3. Расчет кладки печи и тепловой баланс

Температура внутренней поверхности кладки печи составляет 970 ; температура окружающего воздуха .

Примем в расчете двухслойную кладку, огнеупорный слой которой будет сделан из шамота Б толщиной 348 мм, а изоляционный- из диатомита толщиной 348 мм.

tp=900 °C tp=1350 °C

Определим температуру на границе слоя:

;

где - температура внутренней поверхности кладки, С;

- температура воздуха, С.

;

Средняя температура слоя шамота:

;

Рис. 5 Распределение температуры

            по толщине кладки

                                       ;

Средняя температура слоя диатомита:

; ;

Коэффициент теплопроводности шамота и диатомита определим из следующих выражений [2]:

;        

; ;

Количество тепла, передаваемого теплопроводностью через 1 кладки:

;

где - температура кладки печи, С;

- температура окружающего воздуха, С;

- толщина шамотного и диатомитового слоёв, м;

- коэффициенты теплопроводности шамота и диатомита, ;

- коэффициент теплопередачи от стенки к воздуху, равный 19.8 ,

тогда .;

;

С другой стороны, на основании закона Фурье (для граничных условий 1-го рода)

;

Отсюда

;

Тогда температура на границе огнеупорного и изоляционного слоёв:

; ;

Температура на поверхности кладки:

;

Учитывая, что температура на поверхности кожуха печи будет ещё ниже, делаем вывод, что толщина огнеупорного слоя и слоя изоляции выбрана верно.

Тепловой баланс печи состоит из приходной и расходной частей, которые необходимо рассчитать, чтобы определить часовой расход топлива В, .

Статьи приходной части теплового баланса:

1. Тепло, выделяющееся в результате горения топлива

   ;       ;

2. Тепло подогретого воздуха

  ;   ;

3. Тепло экзотермических реакций

    ;  ;

где 5652, - тепловой эффект реакции окисления нагреваемого металла,

    a- величина угара металла, Р, - производительность печи.

Статьи расходной части теплового баланса:

1) Полезное тепло, затраченное на нагрев металла

    ;

    ;

2) Потери тепла с уходящими газами

;

где - средняя теплоемкость уходящих газов и = ;

;

3) Потери тепла теплопроводностью через кладку печи

    ;

    ;

где F- суммарная площадь стен, свода и пода печи.

4) Потери тепла излучением через открытое окно печи

    ;

где F м²- площадь открытого окна, Ф- коэффициент диафрагмирования, доля времени от часа в течение которого окно открыто, Т_П,  К- температура печи.τ=10 мин=0,16 ч

5) Тепло от химической неполноты сгорания топлива.

Q=12142*B*Vyx*a

Q=12142*0.005*14.639*B=888.73B kДж/ч

6) Тепло от механической неполноты сгорания.

Q=B*Q*0.01=9944*4.1868*0.01*B=416.335B kДж/ч

7) Неучтенные потери.

    ;

где - сумма всех тепловых значений расходной части.

Из уравнения Q_{ПРИХОДА}=Q_{РАСХОДА} вычислим В

;

Таблица 5. Статьи теплового баланса

QПРИХОДА,	QРАСХОДА
QХ=	QП=
QВ=	QУ=
QЭ=	Qкл=
	Qизл.=
	Q5= Q6= Qн=

Коэффициент полезного теплоиспользования :

    ;

   

где - количество тепла, получаемое от теплоносителя, ;

- тепловые потери, ;

К.п.д. печи определим из следующего выражения:

    ;

   

где - полезное тепло, затраченное на нагрев металла, ;

Тепловую мощность рассчитаем по формуле:

    ;

   

где К- коэффициент запаса, учитывающий форсированный режим работы печи, ухудшение тепловой изоляции; - продолжительность нагрева, ч.