Часть 2. Расчет горелки для методической печи

Произведем расчет и выбор горелок для методической толкательной печи исходя из условия

– количество отапливаемых зон	3
– теплота сгорания топлива	8,7 МДж/м3
– коэффициент расхода воздуха	1,1

Составим уравнение теплового баланса печи:

Q_хим+Q_в+Q_экз=Q_пол+Q_ух+Q_тепл+Q_охл+Q_неучт

Приход тепла

Тепло от горения топлива

Q_хим=B·Q_н^р,

где B – неизвестная величина расход топлива, м³/с, при нормальных условиях.

Q_хим=8700·B, кДж/м³

Тепло, вносимое подогретым воздухом

Q_в=B·i_в·V_в

Q_в=463,75 ·2 ·B =927,5·B кВт.

Тепло экзотермических реакций

Принимая, что угар металла составляет 1% имеем

Q_экз=5650·P·a,

где a – угар металла,

P – производительность печи.

Q_экз=5650·44,44·0,01 =2510,86 кВт.

Расход тепла

Тепло, затраченное на нагрев металла

Q_пол=P·(i_м^кон-i_м^нач),

где i_м^кон=851,6 кДж/кг – энтальпия среднеуглеродистой стали при t_м^кон=1245 ^оC

i_м^нач=0 кДж/кг – энтальпия среднеуглеродистой стали при t_м^нач=0 ^оC.

Q_пол=44,44·(851,6–0)=37845 кВт.

Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами

Q_ух=B·V_п.с·i_п.с.

Энтальпию продуктов сгорания при температуре t_ух=1050 ^оC находим с использованием приложения II [5].

Таблица 10. Энтальпия дыма и его составляющих при t_ух=1050 ^оC

Газ	Энтальпия, кДж/(м3)
CO2	345,63
H2O	213,11
N2	1119,35
O2	27,24
Суммарная энтальпия, iп.с	1705,33

Q_ух=2,76·1705,33· B =4706,71·B кВт.

Потери тепла теплопроводностью через кладку

Потерями тепла через под в данной работе пренебрегаем. Рассчитываем только потери тепла через свод и стены печи.

Потери тепла через свод

Площадь свода принимаем равной площади пода F_св=118,08 м²; толщина свода δ_к=0,3 м, материал – каолин. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна средней по длине печи температуре газов, которая равна:

_Г=(1050+1459,06+1245+20)/3= 1258,02 ^оC.

Если считать температуру окружающей среды равной t_ок=30 ^оC, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной t_нар=340 ^оC.

При средней по толщине температуре свода t_к=0,5·(1258,02+340)= 799,21 ^оC коэффициент теплопроводности каолина равен: λ_к=1,75+0,00086·t_к=1,75+0,00086·799,21=2,44 Вт/(м·K).

Тогда потери тепла определим по формуле

,

где α определяется по формуле:

α=1,3·(10+0,06·t_нар) 4.2.3.1.2

α=1,3·(10+0,06·340)=39,52 Вт/(м²·К).

кВт.

Потери тепла через стены печи

Стены печи состоят из слоя шамота толщиной δ_ш=0,345 м и слоя диатомита толщиной δ_д=0,115 м.

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев. Средние температуры слоев шамота и диатомита равны:

,

,

где t' – температура на границе раздела слоев, ^оC;

t_кл^нар – температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 160 ^оC.

Коэффициент теплопроводности шамота равен λ_ш=0,7+0,00064·t_ш, а диатомита λ_д=0,163+0,00043·t_д, Вт/(м·К).

В стационарном режиме:

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности, имеем

В результате решения получим уравнение вида A·(t')² + B·t' + C = 0

Решение этого уравнения дает значение t'=798,99 ^оC. Тогда:

=(1258,02+798,99)/2=1028,5 ^оC;

=(160+798,99)/2=479,5 ^оC.

Окончательно получаем: λ_ш=0,7+0,00064·1028,5 =1,36 Вт/(м·K) и λ_д=0,163+0,00043·479,5=0,37 Вт/(м·K).

Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены печи, равно:

,

где α определяется по формуле:

α=10+0,06·t_кл^нар

Отсюда α=10+0,06·160=19,6 Вт/(м²·К);

кВт.

Общее количество тепла, теряемого теплопроводностью через кладку:

Q_тепл=Q_св+Q_ст=852,84+306,72=1159,57 кВт.

Потери тепла с охлаждающей водой

Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равными 10% от тепла, вносимого топливом и воздухом.

Q_охл=0,1·В·(Q_хим+Q_в)

Q_охл=0,1·В·(8700+1039,04)=983,2·B кВт.

Неучтенные потери

Неучтенные потери определяем по формуле:

Q_неучт=0,15·(Q_тепл+Q_охл·B)

Q_неучт=0,15·(1159,57+983,2·B) кВт.=173,93+147,48·В кВт.

Определение расхода топлива

Уравнение теплового баланса:

Q_хим+Q_в+Q_экз=Q_пол+Q_ух+Q_тепл+Q_охл+Q_неучт

8700·В+927,5·В+2510,86=37845+4706,71·В+1159,57+983,2·В+173,93+147,48·В

3882,11*В=36667,63

Решая это уравнение, находим B=9,44 м³/с.

Результаты расчетов сведем в таблицу .

Тепловой баланс методической печи

Статья прихода	кВт (%)	Статья расхода	кВт (%)
Тепло от горения топлива	83005,9 ()	Тепло на нагрев металла	37845 ()
Физическое тепло воздуха	8755,6 ()	Тепло, уносимое уходящими газами	44431,24 ()
Тепло экзотермических реакций	2511 ()	Потери тепла теплопроводностью через кладку	1159,57 ()
		Потери тепла с охлаждающей водой	9281,4)
		Неучтенные потери	1522,9 ()
Итого	94272,5 (100)	Итого	94240 (100)

Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла:

кДж/кг.

Выбор горелок

В многозонных методических печах подводимая тепловая мощность (а, следовательно, и расход топлива) распределяется по зонам печи следующим образом: верхняя часть сварочной зоны 30–40%; нижняя часть сварочной зоны 35–45% и томильная зона 15–25%.

Распределяя расход топлива по зонам пропорционально тепловой мощности, получим:

B^в_св.з= 40% В=3,776 м³/с.

B^н_св.з= 45% В=4,248 м³/с.

B_том.з= 20% В=1,88 м³/с.

Принимая, что в печи установлены горелки типа «труба в трубе» в верхней сварочной зоне 10 штук, в нижней сварочной зоне 12 штук, а в томильной зоне 8 штук находим расход топлива на одну горелку:

B^1в_св.з= 3,776/10=0,37 м³/с.

B^1н_св.з= 4,248/12=0.354м³/с.

B¹_том.з= 1,88/8=0,235 м³/с.

Выбор горелок производится по методике, изложенной в табл. 16 стр.79 [2].

Плотность газа 1,0956 кг/м³, расход воздуха при коэффициенте расхода n=1,1 равен 2,24 м³/м³ газа.

Пропускная способность горелок по воздуху:

V¹_в=V_в·B¹

верхняя сварочная зона

V¹_в=2,24·0,37=0,82 м³/с.

нижняя сварочная зона

V¹_в=2,24·0,35=0,78 м³/с.

томильная зона

V¹_в=2,24·0,23=0,51 м³/с.

Расчетное количество воздуха, определяем по формуле:

верхняя сварочная зона

м³/с;

нижняя сварочная зона

м³/с;

томильная зона

м³/с.

Принимая давление воздуха перед горелками равным 1,0 кПа, по графику на рис. 32 [5] находим, что при этом давлении требуемые расходы воздуха обеспечивают следующие типы горелок «труба в трубе» большой тепловой мощности: верхняя сварочная зона – ДНБ-375, нижняя сварочная зона – ДНБ-300 I, томильная зона – ДНБ-275.

Расчетное количество газа определяем по формуле:

верхняя сварочная зона

м³/с;

нижняя сварочная зона

м³/с;

томильная зона

м³/с.

Принимая давление газа перед горелками равным 3,0 кПа, по графику на рис. 33 [5] находим, диаметр газового сопла для горелок: верхние сварочные зоны – 160 мм, нижние сварочные зоны – 160 мм, томильная зона – 130 мм.

Окончательно принимаем горелки для верхней сварочной зоны ДНБ 375/160, нижней сварочной зоны ДНБ 300 I/160, томильной зоны ДНБ 275/130.