Проектирование отделения методических печей. Рельсобалочный стан-900 МК 'Азовсталь'

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Проектирование теплового агрегата

2.       Выбор режима нагрева металла

.        Расчет горения топлива

.        Расчет параметров внешнего теплообмена

.        Расчет нагрева металла

.        Тепловой баланс

.        Выбор и расчет топливосжигающих устройств

.        Выбор и расчет рекуператора

.        Выбор схемы и расчет дымового тракта

.        Расчет количества агрегатов и их компоновка в отделении

Перечень ссылок

ВВЕДЕНИЕ

Нагревательные толкательные печи характеризуются противоточным движением нагреваемого металла и продуктов сгорания, а так же наличием в начале печи (со стороны посада металла) развитой не отапливаемой методической зоны, вследствие чего их часто называют методическими печами.

Методические печи по числу зон нагрева могут быть двух-, трёх - и многозонными с односторонним и двусторонним нагревом металла. При трёхзонном режиме нагрева имеются три теплотехнические зоны, по ходу металла: методическая, в которой повышается температура, сварочная с высокой постоянной температурой и томильная с постоянной температурой, близкой к заданной конечной температуре поверхности металла. Металл толщиной до 100 мм нагревают с одной стороны в печах без нижнего нагрева, а толщиной больше 100 мм - с двух сторон (с нижним нагревом).

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При торцевой выдаче необходим толкатель, который и выполняет роль выталкивателя.

Конструкцию методических печей выбирают в зависимости от типа стана и вида топлива. Тип стана определяет производительность печей толщину применяемой заготовки, температуру нагрева металла и его сортамент. От вида используемого топлива зависит конструкция горелочных устройств и применение рекуператоров.

. Проектирование нагревательной печи

Рис. 1.1 - Схема методической печи

- рольганг загрузки;

- толкатель;

- рольганг выдачи.

Методическая печь предназначена для нагрева блюмов перед прокаткой на рельсобалочном стане 900. Печь рекуперативная прокатная с двухсторонним обогревом и торцевой посадкой и выдачей металла. Рабочее пространство каждой зоны - прямоугольной формы. В теплоутилизационной зоне свод - плоский, в остальных - «горбатый», для улучшения циркуляции дымовых газов и визуального разделения зон. В методической и сварочной частях печи заготовки передвигаются по глиссажным трубам и обогреваются также и с нижней стороны, в томильной - они передвигаются по стелюгам, заложенным в под, и обогреваются только сверху и с торцов. Нагреваемые заготовки подают рольгангом к загрузочному окну и проталкивают по печи сдвоенным толкателем реечного типа. Они заполняют по длине весь под, поэтому при загрузке очередной заготовки в печь крайняя заготовка на противоположном конце печи автоматически выталкивается из томильной зоны и по наклонной водоохлаждаемой плите выдается через торцовое окно из печи на рольганг, подающий ее к прокатному стану.

Отходящие газы уходят через дымовой пролет в загрузочном конце печи в рекуператор для подогрева воздуха из изделий с четырьмя отверстиями и далее в боров и дымовую трубу. Для подачи к горелкам подогретого воздуха в печи установлен эксгаустер. Глиссажные трубы лежат на поперечных охлаждаемых водой трубах, опирающихся на стояки из труб, покрытые тепловой изоляцией из волокнистых материалов.

Печь отапливается смешанным коксодоменным газом, который сжигается с помощью двухпроводных горелок и горелок типа «труба в трубе». В каждой зоне печи расположено по 6 горелок. Конструкция горелок позволяет применять воздух, подогретый до 400°С.

L_п = 28960 мм;

B_п = 6728 мм

Размеры зон:

Методическая зона: высота 1760 мм; длина 6410 мм; ширина 6728 мм.

Первая сварочная зона: высота 2470 мм; длина 7030 мм; ширина 6728 мм.

Вторая сварочная зона: высота 2470 мм; длина 8600 мм; ширина 6728 мм.

Томильная зона: высота 1280 мм; длина 6920 мм; ширина 6728 мм.

Выдача заготовок - торцевая, ударного действия.

Шлакоудаление - сухое с помощью лопат и клещевого крана.

Футеровка печи: свод - подвесной, набранный из фасонного шамотного кирпича марки М829Н. Стены печи выложены из шамотного кирпича класса А, со стороны брони изолированы слоем асбеста толщиной 5 мм и слоем плит МКРП-340 толщиной 40 мм. Толщина боковых стен верхних зон составляет 510 мм, нижней сварочной зоны - 775 мм. Кроме того, рабочая поверхность боковых стен нижней сварочной зоны выложена слоем хромомагнезитового кирпича толщиной 115 мм.

