Расчет теплового баланса
Поскольку расход топлива по зонам печи нам неизвестен, будем составлять позонные тепловые балансы .
Принимаем некоторые упрощения: пренебрегаем переносом тепла излучением из зоны в зоны; пренебрегаем продольным переносом тепла в зоне горения, так как размеры зоны малы (Н’ = 0,1 м) и температура зоны горения принята одинаковой по всей длине печи (t’ф = 1600 оС); не учитываем расходные статьи баланса, не превышающие 5 % от всего расхода.
Томильная зона:
Приход тепла
1. Тепло от горения топлива
Qтхим = Вт Qрн = 35704,75 Вт , кВт
где Вт – расход топлива в томильной зоне, м3/с.
2. Приход тепла от окисления металла.
Qтокс = Р × Qэкз × 0,01 = 1098,36 кВт
где Qэкз – теплота экзотермических реакция, 5650 кДж/кг,
0,01 – степень окисления
3. Приход тепла с подогретым воздухом горения
Qтвозд = 9,49 × 450 × 1,3371 × Вт = 5710,09×Вт , кВт
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
1. Тепло, затраченное на нагрев металла
кВт
где – энтальпии стали Ст20 при температуре соответственно, кДж/кг.
2. Тепло, уносимое продуктами сгорания в зоне теплообмена при оС
, кВт
Энтальпию продуктов сгорания находим при оС
СО2
Н2О….
О2……
N2……
кДж/м3
3. Потери тепла теплопроводностью через футеровку.
=
;
Температура поверхности металла в томильной зоне – 1160 °С
Температура газов – 1210 °С
= = 0,256
= 0,589
= 0,97
= 0,99
= 1468 К = 1195 °С
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист Лист |
= 26,12 м
= 15,88 м
= 337,61 м2
=103,48 м2
Средняя температура шамотного слоя равна
°С
При этой температуре находим теплопроводность
Вт/(м К)
Находим коэффициент конвективной теплоотдачи
Вт/(м2 К)
Рассчитываем потери тепла через свод по формуле
кВт
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
Боковой наружной
= 26,12 × 3,14 × (1,8 + 0,3 + 0,56) = 218,16 м2
Боковой внутренний
= 15,88 × 3,14 × (1,8 + 0,3 + 0,56) = 132,64 м2
Общая площадь боковых стен
Fнар = 218,16 + 13264 = 3350,8 м2
= 1 м2
Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, определяем среднее значение температуры каждого слоя:
средняя температура слоя шамота ,
средняя температура слоя диатомита ,
где t’ – температура на границе раздела слоев
Коэффициенты теплопроводности материалов
Вт/(м К)
Вт/(м К)
При стационарном режиме
t’ = 440 °С
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
°С
°С
Вт/(м К)
Вт/(м К)
Учитывая, что
Вт/(м2 К)
Рассчитываем потери тепла через стены печи
кВт
Под. Температура внутренней поверхности tк = 1195 °С. Принимаем температуру наружной поверхности tнар = 75 °С. Площадь пода равна площади свода Fнар = 103,48 м2
Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, определяем среднее значение температуры каждого слоя:
средняя температура слоя высокоглиназемистого кирпича
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
где t’ – температура на границе раздела слоев
Коэффициенты теплопроводности материалов
Вт/(м К)
Вт/(м К)
При стационарном режиме
t’ = 474 °С
Тогда
°С
°С
Вт/(м К)
Вт/(м К)
Учитывая, что
Вт/(м2 К)
Рассчитываем потери тепла через стены печи
кВт
Общие потери тепла теплопроводностью через футеровку печи равна
Qттепл = 388,88 + 148,60+148,8 = 686,28 кВт
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
Принимая Fокн = 1,8 м2, Ф = 0,78, ψ =0,5
= 297,17 кВт
Потери тепла с окалиной составят:
где 0,01 – степень угара,
1,38 – коэффициент увеличения веса окалины за счет поглощения кислорода
= 401,3 кВт
Неучтенные потери принимаем равными 10 % от тепла горения топлива
Qтпот = 0,1 Qтхим = 0,1 × 35704,75 × Вт =3570,48 Вт кВт
Уравнение теплового баланса томильной зоны:
35704,75 Вт + 1098,36+5710,09Вт= 1234,44 + 2011,55Вт + 686,28 + +297,19 +401,3 + 3570,48 Вт
Вт = 0,086 м3/с
Сварочная зона:
Приход тепла
1. Тепло от горения топлива
Qсвхим = Всв Qрн = 35704,75 Всв кВт
где Всв – расход топлива в сварочной зоне, м3/с.
2.Тепло, вносимое продуктами сгорания из томильной зоны
Qсвпг = Qтух = 20111,55 Вт кВт
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
Qсввозд = 5710,09 Всв кВт
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
Qсвокс = Р × Qэкз × 0,01 = 1098,36 кВт
Расход тепла
1. Тепло, затраченное на нагрев металла
кВт
где – энтальпии стали СТ.20при температурах в сварочной зоне соответственно
2. Тепло, уносимое продуктами сгорания в зоне теплообмена при °С
, кВт
Энтальпию продуктов сгорания находим при °С
СО2
Н2О….
О2……
N2……
кДж/м3
3. Потери тепла теплопроводностью через футеровку.
Свод. Температура внутренней поверхности tк = 1195 °С. Принимаем температуру окружающей среды tок = 30 °С, температуру наружной поверх-ности tнар = 75 °С. Площадь свода (с учетом толщины стен):
=159,3 м2
Средняя температура шамотного слоя равна
°С
При этой температуре находим теплопроводность шамота
Вт/(м К)
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
Вт/(м2 К)
Рассчитываем потери тепла через свод по формуле
кВт
Стены. Температура внутренней поверхности tк = 1195. Принимаем температуру наружной поверхности tнар = 75 °С.
Общая площадь боковых стен
= 165,48 м2
Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, определяем среднее значение температуры каждого слоя:
средняя температура слоя шамота
средняя температура слоя диатомита
где t’ – температура на границе раздела слоев
Коэффициенты теплопроводности материалов
Вт/(м К)
Вт/(м К)
При стационарном режиме
t’ = 440 °С
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
°С
°С
Вт/(м К)
Вт/(м К)
Учитывая, что
Вт/(м2 К)
Рассчитываем потери тепла через стены печи
кВт
Под. Температура внутренней поверхности tк = 1195 °С. Принимаем температуру наружной поверхности tнар = 75 °С. Площадь пода равна площади свода Fнар = 159,3м2
Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, определяем среднее значение температуры каждого слоя:
средняя температура слоя высокоглиназемистого кирпича
средняя температура слоя диатомита
где t’ – температура на границе раздела слоев
Коэффициенты теплопроводности материалов
Вт/(м К)
Вт/(м К)
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
t’ = 474 °С
Тогда
°С
°С
Вт/(м К)
Вт/(м К)
Учитывая, что
Вт/(м2 К)
Рассчитываем потери тепла через стены печи
кВт
Общие потери тепла теплопроводностью через футеровку печи равна
Qттепл = 598,66+232,17+229,12 = 1060,05 кВт
Потери тепла с окалиной составят:
где 0,01 – степень угара,
1,38 – коэффициент увеличения веса окалины за счет поглощения кислорода
= 401,3 кВт
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
Qтпот = 0,1 Qтхим = 0,1 Всв =3570,48 Всв кВт
Результаты расчетов сводим в таблицы 3.2 – 3.4.
Таблица 2 – Тепловой баланс томильной зоны | ||||||||||
Наименование статьи | кВт | % | Наименование статьи | кВт | % | |||||
Тепло от сгорания топлива | 3070,01 | 65,9 | Тепло с металлом | 1234,44 | 26,51 | |||||
Тепло подогрева воздуха | 491,8 | 10,54 | Тепло с уходящими газами | 1729,59 | 37,15 | |||||
Тепло экзотермических реакций | 1098,36 | 23,56 | Тепло через ограждающие поверхности | 686,28 | 14,74 | |||||
через окно | 297,17 | 6,39 | ||||||||
С окалиной | 401,3 | 8,62 | ||||||||
Неучтённые потери | 307,06 | 6,59 | ||||||||
Итого | 4659,55 | 4656,38 | ||||||||
Таблица 3 – Тепловой баланс сварочной зоны | ||||||||||
Наименование статьи | кВт | % | Наименование статьи | кВт | % | |||||
Тепло от сгорания топлива | 7248,06 | 64,51 | Тепло с металлом | 2604,96 | 23,17 | |||||
Тепло подогрева воздуха | 1159,14 | 10,32 | Тепло с уходящими газами | 6449,89 | 57,38 | |||||
Тепло экзотермических реакций | 1098,36 | 9,78 | Тепло через ограждающие поверхности | 1060,05 | 9,43 | |||||
Тепло от томильной зоны | 1729,59 | 15,39 | С окалиной | 401,3 | 3,57 | |||||
Неучтённые потери | 724,8 | 6,45 | ||||||||
Итого | 11235,15 | |||||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
Уравнение теплового баланса сварочной зоны:
35704,75 Всв +5710,09 Всв +1729,59 + 1098,36= 2604,96 + 22317,97 (Всв + Вт ) +
+ 1060,05 +401,3 + 3570,48 Всв
Всв = 0,203 м3/с
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
0,086+0,203 = 0,289 м3/с = 1040,4 м3/ч
В методической зоне металл обогревается теплом уходящих газов из сварочной и томильной зон.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лист |
Наименование статьи | кВт | % | Наименование статьи | кВт | % |
Тепло от сгорания топлива | 10318,67 | 72,84 | Тепло с металлом | 3839,4 | 24,61 |
Тепло подогрева воздуха | 1650,22 | 11,65 | Тепло с уходящими газами | 8179,48 | 52,43 |
Тепло экзотермических реакций | 2196,72 | 15,51 | Тепло через ограждающие поверхности | 1746,33 | 11,19 |
С окалиной | 802,6 | 5,15 | |||
Неучтённые потери | 1031,86 | 6,62 | |||
Итого | 15895,2 | 15599,67 |
Удельный расход газа составил :