3. 3 Складання теплового балансу

Для полум'яних печей тепловий розрахунок зводиться до визначення витрати палива. Незалежно від виду палива і призначення печі спожите нею тепло поділяється на корисно використовуване (на нагрів металу); витрачаєме на нагрів тари, захисного газу або потрапляє в піч повітря; втрачається піччю.

Для визначення максимальної витрати палива полум'яної печі складається тепловий баланс, який включає прибуткові та видаткові статті .

Вихідні данні:

Вага садки - 47 * 0,557 + 0,578 = 26,757 (тн)

Температура видачі металу - 850ºС

Температура відхідних газів t ух.г - 900ºС

Час цикла Т- 14 г

Маса оснастки – 0,425 * 8 = 3,400 (тн)

Нижча теплота згоряння палива Q = 8000 ккал/м³ = 33520 кДж/м³

Кількість поковок без проби – 47 шт

Кількість поковок з пробою – 1 шт

Маса поковки без проби – 0,557 т

Маса поковки з пробою – 0,578 т

Статті приходу тепла

1. Тепло що отримується в результаті згоряння палива:

Qхим = В · Qн ·Т, ккал (3.16)

Qхим = В · 8000 · 14 = 112000 · В, ккал = 469280 · В кДж

2. Тепло екзотрмічних реакцій:

Qэкз = 1350 · G ·а, ккал (3.17)

Qэкз = 1350 · 26757 ·0,005 = 180509, ккал = 756333 кДж

Статті витрат тепла

1. Корисне тепло для нагріву металу:

Qк = Qме · i_м, ккал (3.18)

Qк = 26757 · 139,5 = 3732601, ккал = 15639598 кДж

i_м = (130,8 + 148,1) / 2 = 139,5 ккал/кг = 585 кДж/кг

2. Тепло, що виходить за допомогою відхідних газів:

Q_ух.г = V_ух.г · i_ух.г · В· Т, ккал (3.19)

i_ух.г = С_ух.г · t_ух.г, ккал/м³

С_ух.г (0,363 + 0,369) / 2 = 0,366 ккал/м³С = 1,53 кДж/м³ С

i_ух.г = 0,366 · 900 = 329,4 ккал/м³ = 1380 кДж/м³

V_ух.г = 12,485 м³ для L = 1,3

Q_ух.г = 12,485 · 329,4 · В · 14 = 57578·В ккал = 241252·В кДж

3. Тепло від хімічної неповноти згоряння (хімічний недопал):

Q_{хим.нед.} = 0,01·σ ·В · Qн · Т, ккал (3.20)

σ = 2,68

Q_{хим.нед.} = 0,01 · 2,68 · В · 8000 ·14 = 3002 · В ккал = 12578·В кДж

4. Тепло від механічної неповноти згоряння (механічний недопал):

Q_{мех.нед.} = 0,02 · В · Qн · Т, ккал (3.21)

Q_{мех.нед} = 0,02 · В · 8000 · 14 = 2240 · В ккал = 9386 ·В кДж

5. Втрати тепла за рахунок теплопровідності кладки:

Fз.ст не буде, буде 2 вікна.

Q_кл = 1,2 [q_i (F_нар - F_ок +q₁₂ ·F_ок ] · Т, ккал (3.22)

F_б.ст = 6,89 · 1,92 · 2 = 25,6 м²

q_б.ст = (870 + 1020) / 2 = 945 ккал/м² ч = 3960 кДж/м²г (товщина стінки 700)

F_св. = 8,89 · 3,97 = 26,8 м²

q_св. = (780 + 920) / 2 = 835 ккал/м² ч = 4399 кДж/м²г (товщина свода 230 + 125)

F_ст. = 1,92 · 3,97 = 7,6 м²

q_ст. = (650 +700) / 2 = 675 ккал/м² ч = 2828 кДж/м²г (товщина стінки 345+125)

F_вікна = 2,55 · 1,68 = 4,3 м²

Q_вікна = (2400 + 28208) / 2 = 2610 ккал/м² ч = 10936 кДж

Q_кл. = 1,2 ·[ 2810 ·4,3 · 2 + 835 · 26,8 + 675 · 7,6 + 945 · 25,6 ] · 14 = 1156683 ккал = 4846502 кДж

6. Втрати тепла, обумовлені тепловими короткими замиканнями (витрати внаслідок порушення суцільності кладки термопарними трубами і т.д)

Q_т.к.з. = 0,5 · Q_кл, ккал (3.23)

Q_т.к.з. = 0,5 · 1156683 = 578332 ккал = 2423211 кДж

7. Втрати тепла випромінюємого через відкриті вікна

Q_изл. = Сs (Т / 100 ) · Fок · Ф · Y, ккал (3.24)

Сs (Т/ 100) = (65600 + 94000) / 2 = 79800 ккал/м² = 334362 кДж

Y = 0,2 Ф = 0,86

Q_изл. = 79800 · 4,3 · 0,86 · 0,2 · 2 = 118040 ккал = 494588 кДж

8. Втрати тепла на акомуляцію кладкою.

Q_ак = V_под · j_ш (12-11) * 1,1 ккал (3.25)

де j_ш = 1860 кг/м³ щільність шамота

V_ш = 6,69 · 2,25 · 3,97 – 2,76 · 5,97 ·1,7 = 31,5 м³

12 = 950ºС

11 = 300ºС

11-12 = 79 ккал/кг

V_под = 6,69 · 2,47 · (0,144 ÷ 0,186) = 5,5 м³

12 = 950ºС

11 = 800ºС

11-12 = 17 ккал/кг

V_кл. = 31,5 – 5,5 = 26 м³

Q_ак.под. = 5,5 · 1860 · 79 · 1,1 = 888987 ккал = 3724855 кДж

Q_ак.кл. = 26 · 1860 · 1,7 · 1,1 = 904332 ккал = 3789151 кДж

Q_{ак.кл.общ.} = 904332 + 888987 = 1793319 ккал = 7514007 кДж

9. Втрати тепла на нагрів оснастки

Q_т = G_т· 1т, ккал (3.26)

G_т = 3400 кг

Q_т = 3400 · 138,5 = 474300 ккал = 1987317 кДж

10. Неврахованні втрати

Q_неучт. = 0,1 · Q_н · Т, ккал (3.27)

Q_нет. = 0,1 ·В · 8000 · 14 = 11200 · В ккал = 46928 ·В кДж

Рівняння теплового баланса

469280 * В + 756333 = 1563712 +241252 * В + 12578* В +9386* В+4846502 + 2423211 + 494588 + 7514007 + 1987317 +46928 * В

В = 206 м³

В` = 1,1 * В

В` = 1,1 * 206 = 227 м³/ч

Q = (227 * 14) / 26,757 = 119 м³/тн

Таблиця 3.4

Тепловий баланс

№	Статті приходу	кДж	%	№	Статті витрат	кДж	%
1	Тепло, отримане при згорянні палива.	96671680	99,2	1	Тепло, витрачаєме на нагрів металу	15639598	21,5
2	Тепло екзотермічних реакцій	756333	0,8	2	Тепло, що відноситься газами	49697912	51,0
				3	Втрати тепла через кладку	4846502	4,97
				4	Втрати через відкрите вікно	494588	0,5
				5	Тепло, на акомуляцію кладкою	7514007	7,7
				6	Тепло на нагрів оснастки	1987317	2,04
				7	Невраховані втрати	9667168	13,5
	Всього:	97428013	100		Всього:	97428013	100

Тепловий коефіцієнт корисної дії печі періодичної дії дорівнює відношенню корисної теплоти, що витрачається на нагрів садки, до всієї теплоти, що витрачається за час циклу:

, (3.28)

З технічних характеристик маємо що продуктивність печі складає А = 2,4 тони на годину, з відси розрахунок на рік:

- за добу 24·2,4 = 57,6 т

- за рік 252·57,6 = 14515 т або 29030 шт/рік.