Рабочая поверхность подин томильной и нижней сварочной зон выложена слоем хромомагнезитового кирпича толщиной 115 мм, нижние слои - шамотным кирпичом класса Б толщиной 350 мм и шамотным легковесом толщиной 130 мм.

Борова печи футерованы шамотным кирпичом класса Б и В.

В томильной зоне заготовки продвигаются по четырем стальным брусьям, вмонтированным в монолитную, выложенную хромомагнезитовым кирпичом, подину.

. Выбор режима нагрева металла

Принимаем четырехступенчатый режим нагрева:

методическая зона - двухсторонний нагрев в среде с линейно-возрастающей температурой при равномерном (холодном посаде) начальном распределении температур;

две сварочные зоны - двухсторонний нагрев в среде с постоянной температурой при параболическом начальном распределении температур; томильная зона - односторонний нагрев в среде с постоянной температурой при параболическом начальном распределении температур.

Зная марку стали (ст70) выбираем величину конечной температуры нагрева - 1160°С.

Начальная температура печи выбирается из условий безопасного нагрева металла в первом периоде.

Принимаем допустимую разность температуры по сечению: .

Задаем температуры дымовых газов в каждой зоне:

начало печи - 900

-я сварочная - 1220

-я сварочная - 1300

нижний подогрев - 1260

томильная зона - 1200

Рекомендуется принять несколько меньшее значение начальной температуры печи:

Передача тепла нагреваемым заготовкам и кладке рабочего пространства происходит за счет излучения и конвекции.

При расчете внешнего теплообмена можно допустить, что доля конвективного тепла практически равна потерям тепла через кладку. Тогда единственным видом передачи тепла от газов, кладки к металлу является излучение. Физическая модель внешнего теплообмена в печи: печь является замкнутой системой, состоящей из двух серых поверхностей кладки и металла, между которыми размещен серый газ (продукты горения).

Нагрев слябов разбиваем на 4 расчетных участка: I участок - неотапливаемая (методическая) зона; II участок - 1-я сварочная зона; III участок - 2-я сварочная зона; IV участок - томильная зона.

Рис. 2. Распределение температур по зонам в рабочем пространстве

. Расчет горения топлива

Вид топлива: коксодоменная смесь

Составы сухого газа

Окислитель: воздух (21% О₂; 79% N₂);

Влагосодержание воздуха d_в=10 г/м³;

Коэффициент расхода воздуха α=1,05;

Влагосодержание топлива:

коксового газа  г/м³,

доменного газа  г/м³.

Температура подогрева воздуха t_в=400°С;

Пирометрический коэффициент η_пир=0,75;

Теплота сгорания смеси  Мдж/м³

.1 Рассчитаем состав влажного газообразного топлива:

  (3.1)

Коксовый газ, % Доменный газ, %

.2 Рассчитаем теплоту сгорания коксового и доменного газа, МДж/м³:

= 0,01(12,640 СО + 10,800 Н₂ + 35,820 СН₄ + 59,100 С₂Н₄ + 63,750

С₂Н₆ + 91,260 С₃Н₈ + 118,700 С₄Н₁₀ + 146,100 С₅Н₁₂ + 23,700 Н₂S ) (3.2)

.3 Определим долю каждого газа в смеси:

 (3.3)

 (3.4)

 - доля коксового газа в смеси;

(1-0,4)=0,6 - доля доменного газа в смеси.

.4 Определим состав смеси, %

, (3.5)

где Х_к.г - компонент коксового газа в %;

Х_д.г - аналогичный компонент доменного газа в %.

Для проверки пересчитаем теплоту сгорания смеси:

.5 Определим объёмный теоретический  и действительный  расход сухого воздуха, необходимого для сжигания 1м³ газообразного топлива:

 (3.6)

,  (3.7)

.

