Читайте также:
|
|
Приход тепла
Тепло от горения топлива:
Qпг = Qрн ∙B, кВт (2.64)
где Qрн – тепло сгорания топлива, кДж/м3; B– расход топлива, м3/с.
Qпг = 35210,776 ∙Х, кВт
Тепло, вносимое подогретым воздухом:
Qпвоз = cвоз ∙ tвоз ∙ B ∙ Lα, кВт (2.65)
где своз – удельная теплоёмкость воздуха при температуре нагрева, кДж/(м3·град) для регенеративной печи,
tвоз = tвн + (50ч100) = 1200, ˚С (2.66)
где tвн – температура нагрева воздуха в горелке, ˚С.
cвоз = 1,4328 (при t = 1200 ˚С);
Lα – действительное количество воздуха подаваемого на горение: Lα = 11,442 м3/м3
Qпвоз = 1,4328∙1200∙11,0736∙В = 17972,917∙В (кВт)
Теплом, вносимым подогретым топливом, пренебрегаем из–за его незначительности.
Общий приход тепла составит,
Qп = Qпг + Qпвоз (2.67)
Qп = 33998,966∙В + 17972,917∙В = 53183,69∙В кВт
Расход тепла
Тепло, идущее на процесс стеклообразования:
Qрст = qст ∙Gст, кВт (2.68)
где qст – расход тепла на процесс стеклообразования, кДж/кг стекла; Gст – количество сваренной стекломассы, кг/с.;
Gст = 160000 / 24∙3600 = 1,85 кг/с
Qрст = 2785,85∙1,85 = 5153,8 кВт
Потери тепла с уходящими продуктами горения:
Qрп.г. = Vдα ∙ tд ∙cд ∙B, кВт (2.69)
где Vдα – количество продуктов горения, образующихся при сгорании 1 м3 топлива, м3/м3; tд – температура отходящих дымовых газов, ˚С; cд – удельная теплоёмкость дымовых газов при температуре tд определяется исходя из состава продуктов горения:
сд = (СО2∙сСО2 Н2О∙сН2О ∙ О2 ∙ сО2 + N2 ∙ cN2 +SO2 ∙ cSO2) / 100, кДж/(м3∙град)
где с СО2, сН2О, с О2, с N2, с SO2 – средняя теплоемкость газов при температуре кДж/(м3×град); N2, CO2, H2O, O2, SO2– состав продуктов горения (из расчета горения топлива), %.
С СО2 = 2,3536 кДж/(м3∙град),
СН2О = 1,8739 кДж/(м3∙град),
С О2 = 1,5371 кДж/(м3∙град),
С N2 = 1,4520 кДж/(м3∙град).
с д = (8,607∙2,3536+16,894∙1,8739+3,146∙1,5371+71,353∙1,4529)/100
= 1,6048 (кДж/(м3∙град),
Qрп.г. = 12,525∙1590∙1,6048∙В = 31958,83∙В, кВт
Потери тепла излучением через открытые отверстия печи
Qризл = ΣQизлi , кВт, (2.71)
где Qизлi – потери тепла излучением через открытые отверстия: загрузочный карман, влёты горелок, пережим, кВт.
Потери тепла излучением через открытые отверстия:
Qизл = c0 ∙ φ ∙F((Tпр /100)4 – (Токр/100)4) / 1000, кВт (2.72)
где Тпр и Токр – абсолютная температура соответственно печного пространства и окружающей среды, воспринимающей излучение, К; F – площадь поверхности излучения, м2; с0 – коэффициент излучения, равный 5,7 Вт/(см2·К4); φ – коэффициент диафрагмирования, зависящий от размера окна и толщины кладки.
Потери тепла через загрузочный карман.
