2 Основна частина

2.1 Тепловий розрахунок кільцевої нагрівальної печі

Для перевірочного теплового розрахунку кільцевої нагрівальної печі, характеристики якої були наведені в попередньому розділі. За основу беремо методику, яка описана в [5]. При цьому з метою спрощення розрахунків внутрішнього теплообміну будемо використовувати метод кінцевих різниць.

Тепловий розрахунок печі буде включати наступні основні етапи:

1. у кожній опалювальної зоні печі задається температура продуктів згоряння, а в методичній зоні приймається лінійний закон зміни їх температури;

2. при заданому законі зміни температури диму розраховується нагрів металу; для чого вирішується диференціальне рівняння теплопровідності;

3. з теплового балансу для кожної зони печі знаходяться витрати палива на ці зони, що забезпечують нагрів металу по заданому температурному режиму.

Оскільки витрата палива на методичну зону повинна бути рівна нулю, то домогтися цього можна відповідно змінюючи температуру диму, що виходить з печі.

2.1.1 Вихідні данні

Продуктивність печі .

Діаметр заготовок, які нагріваються м.

Товщина стінки труби, м.

Густина сталі .

Ступінь чорноти сталі .

Початкова температура заготовок С.

Кінцева температура труб С.

Внутрішній діаметр секції м.

Довжина 1-ої зони печі м.

Довжина 2-ої зони печі м.

Довжина 3-ої зони печі м.

Довжина 4-ої зони печі м.

Число зон печі .

Кількість рядів заготовок .

Кількість діаметрів між осями заготовок .

Паливо: природний газ.

Повітря для спалювання газу підігрівається в металевих рекуператорах до температури С.

Для нагріву металу застосовується наступний температурний режим:

Температура печі в зоні 1 С;

Температура печі в зоні 2 С;

Температура печі в зоні 3 С;

Температура печі в зоні 4 С.

2.1.2 Розрахунок згоряння палива

Виконуємо розрахунок згоряння природного газу, що має наступний склад:

CH₄ = 97,9%, C₂H₄ = 0,8%, N₂ = 1,2%, CO₂ = 0,1%.

Приймаємо, що коефіцієнт витрати повітря дорівнює n = 1,15. Розрахунок виконуємо за методикою, що наведена в [5, с. 5–10]. Отримаємо наступні результати:

• теплота згоряння палива МДж/м³;

• склад продуктів згоряння: CO₂ = 8,14%, H₂O = 16,22%, N₂ = 72,7%, O₂ = 2,94%;

• питома витрата повітря L_п = 11,28 м³/м³;

• питомий вихід диму V_д = 12,24 м³/м³.

2.1.3 Розрахунок параметрів зовнішнього теплообмінника

Поверхня склепіння та подини печі:

. (2.1)

Бічна поверхня кладки по зовнішньому діаметру кільця:

. (2.2)

Бічна поверхня кладки по внутрішньому діаметру кільця:

. (2.3)

Повна поверхня кладки:

. (2.4)

Поверхня металу:

. (2.5)

Кутовий коефіцієнт:

. (2.6)

Враховуючи те, що , визначаємо коефіцієнт випромінювання:

. (2.7)

Температура газів в зварювальній зоні приймаємо на 50 вище температури поверхні металу в кінці нагріву:

. (2.8)

Приблизна середня температура газів в методичній зоні:

. (2.9)

Об'єм заповненого газом простору печі:

. (2.10)

Поверхня металу в печі:

. (2.11)

Сумарна поверхність, що обмежує газовий об'єм печі:

. (2.12)

Середня ефективна довжина променя для кожної зони печі:

. (2.13)

Добуток парціального тиску газів та середньої ефективної довжини променя:

, (2.14)

. (2.15)

Степінь чорноти газів СО₂ та Н₂О [с. 13- 14, рис. 2.1-2.2] в методичній зоні печі:

, , ,

. (2.16)

В зварювальній зоні:

, , ,

. (2.17)

Коефіцієнт випромінювання в методичній зоні:

, (2.18)

.

Коефіцієнт випромінювання в зварювальній зоні:

, (2.19)

.

Середнє значення приведеного коефіцієнт випромінювання:

. (2.20)