Тепловой баланс методической печи. Приход тепла. 1)Определим химическое тепло топлива: где В(м3/с) – расход газа подаваемого па печь. 2)Физическое тепло воздуха: где iВ – энтальпия воздуха при tВ=454 оС [3. стр.37]. 3)Тепло экзотермических реакций: где а=0,012 – доля окисленного металла [4. стр.8]; 5650 – тепловой эффект окисления 1 кг железа, [3. стр.8]; G=155 т/ч – производительность печи. Общий приход тепла: Расход тепла. 1) Расход тепла на нагрев металла: где iк=861(кДж/кг) и iн=0(кДж/кг) - энтальпия металла в конце и начале нагрева. 2) Потери тепла на нагрев окалины: где m – количество окалины от окисления 1 кг железа, m=1,38 С0 – теплоёмкость окалины, С0=1 tм=1503(К) и tн - температура окалины, принимается равной температуре поверхности металла соответственно в начале и конце нагрева. 3) Потери тепла с уходящими газами: Энтальпия уходящих газов: 4)Потери тепла через кладку теплопроводностью.
Стены печи двухслойные выполненные: - внутренний слой – ША h=348 мм; - внешний – диатомитовый кирпич h=116 мм. Под печи трехслойный: - первый (внутренний) слой – хромомагнезитовый кирпич; - второй (рабочий) слой – ШБ (шамотный кирпич класса Б); - третий слой – Д-500 теплоизоляционный диатомитовый кирпич.
Свод печи однослойный выполнен из каолинового кирпича: ШБ 300 мм. Формулы для расчёта теплопроводности материалов кладки: Шамотный кирпич ША: Хромомагнезитовый кирпич: Шамотный кирпич ШБ : Диатомовый кирпич Д-500: Каолиновый кирпич: где - средняя по толщине температура слоя. а)Расчет стены печи: Рис.1 Схема стенок печи. Расчёт ведётся методом последовательных приближений.
Первое приближение.
Предварительно находим тепловое сопротивление кладки при температуре, где - на границе слоев (ШБ) и - наружных слоев.
Тепловое сопротивление слоя: Принимаем коэффициент теплоотдачи равным 0=15, . Внешнее тепловое сопротивление: Общее тепловое сопротивление: Плотность теплового потока при tп=1330оС и tв=20оС: Так как разница между предыдущим и полученным значениями q> 5%,расчет необходимо повторить.
Второе приближение.
Находим температуру на границах слоев кладки: Средняя температура слоя: Теплопроводность слоя: Тепловое сопротивления слоя: Коэффициент теплоотдачи: Внешнее тепловое сопротивление: Общее тепловое сопротивление: Плотность теплового потока при tк=1330оС и tв=20оС: Так как разница между предыдущим и полученным значениями q > 5%, расчет необходимо повторить: q=q- q0/ q& #61655;100%=(1341-896) /1341100%=33,18%. Третье приближение.
Этот расчёт выполняется по аналогии с предыдущим, поэтому приведём только его результаты: t=922,3оС; tн=124,4оС; t1= 1126,1оC; t2=523,379оC; R1=0,305 (м2К)/Вт; R2=0,598 (м2К)/Вт; =15,31 Вт/(м2К); Rн=0,065 (м2К)/Вт; R0=0,968 (м2К)/Вт; q=1353, 305 Так как разность q и q меньше 5%, пересчёта не требуется.
Тепловое сопротивление пода больше, чем стен. Отсюда можно принять удельные потери через под 0,75 от потерь через стены, т. е.: qn.n=0,75qcт=0,75 ;1353,305=1015 Вт/м2. б)Потери тепла через кладку свода.
Расчёт проводим методом последовательного приближения аналогично расчёту потерь через кладку стен, поэтому приведём только результаты расчёта: tн=183,9оС, =52 , R0=0,144 , q=9087,81 . Рис.2 Схема свода печи. Потери тепла через кладку вычисляем по формуле: где - плотность теплового потока в окружающую среду (через стены, под и свод печи); - расчетная поверхность i-го элемента кладки, м2. Расчётная поверхность пода: где Вп=9,6 (м) – ширина печи, L – длина пода при торцевой загрузке: L=Lрасч1,045=1,045᠕ 5; . Расчётная поверхность свода: где Hм=H0+=1,23 м, Hсв=H0+=1,93 м, Hт=1,5+=1,73 м. Определение активной длины пода по зонам: методическая – Lм= L1/& amp;#61556;=34,03 ;&am p;#61493;3,469=10,84 м; сварочная – Lсв= L2/& amp;#61556;=34,03 ;9493,469=19,12 м; методическая – Lт= L3/& amp;#61556;=34,030᠄ 4;4143,469=4,07 м. Конструктивно принимаем две сварочные зоны с Lсв=9,56м. Следовательно потери тепла через кладку: 5) Потери тепла через окна: Принимаем, что окно посада открыто всё время (1=1) на h0=2& #61655;=0,46 м Площадь открытия окна посада: Толщина кладки стен ст=0,464 м. Коэффициент диафрагмирования окна Ф=0,7 [5. рис.1]. Температура газов: - у окна задачи =1273К; - у окна выдачи =1533К. Потери тепла через окно задачи: Потери тепла через окно выдачи: Общие потери тепла излучением: 6) Потери тепла с охлаждающей водой. В табл.1 [4] указаны водо-охлаждаемые элементы методических печей и потери в них. Расчётом определяем только потери в продольных и поперечных трубах, так как это составляет 80-90% от всех потерь.
Остальные потери учитываются увеличением полученных потерь в трубах на 10-20%. Максимальное расстояние между продольными трубами: С учётом запаса прочности расстояние между трубами принимаем на 20-30% меньше максимального: Диаметр и толщина подовых труб: 12722 мм. Количество продольных труб: где lз – длина заготовки, м. Свешивание заготовки: Общая длина продольных труб: Поверхность нагрева продольных труб: Плотность теплового потока принимаем равной qпр=100 [3.табл.1]. Потери тепла с охлаждающей водой продольных труб: Принимаем конструкцию сдвоенных по высоте поперечных труб. По длине сварочной зоны и 1/3 методической расстояние между поперечными трубами принимаем равным =2,32 м. На остальной части длины методической зоны продольные трубы опираются на продольные стенки.
Количество сдвоенных поперечных труб: Общая длина поперечных труб: Поверхность нагрева поперечных труб: Плотность теплового потока принимаем равной [3.табл.1]: qпп=150 . Потери тепла с охлаждающей водой поперечных труб: Общие потери с охлаждающей водой подовых труб: а потери тепла с теплоизоляцией: Потери тепла с охлаждающей водой всех водо-охлаждаемых элементов печи без теплоизоляции подовых труб: а с теплоизоляцией подовых труб: 7)Неучтённые потери тепла составляют (10-15)% от суммы статей Qк+Qп+Qв: Общий расход тепла: Приравнивая расход тепла к приходу, получим уравнение теплового баланса: или, тогда расход топлива с термоизоляцией Выбираем трубы без изоляции.
Таблица 3 Тепловой баланс печи Всего 126734,6 100 126735,03 100 Невязка составляет – 0,00033% Определим другие показатели.
Коэффициент полезного действия печи: Удельный расход тепла: Удельный расход условного топлива: где Qу=29300 кДж/кг – теплота сгорания условного топлива. Для дальнейших расчетов: - расход воздуха: - расход продуктов горения: 4.