Составление теплового баланса печи

Приходная часть состоит из тепла от горения топлива и тепла вносимого подогретым воздухом .

Тепло горения топлива:

Физическое тепло воздуха:

Расходная часть состоит из тепла усвоенного металлом тепла уносимого уходящими дымовыми газами , потерь тепла теплопроводностью через кладку , потерь тепла с охлаждающей водой , потерь тепла излучением и прочими неучтенными потерями.

Тепло усвоенное металлом:

Потери тепла с уходящими газами:

Невязка материального баланса:

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЕЧИ

Аэродинамический расчет печи включает в себя определение сопротивления дымового тракта и расчет дымовой трубы.

Аэродинамический расчет начинается с составления схемы тракта, т.е. определяются сечения и длины газоходов, виды местных сопротивлений. Сечения газоходов принимаются по рекомендуемым скоростям:

– для дымовых газов 2 – 3 м/с,

– для холодного воздуха 10 – 12 м/с,

– для горячего воздуха после металлического рекуператора 5 – 7 м/с.

При выборе сечения дымоходов, засоряющихся в процессе эксплуатации, нужно принимать во внимание также удобство их обслуживания.

Общее гидравлическое сопротивление тракта:

где потери давления в местных сопротивлениях, Па,

потери на трение, Па,

потери геометрического давления, Па,

где – коэффициент местного сопротивления, определяется по работе [1, с.216-244] в зависимости от конфигурации местного сопротивления;

коэффициент трения ( = 0,05 для кирпичных каналов, 0,03 – для металлических);

W_o – средняя скорость в расчетном сечении при t = 0 °С и P = 101,3 кПа, м/с;

плотность газа, проходящего по каналу при t = 0°С и P = 101,3 кПа, кг/м³;

Т – температура газа, К;

В и Р_ст–соответственно барометрическое и статическое давление, кПа;

Величину 101,3/(В + Р_ст) при расчете газопроводов низкого давления допустимо принимать равной единице;

l – длина участка, м;

гидравлический диаметр канала, м.

где F – сечение канала, м²;

П – периметр сечения, м;

h – высота изменения положения канала, м;

плотность окружающего воздуха, кг/м³,

температура окружающего воздуха, К;

плотность газа в канале при действительных условиях

Потери имеют знак ''+'' при движении легкого газа вниз и знак ''-'' при движении легкого газа вверх по каналу.

Схема дымового тракта представлена на рисунке 5.1:

1 – печь;

2–дымовой канал;

3– рекуператор;

4 – дымовой шибер;

5–дымовая труба.

Рисунок 5.1 – схема дымового тракта

Расчет дымового тракта

Потеривместных сопротивленияхигидростатическиепотерирассчитываютсяпо формуламприведенным выше.Коэффициентыместныхсопротивленийопределяютсяс помощьюграфиков, приведенныхвсправочнойлитературе. Расчетдымовоготрактаведетсясиспользованиемрисунка 5.1.

Расходгаза, м³/с, подлинебетонногоиликирпичногогазоходаувеличивается засчетприсосоватмосферноговоздуха, поэтомусредний расходна каждом участкеопределяетсякак:

Скоростьгазапринормальныхусловиях налюбом участке:

Результатом резкого сужения на выходе из печи является местное сопротивление. Местное сопротивление определяется по формуле

где

где расход газа, м³/с;

теоретический выход продуктов горения, м³/с;

Тогдапотеридавленияна этом участкебудут составлять:

где

А конечное давление:

где Р_н – давление продуктов сгорания в печи. ПринимаемР_н = 0 Па.

Трение на участке l₁ = 1,9 м.

Гидравлическийдиаметрканалаикоэффициентсопротивления трения:

Расход научастке(в серединедлиныучастка)можнонайтипо формуле:

Температура на участке изменится по такой формуле:

Расчетная скоростьидинамическое давление:

Тогдапотеридавленияна трениена этом участке:

Давление в конце участка:

Резкий поворот на 90°.

Расход научастке:

Температура на участке:

Расчетная скоростьидинамическое давление:

Тогдапотеридавленияна этом участкебудут составлять:

где

А конечное давление:

Гидростатические потери при опускании на глубину h₁ = l₂ = 6,5 м.

Температура на участке изменится по такой формуле:

Плотность окружающего воздуха:

Плотность газа в канале:

Потери геометрического давления:

Разряжение на участке:

Аналогично проводятся расчеты и для других участков. Все полученные данные сведены в таблицу 5.1

