Тепловой расчет методической печи

Тепловой расчет методической печи

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Свердловской области

«Нижнетагильский горно-металлургический колледж

им. Е. А. и М. Е. Черепановых»

специальность 150106

«Обработка металлов давлением»

группа 07-3К

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине Теплотехника

тема: Тепловой расчет методической печи

Руководитель проекта

И.В. Прокопьева

Разработал: Е.А. Колос

ВВЕДЕНИЕ

Высокопроизводительная и экономичная работа прокатных цехов в значительной степени определяется состоянием и работой нагревательных печей. Наиболее распространенными из них являются методические нагревательные печи.

Методические печи, как и другие нагревательные устройства, представляют собой агрегаты, в которых происходят сложные комплексные теплотехнические процессы сжигания топлива, движения газов, теплообмена, нагрева металла. Вместе с тем, как теплообменные аппараты, они имеют свои специфические особенности.

По принципу действия методическая печь является непрерывной печью, хотя посадка в нее слитков или заготовок совершается через те или иные промежутки времени.

Одной из основных особенностей методических печей является противоточное движение в них газов и металла. Однако, возможны печи и с прямоточным движением газов и металла.

Тепловой и температурный режимы работы методических печей неизменны во времени. Вместе с тем температура в методических печах значительно меняется по длине печи. Характер изменения температуры, зависящий от требуемого графика нагрева металла, определяет как количество и назначение зон печи, так и режим теплообмена в каждой из них. Холодный металл поступает в зону наиболее низких температур и, продвигаясь навстречу дымовым газам, температура которых все время повышается, постепенно (методически) нагревается.

1.     ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1.  Описание конструкции печи

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.

Методические толкательные печи до самого последнего времени удовлетворяли требованиям по производительности и удельному расходу тепла. В последнее время наметилась прогрессивная тенденция к увеличению длины заготовки, и как следствие, к увеличению ширины нагревательных печей. Уширение толкательных методических печей значительно усложняет их эксплуатацию, особенно удаление окалины с пода печи.

При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают глиссажные трубы, по которым движется металл. В томильной зоне глиссажныж труб нет, так как в местах соприкосновения заготовки с водоохлаждаемыми трубами металл прогревается хуже, и на его поверхности образуется тёмные пятна. Поэтому в трёхзонных печах с нижним обогревом томильная зона предназначена не только для выравнивания температуры по толщине металла, но и для ликвидации тёмных пятен на нижней поверхности заготовки.

В настоящее время предпринимаются попытки использования двухстороннего нагрева и в пределах томильной зоны. Для этого используют мощные глиссажные шины особой конструкции, в которых отсутствует возможность охлаждения металла снизу.

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцовую и боковую выдачи металла. При торцевой выдаче необходим толкатель, который выполняет и роль выталкивателя. Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении в цехе требуют больших площадей. Однако с точки зрения тепловой работы печи с боковой выдачей имеют преимущества. При торцовой выдаче через окно выдачи, расположенное ниже уровня пода печи, происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце томильной зоны. Подсосанный в печь холодный воздух вызывает излишний расход топлива и способствует интенсивному зарастанию подины печи образовавшейся окалиной.

В методических печах с нижним обогревом на каждый ряд движущихся в печи заготовок устанавливают по две - три продольные глиссажные трубы. Для предохранения труб от истирающего воздействия движущегося металла к ним приваривают металлические прутки. Продольные глиссажные трубы в значительной части методической зоны опираются на продольные огнеупорные столбики. В высокотемпературной зоне продольные глиссажные трубы опираются на поперечные водоохлаждаемые трубы, расположенные на расстоянии 1 - 1,5 м одна от другой.

Концы поперечных труб выведены за пределы печи и прикреплены к вертикальным стойкам каркаса. В середине поперечные глиссажные трубы опираются на вертикальную опору, выполненную из пары водоохлаждаемых труб, футерованных снаружи огнеупорным кирпичом. Чтобы снизить охлаждающее действие глиссажных труб, предусматривают тепловую изоляцию, в качестве которой применяют специальные огнеупорные блоки. Блоки нанизывают на трубу и прикрепляют специальными металлическими штырями.

