Тепловой баланс

При проектировании печи за определением основных размеров следует конструктивная проработка деталей. По­скольку в данном примере такая проработка не проводит­ся, некоторые статьи расхода тепла, не превышающие 5 % от всего расхода, будем опускать.

Приход тепла

1. Тепло от горения топлива [формула (146)]

здесь В — расход топлива, м³/с, при нормальных условиях.

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом [формула (147)]

.

3. Тепло экзотермических реакций (принимая, что угар металла составляет 1 % [формула (150)]

.

Расход тепла

1. Тепло, затраченное на нагрев металла [формула (150)]

,

где — энтальпия углеродистой стали

при = заимствована из прило­жения IX;

— то же, при .

2. Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами [фор­мула (153)]

Энтальпию продуктов сгорания при температуре находим с использованием приложения II

3. Потери тепла теплопроводностью через кладку.

Потерями тепла через под в данном примере пренебре­гаем. Рассчитываем только потери тепла через свод и сте­ны печи.

Потери тепла через свод

Площадь свода принимаем равной площади пода 396,76 м²; толщина свода 0,3 м, материал каолин. Прини­маем, что температура внутренней поверхности свода рав­на средней по длине печи температуре газов, которая рав­на

.

Если считать температуру окружающей среды равной , то температуру поверхности однослойного сво­да можно принять равной . При средней по толщине температуре свода коэффициент теплопроводности каолина согласно приложению XI равен

.

Тогда потери тепла через свод печи будут равны

где согласно формуле (32, а) с учетом примечания к фор­муле (31)

.

Потери тепла через стены печи

Стены печи состоят из слоя шамота толщиной м и слоя диатомита, толщиной .

Наружная поверхность стен равна:

методическая зона

;

I сварочная зона

;

II сварочная зона

;

томильная зона

;

торцы печи

.

Полная площадь стен равна

.

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, за­висящих от температуры, необходимо найти среднее зна­чение температуры слоев. Средняя температура слоя ша­мота равна , а слоя диатомита ,

где — температура на границе раздела слоев, °С;

—температура наружной поверхности стен, кото­рую можно принять равной 160°С.

Коэффициент теплопроводности шамота (приложение XI)

Коэффициент теплопроводности диатомита (приложе­ние XI)

.

В стационарном режиме

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности

или

.

Решение этого квадратичного уравнения дает значение

.

Тогда

,

.

Окончательно получаем

Количество тепла, теряемое теплопроводностью через сте­ны печи, равно

,

где .

Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку

4. Потери тепла с охлаждающей водой по практичес­ким данным принимаем равными 10 % от тепла, вносимого топливом и воздухом

.

5. Неучтенные потери определяем по формуле ( 160 )

.

Уравнение теплового баланса

.

Откуда

.

Результаты расчетов сведем в таблицу (табл. 47).

Таблица 47. Тепловой баланс методической печи

Статья прихода	кВт (%)	Статья расхода	кВт (%)
Тепло от горения топлива.... Физическое тепло воздуха.... Тепло экзотерми­ческих реакций..	114114(83,82) 17948,06 (13,18) 4080(3,00)	Тепло на нагрев металла.... Тепло, уносимое уходящими газами.. Потерн тепла теп­лопроводностью через кладку... Потери тепла с ох­лаждающей водой.. Неучтенные потери..	59820,2(43,94) 56602,83(41,16) 3908,5(2,87) 13206,16(9,70) 2604,43 (2,33)
Итого:	136142,06(100,0)
		Итого:	136142,06(100,0)

Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла