Лабораторная работа №3. Тепловой баланс непрерывно-действующих печей.

Тепловой баланс такого типа составляют при проектировании новых печей и при испытаниях действующих печей на предприятиях. Тепловой баланс позволяет выявить удельные расходы топлива на сушь или обжиг изделий и наметить пути более эффективного использования топлива.

Составление теплового баланса сопутствует материальный (газовый) баланс печи, на основании которого устанавливается соответствие, подаваемых и отбираемых количеств газа и воздуха.

Материальный баланс (данные для расчета)

1. Количество воздуха и продуктов горения принимается по данным
измерений в различных местах печи.

2. Расход топлива на печь (кг/час, м³/час), либо по установленным в
печи приборам, либо определяется непосредственно в период
испытания.

3. Избыток воздуха в начале зоны обжига или сушки определяется
по данным анализа газов.

4. Расчетное количество продуктов горения и расход воздуха на
горение в зоне обжига или сушки определяется по составу
топлива при найденном избытке воздуха.

5. Расход воздуха на горение, поступающего из зоны охлаждения,
подсчитывается как разность между фактическими замеряемым
и расчетными.

6. Количество подсасываемого воздуха в зоне подогрева
подсчитывается по количественному составу газов и избытку
воздуха в начале и конце зоны.

7. Потери через неплотности печей определяются как разность
между приходной и расходной частями баланса.

Таблица 5

Примерный (материальный) газовый баланс.

Зоны	№ статьи	Наименование статьи	м^3/час	%
		Приход
Охлаждения	1. 2. 3.	Воздух охлаждения изделий Воздух на завесу Продукты горения из зоны обжига	- -	- -
Обжига	1.	Воздух для горения
Подогрева	1.   2. 3.	Продукты горения, возвращенные в печь (рециркуляция) Продукты горения из зоны обжига Подсос наружного воздуха	1800 4200	25 58
		Расход
Охлаждение	1. 2. 3.	Воздух, отбираемый на сушку То же на горение Потери через неплотности	3800 600 1100	69 10
Обжига	1. 2.	Продукты горения в зону подогрева Потери через неплотности	-	-
Подогрева	1.	Удаление дымовых газов в атмосферу.

Основное уравнение теплового баланса.

Обозначения:

Q_пр. - общее количество тепла, поступающего в печь, слагаемое из полезно израсходованного тепла и теплопотерь (Q _расх)

Q_пр = Q _расх

Приходная часть баланса всей печи и отдельных зон слагается из следующих элементов:

Q_т - энергия горения топлива.

Q_T1 -теплосодержание топлива (физическое тепло топлива).

Q_в. - тепло воздуха, расходуемого на горение топлива

Q_ox - тепло воздуха, подаваемого на охлаждение изделий.

Q_м - тепло, вносимое загружаемым материалом (изделиями)

Q_ом - тепло остывающего материала (изделий)

Q_тр - тепло, вносимое вагонетками

Q_отр1, - тепло остывающих вагонеток

Q_в1- тепло воздуха, подсасываемого в печь вне зоны горения.

Расходная часть баланса печи и отдельных зон.

Q_вл.. -тепло на испарение влаги

Q_н.вл. - тепло на нагревание влаги до температуры уходящих газов.

Q_хим. - тепло, расходуемое на химические реакции при обжиге

Q_пр. - тепло, расходуемое на нагревание материала до температур обжига (в балансе зон подогрева и обжига)

Q_трl _ тепло на нагревание вагонеток до максимальной температуры обжига

Q_ox1 - тепло воздуха, отбираемого из зоны охлаждения на сторону (рециркуляция)

Q_ух - потери тепла с уходящими газами

Q_хим.н. - потери тепла от химического неполного горения

Q_окр. - потери тепла в окружающую среду через стены и своды печи

Q_н.п. - неучтенные потери тепла через неплотности изоляции.

Расчет прихода и расхода тепла проводится в КДж на 1 час работы печи на 1 единицу продукции (1т, 1000 шт., 1м², и др.)

Приходная часть баланса всей печи и отдельных зон слагается из следующих элементов:

1.Qт - тепло горения топлива

Q_т = B С_т t_т (КДж), где В - расход топлива (кг, м³)

Q_н^P - низшая теплотворная способность рабочего топлива в КДж/кг- твердого; КДж/м³- газ, жидкого.

Q_н^Р угля - 12000 - 24000 КДж/кг

Q_нp мазут. и др. = 37000 - 42000 кг/кг(м³)

Q_н^р газообразного = 33000 - 50000 кг/м³

В - определяется взвешиванием или измерением в течение период испытаний, а затем пересчитывается на принятую единицу баланса (час, сутки, и т.д.)

Q_н^P - принимается по данным лаборатории или газостанции завода, или принимается по справочникам.

2. Теплосодержание топлива (физическое тепло топлива, QТ1

Q_T1=B С_т t_т (КДж)

С_т - средняя теплоемкость топлива КДж/кг, КДж/м³ определяется по справочникам (С_т газа 1,2-2 КДж/м³, С_т угля = 0,8 КДж/кг)

t_т - средняя температура топлива при поступлении в печь непосредственным измерением).

3. Физическое тепло воздуха, расходуемого на горение топлива.

Q_B = V_o α В С_в tв (КДж), где V_o - теоретическое количество сухого воздуха, необходимое для сгорания топлива, м³/кг, м³/м³ принимают по справочникам или рассчитывают (уголь 5-7, жидкое топливо - 10, газообразное топливо 10-12)

α - коэффициент избытка воздуха в печи. При испытаниях рассчитывают на основании газового анализа. При расчетах принимают по таблицам 1,05-1,5.