.6 Рассчитаем действительный расход влажного воздуха:

 (3.8)

.7 Рассчитаем выход дымовых газов:

 (3.9)

 (3.10)

 (3.11)

 (3.12)

 (3.13)

(3.14)

.8 Состав дымовых газов, %:

 (3.15)

.9 Рассчитаем калориметрическую температуру горения

Энтальпия продуктов сгорания:

, (3.16)

где h_в - энтальпия воздуха, кДж/м³

V_д.г - выход дымовых газов, м³/м³ ;

Зададим , тогда энтальпия продуктов горения равна

Зададим , тогда

Калориметрическая температура горения:

 (3.17)

.10 Действительная температура горения:

 (3.18)

Действительная температура горения больше максимальной температуры в печи, значит она сможет обеспечить необходимую температуру в печи.

. Расчет параметров внешнего теплообмена

расчетный участок.

Начальная температура продуктов сгорания t_г.нач1=820°С. Конечная температура продуктов сгорания t_г.кон.1=1220°С. Средняя температура продуктов сгорания t_г.ср.1=1020°С.

Угловой коэффициент излучения кладки на металл:

 (4.1)

l_м - длина металла, м;

В - ширина рабочего пространства, м;

Н₁ - высота первого расчетного участка, м.

Объем газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)

(4.2)

Площадь поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).

 (4.3)

Эффективная длина пути луча:

(4.4)

По расчету сгорания топлива при α=1,05: СО₂=11,8%, Н₂О=14,6%.

По номограммам степень черноты СО₂ и Н₂О при t_г.ср.1=1020⁰С и

При  и  находим .

Находим степень черноты продуктов сгорания:

 (4.5)

Степень черноты кладки .

Приведенный коэффициент излучения:

(4.6)

расчетный участок.

Температура продуктов сгорания t_г.нач2=t_г.кон2=t_г.ср.2=1220°С.

Угловой коэффициент излучения кладки на металл:

Объем газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)

Площадь поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).

Эффективная длина пути луча:

По расчету сгорания топлива при α=1,05: СО₂=11,8%, Н₂О=14,6%.

По номограммам степень черноты СО₂ и Н₂О при t_г.ср.1=1220⁰С и

При  и  находим .

Находим степень черноты продуктов сгорания:

Степень черноты кладки .

Приведенный коэффициент излучения:

расчетный участок

Температура продуктов сгорания t_г.нач3= t_г.кон.3= t_г.ср.3=1300°С.

Угловой коэффициент излучения кладки на металл:

Объем газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)

Площадь поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).

Эффективная длина пути луча:

По расчету сгорания топлива при α=1,05: СО₂=11,8%, Н₂О=14,6%.

По номограммам степень черноты СО₂ и Н₂О при t_г.ср.1=1300⁰С и

При  и  находим .

Находим степень черноты продуктов сгорания:

Степень черноты кладки .

Приведенный коэффициент излучения:

расчетный участок.

Температура продуктов сгорания t_г.нач4=t_г.кон.4=t_г.ср.4=1200°С.

Угловой коэффициент излучения кладки на металл:

Объем газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)

Площадь поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).

Эффективная длина пути луча:

По расчету сгорания топлива при α=1,05: СО₂=11,8%, Н₂О=14,6%.

По номограммам степень черноты СО₂ и Н₂О при t_г.ср.1=1200⁰С и

При  и  находим .

Находим степень черноты продуктов сгорания:

Степень черноты кладки .

Приведенный коэффициент излучения:

. Расчет нагрева металла

Методика расчета приведена в [1] и включает в себя следующие пункты:

принимаем удельное время нагрева z;

находим общее время нагрева слябов в печи τ_общ и время нагрева слябов в каждой зоне τ_зон, которое рассчитывается по отношению длины зоны к общей длине печи;

для каждой зоны принимаем температуру поверхности сляба;

находим критерий F₀ и Bi, с помощью которых определяем θ, а затем расчетную температуру поверхности сляба;

сравниваем расчетную и принимаемую температуру, разница между ними не должна быть больше 20^оС, если разница выше изменяем температуру печи или предполагаемую температуру поверхности металла;

аналогично рассчитываем температуру центра.

Общее продолжительность нагрева (при S=320мм):

(5.1)

Относительные длины зон:

методическая зона - 22%;

-я сварочная - 24%;

-я сварочная - 30%;

томильная зона - 24%.

Исходя из относительных размеров зон, продолжительность нагрева на расчетных участках составит:

участок I:

участок II:

участок III:

участок IV: расчетный участок.

Расчетная схема нагрева металла - двухсторонний нагрев при линейном изменении температуры окружающей среды и равномерном начальном распределении температур.

Задаемся конечной температурой поверхности металла на первом участке t_м.пов1=520°С.

