Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические установки. Практикум
.pdf
№ 4328
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ МИСИС
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра энергетики и энергоэффективности
горной промышленности
Г.И. Бабокин
ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ
Практикум
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2022
УДК 621.3(07)
Б12
Рецензент
д-р техн. наук, проф. Д.М. Шпрехер
(Тульский государственный университет)
Бабокин, Геннадий Иванович.
Б12 Энерготехнологические установки : практикум /
Г.И. Бабокин. – Москва : Издательский Дом НИТУ
«МИСиС», 2022. – 70 с.
В практикуме представлены типовые примеры решения задач
и индивидуальные расчетные задания для практических занятий,
в которых рассматриваются расчеты потерь тепла через футеровку
электротермической установки; электрической мощности нагревательных элементов электрических печей сопротивления; КПД
и электрической мощности, потребляемой электротермической
установкой; электрической мощности печного трансформатора
и параметров короткой сети дуговой сталеплавильной печи; энергетических параметров индукционной нагревательной установки
периодического действия.
Предназначен для обучающихся по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль
«Управление энергетическими ресурсами предприятий»; может
быть рекомендован работникам промышленности, занимающимся
эксплуатацией электротехнологических установок.
УДК 621.3(07)
Г.И. Бабокин, 2022
НИТУ МИСИС, 2022
Содержание
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1
Расчет потерь тепловой энергии через футеровку
электротермической установки ........................5
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 2
Расчет электрической мощности нагревательных
элементов электрических печей сопротивления ..........15
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 3
Расчет динамики нагрева металлического изделия
в электротермической установке ......................23
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 4
Расчет КПД и электрической мощности, потребляемой
электротермической установкой ......................37
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 5
Электрооборудование дуговой сталеплавильной печи .....45
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 6
Расчет электрической мощности индукционной
нагревательной установки методического действия .......56
Библиографический список ..........................69
3
Предисловие
В практикуме представлены шесть практических занятий.
В каждом практическом занятии приведены краткие теоретические сведения и методики расчета практических задач,
примеры решения задач, индивидуальные расчетные задания.
Целью практикума является получение обучающимися необходимых практических навыков, позволяющих закрепить теоретический материал, представленный на лекциях; умений
и навыков расчета энергетических параметров электротермических технологических установок; вовлечение обучающихся
в творческий процесс принятия решений; повышение эффективности учебной работы. Полученные знания, умения и навыки будут использоваться в дальнейшем при работе по специальности.
4
Практическое занятие 1
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ТЕПЛОВОЙ
ЭНЕРГИИ ЧЕРЕЗ ФУТЕРОВКУ
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Цель практического занятия – получение умений и на-
выков расчета зависимостей потерь теплоты через футеровку
электротермической установки от материала и толщины стен
футеровки и их анализа.
Краткие теоретические сведения
Передача тепла теплопроводностью
Теплопроводность – это передача тепла от одной части
тела к другой части тела, находящейся в непосредственной
близости от нее, без перемещения частей тела или среды. Теплопередача путем теплопроводности в чистом виде возможна
только в твердых телах. В жидкой и газообразной средах передача тепла происходит смешанным путем.
Рассмотрим (рис. 1.1) передачу теплоты через плоскую однородную стенку (при неизменной температуре сред во времени) в направлении, перпендикулярном ее поверхности (одномерное температурное поле).
Рис. 1.1. Схема теплообмена теплопроводностью
5
Уравнение теплопроводности, согласно закону Фурье, име-
QA
λ
δ
т
λ
δ
θ
θ
A
ет вид
Q – тепловой поток, Вт;
где
= θ θ⋅
( )
т 12
,–
(1.1)
– коэффициент теплопроводности, Вт/(м ∙ °С);
– толщина стенки, м;
,
–температура соответственно внутри рабочего про-
1
2
странства печи и окружающей среды на поверхностях стенки, °С;
– площадь поверхности стенки, м2.
Коэффициент теплопроводности характеризует способность тел проводить тепло и показывает, какое количество
2
тепла проходит вследствие теплопроводности через 1 м
по-
верхности тела в единицу времени при разности температуры 1 °С, приходящейся на 1 м длины нормали к изотермической поверхности.
Коэффициент теплопроводности веществ зависит
от их природы и агрегатного состояния. Пределы изменения коэффициента теплопроводности, Вт/(м ∙ °С): для газов –
0,005…0,5; жидкостей – 0,08…0,7; металлов – 2,3…458; теплоизоляционных материалов – 0,02…3,0.
Для металлов, применяемых в конструкциях электротермической установки (ЭТУ), значения коэффициента теплопроводности составляют, Вт/(м ∙ °С): для нержавеющей стали –
14…23; свинца – 35; углеродистой стали – 45; чугуна – 63;
алюминия – 204; меди – 384; серебра – 458.
Теплопроводность жидких и в особенности газообразных
тел незначительна. Твердые тела обладают различной теплопроводностью, и с увеличением их плотности теплопроводность растет. Тела с малой теплопроводностью называют те-
плоизоляционными.
Введем понятие коэффициента теплопередачи α, который
показывает, какое количество теплоты переходит в единицу
времени от более нагретой части тела к менее нагретой через
2
теплообменной поверхности при разности температуры
1 м
между частями (поверхностями) тела 1
6
°С .
Для теплопередачи теплопроводностью коэффициент те-
т
.
λ
α=
δ
( )
т т1 2
.–QA=αθ θ⋅
плопередачи α
, Вт/(м ∙ °С),
т
(1.2)
Уравнение теплопроводности (1.1) для теплового потока
можно переписать в виде
(1.3)
Коэффициент теплопередачи веществ зависит от температуры и давления. Для газов коэффициент теплопередачи
возрастает с повышением температуры и мало зависит от давления. Для жидкостей с увеличением температуры коэффициент теплопередачи уменьшается, за исключением воды и глицерина. Теплопроводность твердых тел в большинстве случаев
растет с повышением температуры.
Расчет потерь тепла через многослойную
футеровку термической установки
Рассмотрим упрощенную методику расчета потерь тепла
через футеровку, имеющую два слоя (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Схема теплообмена теплопроводностью
через двухслойную футеровку
7
Первый слой футеровки, выполненный из огнеупорного
1
λ
δ
2
λ
в ок
,
–
QA
R
∑
θθ
= ⋅
θ
ок
θ
12
12
12
,R RR
∑
δδ
=+=+
λλ
12
,RR
1
,
n
i
i
RR
∑
=
=
∑
i
R
материала, имеет толщину
дности
. Второй слой, выполненный из теплоизоляционного
1
материала, имеет толщину
дности
.
δ с коэффициентом теплопрово-
с коэффициентом теплопрово-
2
Потери тепла через двухслойную футеровку Q, Вт, определяются по формуле
где
и
в
– температура внутри объема, огражденного фу-
(1.4)
теровкой, и температура окружающей среды соответственно, °С;
R∑ – тепловое сопротивление футеровки, м2 ∙ °С/Вт.
Тепловое сопротивление футеровки определяется по формуле
где
но, м
– тепловое сопротивление слоев 1 и 2 соответствен-
2
∙ °С/Вт.
(1.5)
Если футеровка термической печи имеет n слоев теплоизоляции, то потери тепла в окружающую среду определяются
по формуле (1.4), для которой тепловое сопротивление стенки
определяется следующим образом:
(1.6)
где
8
– тепловое сопротивление i-го слоя теплоизоляции,
2
∙ °С/Вт.
м
Примеры расчета потерь тепловой энергии
2
м
3 4 12 ,A =⋅=
м
0,05 ,δ=
θ= °
2
30 C.θ= °
θ= °
λ
Вт (м С).
0,06 5
⋅°
( ) ( )
т 12
Вт
0,06 5
500 30 12 7332 .
0,05
–QA
λ
==θ θ⋅ = − ⋅ =
δ
С
1000 °
°
λ
Вт ( м С),0,84 ⋅ °
⋅ °
2
м С Вт
0,15 0,1
0,178 2,173 2,352 .
0,84 0,04 6
R
∑
= + = + = ⋅°
Вт
1000 30
20 8248,29 .
2,352
Q−= ⋅=
через футеровку
Пример 1.1. Определить потери тепла через футеров-
ку из вермикулита площадью
при температурах
1
500 C
и
Решение
1. Находим теплопроводность вермикулита при тем-
пературе
1
500 C
. Теплопроводность
2. Определяем потери тепла через футеровку по формуле (1.1):
Пример 1.2. Определить потери тепла через футеровку,
включающую два слоя: первый выполнен из шамотного кирпича толщиной 0,15 м; второй выполнен из стекловаты тол-
2
щиной 0,1 м; площадь стенки
термической установки равна
м20 .A = Температура внутри
, а окружающей среды
30 C.
Решение
1. Определяем по справочникам теплопроводность
мота –
и теплопроводность λ стекловаты –
Вт (м С).0,04 6
толщиной
составляет
ша-
2. Определяем суммарное тепловое сопротивление стенки
по формуле (1.5):
Потери тепла через футеровку
9
Расчетное задание 1
12
θθ
Исходные данные
Электротермическая установка выполнена в виде цилиндра, с подом и сводом (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Цилиндрическая электротермическая установка
Материал, из которого выполнена футеровка стен, свода и
пода представлен в табл. 1.1. Принимаем, что футеровка выполнена в один слой и теплопроводность кожуха печи не учитываем. В табл. 1.1 также задана температура рабочего про-
,
странства печи и окружающей среды
соответственно.
Задание
1. Для заданного материала по формуле (1.3) рассчитать и
построить зависимость потока тепловых потерь
Q через фу-
т
теровку от толщины футеровки. Пределы изменения толщины
футеровки представлены в табл. 1.1.
2. Выбрать материал футеровки с меньшим коэффициентом теплопроводности, рассчитать и построить зависимость
теплового потока потерь
10
Q от толщины футеровки.
т
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]