Теплопоступления от нагретых поверхностей горячих ванн в помещение термического цеха в холодный период

№ оборудования по экспликации	Количество ванн	Наличие бортовых отсосов	Размеры bхl×h, м	Площадь теплоотдающей поверхности, м2	tпов,°С	tр.з,°С	Q, Вт
12	2	Двухбортовой опрокинутый отсос	0,6х1х1	2,2	145	16	11611,4015
17	1	Отсутствует	Ø1х3	4,71	75	16	6119,75782
18	1	Отсутствует	Ø1х3	4,71	145	16	12429,4776
21	1	Однобортовой опрокинутый отсос	1х1,5х1	4,25	75	16	5522,07446
22	1	Двухбортовой опрокинутый отсос	1х1,5х1	3,5	145	16	9236,34214
23	4	Однобортовой опрокинутый отсос	0,5х1х1	2,5	75	16	12993,1164
24	4	Двухбортовой опрокинутый отсос	0,8х1х1	2,6	145	16	27445,1309
25	2	Однобортовой опрокинутый отсос	0,5х0,6х1	1,9	75	16	4937,38423
26	2	Двухбортовой опрокинутый отсос	0,6х0,8х1	2	145	16	10555,8196
27	2	Двухбортовой опрокинутый отсос	0,6х1х1	2,2	35	16	3307,72072

Таблица 4.6

Теплопоступления от нагретых поверхностей горячих ванн в помещение термического цеха в теплый период

№ оборудования по экспликации	Количество ванн	Наличие бортовых отсосов	Размеры bхl×h, м	Площадь теплоотдающей поверхности, м2	tпов,°С	tр.з,°С	Q, Вт
12	2	Двухбортовой опрокинутый отсос	0,6х1х1	2,2	145	22	11435,5523
17	1	Отсутствует	Ø1х3	4,71	75	22	5987,10359
18	1	Отсутствует	Ø1х3	4,71	145	22	12241,239
21	1	Однобортовой опрокинутый отсос	1х1,5х1	4,25	75	22	5402,37585
22	1	Двухбортовой опрокинутый отсос	1х1,5х1	3,5	145	22	9096,46207
23	4	Однобортовой опрокинутый отсос	0,5х1х1	2,5	75	22	12711,4726
24	4	Двухбортовой опрокинутый отсос	0,8х1х1	2,6	145	22	27029,4873
25	2	Однобортовой опрокинутый отсос	0,5х0,6х1	1,9	75	22	4830,35959
26	2	Двухбортовой опрокинутый отсос	0,6х0,8х1	2	145	22	10395,9566
27	2	Двухбортовой опрокинутый отсос	0,6х1х1	2,2	35	22	3246,07037

3.12 Теплопоступления в помещение от печей

Тепло поступает от печи через кладку и через загрузочное отверстие.

Теплопоступления через кладку рассчитываются по частям. Для этого кладку разделяют на следующие расчетные участки: стенку, свод и под печи.

Полный расчет по определению теплопоступлений от печи проводим для камерной электропечи Н-45.

Характеристика камерной электропечи Н-45

Размеры рабочего пространства:

ширина – 600 мм;

длина – 1200 мм;

высота – 500 мм.

Номинальная мощность 45 кВт.

Максимальная рабочая температура 950 ºС.

Габаритные размеры:

ширина – 1400 мм;

длина – 2200 мм;

высота – 1750 мм.

Коэффициенты теплопроводности λ, Вт/(м·ºС), материалов кладки печи:

 пеношамот (ρ = 950 кг/м³) λ = 0,28 + 0,00023t_ср;

 диатомовый кирпич (ρ = 600 кг/м³) λ = 0,113 + 0,00023t_ср;

 шлаковая вата (ρ = 170 кг/м³) λ = 0,06 + 0,000145t_ср.

Теплопоступления через стени. Стенка состоит из трех слоев: пеношамота δ = 0,115 м, диатомового кирпича δ = 0,115 м и засыпки из шлаковой ваты δ = 0,230 м (рис. 1).

Площади раздела:

F_вн = 0,5 · 1,2 = 0,6 м²;

F₂ = 0,891 · 1,591 = 1,42 м²;

F₃ = 1,283 · 1,983 = 2,54 м²;

F_н = 1,75 · 2,2 = 3,85 м².

Средние расчетные площади:

F_1ср = м²;

F_2ср = м²;

F_3ср = м².

Коэффициенты теплопроводности материалов кладки зависят от температур, которые еще неизвестны.

Для расчета задаемся температурами слоев стенки.

Температуру внутренней поверхности стенки принимаем на 5ºС меньше максимальной рабочей температуры, т.е. t_в = 945 ºС, температура термического цеха, где установлена печь, 18ºС. Температуру пограничной поверхности между первым и вторым слоями предполагаем равной t₁₂ = 756ºС, температуру пограничной поверхности между вторым и третьим слоями t₂₃ = 580ºС и температуру наружной поверхности стенки (кожуха печи) t_н = 35ºС.

