Потери теплоты при посаде и выдаче слитков определим в соответствии с

Q_изл = 5,67·Ф·τ·[(Т_г/100)⁴ - (Т_в/100)⁴]·F_окна·10^-3,

принимая следующие размеры окна: ширина b = 2,5 м, средняя высота d = 1,87 м, толщина кладки l = 0,46 м. При таких размерах окна коэффициент f из выражения:

 

f = 0,9 + 0,7d/b = 0,9 + 0,7·1,87/2,5 = 1,42.

 

Коэффициент диафрагмирования определяем по формуле:

Ф = exp(-f·l/d),

где l – толщина окна, м; d – диаметр отверстия, или минимальная сторона прямоугольника,м; f – коэффициент, зависящий от геометрии окна.

 

Ф = exp(-1,42·0,46/1,87) = 0,7.

 

Время загрузки печи и время ее выгрузки принимаем равным 0,5 ч. Теплота, теряемая излучением при посаде (t_го = 972°С, т.е. t_г при 0 ч.):

 

Q_изл1 = 5,67·0,7·1800·[((972 + 273)/100)⁴ – ((273 + 20)/100)⁴]·1,87·2,5·10^-3 = 800000 кДж.

 

Теплота, теряемая излучением при выдаче (t_гз = 1243,4°С)

 

Q_изл2 = 5,67·0,77·1800·[((1243,4+ 273)/100)⁴ – ((273 + 20)/100)⁴]·1,87·2,5·10^-3 = 1763583 кДж.

 

Потери теплоты с уходящими газами определим по формуле:

Q_ух = V_д·τ·с_ух·t_ух·В.

 

Средняя температура уходящих газов за цикл нагрева согласно

 

t_ух = (t_го + t_г1 + t_г2 + t_г3 + t_г4 + t_г5)/6=(972+902,6+835+1427+1306+1243,4) = 1114°С.

 

При этой температуре теплоемкость продуктов сгорания в соответствии с

 

С_ух = (с_н2оН₂О + с_со2СО₂ + с_N2N₂ + c_o2O₂)·0,01,

где Н₂О, СО₂, N₂, О₂, – состав продуктов сгорания,%

 

С_ух = (1,69·20,2+ 2,19·7,7+ 1,38·70,4+ 1,44·1,6)·0,01 = 1,51 кДж/м³ ·град,

тогда

 

Q_ух = V_д·τ·С_ух·t_ух·В = 6,675·12,74·1,51·1087·В = 139581,3·В кДж.

 

Потери теплоты на нагрев технологических приспособлений. Пусть 2 слитка уложены на 4 подставки из стали 08 массой 1000 кг каждая. Допускаем, что начальная температура подставок равна температуре внутренней поверхности кладки. Следовательно, начальная температура подставок t_ПН=1050 ⁰С. Конечная температура подставок и поверхности садки одинакова, т.е. t_МК = t_ПК = 1220⁰С.

Теплота, затраченная на нагрев подставок равна:

Q_П = G_П*(i_ПК - i_ПН) = 2000*(842,4-688) = 617200кДж

Неучтенные потери теплоты вычислим по формуле:

Q_НЕУЧ = 0,1*(Q_ТЕПЛ + Q_АК + Q_П + Q_ИЗЛ) = =0,1*(1894442 +3281680+617200+2563583) = 835690,5 кДж

Из равенства приходной и расходной частей баланса определим средний расход топлива

Q_прих = Q_расх;

 

Q_т + Q_фв + Q_экз = (Q_м + Q_тепл + Q_ак + Q_изл + Q_п + Q_неучт) + Q_ух;

 

261170*B +25943*В +149043= (9841685+1894442+2563583+3281680+617200+835690,5)+ 139581,3*В

В = 128 м³/ч

Таблица 6

Статья	Приход	Теплоты	Статья	Расход	теплоты
	МДж	%		МДж	%
QT	33429,76	90,6	QМ	9841,685	26,8
QФВ	3320,704		QТЕПЛ	1894,442	5,1
QЭКЗ	149,043	0,4	QАК	2563,583
			QИЗЛ	3281,680	8,9
			QП	617,200	1,7
			QУХ	17666,406	48,2
			QНЕУЧ	835,690	2,3
Итого	36899,507			36700,686

 

 

Коэффициент полезного действия печи

h = 100*Q_М/Q_ПРИХ = 100*9841,685/36899,507= 26,7 %

Средний удельный расход теплоты:

K = Q_ПРИХ/E = 36899,507/12,0314 =3067мДж/т

Удельный расход условного топлива:

В_УСЛ = К/29,33 = 3067/29,33 = 104,6 кг/т

Расчет рекуператора.

 

Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печи, имеют высокую температуру, а следовательно, содержат значительное количество теплоты. Поэтому целесообразно обеспечивать утилизацию теплоты отходящих дымовых газов с возвратом части её обратно в печь. Для этого необходимо теплоту передать поступающему в печь воздуху. Для решения этой задачи широко используют рекуператоры.

Выберем для проектируемой печи петлевой рекуператор.

Исходные данные для расчета:

средний часовой расход топлива В = 128 м³/ч;

расход воздуха на 1м³ топлива L_g = 5,834 м³;

количество продуктов сгорания (от 1м³ топлива) V_g = 6,675 м³

температура подогрева воздуха t_B'' = 215⁰С;

средняя за цикл температура уходящих из печи дымовых газов t_УХ = 1114 ⁰C;

содержание лученепрозрачных газов в продуктах сгорания топлива CO₂ = =7,7%, H₂O = 20,2%, SO₂ = 0,007%, N₂ = 70,4%, O₂ = 1,6%.

