5. Тепловой баланс. Определение расхода топлива.

5.1. Приходные статьи баланса:

5.1.1. Химическая теплота топлива

= 35764,9*B=35764,9*B кВт,

где В – неиз­вестный пока расход топлива, м³/с или кг/с; – низшая теплота сгорания топлива, [кДж/м³] или [кДж/кг].

5.1.2. Тепло вносимое подогретым воздухом

=9,98*1,3*40*B=518,59*B кВт,

где – действительный расход воздуха на единицу топлива, [м³/м³] или [м³/кг]; С_в – теплоемкость воздуха, [Дж/(м³°С)]; – температура подогретого воздуха, [°С].

5.1.3. Тепло от экзотермической реакции горения железа

=5650*0,18*0,02=20,3 кВт,

где G – секундная весовая производительность, [кг/с]; а – угар стали, [%]. Для камерных кузнечных печей а = 0,02…0,03 %; Принимаем а = 0,02; q = 5650 кДж/кг – количество тепла получаемое при окислении 1 кг железа.

5.2. Расходные статьи баланса:

5.2.1. Тепло затрачиваемое на нагрев стали.

= 0,18*0,68*(1250-20)=149,82 кВт,

где C – средняя теплоемкость металла, [Дж/(кг∙°С)]; t_к и t_н – конеч­ная и начальная температура металла, [°С].

5.2.2. Потери тепла с уходящими газами

=1,05*11,01*1,58*1300*B=23738,81*B кВт,

где V_α – объем газов на единицу то­плива, [м³/м³] или [м³/кг]; С_пг =1,58,, средняя теплоемкость продуктов сго­рания, [кДж/(м^3сС)]; t_пг температура газов, уходящих из печи, [°С].

5.2.3. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива

=35764,9*0,02*B=715,3*B [кВт],

где - коэффициент неполноты сгорания, =0,02

5.2.4. Потери тепла через кладку, открытое окно и неучтенные потери

1) Теплопроводности используемых материалов имеют следующие значения,[ ]:

шамот

хромомагнезит

диатомитовый кирпич

Значения теплопроводностей слоев необходимо выбрать по средним температурам, которые можно вычислить по следующим формулам:

Двухслойная кладка:

Средняя температура

внутреннего слоя: =0,5*(1300+20)=660 °С

наружного слоя =0,5*(660+20)=340 °С

где - температура окружающего воздуха (принимаем =20 ), - температура рабочего пространства печи, [°С]..

Тогда теплопроводности слоев:

шамот =1,04+1,51*10^-4*660=1,14

диатомитовый кирпич =0,16+3,15*10^-4*340=0,27

Трехслойная кладка:

Средняя температура

внутреннего слоя: = 0.5*(1300+660)=980 °С

промежуточного слоя =0.5*(1300+20)=660 °С

наружного слоя =0.5*(660+20)=340 °С

где - температура окружающего воздуха (принимаем =20 ), - температура рабочего пространства печи, [°С]..

шамот =1,04+1,51*10^-4*660=1,14

диатомитовый кирпич =0,16+3,15*10^-4*340=0,27

хромомагнезит :=7.2-4.2*10^-4*980=3,08

2) Суммы тепловых сопротивлений отдельных частей кладки :

под: =

= 0,12/0,27+0,23/1,14+0,06/3,08 =0,65

где , , - толщины слоев пода, а , , - соответствующие им теплопроводности

свод: =0,12/0,27+0,23/1,14=0,63

где , - толщины слоев свода, а , - соответствующие им теплопроводности

стены: =0,12/0,27+0,23/1,14=0,63

где , - толщины слоев стен, а , - соответствующие им теплопроводности

3) Площади наружных поверхностей, м²:

передняя и задняя стены: =1,95*1,53=2,98 м²

торцевые стены: =1,66*1,53=2,53 м²

свод: =1,66*1,95=3,24 м²

под: =1,66*1,95=3,24 м²

где , , - наружные размеры печи

4) Коэффициенты теплоотдачи для наружных поверхностей кладки :

Свода 35

Стен 25

Пода 15

5) Тепловые потери кладкой в окружающее пространство

Для вычисления потерь воспользуемся следующей формулой:

, где t_П и t_в – соответственно температура газов в печи и окружа­ющего ее воздуха, [⁰С]; F – наружная поверхность кладки, [м²]; и – коэффициенты теплоотдачи, [Вт/(м²∙°С)]; λ_i – теплопро­водность i-го слоя, [Вт/(м∙°С)]; s_i – толщина слоя, [м].; - тепловое сопротивление теплоотдачи от газов к внутренней поверхности кладки, принимаем равным 1/348 = 0,003 .

Потери сводом:

=((1300-20)*3,24)/(0.003+0,63+1/35)=6240,6 Вт

Потери подом:

=((1300-20)*3,24)/(0.003+0,65+1/15)=5742,81 Вт

Потери торцевыми стенами:

=((1300-20)*2,53)/(0.003+0,63+1/25)=4801,48 Вт

Потери передней и задней стенами:

=((1300-20)*2,98)/(0.003+0,63+1/25)=5640,3 Вт

Суммарные потери кладкой:

=6240,6+5742,81+2*4801,48+2*5640,3=32866,97 Вт

6) Потери тепла через открытое окно:

,

где - время открытия окна, =0,33*0,3=0,1

=0,65*0,3=0,19 - площадь отверстия;

- коэффициент излучения абсолютно черного тела = 5,7 Вт/(м∙°С);

- коэффициент диафрагмирования

=(1+0,15)/2=0,58

где - угловой коэффициент с поверхности F₁ на F₂,

=0,26/(0,26+0,34)=0,15

где L – эквивалентный размер полости окна,

=

=(4*0,3*0,65*0,34)/(2*(0,3*0,65+0,65*0,34+0,34*0,3))=0,26 м

где a, b, s – высота, ширина и толщина окна соответственно

=5,7*[((1300+273)/100)⁴-((20+273)/100)⁴]*0,19*0,1*0,58=3916,56 Вт

7) Прочие потери:

Неучтенные потери принимаем равными 5% от потерь тепла кладкой в окружающее пространство

=(32866,97+3916,56)*0,05=1839,18 Вт

Тогда, потери тепла через кладку, открытое окно и прочие потери:

=32866,97+3916,56+1839,18=38622,7 Вт