2.5.4 Выполнение тепловых расчетов и составления теплового баланса печи

Для теплового расчета и определения мощности печи необходимо знать коэффициенты теплопроводности и удельной теплоемкости кладки и деталей.

Коэффициенты теплопроводности.

λ= Вт/м² ·°C приняты следующие:

кирпич шамотный

λ=1,04+1,51·10 t_ср ;

магнезит

λ=7,20 - 4,20·10 t_ср;

диатомитовый кирпич

λ=0,16+3,15·10 t_ср.

Теплоемкость материала кожуха печи (сталь) принимаем равной 30 ккал/м час град_.

Удельная теплоемкость С ^ккал/_{м час град} . Теплоемкость материалов кладки мало зависит от температуры. Ее можно принять равной 0,22^ккал/_{м час град.}; среднюю теплоемкость стали кожуха принимаем 0,11^ккал/_{м час град}, среднюю теплоемкость деталей при 20 ° С принимаем 0,11, а при 1100-1200°С 0,19 ^ккал/_{м час °С}.

Расходные стороны.

1. Теплота, которая расходуется на нагрев стали:

Q = G · C (tk – tн) = 0,707 · 0,0047 · (1170-20) = 3,75 кВт,

где С – средняя теплоемкость металла, Дж/кг·°C;

tk, tн – соответственно конечная и начальная температура металла, °C;

G – производительность печи, кг/с.

2. Потери теплоты с продуктами сгорания:

Q= Vг · Сд · tг · В = 1,517 · 1,57 · 1200 · В = 2858 В кВт,

где Сд – средняя теплоемкость продуктов сгорания (1,57 кДж/м³·°C) при температуре отходящих газов tг = 1200°C;

В – неизвестные расхода топлива, м³/с (кг/с).

3. Потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания:

Q = В · q· Q= 0.02 · 2734 В = 54,68 В кВт,

Величину q выражают в долях низкой рабочей теплоты, то, что сгорает, при сжигании газов она меняется от 0,01 до 0,03.

4. Потери теплоты кладкой печи:

Q= (tг – tв) · F / (1/+),

где tг, tв – температура соответственно газов и окружающего воздуха, °C;

F – наружная площадь поверхности кладки, м²;

- коэффициент теплоотдачи соответственно воздуха и кладки, Вт/м²·°C (20 и 15 Вт/м²·°C соответственно);

S - толщина слоя, м;

- теплопроводность i-го слоя, Вт/м·°C.

Значение теплопроводности слоев выбираем по средним температурам и высчитываем по следующим формулам:

Трехслойная кладка. Средняя температура:

- внутреннего слоя: tср1 = 0,5(tг + t2)

- промежуточного: tср2 = 0,5(tг + tв)

- наружная слоя: tср3 = 0,5(t2 + tв)

Для слоя шамота tср2 = 0,5(1170+20) = 595 °C; для внутреннего слоя - tср1 = 0,5(1170+595) = 740 °C; для наружного - tср3 = 0,5(595+20) = 308 °C.

Теплопроводность слоев для трехслойной кладки, Вт/м·°C:

- магнезит

= 7,20 - 4,2 · 10· 740 = 6,89;

- шамот

= 1,04 + 1,51 · 10· 595 = 1,13;

- диатомит

= 0,16 + 3,15 · 10· 308 = 0,26;

Принимаем площадь поверхности кладки равной ее наружной поверхности.

Площадь поверхности передней и задней стен:

Fп.ст. = 1,7 · 1,95 = 3,32 м²;

Fз.ст. = Fп.ст. = 3,32 м²;

Площадь торцевых стен:

Fт.ст. = 2 (1,95 · 3,48) = 13,57 м²;

Площадь свода и пода:

Fсв. = Fпод. = (1,7 · 3,48) = 5,916 м².

Тогда площадь кладки печи

Fкл = 3,32 · 2 + 13,57 + 5,916 · 2 = 32,03 м².

Q= кВт.

5. Расходы теплоты через заслоны:

Qз = F · q = 0,364 · 1940 = 0,706 кВт;

где F = 0,364, м² – площадь окна. Если размеры окна а × в, то его площадь,

F = (а+0,4)(в+0,4) = (0,3+0,4)(0,12+0,4) = 0,364 м²;

q – плотность теплового потока.(при tпечи = 1200°C принимаем 1940 Вт/м²).

6. Расходы теплоты излучением через открытое окно:

Qиз = Со F · Ф · = 5,7 ()0,364 · 0,97 · 1 = 94,745 кВт,

где Тпечи – температура в печи, К;

Ф – коэффициент диафрагмирования, равен 0,97.

7. Неучтенные потери теплоты Qн.п..

Неучтенные потери теплоты принимают равными 10% потерь теплоты через кладку печи, т.е. Qн.п. = 0,1.

Qн.п = 0,1 · Q= 0,1 · 49,085 = 4,9085 кВт;

Прибыльные стороны

1. Химическая теплота топлива, кВт:

QX = В · Q= 2734 В;

2. Теплота подогретого воздуха, кВт:

Qв = В · Lд · Св · tв = 0,627 · 1,434 · 1200 В = 1078 В,

где Св – теплоемкость воздуха при температуре подогретого воздуха tв = 1200°C, равна 1,434 кДж/(м³·°C).

3. Теплота подогретого топлива, кВт:

Qт = Ст · tт · В = 1,57 · 1200 В = 1884 В;

где Ст – теплоемкость подогретого до температуры tт топлива, Дж/(м³·°C)

4. Теплота экзотермических реакций окисления стали:

Qэкз = 56,5 · G · а = 56,5 · 0,0047 · 1 = 0,265 кВт,

где а – угар стали, %.

В соответствии с законом сохранения энергии Q = Q. Поэтому:

2734 В+1078 В+1884 В+0,265=

=3,75+2858 В+54,64+0,706+94,745+49,085+4,9;

После подсчета получаем:

2783 В = 152,745;

Среднечасовой расход топлива составляет:

В = 0,0548 м³/с или 198 м³/ч.