Расчет трехзонной методической печи с шагающим подом

Q_пот^т = 0,1 · Q_хим^т = 0,1 · 3380 = 33800 Вт

Уравнение теплового баланса для томильной зоны:

33800 Вт = 1440 + 24129,36 Вт + 1737,42 + 3380 Вт

Решая это уравнение, находим

Вт = 0,5 м³/с

Сварочная зона

Баланс для сварочной зоны составляем так же, как и для томильной. Потому приведем только окончательные результаты расчетов, уточняя там, где это необходимо.

А. Приход

Q_хим^св = 33800В_св

Тепло вносимое продуктами сгорания из томильной зоны.

Q_пг^св = Q_ух^т = 24129,36 Вт = 24129,36 · 0,5 = 12064,68 кВт

Б.Расход

Q_пол^св = = 36100 кВт

Q_ухв^св = V_q · н_q · (В_св + В_т) ;

Q_ухв^св = 10,8 · 1711 · (В_св + 0,5) = 18500 · (В_св + 0,5)

Площадь свода:

F_свода^св = (9 + 2 · 0,46) · 125,71 = 1247,04 м²

Q_свод^св = = 1375 кВт

Средняя температура внутренней поверхности боковых стен:

t_ст^св = = 1139,7⁰С

Площадь боковых стен:

F_ст = 2·125,71(1+0,3) = 326,85 м²

Q_ст^св = 177 кВт

Суммарные потери через кладку:

Q_тепл^св = 1375 + 177 = 1552 кВт

Неучтенные потери:

Q_пот^св = 0,1 · Q_хим^св =3380 В_св

Уравнение теплового баланса для сварочной зоны:

33800В_св + 12064,68 = 36100+18500 · (В_св + 0,5) +1552 + 3380В_св

В_св = 3,71 м³/с

Методическая зона

А. Приход

Q_тепл^св = 33800В_м

Q_пг^м = Q_ух^св = 59500 кВт

Б.Расход

Q_пол^м = = 21800 кВт

Q_ухв^св = V_q · н_q · (В_св + В_т) ;

Q_ухв^св = 10,34 · 1400 · (В_м + 3,71)= 15150·(В_м + 3,71) кВт

Средняя температура поверхности свода:

_к = = 894,29 ⁰С

Площадь свода:

F_свода^м = (9 + 2 · 0,46) · 134,09 = 1330,17 м²

Потери тепла через свод:

Q_свод^м = 514кВт

Площадь боковых стен:

F_ст^м = 2 · 134,09 · (1 + 0,3) = 348,63 м²

Площадь торцевой стены:

F_{ст.торц.}^м = 12,9 м²

Общая поверхность стен:

F_ст^м = 348,63 + 12,9 = 361,53 м²

Суммарные потери через кладку:

Q_тепл^м = Q_свод^м + Q_ст^м ;

Q_тепл^м = 514 + 50,3 = 564,3 кВт

Неучтенные потери:

Q_пот^м = 0,1 · Q_хим^св = 3380Вт

Уравнение теплового баланса для методической зоны:

33800В_м + 59500= 21800+ 15150·(В_м +3,71) + 564,3+ 3380В_м

В_м = 0,87м³/с

Общий расход топлива:

В = В_м + В_св + В_т;

В = 0,87+ 3,71+ 0,5= 5,08м³/с

Топливо по зонам распределяем следующим образом:

методическая: 20,6%

сварочная: 72,0%

томильная:7,4%

2.5 Расчет рекуператора

Принимаем по [4]:

Температура воздуха на входе в рекуператор

t_н^в = 0⁰C

Температура воздуха на выходе из рекуператора

t_в^к = 450⁰C

Температура дыма на входе в рекуператор

t_д^н = 800⁰C

Расход газа на отопление печи

В = 5,92м³/с

Расход воздуха на горение топлива

V_в = 5,46· 5,92= 32,3 м³/с

Количество дымовых газов на входе в рекуператор

V_д = 6,4 · 5,92= 37,2 м³/с

Состав дымовых газов, %

7,48% СО₂; 17,65% Н₂О; 3,79% О₂; 71,71% N₂

Выбираем керамический блочный рекуператор

Материал блоков: шамот, марка кирпича Б4 и Б6

Утечку воздуха в дымовые каналы принимаем равной 10%

Тогда в рекуператор необходимо подать количества воздуха:

32,3 / 0,9 = 35,8 м³/с

Количество потерянного в рекуператоре воздуха:

V_в =35,8 - 32,3 = 3,5 м³/с

Среднее количество воздуха:

= 34,05 м³/с

Составляем уравнение теплового баланса рекуператора, учитывая потери тепла в окружающую среду, равные 10%, и утечку воздуха в дымовые каналы:

Q = V_в · (С_в^к · t_д^к - С_в^н · t_д^н) + V_в · (С_в^д · t_д^к - С_в^н · t_в^н), (45)

где: V_в - количество воздуха в дымовые каналы, м³/с;

С_в^н; С_в^к - теплоемкость воздуха при t_в^н и t_в^к, соответственно, кДж/(м³ · К)

Задаемся температурой дымовых газов на выходе из рекуператора t_д^к = 650⁰С

Теплоемкость дыма на входе в рекуператор t_в^н = 800⁰С

С_СО2 = = 0,167 кДж/(м³ · К)

С_Н2О = = 0,303 кДж/(м³ · К)

С_О2 = = 0,056 кДж/(м³ · К)

С_N2 = = 1,002 кДж/(м³ · К)

С_д⁸⁰⁰ = 1,528 кДж/(м³ · К)