Средняя температура поверхности на первом участке

.

При средней температуре поверхности металла по [3] определяем коэффициент теплопроводности металла λ₁= 34,3 Вт/м·C и коэффициент температуропроводности металла а₁=0,0289 м²/ч.

Расчетная толщина металла при нагреве.

(5.2)

Продолжительность нагрева τ₁=1,012ч.

Число Фурье

(5.3)

Коэффициент теплоотдачи излучением:

(5.4)

в начале участка

в конце участка

Средний

Число Био

 (5.5)

Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при F_o1=1,14 и Bi₁=0,71 по номограммам - [1]:

Конечная температура поверхности металла:

что не совпадает с предварительно заданной.расчетный участок

Задаемся конечной температурой поверхности металла на первом участке t_м.пов1=600°С.

Средняя температура поверхности на первом участке

.

При средней температуре поверхности металла по [3] определяем коэффициент теплопроводности металла λ₁=34,05 Вт/м·C и коэффициент температуропроводности металла а₁=0,02815 м²/ч.

Число Фурье

Коэффициент теплоотдачи излучением:

в начале участка

в конце участка

средний

Число Био

Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при F_o1=1,11 и Bi₁=0,76 по номограммам - [1]:

Конечная температура поверхности металла:

что практически совпадает с предварительно заданной.

Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F₀₁=1,11 и Bi₁=0,76 [1]:

Конечная температура середины металла:

.

Определим допустимую разницу температур для центра и поверхности

,

где к - коэффициент, учитывающий форму тела: пластина к =1,05;

σ_max - максимально допустимое напряжение (предел прочности или временное сопротивление разрыву): для ст.65Г σ_max= 441,3МН/м²;

β - коэффициент линейного расширения, который выбирается по справочным данным для различных марок стали: для ст.65Г β=14,1∙10^-6 1/⁰С;

Е - модуль упругости, который выбирается по справочным данным: для ст.65Г Е=170·10⁹ Н/м².

Разница температур удовлетворяет допустимому значению.расчетный участок.

Расчетная схема нагрева металла - двухсторонний нагрев при постоянной температуре окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.

Задаемся конечной температурой поверхности металла на втором участке t_м.пов2=1000°С и продолжительностью нагрева τ₂=1,104ч.

Средняя температура поверхности на втором участке

.

При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла λ₂=28,3Вт/м·С и коэффициент температуропроводности металла а₂=0,0172 м²/ч.

Расчетная толщина металла при нагреве:

Число Фурье

Коэффициент теплоотдачи излучением:

в начале участка

в конце участка

средний

Число Био

Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при F_o2=0,74 и Bi₂=1,89 по номограммам -

Конечная температура поверхности металла:

что практически совпадает с предварительно заданной температурой.

Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F₀₂=0,74 и Bi₁=1,89 -

Конечная температура середины металла:

.

расчетный участок.

Расчетная схема нагрева металла - двухсторонний нагрев при постоянной температуре окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.

Задаемся конечной температурой поверхности металла на втором участке t_м.пов3=1180°С с продолжительностью нагрева τ₃=1,38ч.

Средняя температура поверхности на втором участке

.

При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла λ₃=32,96 Вт/м·К и коэффициент температуропроводности металла а₂=0,0195 м²/ч.

Расчетная толщина

Число Фурье

Коэффициент теплоотдачи излучением:

в начале участка

в конце участка

средний

Число Био

Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при F_o2=1,05 и Bi₂=2,2 по номограммам -

Конечная температура поверхности металла:

что практически совпадает с предварительно заданной температурой.

Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F₀₃=1,05 и Bi₃=2,2 -

Конечная температура середины металла:

.

расчетный участок

Расчетная схема нагрева металла - односторонний нагрев при постоянной температуре окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.

Задаемся конечной температурой поверхности металла на первом участке

t_м.пов4= t_м.ср.4=1180°С и продолжительностью нагрева τ₄ = 1,104ч.

При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла λ₄=33,8 Вт/м·К и коэффициент температуропроводности металла а₄=0,02 м²/ч.

Расчетная толщина металла при одностороннем нагреве

Число Фурье

Коэффициент теплоотдачи излучением:

Число Био

Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при F_o4=0,2 и Bi₄=3,96 по номограммам -

Конечная температура поверхности металла:

,

что практически совпадает с предварительно заданной.

Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F₀₄=0,2 и Bi₄=3,96-

Конечная температура середины металла:

.

Следует также проверить температуру нижней поверхности металла, которая после одностороннего нагрева может оказаться ниже температуры середины металла.

Функции для вычисления температуры нижней поверхности металла определяем при F₀₄=0,2 и Bi₄=3,96 -

Конечная температура нижней поверхности металла:

Следовательно, самая низкая температура в середине металла и максимальный конечный перепад температур в металле:

. Тепловой баланс

I. Приход тепла

. Химическое тепло топлива:

(6.1)

. Физическое тепло воздуха:

(6.2)

где С_в=1,329 при t_в=400⁰С,

.Тепло экзотермической реакции окисления железа:

(6.3)

Р = 46,3 т/ч

II. Расход тепла

. Тепло, затраченное на нагрев металла:

(6.4)

где средняя теплоемкость металла при t_м.ср4=1171 ⁰С

 средняя теплоемкость металла при t_н=20 ⁰С

. Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания

(6.5)

. Потери тепла теплопроводностью через кладку

На первом расчетном участке

Потери через верхнюю часть боковых стен. Кладка верхней части боковых стен: шамот кл.А δ=230мм, шамот кл.Б δ=230мм и плиты МКРП δ=50мм. Задаемся температурой наружной поверхности кладки - t_нар1=100 ⁰С. Температура в месте соприкосновения слоев шамота кл.А и шамота кл.Б t_ш-ш=720⁰С, в месте соприкосновения слоев шамота кл.Б и плит МКРП t_ш-пл=450 ⁰С.

Средняя температура шамота кл.А:

t_ш1=0,5(1020+720)=870 ⁰С,(6.6)

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш1=0,88+0,00023·870=1,08 Вт/мК,(6.7)

Средняя температура шамота кл.Б:

t_ш2=0,5(720+450)=585 ⁰С,(6.8)

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш2=0,84+0,00058·585=1,18 Вт/мК,(6.9)

Средняя температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:

t_ш2-пл=0,5(450+100)=275⁰С,

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш2-пл=0,14 Вт/мК,

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:

α_нар1=7+0,05·t_нар1=7+0,05·100=12 Вт/м²К. (6.10)

Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковой стенки:

 (6.11)

Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.А и шамота кл.Б:

,(6.12)

Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.Б и плит МКРП:

,(6.13)

Проверяем температуру наружной поверхности кладки:

Потери через нижнюю часть боковых стен.

Кладка нижней части боковых стен: шамот кл.А δ=260мм, шамот кл.Б δ=260мм и плиты МКРП δ=50мм.

Принимаю температуру на границе слоев t₁=750 ⁰С, на границе слоев 2 ^ого и 3^ого t₂=520 ⁰C, а также t_нар=85 ⁰С.

Средняя температура шамота кл.А:

t_ш1=0,5(1020+750)=885 ⁰С,

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш1=0,88+0,00023·885=1,09 Вт/мК,

Средняя температура шамота кл.Б:

t_ш2=0,5(750+520)=635 ⁰С,

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш2=0,84+0,00058·635=1,21 Вт/мК,

Средняя температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:

t_ш2-пл=0,5(520+85)=302,5⁰С,

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш2-пл=0,15 Вт/мК,

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:

α_нар1=7+0,05·t_нар1=7+0,05·85=11,25 Вт/м²К.

Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковой стенки:

Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.А и шамота кл.Б:

,

Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.Б и плит МКРП:

,

Проверяем температуру наружной поверхности кладки:

методический стан металл топливо

.

Потери чрез свод. Кладка свода: шамот класса А(кирпич) δ=510мм. Задаёмся наружной температурой поверхности t_нар=97 ⁰С. коэффициент теплопроводности

λ=0,7+0,00064t,

Средняя температура шамота:

t_ш3=0,5(1020+97)=558,5 ⁰С,

Коэффициент теплопроводности:

λ_δ3=0,7+0,00064·558,5=1,057 Вт/мк,(6.15)

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:

α_нар3=7+0,05·t_нар=7+0,05·97=11,85 Вт/м²К.

Удельный тепловой поток через кладку свода:

(6.16)

Проверяем температуру наружной поверхности кладки:

.(6.17)

Потери тепла через под:

Кладка пода: хромомагнезит - , шамот кл.Б -  шамот-легковес- , Задаемся температурами в месте соприкосновения слоев хромомагнезита и шамота- , шамота и шамота-легковеса - , наружной поверхности кладки - .

По табл. П24 приложения коэффициент теплопроводности шамота кл. Б, шамота-легковеса , хромомагнезита

Средняя температура хромомагнезита:

Коэффициент теплопроводности хромомагнезита:

Средняя температура шамота:

Коэффициент теплопроводности шамота:

Средняя температура шамота-легковеса:

Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:

.

Удельный тепловой поток через кладку пода:

Проверяем температуру на границе слоев шамота и хромомагнезита:

Проверяем температуру на границе слоев шамота и шамота-легковеса:

Проверяем температуру наружной поверхности кладки:

Площадь поверхности боковых стен с учетом его наклона:

F_ст=2·1,76·6,41=22,56м².(6.18)

Площадь поверхности свода:

F_св1=1,2·В·L₁=1,2·6,728·6,41=51,75 м².(6.19)

Площадь поверхности пода:

Общие потери тепла через верхнюю часть боковых стен:

(6.20)

Общие потери тепла через нижнюю часть боковых стен:

(6.21)

Общие потери тепла через свод:

 (6.22)

Общие потери через под:

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку в первом расчетном участке:

(6.23)

Аналогичным образом рассчитываем тепловые потери через кладку на других расчетных участках.

Второй расчетный участок.

1. Боковые верхние стены -

2. Боковые нижние стены -

3. Свод -

4. Под -

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на втором расчетном участке:

Третий расчетный участок.

1. Боковые верхние стены -

2. Боковые нижние стены

3. Свод

4. Под -

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на третьем расчетном участке:

Четвертый расчетный участок.

1. Боковые стены -

2. Свод -

3. Под -

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на четвертом расчетном участке:

Общие потери тепла в печи теплопроводностью через кладку:

. Потери тепла на охлаждаемые подовые трубы.

Первый расчетный участок

4 продольных подовых труб диаметром 121х20, l=4176мм.

Поверхность подовых труб:

F_тр=n_тр·πd_трl_тр(6.24)

F_тр=4·3,14·0,121·4,176=6,35 м².

Удельный тепловой поток подовых труб в методической зоне - изолированный - 15 кВт/м²,

Потери тепла на изолированные подовые трубы:

(6.25)

Второй расчетный участок

6 продольных подовых труб диаметром 121х20, l=9634мм,

7 поперечных труб диаметром 180х32, l=7,888м,

8 стояков из труб диаметром 440мм и общей длиной 16,992м.

Поверхность продольных подовых труб: 6·3,14·0,121·9,634=23,06м².

Удельный тепловой поток для продольных труб согласно таблице 6.1: изолированные - 15кВт/м², неизолированные - 200кВт/м².

Потери на изолированные продольные трубы:

Q_охл= 3,6·15·23,06=1245МДж/ч.

Поверхность поперечных подовых труб: 7·3,14∙0,18·7,888=31,2 м².

Удельный тепловой поток для поперечных подовых труб, изолированных - 20 кВт/м², неизолированных - 250 кВт/м².

Потери тепла на изолированные поперечные подовые трубы:

,6·20·31,2=2246,4 МДж/ч.

Поверхность стояков: 3,14·0,44·16,992=23,48 м²

Удельный тепловой поток для стояков: изолированный - 15 кВт/м², неизолированный - 200 кВт/м².

Потери тепла на изолированные стояки: 3,6·15·23,48=1268 МДж/ч

Общие потери тепла на втором расчетном участке на охлажденные подовые трубы:

Q_тр2=1245+2246,4+1268=4759 МДж/ч.

Третий расчетный участок

·   6 продольных подовых труб даметром 121мм и длиной 9308мм,

·   7 поперечных труб даметром 180мм и длиной 7,888м,

·   8 стояков из труб диаметром 440мм и общей длиной 10,472м.

Поверхность продольных подовых труб: 6·3,14·0,121·9,308=21,22м².

Удельный тепловой поток для продольных труб: изолированные - 20кВт/м², неизолированные - 250кВт/м².

Потери на изолированные продольные трубы:

Q_охл= 3,6·20·21,22=1527,8МДж/ч.

Поверхность поперечных подовых труб: 7·3,14∙0,18·7,888=31,2 м².

Удельный тепловой поток для поперечных подовых труб, изолированных - 20 кВт/м², неизолированных - 250 кВт/м².

Потери тепла на изолированные поперечные подовые трубы:

,6·20·31,2=2246,4 МДж/ч.

Поверхность стояков: 3,14·0,44·10,472=14,47 м²

Удельный тепловой поток для стояков: изолированный - 15 кВт/м², неизолированный - 200 кВт/м².

Потери тепла на изолированные стояки: 3,6·15·14,47=781 МДж/ч

Общие потери тепла на третьем расчетном участке на охлажденные изолированные подовые трубы:

Q_тр3=1527,8+2246,4+781=4555,2 МДж/ч.

Общие потери тепла в печи на охлажденные изолированные подовые трубы:

Q_тр= Q_тр1+ Q_тр2+ Q_тр3=343+4759+4555,2=9657 МДж/ч

. Потери тепла излучением через окна печи

Потери тепла излучением через окна печи рассчитываем по формуле:

.

Где

,

из формулы Ф - коэффициент диафрагмирования определяем по рис 1.5 в зависимости от соотношений размеров окон.

Принимаем, что все боковые рабочие окна печи закрыты. А окно загрузки и выгрузки постоянно открыто.

Первый расчетный участок

На первом участке со средней температурой продуктов сгорания t_г.ср1=820 ⁰С имеется окно загрузки.

Окно загрузки имеет размеры 0,605х6,495м, площадь F_заг=5,1м², толщина футеровки у окна загрузки 0,58м, окно постоянно открыто - ψ_заг=1. Окно загрузки рассматриваем как полосу (а/b=0). Тогда, коэффициент дифрагмирования при а/l=0,605/0,58=1,04 равен Ф_заг=0,65.

Потери тепла излучением через окна на первом участке:

Четвертый расчетный участок

Окно выдачи F_выд=0,625х6,728м², коэффициент дифрагмирования равен Ф_выд=0,67, при а/l=0,625/0,58=1,08. F_ок4=5,1 м². Доля времени открытия окна ψ_выд=0,2.

Потери тепла излучением через окна:

Общие потери тепла излучением через окна печи:

Q_изл= Q_изл1 + Q_изл4=961+656=1617 МДж/ч.

Неучтенные потери:

Q_неуч=0,1(Q_м+ Q_кл+ Q_охл+ Q_изл)(6.28)

Q_неуч =0,1(1617+4378,5+9657+43511)=5916 МДж/ч.

Уравнение теплового баланса печи без изоляции:

Q_х+ Q_в+ Q_экз= Q_м+ Q_д+ Q_кл+ Q_тр+ Q_изл+ Q_неуч,(6.29)

,5В+1,31В+2616,88=43511+4,082В+4378,5+9657+1617+5916

,73В=62463, т.е. В=9281 м³/ч.

Химическое тепло топлива:

Q_х=9,5·В=9,5·9281=88169,5 МДж/ч.

Физическое тепло топлива:

Q_в=1,31·В=1,31·9281=12158 МДж/ч.

Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания:

Q_д=4,082·В=4,082·9281=37885 МДж/ч.

Тепловой баланс печи без изоляции.

Тепловая мощность печи

М=Q_х/3600=88169,5/3600=24,5 МВт.(6.30)

Тепловой баланс

Распределение тепловых мощностей по зонам отопления принимаем:

первая верхняя сварочная зона - 18%,

вторая верхняя сварочная зона - 18%,

первая нижняя сварочная зона - 25%,

вторая нижняя сварочная зона - 25%,

томильная зона - 14%.

Тогда тепловые мощности зон отопления составят:

первая верхняя сварочная зона - 0,18·24,5=4,41 МВт,

вторая верхняя сварочная зона - 0,18·24,5=4,41 МВт,

первая нижняя сварочная зона - 0,25·24,5=6,125 МВт,

вторая нижняя сварочная зона - 0,25·24,5=6,125 МВт,

томильная зона - 0,14·24,5=3,43 МВт.

Максимальный расход топлива на зоны отопления:

первая верхняя сварочная зона - 0,18·9281=1670,6 м³/ч,

вторая верхняя сварочная зона - 0,18·9281=1670,6 м³/ч,

первая нижняя сварочная зона - 0,25·9281=2320 м³/ч,

вторая нижняя сварочная зона - 0,25·9281=2320 м³/ч,

томильная зона - 0,14·9281=1299 м³/ч.

Номинальное потребление тепла печью:

Удельный расход тепла:

. Расчет топливосжигающих устройств

Принимаем торцевое отношение с установкой горелок типа «труба в трубе». Принимаем давление газа перед горелками 5 кПа и давление воздуха 3 кПа.