4 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ
4.1 Расчет основных размеров рабочего пространства печи
F - площадь активного пода, м2
F = G/q
где
G – производительность печи, кг/ч
q – удельная производительность печи на активный под q = 140 кг/(м2 * ч)
f = 2150/140 = 15,4 м2
La - длина активного пода, м
La = F/l
где
l – длина изделия, м
La = 15,4/1,6 = 9,6 м
La = Lp, где Lp – длина рабочего пространства печи, м
Вр – ширина рабочего пространства, м
Вр = 1,6 + 2 * 0,25 = 2,1 м
Нр – высота рабочего пространства печи, м
Нр = 1,2 м
Кладка печи выполняется из огнеупорного шамотного кирпича и изоляционного диатомитного кирпича.
Sшам = 0,23 м
Sдиат = 0,115 м
4.2 Расчет габаритных размеров печи
L – длина м, B – ширина м, H – высота м.
L = 11,4 м
В = 3,65 м
Н = 3,2 м (без механизма), 3,4 м (с механизмом).
Fкл - площадь поверхности стен печи, м2
Fкл = 2Fбок + 2Fпод, свод + 2Fт. стенки
Fкл = 2KH + 2LB + 2BH
Fкл = 2 * 11,4 * 3,2 + 2 * 11,4 * 3,36 + 2 * 3,36 * 3,2 = 72,96 + 83,22 + 23,36 = = 179,54 м2
Из полученной площади пове5рхности кладки печи вычитаем площадь рабочего окна.
F/кл = Fкл – Fр. о.
Размер рабочего окна
Вр. о. – ширина рабочего окна, м
Вр. о. = l + 100
Вр. о. = 1600 + 100 =1700 =1,7 м
Нр. о. – высота рабочего окна, м
Fр. о. = Вр. о. * Нр. о.
Fр. о. = 1,7 * 0,8 = 1,36 м2
F/Кл = 179,54 - 1,36 = 178,18 м2
5 ЭСКИЗ ПЕЧИ
Рисунок 2 – Эскиз печи
6 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Тепловой баланс печи важная характеристика тепловой работы.
6.1 Статьи прихода
6.1.1 Химическая теплота сгорания топлива, Вт
Qхим = Qн * B
где
Qн – низшая теплота сгорания топлива, Дж/м3
Qн = 34699 * 103 Дж/м3
В – расход топлива, м3/с
Qхим = 34699 * 103 * B
6.1.2 Физическая теплота, вносимая подогретым воздухом, Вт
Qф. в. = Cв * tв * Vв * B
где
Св – средняя удельная теплоемкость воздуха при tв, Дж/(м3 * оС)
tв – температура воздуха, оС
Vв – количество воздуха, необходимое для горения топлива, м3/м3
6.1.3 Химическая теплота окисления металла, Вт
Qхим. ок. = 0,01 * 5652 * mм
где
mм – количество каждого окисленного элемента металла
Qхим. ок. = 0,01 * 5652 * 0,6 = 33,9 Вт
6.2 Статьи расхода
6.2.1 Теплота необходимая для нагрева металла, Вт
Qпол = Cм * (tмк – tмн) * mм
где
Cм – средняя удельная теплоемкость металла в интервале tмк – tмн,
Дж/(кг * оС)
tмк, tмн – конечная и начальная температура металла, оС
mм – масса нагретого или расплавленного металла (производительность печи), кг/с
mм = G/3600 кг/с
G – часовая производительность печи кг/ч
mм = 2150/3600 = 0,6 кг/с
См = 703 Дж/(кг * оС)
Qпол = 703 * (800 – 20) * 0,6 = 329004 Вт
6.2.2 Физическая теплота продуктов горения топлива, Вт
Qп.г. = Cп.г. * tп.г. * V/п.г. * B
где
Сп.г. – удельная теплота продуктов горения при tп.г., Дж/(кг * оС)
tп.г. – температура продуктов горения, оС
V/п.г. – единицы топлива, м3/м3
Сп.г. = 1410 Дж/(кг * оС)
tп.г. = 1400 оС
V/п.г. = 11,06 м3/м3
Qп.г. = 1410 * 1400 * 11,06 * В = 21832440 * В Вт
6.2.3 Потери теплоты теплопроводностью через кладку, Вт
Qкл = K * Fкл * (tпеч – tв)
где
К – коэффициент теплопередачи от печного пространства в окружающий воздух через стенку, Вт/(м2 * оС)
К =
α1 –коэффициент теплопроводности конвекцией от газов к металлу,
α1 = 130,3 Вт/(м2 * оС)
α2 – коэффициент отдачи конвекцией в среду от наружных стен печи в окружающую среду, α2 = 20 Вт/(м2 * оС)
S1 – толщина огнеупорного слоя из шамотного кирпича, S1 = 0,23 м
S2 – толщина изоляционного слоя из диатомитного кирпича, S2 = 0,115 м
λ1 – коэффициент теплопроводности шамотного кирпича, Вт/(м2 * оС)
λ1 = 0,84 + 0,6 * 10-3 * tср.ш. Вт/(м2 * оС)
tср.ш. – средняя температура огнеупорного слоя из шамотного кирпича, оС
tср.ш. = tп + tн/2
tср.ш. = 850+60/2 = 455 оС
λ1 = 0,84 + 0,6 * 10-3* 455 = 1,113 Вт/(м2 * оС)
λ2 – коэффициент теплопроводности диатомитного кирпича, Вт/(м2 * оС)
λ2 = 0,11 + 0,232 *10-3 * tср.д.
