3.5 Расчет теплового баланса печи
Составление теплового баланса заключается в определении количества тепла, введенного в печь в определенный промежуток времени (в час, в секунду, в определенный период нагрева), и количества тепла, расходуемого печью за тот же промежуток времени, приравнивая эти количества, мы можем определить расход топлива за принятый промежуток времени, а по нему удельный расход топлива, статьи теплового баланса, КПД печи. Тепло в печи получается за счет сгорания топлива, в виде физического тепла подогретого воздуха, а также за счет экзотермической реакций, проходящих в печах. Полученное тепло затрачивается в некоторой части на нагрев металла до определенной температуры по технологическому процессу. Это полезная затрата тепла. Часть тепла теряется с нагреваемыми газами, часть расходуется на нагрев стен печи (аккумуляцию) и на отдачу тепла стенками в окружающую среду; наконец, остальная часть теряется с дымовыми газами. Это бесполезная трата тепла. Уравнение теплового баланса определяется формулой:
где Qэкз-тепло экзотермических реакций, не связанных с горением топлива
Приходные статьи: 1) Тепло полученное в результате расхода электроэнергии:
где N – затраченная электрическая мощность, кДж/ч; Z – время технологического процесса, ч. Qэ=5, 58·N кВт/ч=5, 58·N кДж/ч 2) Тепло экзотермических реакций. Здесь учитываются все химические реакции, идущие с положительным тепловым эффектом (отрицательным значением энтальпии), кроме реакций горения топлива. В нагревательных печах учитывается только тепло, выделяющееся при окислении сплава. При окислении железоуглеродистых сплавов выделяется 5652 кДж/кг, поэтому:
где а– общий угар сплава, % (для термических и нагревательных печей он равен 0, 5... 1, 0 % от массы садки); G – масса садки, кг/ч, кг/период. Qэкз=5652·10722· Qприх. =5, 58 ·N+484806 Расход тепла печью 1) Полезно израсходованное тепло на нагрев металла
где G-масса садки, кг/ч; сс–средняя теплоемкость материалов в интервале от начальной Q1=10722·0, 550·(1250-20)=7253433 кДж/ч 2) Потери тепла в окружающее пространство для непрерывно работающих печей складываются из следующих составляющих:
где Qкл-потери через кладку печи, кДж/ч; Qок- потери излучением через открытые окна печи, кДж/ч; Qв-потери тепла уносимого водой, охлаждающей отдельные части печи, кДж/ч. Общие потери тепла через кладку печи составят:
где Qпд-потери тепла через под печи, кДж/ч. Потери тепла через стенку печи определяется по формуле:
где q-удельная плотность потока для плоской стенки, Вт/м2; Fф-площадь стен печи, м2. Удельный поток для двухслойной стенки (см. рис.? )рассчитывается по формуле:
где δ i – толщина i-го слоя огнеупорной футеровки, м; λ i – коэффициент теплопроводности i-го слоя футеровки при средней температуре (tср. ), Вт/(м·0С);
tнар-наружная температура стенки печи, 0С Далее считая внутреннюю температуру кладки печи заданной (tвн), а наружную температуру принятой (tнар) и принимая в первом приближении распределение температуры по толщине кладки линейным из геометрических соотношений, найдем температуры на границах раздела слоев.