На выходе из рекуператора t_д^к =650⁰С

С_СО2 = = 0,154 кДж/(м³ · К)

С_Н2О = = 0,284 кДж/(м³ · К)

С_О2 = = 0,054 кДж/(м³ · К)

С_N2 = = 0,962 кДж/(м³ · К)

С_д⁶⁵⁰ = 1,454 кДж/(м³ · К)

Тогда, t_д^к находим из уравнения теплового баланса теплообменника:

0,9·V_д·( С_д^н · t_д^н - С_д^к · t_д^к) = V_в · С_в^к + V · С_в^к + V · С_в^д · t_д^к (46)

0,9 · 38,95 · (1,528 · 800 - 1,454 · 650)

решая это уравнение, получим:

t_д^к = 370 ⁰С

В принятой конструкции рекуператора схема движения теплоносителей - перекрестный противоток.

Среднюю разность температур определяем по формуле:

t = t_против Еt, (47)

где: t_против - среднюю логарифмическую разность температур для противоточной схемы движения теплоносителей, ⁰С

Р = R = (48)

t_против = ,

где: t_н - разность температур горячего и холодного теплоносителя на входе в теплообменник, ⁰С

t_к - на выходе из теплообменника, ⁰С

t_н = t_д^н - t_в^к ; t_к = t_д^к - t_в^н - для противотока

t_против = = 153,85⁰С

Р = = 0,56; R = = 0,95

По номограмме находим t = 0,94

Тогда t = 153,85 · 0,94 = 144,62 ⁰С

Определяем суммарный коэффициент теплопередачи.

Принимаем

среднюю скорость движения дымовых газов _д.о.= 1,2 м/с и

среднюю скорость движения воздуха _в.о.= 1,5 м/с

Учитывая, что эквивалентный диаметр воздушных каналов _в= 0,055м = 55мм из графика находим коэффициент теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне:

_в^конв = 14 Вт/(м² · К)

Учитывая влияния шероховатости стен, получаем:

^'_в^конв = 1,1 · 14 = 15,4 Вт/(м² · К)

Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне находим по формуле:

_д = _д^конв + _д^н (49)

Гидравлический диаметр канала, по которому движутся дымовые газы, равен:

_д = 0,21м

Согласно графику коэффициент теплоотдачи конвекцией на дымовой стороне равен:

_д^конв = 6,4 Вт/(м² · К)

с учетом шероховатости стен

_д^конв = 1,1 · 6,4 = 7,04 Вт/(м² · К)

Коэффициент теплоотдачи излучением на дымовой стороне определяем для средней температуры дымовых газов в рекуператоре, равной:

t^' = = 585 ⁰С

Среднюю температуру стенок рекуператора принимаем равной

_ст = = 405 ⁰С

Эффективная длина луча в канале:

S_эф = 0,9 · _д(50)

S_эф = 0,9 · 0,21 = 0,19 м

По номограмме t_д = 585⁰С, находим:

0,02; 0,007; = 1,06

= 0,02 + 1,06 · 0,007 = 0,027 кН/м

Коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле

, (51)

где:

= 0,8;=0,9

= 2,24 Вт/(м² · К)

Общий коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне:

= 7,04 + 2,24 = 9,28 Вт/(м² · К)

Коэффициент теплопроводности шамота при t = 405 ⁰С

= 0,8 + 0,00023 · 405 = 0,89 Вт/(м² · К)

Толщина стенки элемента рекуператора

д = 0,019 м

Суммарный коэффициент теплопередачи равен:

К = , (52)

где: - соответственно основная поверхность теплообмена и оребренная, м²

при = 0,8

К = = 5,52 Вт/(м² · К)

Определяем поверхность нагрева и основные размеры рекуператора. Количество тепла, передаваемое через поверхность теплообмена находим по формуле:

Q = 32,3 · (1,335 ·450 - 1,3 · 0)+3,5·(1,36·370 -1,3·0) =21165 кВт

Находим поверхность нагрева рекуператора:

F= Q / (К · t) (53)

F = 21165000 / (5,52 · 610) =6285,64 м²

Так как удельная поверхность рекуператора, выложенного из кирпичей Б4 и Б6 равна = 10,3 м²/м³, находим объем рекуператора:

V_р = F/_уд (54)

V_р = 6285,64/ 10,3= 610,26 м³

Необходимая площадь сечения для прохода дыма:

 (55)

= 32,5 м²

Учитывая, что площадь дымовых каналов составляет 44% от общей площади вертикального сечения рекуператора, находим величину последнего

= 74 м²

10,9 м²

Н_р= (56)

Н_р = = 6,6 м

Длина рекуператора:

L_р= (57)

L_р = = 8,5 м

Список используемой литературы

1 Гусовский В.Л, Лившиц А. Е. Теплотехника. Тепловой расчет печей непрерывного действия. Учебно - методическое пособие. М 2002- 85 с

2 Казанцев Е.И., Промышленные печи. М.,”Металлургия”, 1975. 367 с

3 Кривандин В.А., Марков.Б.Л., Металлургические печи, М.:”Металлургия”, 1977. - 464с

4 Мастрюков Б.С., Расчёты металлургических печей. - М.: “Металлургия”, 1978. - 272с

5 Миткалинный В.И.,Кривандин В.А.,Морозов В.А.Атлас.Металургические печи. - М.:”Металлургические печи”,1987.-385с.

6 Сборщиков Г.С., Крупенников С.А., Теплотехника: расчет и конструирование элементов промышленных печей. Учебно-методическое пособие. М. “Учеба”, 2004-179 с.

Размещено на Allbest.ru

...