Потери тепла с охлаждающей водой при использовании набивной изоляции с шипами, по сравнению с потерями при неизолированной трубе, снижаются в 2 - 3 раза, а при навесной изоляции из сегментов или блоков их удаётся снизить в 4,6 - 6,3 раза.

Глиссажные трубы устанавливают только в методической и сварочной зонах; в томильной зоне глиссажных труб нет, и металл прогревается по сечению, находясь на монолитном огнеупорном поду. Одновременно с прогревом, по сечению удаляются тёмные пятна на нижней поверхности металла, возникшие от охлаждающего действия глиссажных труб в методической и сварочной зонах.

Температурный режим печи следует выбирать таким образом, чтобы время нагрева металла в 850 - 900 до температуры прокатки (1200) было как можно короче.

При торцевом отоплении характер изменения температуры по длине печи определяет число и назначение ее зон. Металл поступает в зону наиболее низких температур и, продвигаясь навстречу дымовым газам, температура которых все повышается, постепенно нагревается. Методические печи по числу зон нагрева металла могут быть двух-, трех- и многозонные.

Методическая зона - первая (по ходу металла), с изменяющейся по длине температурой. В этой зоне металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную). Во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений часто необходим медленный нагрев металла в интервале температур от 0 до 5000С. Вместе с тем методическая зона представляет собой противоточный теплообменник. Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл двигаются навстречу друг другу.

Металл нагревается дымовыми газами, т.е утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура газов держится на уровне 1300-14000С, в конце же методической зоны она находится в пределах 850-11000С. Методическая зона значительно увеличивает коэффициент использования тепла, который достигает 40-45%.

Зона высоких температур или сварочная - вторая по ходу металла. В этой зоне осуществляется быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры. Температура нагрева металла в методических печах обычно составляет 1150-12500С. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечить температуру на 150-2500С выше, т.е. температура газов в сварочной зоне должна быть 1300-14000С.

Томильная зона (зона выдержки) - третья по ходу металла. Она служит для выравнивания температур по сечению металла. В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла. В результате создается большой перепад температур по сечению металла, недопустимый по технологическим требованиям. Температуру в томильной зоне поддерживают всего на 30-500С выше необходимой температуры нагрева металла. Поэтому температура поверхности металла в томильной зоне не меняется, а происходит только выравнивание температуры по толщине заготовки.

Подобный режим нагрева необходим в тех случаях, когда нагревают заготовки, в которых может возникнуть значительный перепад температур по толщине (более 2000С на 1 м толщины металла).

- методическая зона; II - сварочная зона; III - томильная зона; 1 - толкатель; 2 - горелка; 3 - охлаждаемые подовые трубы; 4 - нагреваемые заготовки; 5 - вертикальный канал для отвода продуктов сгорания (дымопад); 6 - дымовой боров; 7 - рекуператор; 8 - дымовая труба; 9 - воздушный вентилятор

Рисунок 1 - Общий вид трёхзонной толкательной методической печи

1.2.   Сухая очистка газов

Аппараты сухой очистки газов, применяемые в черной металлургии, предназначены для очистки технологических и аспирационных газов только от пыли. По принципу действия они разделяются на гравитационные, инерционные, центробежные, электрические и фильтрующие.

В зависимости от требований, предъявляемых к степени очистки газов, свойств и дисперсного состава пыли, аппараты сухой очистки газов могут применяться как самостоятельно, так и в сочетании с другими газоочистными аппаратами.

К гравитационным аппаратам относятся пылевые камеры, которые имеют различные конструктивные модификации. Осаждение пыли в гравитационных пылеуловителях происходит под действием силы тяжести на частицу. На нее оказывает влияние и сила взаимодействия с несущим потоком газа. В гравитационных пылеуловителях создаются такие условия, при которых сила тяжести преобладает над силой взаимодействия частицы пыли с потоком газа вследствие резкого снижения скорости газа в сечении пылевых камер. Как правило, гравитационные пылеуловители применяются в качестве первой ступени очистки газов - грубой и позволяют улавливать пыль с размером частиц более 100 мкм. Для улавливания более мелких частиц пыли гравитационные пылеуловители не применяются.

Рисунок 2. - Простейшая пылеосадительная камера

Рисунок 3. - Пылеосадительная камера с перегородками

Центробежные пылеуловители являются наиболее распространенными аппаратами для сухой очистки газов; конструктивно эти аппараты выполнены в виде циклонов. Принцип работы их основан на использовании центробежных сил, возникающих при вращательно-поступательном движении газового потока в корпусе циклона. Такое движение обеспечивается путем тангенциального ввода газа в циклон под углом наклона входного патрубка к горизонтали. При этом под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенке корпуса циклона и с частью газов поступают в бункер. В бункере происходит отделение пыли от газа, который затем через центральный газоотводящий патрубок выходит с основной массой газов. Из бункера пыль выводится через затворный аппарат типа мигалка.

а - циклон с тангенциальным вводом; б- осевой циклон с реверсивным потоком; в - осевой прямоточный циклон

Рисунок 4. - Конструкции циклонных аппаратов

Для очистки газов в больших объемах, например агломерационных, возможно применение батарейных циклонов.

Батарейный циклон состоит из большого количества циклонов небольших размеров, объединенные в одном корпусе и имеющих общий подвод и отвод газов. Целесообразность применения батарейных циклоном обусловлена, как правило, местными условиями компоновки газоочистных сооружений. С точки зрения эффективности очистки газов следует отдать предпочтение групповым циклонам.

а - схема: 1- корпус; 2 - распределительная камера; 3 - решетки; 4 - циклонный элемент; б - элемент с направляющим аппаратом типа "винт"; в - элемент с направляющим аппаратом типа "розетка"

Рисунок 5. - Батарейный циклон

К инерционным пылеуловителям относятся вихревые аппараты, которые в настоящее время находят широкое применение для высокоэффективной сухой очистки газов. Вихревой пылеуловитель работает по следующему принципу. Запыленный газ поступает в аппарат снизу через лопаточный завихритель, при этом создаются центробежные силы, которые отбрасывают пыль к стенкам корпуса аппарата. В предварительно закрученный поток подают через специальные сопла, тангенциально установленные под углом к вертикали, вторичный воздух. Запыленный поток получает дополнительное вращательное движение, что усиливает влияние центробежных сил и обеспечивает отвод скопившейся у стенок корпуса аппарата пыли в бункер-накопитель. Отвод очищенных газов осуществляется через регулирующую диафрагму, закрывающую корпус аппарата.

При прочих равных условиях вихревой пылеуловители по сравнению с аппаратами инерционного типа и обычными циклонами имеет значительно большую эффективность улавливания мелкодисперсной пыли (до 50 мкм).

Приняты следующие эффективные диаметры вихревых аппаратов: 200, 300, 500, 600, 1350 мм. Средняя скорость газа по сечению рабочей полости аппарата не должна превышать 7,2 м/с. Скорость истечения газа из сопла с завихрителем не должна быть меньше 50-70 м/с; расход вторичного воздуха (или очищенного газа) составляет 20-25 %. Угол наклона сопел вторичного дутья выбирается из условий необходимой эффективности очистки газов и колеблется в пределах 12-24°. Применение вторичной подачи воздуха увеличивает коэффициент очистки газов примерно на 18 %

Вихревые аппараты характеризуются компактностью и высокой надежностью в эксплуатации; могут применяться в агломерационном, доменном, огнеупорном и других производствах.

а - соплового типа; б - лопаточного типа; 1 - камера; 2 - выходной патрубок; 3 - сопла; 4 - лопаточный завихритель типа "розетка"; 5 - входной патрубок; 6 - подпорная шайба; 7 - пылевой бункер; 8 - кольцевой лопаточный завихритель

Рисунок 6. - Вихревой пылеуловитель

Очистка газов методом фильтрации производится а фильтрах тканевых и с пористой перегородкой. Наиболее распространенными тканевыми фильтрами являются pyкавные. На рис. 6 показана принципиальная схема работы таких фильтров. Конструктивно фильтр выполнен и виде герметичного корпуса, разделенного на несколько камер, в которых размещены рукава из ткани. Камеры имеют коллекторы загрязненного и очищенного газа. Коллектор загрязненного газа снабжен бункером для пыли. Газ из этого коллектора поступает внутрь рукава, где фильтруется и откуда выходит в коллектор очищенного газа. Частицы пыли, осаждающиеся на поверхности ткани, накапливаются, что приводит к повышению гидравлического сопротивления рукава. По достижении οпределенного перепада давления производится регенерация рукавов.

Для выполнения операции регенерации камера отключается от коллектора загрязненного газа. Таким образом, камеры фильтра работают поочередно, в результате чего количество работающих камер на одну меньше общего их количества.

- корпус; 2 - встряхивающее устройство; 3 - рукав; 4 - распределительная решетка

Рисунок 7. - Рукавный фильтр

2.      СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1.   Расчет горения топлива

Таблица 1-состав сухого газа, %

n=1.15

2.1.1. Определение влажного состава топлива

                                                                      (1)

где - содержание компонента во влажном газе, %

 - содержание компонента в сухом газе, %

 - влажность, г/м.

=0,099 %

=0,494 %

=0,988 %

=93,07 %

=3,063 %

=0,988 %

=0,098 %

=1,2 %

Σ 0,099+0,494+0,988+93,07+3,063+0,988+0,098+1,2=100 %

2.1.2. Определение теплоты сгорания топлива

 =127,7∙CO2+108∙H2+358∙CH4+1185∙C4H10 ; кДж/м3                  (2)

где  - низшая теплота сгорания топлива, кДж/м

 =127,7∙CO2+108∙H2+358∙CH4+1185∙C4H10=

=127.7∙0.494+108∙0.988+358∙93.07+1185∙3.063=

=63.0838+106.704+33319.06+3629.655=37118.503 Дж/м3

2.1.3. Определение количества воздуха, необходимого для горения, количества и состава продуктов горения

Таблица 2-Определение количества воздуха и продуктов горения

2.1.4. Материальный баланс

Представляет собой закон сохранения массы, то есть количество веществ поступивших на горение должно быть равно количеству веществ полученных в результате горения.

CO2= CO2×M/22.4                                                                        (3)

где М - молярная масса, кг

.4 - объем, занимаемый 1кмоль любого газа, м3

Таблица 3 - Материальный баланс

2.1.5. Определение начального теплосодержания продуктов горения

 ; кДж/м3                                                                    (4)

где 𝑖в- теплосодержание воздуха при температуре подогрева, кДж/м3;в - объём воздуха необходимый для горения, м3/м3пр.г.- объём продуктов горения, полученный в результате сжигания топлива, м3/м3

 =3492,82 кДж/м3

2.1.6. Определение температуры горения топлива

Задаемся

Определяем теплосодержание дымовых газов при принятых температурах

t=2300 oC:

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

Σ 3828,64 кДж/м3

t=2100 oC :

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

Σ 3476,39 кДж/м3

2.1.7.     Определяется калориметрическая температура горения топлива

                                                                    (5)

где - калориметрическая температура горения топлива; °С

- минимальная температура , °С;

- начальное теплосодержание дымовых газов; кДж/м3

 и - теплосодержание дымовых газов при минимальной и максимальной температурах, кДж/м3

=2104.7 °C

Действительная температура горения топлива

                                                                                  (6)

где, - пирометрический коэффициент, =0,75÷0,85

tдейств =2104.7×0.75=1578.5˚C

2.2.   Предварительное определение основных размеров печи

Ширина пода печи при однорядном расположении заготовок B=l+2a,

Где l-длина заготовки, м a- зазор между заготовками и стенкой, м; a=0,25-0,30 м;  В=4,8+2×0,25=5,3 м

Ширина активного пода при однорядном расположении заготовок равна длине заготовки Ва=l=4.8 м.  Длину активного пода La определяют, исходя из заданной производительности печи P (кг/ч) и напряжений активного пода H (кг/м2·ч)