Средние расчетные температуры:

первый слой

ºС;

второй слой

ºС;

третий слой

ºС.

Коэффициенты теплопроводности:

λ₁ = 0,28 + 0,00023t₁ = 0,28 + 0,00023 · 850,5 = 0,476 Вт/(м·ºС);

λ₂ = 0,113 + 0,00023t₂ = 0,113 + 0,00023 · 668 = 0,267 Вт/(м·ºС);

λ₃ = 0,06 + 0,000145t₃ = 0,06 + 0,000145 · 307,5 = 0,105 Вт/(м·ºС).

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стенки (вертикальной при t_н = 35ºС) α_пов = 10,2 Вт/(м²·ºС).

Тепловой поток, Вт, через стенку печи определяется по зависимости

, (21)

где R – тепловое сопротивление, ºС/Вт,

R = R_в + R₁ + R₂ + R₃ + R_н, (22)

, , сопротивление теплопередаче первого, второго и третьего слоев стенки;

λ – коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·ºС);

F – средняя расчетная площадь слоя, м²;

δ – толщина слоя, м;

,  сопротивления теплоперехода внутренней поверхности стенки от рабочего пространства и наружной поверхности в окружающее пространство;

α_пов – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·ºС), от наружной стенки к окружающему воздуху.

Так как температура внутренней поверхности печи известна (945ºС), то при расчете теплового потока через стенку сопротивление теплоперехода от печного пространства к стенке не принимается во внимание и в расчетной формуле R_в отсутствует.

Вт

Проверяем температуры пограничной поверхности между слоями кладки:

t₁₂ = t_в – РR₁ = 945 – 763 · = 745ºС;

t₂₃ = t₁₂ – РR₂ = 745 – 763 · = 572ºС;

t_н = t_о + РR_н = 16 + 763 · = 35ºС.

Полученные температуры соответствуют заданным.

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки печи к окружающему воздуху при t_н = 35ºС α_пов = 10,2 Вт/(м²·ºС).

Теплопоступление от нагретых поверхностей всех стенок печи Q_с, Вт, в помещение цеха определяется по зависимости

Q_пов = α_пов(t_пов – t_в) · F_пов (23)

Q_с = 10,2 · (35 – 16) · 12,3 = 2384 Вт

Теплопоступления через свод. Свод печи состоит из двух слоев: пеношамота δ = 0,115 м и засыпки из шлаковой ваты δ = 0,2 м.

Площади раздела:

F_вн = 1,2 · 0,6 = 0,72 м²;

F₂ = 1,63 · 1,03 = 1,68 м²;

F_н = 2,2 · 1,4 = 3,08 м².

Средние расчетные площади:

F_1ср = м²;

F_2ср = м².

Задаемся температурами t_в = 945ºС, t₁₂ = 743ºC, t_н = 42ºС.

Определяем средние расчетные температуры:

ºС;

ºС.

Определяем коэффициенты теплопроводности слоев:

λ₁ = 0,28 + 0,00023t₁ = 0,28 + 0,00023 · 844 = 0,474 Вт/(м·ºС);

λ₂ = 0,06 + 0,000145t₂ = 0,06 + 0,000145 · 392,5 = 0,117 Вт/(м·ºС).

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности свода при t_н = 42ºС для верха горизонтальной стенки α_пов = 12,1 Вт/(м²·ºС).

Тепловой поток через свод печи

Вт

Проверяем выбранные температуры

t₁₂ = t_в – РR₁ = 945 – 926 · = 741ºС;

t_н = t_о + РR_н = 16 + 926 · = 41,8ºС.

Температуры выбраны правильно.

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности свода печи к окружающему воздуху при t_н = 41,8ºС α_пов = 12,1 Вт/(м²·ºС).

Теплопоступление от нагретой поверхности свода печи Q_св, Вт, в помещение цеха составит

Q_св = 12,1 · (41,8 – 16) · 3,08 = 961,5 Вт

Теплопоступления через под. Под состоит из двух слоев: пеношамота δ = 0,115 м и диатомового кирпича δ = 0,345 м.

Площади раздела:

F_вн = 1,2 · 0,6 = 0,72 м²;

F₂ = 1,54 · 0,94 = 1,45 м²;

F_н = 2,2 · 1,4 = 3,08 м².

Средние расчетные площади:

F_1ср = м²;

F_2ср = м².

Задаемся температурами t_в = 945ºС, t₁₂ = 740ºC, t_н = 47ºС.

Определяем средние расчетные температуры:

ºС;

ºС.

Определяем коэффициенты теплопроводности слоев:

λ₁ = 0,28 + 0,00023t₁ = 0,28 + 0,00023 · 842,5 = 0,474 Вт/(м·ºС);

λ₂ = 0,113 + 0,00023t₂ = 0,113 + 0,00023 · 393,5 = 0,204 Вт/(м·ºС).