Площадь отверстия, через которое теряется излучение:
, (2.73)
где h – высота подъёма арочного свода; b – ширина загрузочного кармана, по чертежу принимаем b=1,6 м,
, (2.74)
Т = 1813К, Т = 673К,
,
,
Коэффициент диафрагмирования находим из рисунка 3.17[1] в зависимости от соотношения высоты окна и толщины кладки (δ=0,53) для прямоугольного вытянутого отверстия: φ=0,48,
Q/изл = (5,7∙0,48∙0,213((1813/100)4 – (673/100)4) / 1000 = 61,77(кВт)
Потери тепла через влёты горелок.
Т окр определяется из соотношения:
Т окр = ((tд + tв) / 2)+273К, (2.75)
где tд – температура дымовых газов, покидающих пламенное пространство, tд = 1590 C; tв – температура подогреваемого воздуха, .
Т окр = ((1590+1200)/2)+273 = 1668 (К)
Площадь влётов горелок
Fвл = 0,03 ∙ F, м2 (2.76)
Fвл = 0,03 ∙ 68,57 = 2,057 (м2)
Коэффициент диафрагмирования определяем аналогично(высота влета по чертежу h=0,71м, толщина δ=0,5м), φ=0,73, тогда формула примет вид:
Q = (5,7∙0,73∙3,126∙ ((1863/100)4 – (1668/100)4) / 1000 = 560,024 (кВт)
Так как в нашем случае проток заглублен, то потерь тепла излучением в студочную часть нет.
Общие потери излучением составят:
Qризл = Q1изл + Q2изл, кВт (2.77)
Qризл = 61,77+560,024 = 621,79 (кВт)
Тепло, теряемое на нагрев обратных потоков стекломассы
Qрконв = (n–1) ∙ G ст ∙ (c ст ∙t ст – c обр ∙ t обр), кВт (2.78)
гдеn —коэффициент потока, равный отношению количества стекломассы поступающей в выработочную часть, к вырабатываемой. Для заглубленного протока принимаем n1,2; Gст — количество вырабатываемой стекломассы, кг/с; cст —теплоёмкость прямого потока стекломассы при t ст; собр – теплоёмкость обратного потока стекломассы при t обр
Температура зеркала стекломассы 15000С, а градиент температуры для бесцветного тарного стекла составляет 20С на 1см глубины. В нашем случае прямой и обратный поток стекломассы будут на глубинах соответственно 1180мм и 1560мм(глубина протока 380мм),следовательно их температуры составят:
t ст = 1500 ∙ 118 ∙ 2 = 1264 C; tобр = 1500–156 ∙ 2 = 1188 С.
Теплоемкости этих потоков найдем по формуле:
сст = 0,672+0,00046 ∙ t ст = 1,195 (кДж/(кг∙К),
с обр = 0,672+0,00046 ∙ t ст = 1,155 (кДж/(кг∙К),
Qрконв = (1,2–1) ∙ 2,89 ∙ (1,195 ∙ 1264–1,155 ∙ 1188) = 79,96 (кВт)
Расчёт потерь тепла через кладку печи в окружающую среду производится по формуле:
Qркл = Σ q клi ∙ Fi, кВт (2.79)
где q клi – тепловой поток, теряемый через кладку i –го участка печи, Вт/м2; —площадь i –го элемента кладки печи, м2.
Рассчитывается тепловой поток, теряемый отдельно через дно, через стены бассейна печи, через стены пламенного пространства печи и свод. Определим площади всех этих элементов. Расчет ведем по средней линии.
Определяем площадь дна бассейна:
Fдна = Lдна ∙ Bдна + Fзагр.к., м2, (2.80)
где q – длина варочного бассейна по средней линии, м; B – ширина варочного бассейна, м; Fзагр.к – площадь дна загрузочного кармана, м2.
Fдна = 6,67 ∙ 17,5 + 1,415 ∙ 2,61 = 120,415 м2,
Определяем площадь изолированных стен бассейна:
Fи.ст.б. = hст.и. ∙ P, м2, (2.81)
где h ст.и. – высота стены варочного бассейна печи с изоляцией, м; – периметр варочного бассейна печи по средней линии, м.
F и.ст.б. = 1,005 ∙ (6,67 – 2,61+2 ∙ 17,5+6,67–1,03+2,61∙ 1,415) = 48,635 м2.
Определяем площадь стен бассейна без изоляции:
Fсвода = h.ст.б.и ∙ P, м2, (2.82)
где h ст.б.и – высота стены варочного бассейна печи без изоляциии, м;
F и.ст.б. = 0,2∙ (6,67–2,61+2∙ 17,5+6,67–1,03+2,61∙ 1,415) = 9,68 м2
Определяем площадь свода стекловаренной печи:
Fсвода = lсвода ∙ bсвода, м2, (2.83)
где lсвода – длина дуги свода печи, м; bсвода – ширина свода печи, (bсвода = 6,845м),
lсвода = (п∙ R∙ n) / 180,м, R = b/2sin30, м,
lсвода = 3,14∙ 6,74∙ 60 / 180 = 7,055 м,
Fсвода = 7,055∙ 6,74 = 47,55 м2.
Аналогично определяем площадь стен пламенного пространства печи с изоляцией и без нее, а также площади изолированных и неизолированных торцевых стен. Результаты расчёта приведены в табл.5.
Расчет потерь тепла в окружающую среду через изолированные стены бассейна рабочей камеры печи.
Стены бассейна сложены из бакора–33 толщиной 0,25м,шамотного огнеупора марки ША–№9 толщиной 0,125 м, а также шамотного легковеса марки ШЛ–1,0 толщиной 0,13м. температуру стены находим по формуле:
tстены = (tстекла + tдна) / 2 = (1500+1264) / 2 = 1382 С
Принимаем наружную температуру стенки tн=1650С.
Рассчитываем тепловой поток проходящий через кладку стены:
q0 = tстены – tн / (δ бк / λ бк + δ ша / λ ша + δ шл1/ λ шл1)
где δ бк, δ ша, δ шл1 – толщины огнеупоров (приведены выше), м;
λ бк, λ ша, λ шл1 – коэффициенты теплопроводности этих огнеупоров, Вт/м2К.
λ бк (при t = 1382 C) = 5,9 Вт/м . К
λ ша = 0,7+0,00064 . tн = 0,7+0,00064 . 165 = 0,806 Вт / м . К
λ шл1 = 0,28+0,00023 . tн = 0,28+0,00023 . 165 = 0,318 Вт / м . К
Коэффициент теплопроводности для бакора находим из[1] по графику приложения №4.
q0 = 1382–165/(0,25/5,9+0,125/0,806+0,13/0,318) = 1909 Вт/м2
Находим температуру промежуточных точек:
t1 = tстены – q0 ∙ δ бк / λ бк = 1382–1909 ∙ (0,25/5,9) = 1301 С
t2 = tстены – q0 ∙ (δ бк / λ бк + δ ша / λ ша) = 1382–1909 ∙ (0,25/5,9+0,15/0,806) = 945,614 С
t3 = tстены – q0 ∙ (δ бк / λ бк + δ ша / λ ша + δ шл1/ λ шл1) = 1382–1909 ∙ (0,25/5,9 + 0,15/0,806 + 0,13/0,318) = 165 С
Определим средние температуры слоев футеровки:
t1ср = (tст +t1) /2 = (1382+1301) / 2 = 1342 С,
t2ср = (t1 +t2)/2 = (1301+945,614) / 2 = 1123 C,
t3ср = (t2 + t3)/2 = (945,614+165)/2 = 555,307 С.
Уточняем значения λ, соответствующее средним температурам слоев:
λ бк (при tн = 1342 C) = 5,7 Вт/м∙К,
λ ша = 0,7+0,00064∙tн = 0,7+0,00064∙1123 = 1,419 Вт/м∙К,
λ шл1 = 0,28+0,00023∙tн = 0,28+0,00023∙555,307 = 0,408 Вт/м∙К.