tср.д. – средняя температура слоя из диатомитного кирпича, оС
tср.д. = tср.ш.+20/2
tср.д. = 455+20/2 = 237,5 оС
λ2 = 0,11 + 0,232 *10-3 * 237,5 = 0,1651 оС
К = Вт/(м2 * оС)
Qкл = 1,1 * 179,54 * (900 – 20) = 173794 Вт
6.2.3 Потери теплоты излучением через открытые окна и отверстия, Вт
Qи = Со * (Тпеч/100)4 * Fок * Ф * τ
где
Fок площадь открытого окна, м2
Fок = 1,36 м2
Ф – коэффициент диафрагмирования. Зависящий от толщины стен и конфигурации окна
τ – время, в течении которого открыто окно (при постоянно открытом окне τ = 1)
Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2 * оС)
Со = 5,76 Вт/(м2 * оС)
Тпеч – температура печи конечная, оС
Тпеч = 900 +273 = 1173 оС
Qи = 5,76 * (1173/100)4 * 1,36 *0,6 * 1 = 88982 Вт
6.2.4 Теплота, затрачиваемая на нагрев транспортирующих устройств, Вт
Qтр = Cтр * (tктр – tнтр) * mтр
где
Стр – средняя удельная теплоемкость транспортирующих устройств в интервале температур tктр – tнтр, Дж/(кг * оС)
Стр = 595 Дж/(кг * оС)
tктр, tнтр – конечная и начальная температуры транспортирующих устройств, оС
tктр = 800 оС
tнтр = 20 оС
mтр – масса транспортирующих устройств, проходящих через печное пространство в единицу времени, кг/с
mтр = 0,2 * Рсад
Рсад – садка печи, кг/с
Рсад = G * τ об
Рсад = 2150 * 3,2 = 6880 кг
Рсад = 6880/3600 = 1,9 кг/с
mтр = 0,2 * 1,9 = 0,38 кг/с
Qтр = 595 * (800 – 20) * 0,38 = 176358 Вт
6.2.5 Неучтенные потери обычно принимают равными 10 – 15% от суммы всех потерь теплоты, за исключением полезно затраченной, Вт
Qнеучт = 0,1/0,2 * (Qрасх – Qпол)
Qнеучт = 0,1/0,2 * (21832440 *В + 768136 – 329004) = 0,5 * (21832440 * В + + 439132)= 0,5 * 21832440 * В + 0,5 * 439132 = 10916220 * В + 219566 Вт
Приравнивая сумму статей прихода к сумме статей расхода, находим расход топлива, В м3/с
34699000 * В + 4015440 * В + 33,9 = 329004 + 21832440 * В + 1173794 +
+ 88982 + 17358 + 10916220 * В + 219566;
38714440 * В + 33,9 = 984704 + 32748660 * В;
38714440 * В – 3 2748660 * В = 984704 – 33,9;
5965780 * В = 984670,1;
В = 984670,1/5965780
В = 0,165053 м3/с
6.3 Таблица теплового баланса
Таблица 6.1 – Тепловой баланс печи
Статьи прихода
кВт
%
Статьи расхода
кВт
%
1 Химическая теплота сгорания топлива.
2 Физическая теплота воздуха.
3 Химическая теплота окисления металла
5684
625
0,0339
90,09
9,9
0,01
1 Нагрев металла
2 Теплота с уходящими продуктами горения
3 Потери через кладку
4 Излучение через окна
5 Неучтенные потери
329,004
3633,61
173,8
89
2081
5,22
57,62
2,76
1,4
33
Всего
6309,03
100
Всего
6306,414
100
7 ТЕПЛО ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕЧИ
После составления теплового баланса печи определяем следующие основные теплотехнические показатели: коэффициент полезного действия печи (КПД) η, идеальный расход тепла (q), идеальный расход топлива (В).
Наиболее важной величиной является удельный расход условного топлива, который характеризует степень теплотехнического совершенства печи.
Термический коэффициент полезного действия печи, %
ηкпд = Qпол/Qхим
ηкпд = 329,004/5684 = 5,8 %
Идеальный расход тепла, кВт/(кг/ч)
q = Qхим/P
q = 5684/671,9 = 8,5 кВт/(кг/ч)
Удельный расход условного топлива, кг/ч
P = G/τоб
P = 2150/3,2 = 671,9 кг/ч
Идеальный расход топлива, кг условного топлива/т стали
В = Qхим/Р * 29 * 310
В = 5684/671,9 * 29 * 310 = 76 кг условного топлива/т стали
8 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Для безопасности работы персонала, обслуживающего нагревательные печи, обязательно выполнение правил по технике безопасности.
Взрывчатая смесь может образоваться, если до пуска печи газопровод не был продут. Воздух, оставшийся в газопроводе, смешиваясь с газом, образует взрывчатую смесь. Продувка газопровода газом с удалением его через продувочную свечу и последующая проверка содержания в нем кислорода – обязательные операции, предотвращающие взрыв.
При резком снижении давлении газа воздух через горелки может попасть в газопровод и образовать взрывчатую смесь. Для предупреждения этого необходимо газопровод и печь отключать при давлении менее 200 – 400 Н/м2.
Взрывчатая смесь образуется во время ремонта при плохой продувке газопровода или при проникновении в него газа через не плотности в задвижках. Во избежание этого надо устанавливать заглушку, отсекающую ремонтируемый участок газопровода от действующей сети, и своевременно продувать его.