С_в -теплоемкость воздуха при поступлении на горение, КДж/м³ гр определяется по справочникам,

t_в - температура воздуха, поступающего на горение в °С - измеряется или задается по нормам климатического пояса.

4. QM - тепло, вносимое загружаемым материалом

(КДж)

G_M - масса загружаемого в печь материала в кг на принятую единицу баланса

W - влажность загружаемого материала в %, принимается по данным лаборатории или задается при расчете.

t_M - температура загружаемого материала.

5. Тепло, вносимое загружаемыми вагонетками в печь.

, где

- доля веса футеровки вагонеток на принятую единицу баланса в кг.

- доля веса металлических деталей вагонеток на принятую единицу баланса, кг.

- теплоемкость футеровки вагонеток, КДж/кг °С, принимается по таблицам справочников 0,8-1 КДж/кг °С

- теплоемкость металла вагонеток, принимается 1 КДж/кг °С

- средняя температура футеровки и металла вагонеток при загрузке в печь.

6. Тепло воздуха, подсасываемого в печь вне зоны горения, .

, где

V_o - теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, м³/кг, м³/м³, принимается по справочникам,

α_ух - избыток воздуха в дымовых газах - принимается по справочникам.

α₀ - избыток воздуха в зоне обжига, принимается при сгорании твердого топлива 1,3-2, жидкого 1,07-1,13, газообразного 1,02- 1,15.

С_в - теплоемкость воздуха при t_B, КДж/м³ °С, принимается по справочникам - 0,8.

t_B - температура воздуха, поступающего в печь, град.

Расчет расходных статей баланса

1. Тепло на испарение физической влаги Q_вл.

Q_вл. = G_M W (КДж)

G_M - масса сырого материала, загружаемого в печь в кг на принятую единицу баланса.

W - влажность материала, %

2500 - теплота испарения, КДж/кг.

2. Тепло, расходуемое на нагревание влаги до температуры уходящих газов.

Q_н.в.п. = 2 t_уx G_M , где

t_уx - температура уходящих газов, °С

2 КДж/кг град- теплоемкость воды

3. Расход топлива на химические реакции при обжиге. Q_хим

Q_xим = G_м12000 ,где

G_м1 - масса сухих материалов на принятую единицу баланса, кг.

А1₂О₃ - содержание оксида А1₂О₃ в сухой глине, %.

2000 - удельный расход тепловой энергии на химические реакции КДж/кг град.

4. Расход тепла на нагревание материала.

Q_пp^! = G_MlC_Mlt_Ml, КДж, где

C_Ml - средняя теплоемкость материала КДж/кг °С, принимается по справочникам - 0,8 - 1.

t_Ml - температура материала в градусах по зонам, для зоны обжига - t_обж, для прочих - температура выгрузки (замеряется непосредственно).

5. Расход тепла на нагревание вагонеток.

Q_тp1 = G_трlC_трlt_трl, КДж, где

G_трl - доля веса вагонеток на принятую единицу баланса, кг

C_трl - средняя теплоемкость материала изделий и футеровки в конце обжига,

t_трl - средняя температура материала, футеровки и металла.

6. Тепло воздуха, отбираемого из зоны охлаждения.

Q_ox1 =V_BO C_BO t_BO, КДж

V_BO - объем горячего воздуха, отбираемого на единицу баланса м³, измеряется или расчетный.

C_BO - теплоемкость, отбираемого воздуха при температуре отбора, КДж/м3 град

t_BO - температура, отбираемого воздуха из зоны охлаждения, измеряется или рассчитывается, °С.

7. Потеря тепла с уходящими газами

Q_yx = (V_c.г..С_c.г.. + V_в.п. С_в.п.) t_ух В, где

V_c.г.. - объем сухих газов в м³/кг или м³/м³ топлива, принимается: для угля 4-6, для жидкого топлива 9-10, для газа 1,7-1,9.

С_c.г.. - средняя теплоемкость газов при t_yx, принимается 2 - 2,4 КДж/м^{3 о}С.

V_в.п. - объем водяных паров, м³/кг, м³/м³, для угля 0,4 - 0,7, для топлива 1,4 - 1,6,для газа 0,2 - 0,25.

С_в.п. - теплоемкость водяного пара при температуре давления газов принимается 1,6-2 КДж/кг °С.

В - расход топлива (кг/м³) на принятую единицу баланса.

8. Потеря тепла от химической неполноты горения, Q_хим.н.

Q_хим.н. = 240 С_х , КДж, где

С_х - количество углерода топлива, участвующего в горении, %.

C_x = C_t ^р – С_м.н.,где

C_t ^р - содержание углерода в топливе, 50-70 %.

С_м.н. - содержание углерода в шлаках 5-15%, для жидкого топлива С_х=С ^р

СО и СО₂ - содержание в уходящих газах окиси углерода и углекислого газа по данным газового анализа.

9. Потери тепла в окружающую среду через стены и своды печи.

Q_окp. - определяют в соответствии с принципами теплопередачи.

10. Неучтенные потери, Q_н.п. определяют по разности между
приходом тепла и всеми потерями, они должны быть
минимальными для принятой технологии.

Литература

1. Болдырев А.С., Золотова П.П. Строительные материалы. Справочник. М. 1998

2. Горяйнов К.Э., Горяйнова С.Н. Технология теплоизоляционных материалов и изделий. М. 1982

Дата добавления: 2015-07-11