Сначала находят площадь активного пода Fa, а затем его длину La

=180 м2

 ; м

=37,5 м

L1=La×0.3=37.5×0.3=11.25 м=La×0.25=37.5×0.25=9.375 м=La×0.25=37.5×0.25=9.375 м1=1 м

l2=4.5 м=4 м

l4=1.5 м

l5=1.3 м=1.5 м

H2=3 м

H3=2.2 м

H4=1.5 м

h1=0.7 м

h2=1.0 м

α=5°

Рисунок 8 - профиль нагревательной печи

2.3.   Расчет времени нагрева металла

2.3.1. Определение степени развития кладки (на 1 м длины печи)

 ;                                                                                                       (7)

где h - высота зоны, м

В - ширина активного пода печи, м

l - длина заготовки, м

Для методической зоны

=1,56 м

Для сварочной зоныср===1.85 м

=1,875 м

Для томильной зоныср=h1=0.7 м

=1,396 м

2.3.2. Определение эффективной длины луча

                                                                                              (8)

где h - высота зоны, м

B - ширина активного пода печи, м

Методическая зона

=1,66 м

Сварочная зона

=2,5 м

Томильная зона

=1,12 м

t1 - температура печи, оС

t2 - температура поверхности заготовки, оС

t3 - температура центра заготовки, оС

Рисунок 9 - График нагрева металла в печи

2.3.3. Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре

tг=0.5(tух+tкон);                                                                                               (9)

где tух - температура уходящих газов, оСкон - температура в конце методической зоны, оС

tг=0.5(950+1380)=1165 оС

Парциальное давление CO2 и H2O

=98.1×0.0858=8.4 кПа

=98.1×0.1649=16.2 кПа

=8,4×1,66=13,9 кПа∙м

=16,2×1,66=26,9 кПа∙м

По номограммам находим

=0.11

=0,16

β=1,07

тогда =0.11+1.07×0.16=0.28

приведенная степень черноты рассматривается системой

 ; Вт/м2·К                                                      (10)

где Ɛм=0,8 - степень черноты металла

ωм - степень развития кладки методической зоны

=0,49 Вт/м2·К

Определим коэффициент теплоотдачи излучением

 ; Вт/м2·К                            (11)

где С0 - коэффициент абсолютного черного тела, Вт/м2·К

- приведенная степень черноты

Тг - средняя температура газов, оК

 - начальная температура нагрева металла, оК

 - конечная температура нагрева в зоне, оК

tг - средняя температура газов, оС

 - начальная температура нагрева металла, оС

 - конечная температура нагрева в зоне, оС

=148,19 Вт/м2·К

Определяем температурный критерий Θ и критерий Bi

                                                                                                       (12)

где tг - средняя температура газов, оС

 - конечная температура поверхности металла в зоне, оС

 - начальная температура поверхности металла, оС

=0,36

                                                                                                           (13)

где  - коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/м2·К

S - расчетная толщина заготовки, м

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м2·К

расчетная толщина заготовки

S=(0,550,6)×h=0.6×0.3=0.18 м

где h - толщина заготовки, м

=0,57м=0.25(10+10+744+644)=352 oC

λ=46.8=10.7×10-6 м2/с

по найденным значениям Θ и Bi находим Fo=1,8, тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно

; с                                                                                                        (14)

где F0 - критерий Фурье- расчетная толщина заготовки, м- коэффициент температуропроводности, м2/с

=5450,47 с (1,5 ч)

Находим температуру центра сляба в конце методической зоны.

Определяем критерий Θцентр=0,43

 ; оС

где  - средняя температура газов в зоне, оС

 - начальная температура металла, оС

 - температурный критерий центра

=668 оС

2.3.4. Определение времени нагрева металла в сварочной зоне

Найдем степень черноты дымовых газов при температуре 1380 оС

=8,4×2,5=21 кПа

=16,2×2,5=40,5 кПа

=0.1

=0.17

β=1.08

=0.1+1.08×0.17=0.284

Приведенная степень черноты рассматривается системой

==0,52 Вт/м2∙К

Определим коэффициент теплоотдачи излучением

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале сварочной зоны

                                                                         (16)

где - температура поверхности металла в конце методической зоны,

- температура центра металла в конце методической зоны,

Определяем температурный критерий Θ и критерий Bi

=0.20

При средней температуре металла

tсв=0.25(744+668+1240+1140)=948 oC

λ=27.6 Вт/м∙К

a=5.56×10-6 м2/с

=2,44

критерий Фурье=0.7

Время нагрева в сварочной зоне

                                                                                                           (17)

=4079,1 с (1,1 ч)

Температура в центре сляба в конце сварочной зоны

Θцентр=0,46

=1380-(1380-744)×0,46=1087 Ос

2.3.5. Определение времени нагрева металла в томильной зоне

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет

  (18)

Коэффициент несимметричности

=0,33=1.4

При средней температуре металлат=0,25(1240+1240+1190+1087)=1189

λ=29,7 Вт/м∙К

a=5.83×10-6 м2/с

Время томления

=7780 с(2,2ч)

Полное пребывание металла в печи:

τ=5450,47+4079,1+7780=17309,57 с (4,8 ч)

2.4.   Уточнение основных размеров печи

Для обеспечения производительности P=90 т/ч в печи должно одновременно находиться следующее количество металла

где τ - полное время нагрева метала, ч

=432 т

Масса одной заготовки равна

g=b×h×l×ρ=0.3×0.3×4.8×7850=3391.2 кг

количество заготовок, одновременно находящихся в печи

≈127 шт

При однорядном расположении заготовок, общая длина печи=bn (23)

где b - ширина заготовки, м

L=0.3×127=38.1 м

При ширине печи B=5.3м площадь пода

=201.93 м2

Длина методической зоны

=11,91 м

Длина сварочной зоны

=8,73 м

Длина томильной зоны

=17,46 м

(Проверка: 11,91+8,73+17,46=38,1 м)

2.5.   Тепловой баланс

2.5.1. Приход тепла в рабочее пространство печи

2.5.1.1.Тепло от горения топлива

где B - расход топлива, м3/с

 - теплопроводная способность топлива, кДж/м3

 кВт

2.5.1.2.Тепло, вносимое подогретым воздухом

где  - теплосодержание при температуре подогрева, кДж/м3

- расход воздуха на 1 м3 топлива, м3/м3

кВт

2.5.1.3.Тепло экзотермических реакций

где 5650 - количество тепла полученное от окисления 1 кг железа, кДж/кг;

а = 0,01-0.03 - доля угара металла;

Р - производительность печи, кг/с

кВт

2.5.2. Расход тепла

2.5.2.1.Полезно затраченное тепло

где i кон - энтальпия металла при конечной температуре нагрева , кДж/ кг

iнач - энтальпия металла при начальной температуре, кДж/кг

 кВт

2.5.2.2 Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания

где  - количество дыма, образующееся при сжигании 1 топлива,

 - теплосодержание дымовых газов кДж/м3

Теплосодержание дымовых газов при температуре tух=950˚С находим по приложению II [2](1972,43+2226,75)×0,5=2099,59(1243,55+1393,86)×0,5=1318,71(1319,67+1480,11)×0,5=1399,89O (1517,87+1713,32)×0,5=1615,60

=180.14

=0.7243×1318.71=955.14

=0.0251×1399.89=35.14

=0.1649×1615.60=266.41

=1436,83 кДж/м3

=17747,078×B

2.5.2.3 Потери тепла теплопроводностью через кладку печи

Потери тепла через кладку определяются отдельно для стен и свода.

Потери тепла через стены

Стены печи состоят из слоя шамота Sш= 0.345 м и слоя диатомита, толщиной SД = 0.115м

При определении теплового потока через двухслойную стенку необходимо задаться промежуточной температурой на границе слоёв t1 и температурой наружной поверхности кладки tкл. нар..

Рисунок 10 - Передача тепла через двухслойную стенку

tкл.вн=1200 oC ; tвозд=20 oC

задаемся: t1=1000oC ;t2=100oC

tср.ш=(1200+1000)0,5=1100oC

tср.д=550oC

Коэффициент теплопроводности шамотного слоя

 ; Вт/м∙К                                                       (30)

=0,88+0,00023×1100=1,133 Вт/м∙К

Коэффициент теплопроводности диатомитового слоя

=0,163+0,00043×550=0,3995 Вт/м∙К

α=10+0,06×tст ; Вт/м2∙К (31)

α=10+0,06×100=16 Вт/м2∙К

                                                             (32)

 Вт/м2

Проверка принятых температур

=925,5 оС

=392 оС

λш=0,88+0,00023×925,5=1,093 Вт/м∙К

λд=0,163+0,00043×392=0,332 Вт/м∙К

α=10+0,06×133=17,98 Вт/м2∙К

 Вт/м2

t1=1200-1643.45×0.316=680.67 oC

t2=20+1643.45×0.056=112.03 oC

∆t1=685.33-680.67=4.66 oC

∆t2=133-112.03=20.91 oC

где Fст - площадь поверхности стен, м2

                                             (35)

=2×11,91×2×1,1+2×8,73×2×1,85+2×17,46×2×0,7=165,9 м2

Торцы печи

                                              (36)

=18,038 м2

Fст=165,9+18,038=183,938 м2

Qст=1643,45×183,938∙10-3=302,293 кВт

Потери через свод

Площадь свода принимаем равной площади пода

=201.93 м2                                                                                      (37)

толщина свода Sк=0,3 м; температура внутренней поверхности свода равна средней температуре газов tг=1200 oC принимаем температуру наружной поверхности свода tнар=340 оС

Рисунок 11 - передача тепла через свод печи

α=1,3(10+0,06×340)=39,52 Вт/м2

λк=1,75+0,00086×tк                                                                                        (39)

tк=0,5(1200+340)=770 оС

λк=1,75+0,00086×770=2,4122

=7852,349 Вт/м2

Qсв=qсв×Fсв∙10-3 кВт                                                                                   (40)

где Fсв - поверхность свода, м2

Qсв=7852,349×201,93∙10-3=1585,625 кВт

Qпод=10% от Qст+Qсв                                                                                             (41)

Qпод=(302,293+1585,625)×10%=188,8 кВт

Потери через футеровку

Qкл=Qст+Qсв                                                                                                    (42)

Qкл=302,293+1585,625=1887,918 кВт

2.5.2.3.Неучтенные потери

Qнеучт=0,15(Qкл+Qохл) ; кВт                                                                   (43)

Qнеучт=0,15(1887,918+4313,633×B)=283,188+647,045×B кВт

2.5.2.4 Потери тепла с охлаждающей водой

 (44)

 кВт

Уравнение теплового баланса

Qхим+Qв+Qэкз=Qмет+Qух+Qкл+Qохл+Qнеучт                              (45)

37118,503×B+6017.825×B+1412,5=

=21083.5+17747.078×B+1887.918+4313.633×B+283.188+647.045×B

B(37118.503+6017.825-17747.078-4313.633-647.045)=21842,106

B=21842,106/20428.572

B=1.07 м3/с

Таблица 4 - Результаты расчетов

неувязка 0,03%

2.6 Технико-экономические показатели работы печи

газ сварочный батарейный нагрев

Удельный расход тепла

Удельный расход тепла на нагрев 1кг металла определяется по формуле

где B - расход топлива, м3/с

 - низшая теплота сгорания, кДж/м3

Р - производительность печи, кг/с

=1588,67 кДж/кг

Коэффициент полезного действия

Qме - полезно затраченное тепло на негрев металла, кВтпол - количество тепла, израсходованное в печи, кВт

=44,3 %

Удельный расход условного топлива

=0,0542 кг/кг

Библиография

1. Кривандин В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей 1том Москва: Металлургия, 1986 г.

. Мастрюков Б.С. Расчеты металлургических печей 2том, Москва: Металлургия, 1986 г.

. Тайц Н.Ю. Методические нагревательные печи, Металлургиздат,1964г.