- •1.Аналитический расчет горения топлива
- •1.1 Реакции горения
- •1.2 Определение расхода воздуха
- •1.3 Определение объемного выхода продуктов сгорания
- •Приход:
- •1.4 Определение низшей теплоты сгорания полукоксового газа
- •1.5 Определение температуры горения топлива
- •2. Определение времени нагрева металла и размеров печи
- •3. Тепловой баланс печи
- •4. Выбор и расчёт топливосжигающего устройства
- •5. Расчёт воздухоподогревательных устройств
- •6. Расчет дымоотводящей системы
- •7. Охрана труда и техника безопасности
3. Тепловой баланс печи
Толщину печных стенок принимают с учётом требований строительной прочности и температуры в рабочем пространстве печи. С точки зрения строительной прочности необходимо принимать во внимание высоту вертикальных стен и ширину пролёта, перекрываемого лучковым сводом, а также кривизну последнего, характеризуемую центральным углом. В таблице 3 даны рекомендации для нагревательных печей [3].
Таблица 3
Рекомендуемые толщины кладки нагревательных печей
Элементы кладки
|
Температура внутренней поверхности кладки, С |
Толщина огнеупорного слоя, мм |
Толщина теплоизоляционного слоя, мм |
Стены высотой до 1 м |
1000-1200
выше 1200
|
232
232 |
232
348 |
Стены высотой 1-2 м
|
до 1200
выше 1200 |
232
232-348 |
232
348 |
Стены высотой 3 м |
1000-1200 |
348 |
232 |
Своды лучковые пролетом до 1 м и центральным углом |
до 1200
выше 1200 |
116
232 |
65-230
65-230 |
Своды лучковые пролетом до 3.5 м и центральным углом |
до 1200
выше 1200 |
232
300 |
65-230
65-230 |
Своды лучковые пролетом более 5 м и центральным углом |
до 1200 и выше |
300 |
65-230 |
В зависимости от температуры внутренней поверхности кладки стенки нагревательных печей могут быть выложены из различных материалов. При температуре внутренней поверхности свода до С его можно выкладывать из шамотного кирпича классов А и Б. При более высоких температурах - из шамотного кирпича класса А или из динасового кирпича.
Тепловую изоляцию стен в ряде случаев можно проектировать из диатомитового кирпича, вермикулитовых плит, минерального войлока, асбестового картона. При расчёте кладки необходимо помнить, что температура на поверхности кожуха печи не должна превышать 60 оС в соответствии с нормами по технике безопасности.
Произведём расчет кладки
Исходные данные: температура внутренней поверхности кладки печи составляет ; температура окружающего воздуха .
В расчёте принимаем двухслойную кладку: огнеупорный слой - шамот Б( =1350-1400 С), толщиной 232 мм; изоляционный слой - диатомит( =900 С), толщиной 232 мм (рис. 5).
где - температура внутренней поверхности кладки, С;
- температура воздуха, С.
Рис. 5. Распределение температуры
по толщине кладки
Средняя температура слоя шамота:
;
Средняя температура слоя диатомита:
;
Коэффициент теплопроводности шамота и диатомита определяют из следующих выражений (приложение 3):
;
;
Определим количество тепла, передаваемого теплопроводностью через 1 кладки, по формуле:
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
Используя это выражение, найдём температуру 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 потребное количество теплоносителя (топлива или электроэнергии).
Статьи приходной части теплового баланса:
химическое тепло топлива (для электрических печей - тепло, выделяемое на нагревателях);
тепло подогретого воздуха;
тепло подогретого топлива;
тепло экзотермических реакций.
Статьи расходной части:
полезное тепло, затраченное на нагрев изделий;
потери тепла с уходящими газами;
потери тепла теплопроводностью через кладку печи;
потери тепла на нагрев приспособлений и транспортирующих устройств;
потери тепла, обусловленные «тепловыми короткими замыканиями»;
потери тепла с охлаждающей водой;
аккумуляция тепла кладкой.
После расчёта отдельных статей баланса, их вносят в сводную таблицу. Затем определяют удельный расход условного топлива или электроэнергии, вычисляют коэффициент использования тепла, к.п.д. печи.
Тепловой баланс печи
Статьи приходной части теплового баланса:
1.Тепло получаемое в результате сгорания топлива, кДж/ч
, В- расход топлива, кг/ч или м3/ч
- теплота сгорания топлива кДж/кг или кДж/м3
= 17313,029кДж/м3
=17313,029В кДж/ч
2. Тепло вносимое подогретым воздухом, кДж/ч
, кДж/ч
-температура подогрева воздуха, равная 4000С
средняя теплоёмкость в интервале температур от 20 0С до 400 0С, кДж/м3 0С
- коэффициент расхода воздуха
- количество воздуха, теоретически необходимого для сгорания единицы топлива, м3/м3
= 1,3095кДж/(кг0С)
=4,266 м3/м3
=1,15
, кДж/ч
3. Тепло экзотермических реакций
, кДж/ч
Р- производительность печи, кг/ч
а- величина угара, кг/кг металла, равная 0,01 кг/кг
кДж/ч
, кДж/ч
Статьи расходной части теплового баланса:
1. Полезное тепло, необходимое для нагрева металла
, кДж/ч
-температура нагрева металла, равная 1113К
средняя теплоёмкость металла в интервале температур от 20 0С до 890 0С, кДж/(кг К)
=0,486 кДж/(кг К)
, кДж/ч
2. Тепло уносимое уходящими газами
, кДж/ч
-температура уходящих газов, равная 8900С
средняя теплоёмкость уходящих газов из печи. 1,4657 кДж/(кг0С)
, кДж/ч
3. Теплоты от химической неполноты сгорания топлива:
кДж/ч
- количество уходящих газов из печи, м3/м3
а=0,03
, кДж/ч
4. Тепло от механической неполноты сгорания :
, кДж/ч
, кДж/ч
5. Потери тепла в результате теплопроводности через кладку:
- 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 .
- площадь поверхности кладки, равная 13,8
, кДж/ч
Потери тепла через открытые окна печи, потери тепла излучением.
, кДж/ч
Со - 5,7 коэффициент лучеиспускания.
F - площадь открытого окна, в связи с тем что окно будет открыто значительное время, применим асбестовую занавеску АТ-7, в два слоя толщиной в 5 мм., следовательно F=0,06м2
- коэффициент диафрагмирования, равный 0.7
- доля времени (ч), в течении которого окно открыто 23 мин
кДж/ч
Неучтённые потери
кДж/ч
+ кДж/ч
Qрасх=115748,31,4+ + + + + + + =17272,7В+781122 кДж/ч
Составим баланс.
Qрасх=Qприх
10272,7В+1157483,14=
В=120,34м3/ч
Коэффициент полезного теплоиспользования ( ) может быть найден из следующего выражения:
где - количество тепла, получаемое от теплоносителя, кДж
- тепловые потери, кДж
Для современных печей % , для электрических %.
К.п.д. печи определяют из следующего выражения:
где - полезное тепло, затраченное на нагрев металла, кДж
Мощность (тепловую или электрическую) рассчитывают по формуле:
где К- коэффициент запаса, учитывающий форсированный режим работы печи, понижение напряжения в сети, ухудшение тепловой изоляции; для камерных печей К=1,3 5,0; для проходных печей К=1, 2 1,3.
- продолжительность нагрева, ч.
Приход |
Расход |
||||||
1. |
Тепло получаемое в результате сгорания топлива, кДж/ч |
2083450 |
86,93% |
1. |
Полезное тепло, необходимое для нагрева металла |
|
20,76% |
2. |
Тепло вносимое подогретым воздухом, кДж/ч |
309239 |
12,9% |
2. |
Тепло уносимое уходящими газами
|
|
54,44% |
3. |
Тепло экзотермических реакций, кДж/ч |
39564 |
0,165% |
3. |
Теплоты от химической неполноты сгорания топлива |
|
7,6% |
|
4. |
Тепло от механической неполноты сгорания |
|
1,6% |
|||
5. |
Потери тепла в результате теплопроводности через кладку |
|
14,05% |
||||
6. |
Потери тепла через открытые окна печи, потери тепла излучением |
|
0,168% |
||||
7. |
Неучтённые потери |
|
1,39% |
||||
100% |
100% |