Таблица 5.1 – результаты расчета гидравлических сопротивлений дымового тракта

Вид сопротивления	Расчетный расход газа,V м3/с	Температураt, °С	Расчетное сечение, Fрасч, м²	Расчетная скорость W0, м/с	Динамическое давление,Pдин Па	Км.с.	Потери давления, , Па	Конечное давление P, Па
Резкое сужение на выходе из печи	6,407		1,9625	3,265	5,027	0,385	1,933	-1,933
Трение на участке ℓ1	6,421	798,5	1,9625	3,272	5,043	0,028	0,272	-2,205
Резкий поворот на 90°	6,436	798,5	1,9625	3,279	5,065	1,32	6,680	-8,891
Гидростатические потери h1	6,439	792,2	1,9625	3,288	5,131	-	11,61	-74,288
Трение на участке ℓ2	6,496	785,9	1,9625	3,31	5,128	0,23		-75,449
Резкий поворот на 90°	6,558	785,9	1,9625	3,325	5,016	1,32	6,9	-82,349
Трение на участке ℓ3	6,572	784,4	1,9625	3,349	5,213	0,059	0,281	-82,63
Вход в рекуператор	6,586	627,2	1,9625	3,356	4,458		13,373	-96,0034
Плавноесужение на ℓ4	6,626		3,649	0,01998	1,29	0,099	0,141	-96,0034
Трение на участке ℓ5	6,651	467,5	1,228	6,0193	11,793	0,122	1,434	-97,437
Вид сопротивления	Расчетный расход газа м3/с	Температура t, °С	Расчетное сечение, Fрасч, м²	Расчетная скорость W0, м/с	Динамическое давление, PдинПа	Км.с.	Потери давления, ∆Р, Па	Конечное давление P, Па
Резкий поворот на 45°	6,676	467,5	1,228	6,0418	11,882	0,27	3,208	-100,646
Трение на участке ℓ6	6,707	464,4	1,228	6,07	11,942	0,151	1,801	-102,446
Резкий поворот на 45°	6,738	464,4	-	6,738	12,053	0,27	3,254	-105,701
Трение на участке ℓ7	6,126		1,228	6,512	12,114	0,151	1,827	-107,527
Гидростатические потери h2	6,126	455,562	1,228	6,512	12,987	-	57,979	-160,424
Резкий поворот на 90°	6,801	455,562	1,228	6,155	12,131	1,32	16,013	-176,438
Трение на участке ℓ8	6,864	455,562	1,228	6,211	12,356	0,1	1,236	-177,673
Дымовой шибер	6,906	451,46	1,228	6,25	12,438	0,199	2,480	-180,154
Слияние потоков	6.954	451.46	1,105	5,611	10,025		10,025	-340,025
Трение на участке ℓ9	11,341	449,362	1,105	5,629	10,059	0,074	11,115	-340,772
Вид сопротивления	Расчетный расход газа м3/с	Температура t, °С	Расчетное сечение, Fрасч, м²	Расчетная скорость W0, м/с	Динамическое давление, PдинПа	Км.с.	Потери давления, ∆Р, Па	Конечное давление P, Па
Резкий поворот на 90°	11,377	449,362	1,842	5,646	10,122	1,45	54,352	-355,45
Трение на участке ℓ10	11,447	445,262	1,842	5,681	10,189	0,145	5,844	-356,927
Вход в дым.трубу	11,517	445,262	1,842	5,716	10,314		76,422	-377,555

Расчет дымовой трубы

Дымовыетрубымогутвыполнятьсяжелезобетонными, металлическими, кирпичнымиисо стволомскремнебетона. Основным типомтрубявляются железобетонныескирпичнойфутеровкойвнутри.

Расчетдымовойтрубысостоитв определениивысоты, атакжедиаметровнижнегоиверхнегосечений.Уточненное значениеHрассчитываетсясучетомдавлениявтрубе, изменениятемпературыгазовповысотетрубы, конусностистволатрубы:

где средняя по высоте трубы температура наружного воздуха, К,

температура продуктов горения у основания и у устья трубы, К,

где δ = 1°С/м – падение температурыпродуктов сгорания наодинметрвысотытрубы;

средний диаметр трубы,

из соображений удобства обслуживания,

Расчет диаметра устья проводится по суммарному расходу дымовых газов

скорость продуктов горения у основания трубы, м/с,

Окончательная высота дымовой трубы Н = 60 м.

ВЫВОДЫ

В курсовом проекте проведен расчет трёхзонной методической печи и определены следующие ее параметры: основные размеры печи, рассчитано время нагрева металла в каждой зоне, рассчитаны основные потери и на основании этого расчета определен расход топлива на печь, составлен материальный баланс печи, определен технологический КПД печи и коэффициент использования топлива. Также было рассчитано разрежение дымовых газов в дымовом тракте и в соответствии с этим были получены данные для расчета высоты дымовой трубы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Казанцев Е.И. Промышленные печи. - М.: Металлургия, 1975.-368 с.

2. Аксельруд Л.Г, Нагревательные печи. - М.: Металлургиздат, 1962.-276 с.

3. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. -М.: Металлургиздат, 1962.-568 с.

4. Филимонов Ю.П., Старк С.Б., Морозов В.А. Металлургическая теплотехника. - М.: Металлургия, 1962.-350 с.

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

6. Мастрюков B.C. Теория, конструкции и расчёты металлурги­ческих печей. - М.; Металлургия, I977.-T.2, - 272 с.

7. Атлас металлургических печей / Под ред. В.А. Кривандина, - М.: Металлургия,1978. - 364 с.

8. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Теплотехнологічні процеси та установки» / Сапронова О.В. - Донецьк: ДонНТУ, 2014. -69с.