Рисунок 13 - Схема теплового потока через двухслойную стенку Для предварительного расчета можно принять:
где
t2= tср. 1= tср. 2= Коэффициент теплопроводности огнеупорных и теплоизоляционных материалов при заданной температуре λ i(t) можно определить по формуле:
где λ 0 – коэффициент теплопроводности материала слоя при 0⁰ С, Вт/(м·0С) b- температурный коэффициент, ⁰ С-1. Коэффициент теплопроводности для шамота класса А: λ 1= 0, 7+ 0, 00055· 995=1, 25 Вт/(м·0С) Коэффициент теплопроводности для динасового кирпича марки ДЛ-1, 2: λ 2= 0, 81+ 0, 00065· 385=1, 06 Вт/(м·0С) Найдем коэффициент теплоотдачи от стенки печи:
Удельный поток равен: q= Зная величину удельного теплового потока, необходимо определить температуры на стыке слоев кладки, температуру на наружной поверхности кладки и средние температуры в слоях кладки:
Выполняем проверку: tср. 1= tср. 2= Проведенная проверка установила, что температура на стыке слоев кладки найдена верна. Далее необходимо найти площадь поверхности кладки. Боковая стенка печи имеет вид: Рисунок 14- Эскиз боковой стенки печи. Площадь поверхности боковой стенки рассчитывается по формуле:
где Н-габаритная высота печи, м; Fб. ст. =5, 540·2, 489=13, 79 м2 Площадь задней и передней стенки равна: Fз. п. ст. =2, 57·2, 489=6, 40 м2 Площадь пода и свода равна: Fп. св. =5, 540·2, 57=14, 24 м2 Так как, толщина футеровки одинакова во всех направлениях, для расчета потери тепла можно найти общую площадь: Fобщ. =2· Fб. ст+2· Fз. п. ст+2· Fп. св=2·13, 79+2·6, 40+2·14, 24=68, 86 м2 Общие потери тепла через кладку печи составят: Далее найдем потери тепла, через открытую дверцу печи. Потери тепла излучением через открытые окна печи:
где
Так как, окно имеет прямоугольную форму, его площадь рассчитывается по формуле:
где Н-высота окна, м; H=1, 94 м B-ширина окна, м; B=1, 65 м F=1, 94·1, 65=3, 20 м2
Так как, расчетная температура на поверхности печи менее 100 0С, то предлагается не использовать водоохлаждение корпуса печи. 𝑄 в=0 Потери тепла в окружающее пространство равны: 𝑄 5=640811+723252=1363063 кДж/ч 3) Расход тепла на разогрев кладки и других составных частей печей:
где Чтобы найти объем теплоизоляционного слоя, необходимо площадь кладки динаса умножить на толщину слоя δ. Площадь рассчитывалась ранее.
Чтобы найди объем огнеупорного слоя, необходимо найти площадь кладки шамота. Вш. =Вобщ. -460=2567, 5-460=2107, 5 мм=2, 12 м Нш=Нобщ-460=2489-460=2029 мм=2, 03 м Lш=Lобщ-460=5540-460=5080 мм=5, 08 м Fобщ. =2· Fб. ст+2· Fз. п. ст+2· Fп. св=2·(5, 08·2, 03)+2·(2, 12·2, 03)+2·(5, 08·2, 12)= =50, 77 м2
Время разогрева кладки находится исходя из скорости нагрева, которая составляет 100-150
4) Неучтенные потери, кДж/ч, кДж/период:
где 0, 10... 0, 15 – доля неучтенных потерь от суммы расходных статей теплового баланса. Q7=0, 10· ( =1168735 кДж/ч Qрасх. = Qприх. = Qрасх. 5, 58·N+484806= 5, 58·N= 5, 58·N=12371277
N=2217075 кДж/ч N=616 кВт/ч Результаты расчета теплового баланса приведены в таблице 4. Таблица 4 - Сводная ведомость теплового баланса
Невязка 12856085-12856083 =2 кДж/ч Относительная погрешность (2/12856085)·100=0, 00001≤ 0, 1%, что допустимо в технических расчетах. Тепловой КПД печи:
где Q1 – полезно используемое тепло, кДж/ч; Qэ – тепло, полученное за счет расхода электрической энергии кДж/ч. η =7253433/12371279·100%=58, 6% 3. 6 Расчет электронагревателей. Исходными данными для расчета нагревателей для печей сопротивления являются: мощность печи, геометрические размеры печи, напряжение питающей сети, начальная и конечная температура металла. Расчет нагревателей производится в следующей последовательности: 1. Находится рабочая температура нагревателя по формуле:
где
При такой рабочей температуре, предлагается использовать в качестве материала электронагревателя-глобар(карбидо-кремниевый нагревательный элемент). Определяется удельная поверхностная мощность идеального нагревателя по формуле:
где
Выбирается тип нагревателя с учетом относительной мощности стен (из уравнения:
где
Согласно техническим данным компании поставщика Kanthal GLOBAR® SD нагревательные элементы могут иметь размеры представленные в таблице (5).
Таблица 5 – Стандартные размеры одностержневых элементов Kanthal GLOBAR® SD. Мощность одного нагревателя находят по формуле, кВт:
f – поверхность рабочей части нагревателя, м2;
π – математическая постоянная; d – диаметр рабочей части нагревателя, мм; l – длина рабочей части нагревателя, мм. f =3, 14·0, 038·1, 450=0, 17 м2 Р = Падение напряжения на одном на одном нагревателе рассчитывается по формуле:
где R-сопротивление нагревателя, Ом. Необходимо определить верхний и нижний предел изменения напряжения. Минимальное и максимальное сопротивление нагревателей Кантал, найдем по справочным данным. uн = uв= Зная заданную мощность печи и мощность одного нагревателя, можно найти общее число нагревателей.
n=616/5, 98=102 шт.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|