Рассчитаем уточненный тепловой поток через стены бассейна печи:
q1 = 1382–165/(0,25/5,7+0,15/1,419+0,13/0,408) = 2598 Вт/м2
Уточняем температуры промежуточных точек:
t11 = 1382–2798∙ (0,25/5,7) = 1268 С,
t22 = 1382–2598 ∙ (0,25/5,7+0,15/1,419) = 993,396 С,
t33 = 1382–2598∙ (0,25/5,7+0,15/1,419+0,13/0,408) = 165 С.
Находим уточненные средние температуры слоев футеровки:
t11ср = (1382 + 1268)/2 = 1325 C,
t22ср = (1268 + 993,396)/2 = 1131 C,
t33ср = (993,396 + 165)/2 = 579,198 С.
Определяем значения коэффициентов теплопроводности при этих температурах:
λ бк (при tн = 1325 С) = 5,5 Вт/ м ∙ К
λ ша = 0,7+0,00064∙tн = 0,7+0,00064∙1131 = 1,424 Вт/м∙К,
λ шл1 = 0,28+0,00023∙tн = 0,28+0,00023∙579,198 = 0,413 Вт/м∙К.
Определяем значение коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду, Вт/(м∙К):
α 2 = A∙ 4√ tн – tв +((5,67∙Eст)/(tн – tв)) ∙ ((Tн /100)4 – (Tв /100)4), Вт/м∙К(2.84)
где А – коэффициент, учитывающий размещение футеровки. Принимается для стен 2,6; пода 1,6; свода 3,3; Eст – степень черноты наружной поверхности футеровки, определяется в соответствии с приложением 4 [1].
α 2 = 2,6∙4√165–20 + ((5,67∙0,75)/165–20)) ∙ ((438/100)4–(293/100)4) = 17,655 Вт/м∙К
Найдем коэффициент теплопередачи
К = 1/(δ бк / λ бк + δ ша / λ ша + δ шл1 / λ шл1 +1/α 2), Вт/м2 (2.85)
К = 1/(0,25/5,5 + 0,15/0,24 + 0,13/0,413 + 1/17,655) = 1,915 Вт/м2
Расчетная температура внешней поверхности:
tн = tокр.ср. +(K/ α 2) ∙ (tст – tокр.ст.), С (2.86)
tн = 20 + 1,915/17,655∙(1382–20) = 167,773 С
qн = 1382–165/(0,25/5,5+0,15/1,424+0,13/0,413+1/17,655) = 2326 Вт/м2.
Принятая нами в начале температура наружной стенки 165 0С отличается от расчетной менее чем на 3 0С,что доказывает правильность расчета.
Аналогично рассчитываем температуры и для всех остальных элементов печи. Результаты расчета приведены в таблице. В таблицу заносим: тип используемых для кладки отдельных участков печи огнеупорных и теплоизоляционных материалов, толщину кладки, коэффициент теплопроводности, тепловое сопротивление кладки, температуру на верхней поверхности кладки и площадь поверхности кладки. Тип огнеупорных и теплоизоляционных материалов для кладки отдельных участков печи принимается конструктивно с учётом рекомендаций изложенных в справочнике [1] глава 3.2.
Таблица 2.17 – Потери тепла в окружающую среду через кладку рабочей камере печи
Участок печи | Материал кладки | δ,м | λ, Вт/(м·К) | ∑δi/ λi | tвн, °С | qкл, кВт/ м2 | F, м2 | Qклр, кВт |
Дно печи | БК–33 ШСУ–33 | 0,195 0,6 | 5,1 1,141 | 0,564 | 116,73 | 202,6 | ||
Стены бассейна: нижний ряд верхний ряд | БК–33 ША №9 ШЛ–1,0 БК–33 | 0,25 0,15 0,13 0,25 | 5,5 1,424 0,413 3,6 | 0,466 0,069 | 48,635 9,68 | 113,1 106,5 | ||
Стены пламенного пространства нижний ряд верхний ряд | БК–33 БК–33 ШЛ–1,3 | 0,6 0,25 0,25 | 3,45 6,25 0,75 | 0,17 0,37 | 9,194 36,008 | 54,152 114,541 | ||
Свод печи | ДСУ ДЛ ШЛ –1 | 0,38 0,115 0,115 | 2,359 1,025 0,4 | 0,56 | 49,04 | 115,047 |
Общие потери тепла в окружающую среду через кладку печи составят:
Qркл = 202,6+113,1+106,5+54,152+114,541+115,047 = 705,94 кВт.
