Составление теплового баланса печи

При проектировании печи после определения её основных размеров выполняют конструктивную разработку. В данном примере расчёта это сделать невозможно, поэтому при составлении теплового баланса приходится опускать некоторые статьи расхода тепла, не превышающие 5% всего расхода.

Приход тепла

1. Тепло от сжигания топлива:

,где -- искомый расход топлива,

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом:

.

3. Тепло, вносимое подогретым газом:

.

В данном примере топливо не подогревается.

.

4. Тепло экзотермических реакций (при угаре 1%, теплота сгорания железа порядка 5650 )

.

Расход тепла

В силу отмеченных причин при составлении теплового баланса опущены следующие статьи расхода:

а) потери тепла излучением через открытые окна;

б) потери от химической неполноты сгорания;

в) потери от механической неполноты сгорания

1. Тепло, затраченное на нагрев металла:

.

2. Тепло, уносимое уходящими газами.

Прежде всего следует определить теплоёмкость дымовых газов при

;

;

;

;

.

.

3. Потери тепла через кладку теплопроводностью.

Потери через свод. Площадь свода 285,2 м², толщина свода 0,3 м, материал – шамот. Потерями через под пренебрегаем. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна температуре газов.

Средняя температура газов в печи

.

Если считать, что температура наружной поверхности кладки около 50^оС, то средняя температура огнеупорного материала свода (1120+50)/2 = 585 ^оС. По этой температуре выбираем коэффициент теплопроводности шамотного материала:

.

Таким образом потери через свод составят

,

где -- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стен к

окружающему воздуху, равный .

Потери через стены. Кладка стен выполнена двухслойной (шамот

345 мм, диатомит 115 мм)

Площадь стен, м²:

методической зоны ;

сварочной зоны ;

томильной зоны ;

торцевых зон ;

__________________________

Полная мощность стен 174,3

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев.

Средняя температура слоя шамота равна , а слоя диатомита ,

где - температура на границе раздела слоев, °С; - температура внутренней поверхности кладки, °С; - температура наружной поверхности кладки, ° С.

Коэффициент теплопроводности шамота

, Вт/(м К).

Коэффициент теплопроводности диатомита

, Вт/(м К).

В стационарном режиме

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности

или

Решение этого квадратичного уравнения дает значение

=706 °С

При прямолинейном распределении температуры по толщине стены средняя температура шамота будет равна 913 ^оС, а диатомитового кирпича 373 ^оС.

Следовательно:

Вт/(м °С)=3,18 кДж/(м ч °С);

Вт/(м °С)=0,61 кДж/(м ч °С).

.

Полные потери через кладку .

4. Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равными 10% прихода (т.е. от ):

.

5. Неучтённые потери. В связи с тем, что нами не учтены некоторые статьи расхода части баланса, неучтённые потери принимаем в размере 15% прихода тепла

.

Составим уравнение теплового баланса печи

.

Результаты расчетов сведем в таблицу (таблица 3).

Таблица 3 - Тепловой баланс методической печи

Статья прихода, кДж/ч	Статья расхода, кДж/ч
1. Тепло от горения топлива (12000·12775) 153·10^6 2. Физическое тепло воздуха (1872,64·12775) 23,92·10^6 3. Тепло экзотермических реакций 4,52·10^6 Итого 181,44·10^6	1.Тепло на нагрев металла 65,28·10^6 2. Тепло, уносимое уходящими газами (5418,9·12775) 69,13·10^6 3. Потери через кладку 2,93·10^6 4. Потери тепла с охлаждающей водой (1387,26·12775) 17,62·10^6 5. Неучтенные потери (2080,89·12775) 26,48·10^6 Итого 181,44·10^6

Удельный расход тепла на нагрев 1кг металла составит

.

Общий расход топлива на печь делится по зонам в соответствии с имеющимися данными. В случае наличия трёх зон отопления можно общий расход топлива разделить следующим образом, % ( ):

Методическая 35(4471,25)

Сварочная 45(5748,75)

Томильная 20(2555)

Затем при проектировании печи, по конструктивным соображениям выбирают целесообразное число горелок на каждую зону отопления и находят тепловую производительность одной горелки. По этой величине обычно по нормалям выбирают конкретные размеры горелки.

Список литературы

1. Металлургическая теплотехника. В 2-х томах. Т.1. Теоретические основы. Кривандин В.А., Арутюнов В.А., Мастрюков Б.С. и др. – М.: Металлургия, 2002.

2. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей: В 2-х томах. Т.2. Мастрюков Б.С., Расчеты металлургических печей. М.: Металлургия, 1986.

3. Металлургические печи. Кривандин В.А., Мастрюков Б.Л., М.: Металлургия, 1997.

4. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей: В 2-х томах. Т.1. Кривандин В.А., Филимонов Ю.П., Теория и конструкции металлургических печей. М.: Металлургия, 1986.

5. Телегин Л.С., Швыдский В.С., Ярошенко Ю.Г., Тепломассоперенос – М.: Металлургия, 1995.

Дата добавления: 2015-07-25