MgCO₃=MgO+CО₂ Q³=2750 кдж/кг

Тепловой эффект каждой реакции можно определить из процентного содержание соответствующего оксида в обожженном иатериале:

Q¹₃=2090*0,124*6868,62=1780071,56 кдж/час;

Q²₃=3177*0,057*6868,62=1243831,53 кдж/час;

Q³₃=2750*0,021*6868,62=396662,81 кдж/час;

З₃^р=Q¹₃+Q²₃+Q³₃=3420565,90 кдж/час.

4. Теплота, уносимая продуктами горения топлива:

Q^р₄=Q¹₄+Q₄¹¹,

где: Q¹₄ – теплота, уносимая продуктами горения топлива.

Q¹₄=(α_общ*V_в+ΔV)*х*С_пр*t_ух=(12,153*0,76+(12,153-

-11,15))*х*1,365*100=1397,66*х кдж/час.

Q¹₄ – теплота, уносимая физической влагой материала.

Q¹₄=(G_w+(G_ч.п./0,804))*С_вп*t_ух,

0,804 – плотность водных паров, кг/м³;

С_вп - плотность водных паров, при t_ух.

Q¹₄=(147,84+(375,23/0,804))*1,522*100=93533,59 кдж/час

Q^р₄=1397,66*х+93533,59 кдж/час.

5. Теплота, теряемая через ограждающие конструкции. Для определения этой величины, пространство печи разделяется на зоны. Поскольку расчеты тепловых потерь через кладку - процесс трудоемкий и длительный, для их проведения используем ЄВМ. Описание программы для расчета потерь через ограждающие конструкции и ее листинг приведен в приложении 1.

Результаты расчетов программы для различных участков печи (стены, свод) и через под вагонеток для зон подогрева, обжига и охлаждения приведен в таблице 9.6.

Таблица 9.6. Расход и потери тепла через ограждающие конструкции в различных зонах печи

Зона печи	Поверхность	Расход тепла кдж/час	Удельные потери, Вт/(м2с)
Подогрева	Стены Свод Под	67366,2 13777,9 28751,2	158,583 191,583 135,363
Обжига	Стены Свод Под	84779,3 181694 114494	331,687 388,235 258,569
Охлаждения	Стены Свод Под	29041,5 66427,9 32403,7	134,451 194,234 97,8371

Q₅=Q_ст+Q_св+Q_ст+Q_св+Q_{под.вагон}+Q_{под.вагон}=67366,2+13777,9+84779,3+

+181694+28751,2+114494=490862,2 Кдж/час

6. Тепло уносимое из зоны обжига транспортными средствами:

Q₆=(ΣС_i*m_i*t_iфут+С_мк*m_мк*t_вагон)=(0,966*1352*891,3+

+0,935*5120*474,25+0,46*2200*90,7)=1948115,62 Кдж/час

7. Неучтенные потери:

Q₇=0,05*Q_н*Х=0,05*34297,7*Х=1714,88*Х Кдж/час

Приравниваем статьи прихода и расхода:

Q_пр=Q_р^р

34297,7*Х+358778,61+269998,82+2968,69*Х+3437931,21=8393453,64+

+3420565,9+369600,0+1397,66*Х+93533+1948115,62+243083,5+

+1714,88*Х

Исходя из приведенного уравнения определяем расход топлива за час. Х=304,55 м³/час

Составим тепловой баланс зоны подогрева и обжига и занесем эти данные в табл. 9.7.

Таблица 9.7. Тепловой баланс зон подогрева и обжига

Приход тепла			Расход тепла
Наименование статьи	Количество теплоты		Наименование статьи	Количество теплоты
	кдж/час	%		кдж/час	%
Теплота вносимая сгорающим топливом	10563691,6	67,96	Теплота, выносимая изделиями в зону охлаждения	8393453,64	53,96
Теплота, вносимая воздухом	914356,52	5,88	Теплота, затрачиваемая на испарения влаги из материала	369600,00	2,38
Теплота вносимая изделием	358778,61	2,30	Теплота, затрачиваемая на химические реакции	3420565,901	21,99
Теплота вносимая транспортом	269998,82	1,74	Теплота, уносимая продуктами горения топлива	524012,87	3, 37
Теплота от сгорания золы	3437931,21	22,12	Теплота, теряющаяся через ограждающие конструкции	243083,5	1,56
			Теплота, теряемая через под вагонетки	234249,00	1,51
			Теплота, уносимая из зоны обжига транспортом	1948115,62	12,51
			Неучтенные потери	422547,66	2,72
∑	15544756,76	100	∑	15555628,19	100

Расчеты исправить с учетом новых потерь тепла в окруж. среду!!!!

Невязка составляет: 0,069 %.