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности пода при t_н = 47ºС для низа горизонтальной стенки α_пов = 9,1 Вт/(м²·ºС).

Тепловой поток через под печи

Вт

Проверяем выбранные температуры

t₁₂ = t_в – РR₁ = 945 – 862 · = 740ºС;

t_н = t_о + РR_н = 16 + 862 · = 46,7ºС.

Температуры выбраны правильно.

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности пода печи к окружающему воздуху при t_н = 46,7ºС α_пов = 9,1 Вт/(м²·ºС).

Теплопоступление от нагретой поверхности пода печи Q_п, Вт, в помещение цеха составит

Q_п = 9,1 · (46,7 – 16) · 3,08 = 860,5 Вт

Теплопоступления в помещение через загрузочное отверстие печей.

1. При закрытой двери загрузочного отверстия.

Конструкция двери: пеношамот δ = 0,115м, чугун δ = 0,014 м.

Для расчета теплопоступлений будем принимать во внимание только футеровку, пренебрегая влиянием чугунной дверки, т. к. толщина ее мала, а коэффициент теплопроводности велик.

Задаемся температурами t_в = 945ºС, t_н = 168ºС.

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности дверки при t_н = 168ºС для вертикальной стенки α_пов = 18,6 Вт/(м²·ºС).

Средняя расчетная температура

ºС

Коэффициент теплопроводности пеношамота

λ = 0,28 + 0,00023t_ср = 0,28 + 0,00023 · 556,5= 0,408 Вт/(м·ºС).

Коэффициент теплопередачи конструкции двери k_дв, Вт/(м²·ºС), составит

Вт/(м²·ºС)

Удельный тепловой поток, Вт/м², дверки

q = k (t_в.п – t_в) = 2,98 · (945 – 16) = 2762 Вт/м²

Проверяем принятую температуру

t_н = t_о + РR_н = 16 + 2762 · = 166ºС.

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности дверки печи к окружающему воздуху при t_н = 166ºС α_пов = 18,5 Вт/(м²·ºС).

Теплопоступление от нагретой поверхности дверки Q_дв, Вт, в помещение цеха составит

Q_дв = 18,5 · (166 – 16) · 0,3 = 832,5 Вт

2. Теплопоступления при открывании дверки загрузочного отверстия.

Данный расчет необходим для определения теплопоступлений в помещение и теплового облучения человека на рабочем месте около открытого отверстия. Для упрощения расчета обычно принимают, что излучение из отверстия q'_отв, Вт/м², соответствует излучению абсолютно черного тела и равно

, (24)

где Т_печ – абсолютная рабочая температура печи, ºК, Т_печ = 1223 ºК;

С_о = 5,7 Вт/(м²·ч·К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Удельный тепловой поток, Вт/м², от загрузочного отверстия при открывании дверей определяется по формуле

q_отв = φ_отв · q'_отв, (25)

где φ_отв  коэффициент облученности торцевой поверхности с учетом отражения боковых поверхностей в щелевом отверстии, определяется из графика в зависимости от геометрических размеров отверстия (h/d).

Для загрузочного отверстия камерной электропечи Н-45 величина

h/d = 0,5/0,6 = 0,83, следовательно φ_отв = 0,7

Вт/м²

Полный тепловой поток, Вт, через загрузочное отверстие при открывании дверки в течение времени τ = 10 мин составит

Q_отв = q_отв · F_отв = 89264 · 0,3 · 0,17 = 4552 Вт

Теплопоступления в помещение от зонта:

Тепловыделение от зонта над загрузочным отверстием находим по формуле:

Q_з =k · F_з · (t_см - t_р.з.), Вт (26)

где: k – коэффициент теплопередачи укрытия, Вт/(м²·°С) ; k=4,64 Вт/(м²·°С);

F_з – площадь поверхности укрытия, м²;

t_см – температура смеси газов и воздуха под укрытием, °С;

t_см =150…200°C;

t_р.з. – температура рабочей зоны помещения, °С; t_р.з. =16°C.

Q_з =4,64 · 0,7425 · (150 - 16_.) =461,65 Вт

Суммарные теплопоступления, Вт, в помещение термического цеха от электропечи Н-45 равны

Q = Q_с + Q_св + Q_п + Q_дв + Q_отв +Q_з= 2384 + 961,5 + 860,5 + 832,5 + 4552+461,65 = 10052,1 Вт

По укрупненным показателям для электропечей справедлива следующая зависимость

Q_п = N_у · k · 10³, (26)

где k – коэффициент, учитывающий долю тепла, поступающего в помещение, k = 0,22

Тепловыделения от оборудования, потребляющего электроэнергию, рассчитываются по удельным тепловым поступлениям в зависимости от вида производства по формуле

Q_эл = N_у · q_эл, (27)

где q_эл – удельные тепловые поступления в помещение, Вт/кВт.

Результаты расчета по всем видам оборудования приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7