Потери тепла с выбивающимися дымовыми газами:
Qрвыб = (0,03–0,05) ∙Q, кВт (2.87)
Qрвыб = 0,03∙53183,69∙В, кВт
Неучтённые тепловые потери:
Qрнеучт. = (0,03–0,05) ∙Qп, кВт (2.88)
Qрнеучт. = 0,04∙53183,69∙В, кВт
Расход тепла по печи:
Qр = ΣQрi, кВт (2.89)
Qр = 5053,8+31958,83 ∙ В+79,96+621,79+705,94+1595,51 ∙ В+2127,35 ∙ В = =6461,49+35681,69 ∙ В, кВт
Расход топлива Х определяется решением уравнения, полученного приравниванием расхода и прихода.
Qп = Qр (2.90)
53183,69∙В = 35681,69∙В + 6461,49; 17502∙В = 6461,49
В = 0,37 м3/с
На основании результатов расчёта составляется таблица 2.9 теплового баланса печи.
Таблица 2.9 – Тепловой баланс варочного бассейна стекловаренной печи
Приход | Количество теплоты | Расход | Количество теплоты | ||
кВт | % | кВт | % | ||
1.Химическая теплота от сгорания топлива | 13455,63 | 68,14 | 1.Теплота на реакции стеклообразования | 5153,8 | 26,07 |
2.Физическая теплота воздуха для горения | 6290,5 | 31,86 | 2.Потери тепла с уходящими продуктами горения | 11824,77 | 59,83 |
3.Потери тепла излучением через открытые отверстия | 621,79 | 3,15 | |||
4.На нагрев обратных потоков стекломассы | 79,96 | 0,40 | |||
5.Потери тепла через кладку печи | 705,94 | 3,57 | |||
6.Потери тепла с выбивающимися газами | 590,34 | 2,99 | |||
7.Неучтённые тепловые потери | 787,12 | 3,98 | |||
Итого: | 19746,13 | Итого: | 19763,72 |
Невязка баланса составляет 0,089%.
Расчёт показателей эффективности работы стекловаренной печи.
Для сравнения между собой показателей работы печей и сопоставления расчетных данных с практическими данными однотипных конструкций работающих печей определяют удельный расход тепла и удельный расход условного топлива, коэффициент полезного действия печи.
Удельный расход теплоты на варку 1 кг стекломассы, кДж/кг:
Qуд = Qрн ∙B / Gст, (2.91)
где Gст − количество сваренной стекломассы, кг/с; Qрн − тепло сгорания топлива кДж/м3 или кДж/кг; В − общий расход топлива по печи,включая варочную и выработочную часть, м3/с или кг/с.
Qуд = (35210,7756∙0,37) / (160000/(3600∙24)) = 7042,16 кДж/кг
Удельный расход условного топлива:
Вусл = (Qрн ∙В)/(29330∙Gст) = Q уд /29330, кг усл.т./кг∙см (2.92)
где Qусл − теплота сгорания условного топлива, Qусл = 29300 кДж / м3 или кДж/кг;
Вусл = 7042,16 / 29330 = 0,24 кг усл.т./кг см.
Коэффициент полезного действия печи:
а) по общей теплоте на реакции стеклообразования, %,
ηобщ = (Q рн /Q р) ∙100, % (2.93)
ηобщ = (5153,8 / 19746,13) ∙100 = 26,1%
б) по химической теплоте топлива, %,
ηхим = (Q рн /Q пг ) ∙100, % (2.94)
ηхим = (5153,8 / 11824,77) ∙100 = 43,58%
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 329 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Определение основных размеров ванной стекловаренной печи | | | Расчет сечений каналов и газоходов |