Для изготовления рекуператора выберем трубы диаметром 30/24,7 мм (в числителе наружный диаметр трубы, в знаменателе - внутренний). Примем коридорное расположение труб в рекуператоре с шагом s₁/d_н = 1,6; s₂/d_н = 2.

Рис. 5.1. Схемы расположения и основные геометрические характеристики

коридорного (а) и шахматного (б) пучков труб в рекуператорах

Расчет начнем с определения расхода воздуха и дыма, проходящих через рекуператор. расход воздуха найдем по следующему выражению:

 

В_в = В·L_д(1 + n) = 128·5,834 = 746,8 м³/ч.

 

Коэффициент подсоса воздуха n для трубчатых металлических рекуператоров равен нулю.

Расход дымовых газов с учетом потерь дыма на выбивание через дымовой шибер, а также подсоса воздуха определяем по формуле:

 

В’_д = m·B·V_д(1 + ρ) = 0,7·128·6,675 ·(1 + 0,1) = 658 м³/ч.

 

При определении В’_д принималось, что коэффициент m, учитывающий потери дыма в печи и боровах до рекуператора, равен 0,7, а коэффициент подсоса воздуха ρ = 0,1.

Теплосодержание дыма перед рекуператором с учетом подсоса воздуха

 

i’_д = i_ух /(1 + ρ) = 773/(1 + 0,1) = 702,7 кДж/м².

 

Теплосодержание дымовых газов i_ух, соответствующее t_ух = 1114°С, определяем согласно рис. 3. из [2]. Теплосодержанию дыма i’_д = 702,7 кДж/м² соответствует температура t_д’ = 978°С.

Теплосодержание дыма за рекуператором вычислим по формуле:

 

i_д’’ = i_д’ – В_в·С_в·(t_в’’ - t_в’)/(В’_д·ξ),

принимая коэффициент потерь в рекуператоре ξ = 0,82,

 

i_д’’ = 702,7 – 746,8 ·1,3·(215 – 20)/(658 ·0,82) = 351,8 кДж/м³.

 

Этому теплосодержанию соответствует температура дыма за рекуператором t_д’’ =595°С.

Среднелогарифмический температурный напор согласно

 

Δt_ср = ((t_д’ - t_в’’) – (t_д’’ - t_в’))/ln[(t_д’ - t_в’’)/(t_д’’ - t_в’)],

 

Δt_ср = ((978 – 215) – (595 – 20))/ln[(978 – 215/(595 – 20)] = 660°С.

 

Средняя температура дыма в рекуператоре:

 

t_д = (t_д’ + t_д’’)/2 = (978 + 595)/2 = 786,5°С.

 

Вычислим с помощью

α_д^к = (7,4 + 0,00924·t_д)·W_д^0,65/d_н^0,35

коэффициент теплоотдачи конвекцией на дымовой стороне, приняв скорость дыма в рекуператоре W_д = 4 м/с,

α_д^к = (7,4 + 0,00924·786,5)·4^0,65/0,03^0,35 = 124,4 Вт/м²·град.

 

Общий коэффициент теплоотдачи с учетом излучения на дымовой стороне

 

α_д = 1,1· α_д^к = 1,1·124,4 = 136,9 Вт/м²·град.

 

Средняя температура воздуха в рекуператоре

 

t_в = (t_в’ + t_в’’)/2 = (20 + 215)/2 = 117,5°С.

 

Принимая скорость воздуха в рекуператоре W_в = 6 м/с, определим в соответствии с

α_в = (3,57 + 0,00174·t_в)·W_в^0,8/d_вн^0,2

коэффициент теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне рекуператора:

 

α_в = (3,57 + 0,00174·117,5)·6^0,8/(0,0247)^0,2 = 33 Вт/м²·град.

 

Коэффициент теплопередачи найдем по формуле

k = 1/(1/α_д + S/λ + 1/α_в),

где α_д – коэффициент теплоотдачи от дыма к стенке, Вт/м²·град; α_в – коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху, Вт/м²·град; S – толщина стенки, м; λ – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/м·град. Будем предполагать, что тепловое сопротивление S/λ = 0:

 

k = 1/(1/136,9 + 1/33) = 26,6 Вт/м²·град.

 

Поверхность нагрева рекуператора

 

F = В_в·С_в·(t_в’’ - t_в’)/(3,6·k·Δt_ср) = 746,8 ·1,3·(215 – 20)/(3,6·26,6·660) = 3 м².

 

Произведем компоновку рекуператора. Число трубных U–образных элементов

 

Z =4·В_в/(3600 · π · d_вн²·W_в) = 4·746,8 /3600·3,14·0,0247²·6 = 73.

 

Средняя поверхность нагрева одного элемента

 

f_ср = F/Z = 3/73 = 0,041 м².

 

Средняя длина одного трубного элемента

 

l_ср = f_ср/[π·(d_н + d_вн)/2] = 0,041/(3,14·(0,03 + 0,0247)/2) = 0,48 м.

 

 

Число труб в ряду, перпендикулярном движению дыма

 

Z₁ = 2·В’_д/3600·(S₁ – d_н)·W_д·l_ср = 2·658 /3600·(0,048 – 0,03)·4·0,48 = 11.

 

Число труб по ходу дыма Z₂ = Z/2·Z₁ = 73/2·11 = 3,31. Принимаем Z₂ = 4.

 

(см рис. 5.1).

 

Эскиз компоновки рекуператора на рис. 5.2.

 

 

Рис. 5.1. Схема рекуператора.

 

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: