Тепловой баланс печи и расход топлива

7 8 9 10 11 12 13

6.1. Период нагрева

Приходные статьи

Химическое тепло топлива:

где - расход топлива, м³/час (кг/ч), - низшая теплота сгорания, МДж/м³ (МДж/кг).

Теплота сгорания природного газа 32,18 МДж/м³. Найдем тепло экзотермических реакций окисления железа по формуле:

где угар металла в период нагрева принимаем α_нагр=0,35%.

Расходные статьи

Тепло, затраченное на нагрев металла, определяем по формуле:

где среднюю теплоемкость металла определяем по таблице приложения 17 «Методики расчета нагревательных и термических печей» В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц соответственно при конечной температуре нагрева t_м.кон.4=720˚С и начальной температуры t_м.нач.=20˚С.

Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания, находим по формуле:

где энтальпию уходящих газов продуктов сгорания определяем по формуле:

Здесь количество составляющих продуктов сгорания взято из проведенных ранее расчетов сгорания газа, а их средняя теплоемкость по таблицам приложения 3 и 12 «Методики расчета нагревательных и термических печей» В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц при максимальной температуре продуктов сгорания в печи 780˚С. Коэффициент расхода воздуха в продуктах сгорания 1,1. Тогда имеем:

Потери тепла теплопроводностью через кладку. Принимаем усредненное значение температуры внутренней поверхности кладки за весь период нагрева

Потери тепла через стены. Кладка стен шамот - диатомит Д-500 -

Задаемся температурами в месте соприкосновения слоев шамота и диатомита - , наружной поверхности кладки

По таблице приложения 24 «Методики расчета нагревательных и термических печей» В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц коэффициент теплопроводности шамота диатомита -

Средняя температура шамота:

Коэффициент теплопроводности шамота:

Средняя температура диатомита:

Коэффициент теплопроводности диатомита:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду по формуле:

Удельный тепловой поток через кладку стен по формуле:

Проверяем температуру на границе слоев шамота и диатомита по формуле:

Проверяем температуру наружной поверхности кладки по формуле:

Полученные температуры близки к предварительным.

Потери тепла через свод.

Кладка свода: шамот-легковес 1,3 - задаемся температурой наружной поверхности кладки По таблице приложения 24 «Методики расчета нагревательных и термических печей» В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц коэффициент теплопроводности шамота-легковеса 1,3 а средняя температура шамота-легковеса находиться по формуле:

Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду по формуле:

Удельный тепловой поток через кладку стен по формуле:

Проверяем температуру наружной поверхности кладки по формуле:

Полученная температура близка к предварительно принятой.

Потери тепла через под. Кладка пода: шамот - диатомит Д-500 -

Задаемся температурами в месте соприкосновения слоев шамота и диатомита - , наружной поверхности кладки

Средняя температура шамота:

Коэффициент теплопроводности шамота:

Средняя температура диатомита:

Коэффициент теплопроводности диатомита:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду по формуле:

Удельный тепловой поток через кладку стен по формуле:

Проверяем температуру на границе слоев шамота и диатомита по формуле:

Проверяем температуру наружной поверхности кладки по формуле:

Полученные температуры близки к предварительно принятым.

Площадь поверхности стен:

Площадь поверхности свода и пода:

где коэффициент 1,2 учитывает увеличение наружной поверхности кладки.

Общие потери тепла через стены находим по формуле:

Общие потери тепла через свод по формуле:

Общие потери тепла через под:

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку:

Потери тепла на нагрев опорных устройств (прокладок), пренебрегая энтальпию холодных прокладок, находим по формуле:

где - общая масса прокладок, - средняя теплоемкость металла прокладок, определяется по таблице приложения 17 «Методики расчета нагревательных и термических печей» В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц при конечной температуре нагрева получаем:

Тепло, аккумулированное кладкой. Для определения тепла, аккумулированного кладкой, выполним расчет, аналогичный вышеприведенному расчету потерь тепла теплопроводностью через кладку, но при температуре внутренней поверхности кладки, равной температуре кладки в конце периода нагрева

Кладка стен шамот - диатомит Д-500 - общая толщина кладки 330 мм.

Задаемся температурами в месте соприкосновения слоев шамота и диатомита - , наружной поверхности кладки

Средняя температура шамота:

Коэффициент теплопроводности шамота:

Средняя температура диатомита:

Коэффициент теплопроводности диатомита:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду по формуле:

Удельный тепловой поток через кладку стен по формуле:

Проверяем температуру на границе слоев шамота и диатомита по формуле:

Проверяем температуру наружной поверхности кладки по формуле:

Полученные температуры близки к предварительным.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности стен определяем по формуле:

Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду по формуле:

Удельный тепловой поток через кладку стен по формуле:

Проверяем температуру наружной поверхности кладки по формуле:

Полученная температура близка к предварительно принятой.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности свода равен:

Кладка пода: шамот - диатомит Д-500 - Общая толщина кладки пода

Задаемся температурами в месте соприкосновения слоев шамота и диатомита - , наружной поверхности кладки

Средняя температура шамота:

Коэффициент теплопроводности шамота:

Средняя температура диатомита:

Коэффициент теплопроводности диатомита:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду по формуле:

Удельный тепловой поток через кладку стен по формуле:

Проверяем температуру на границе слоев шамота и диатомита по формуле:

Проверяем температуру наружной поверхности кладки по формуле:

Полученные температуры близки к предварительно принятым.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от внутренней поверхности кладки к воздуху принимаем

Число Био находим по формуле:

для стен:

для свода:

для пода:

Теплоемкость кладки принимаем одинаковой Эквивалентная плотность кладки определяется по формуле:

для стен:

для свода:

для пода:

Эквивалентный коэффициент температуропроводности по формуле:

для стен:

для свода:

для пода:

Полная продолжительность охлаждения:

Число Фурье по формуле:

для стен:

для свода:

для пода:

Функция по рис.6.1 из «Методики расчета нагревательных и термических печей» В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц:

для стен при и имеем

для свода при и имеем

для пода при и имеем

Функция по рис.6.1 из «Методики расчета нагревательных и термических печей» В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц:

для стен при и имеем

для свода при и имеем

для пода при и имеем

Средняя температура воздуха в печи в конце периода охлаждения

Усредненная температура среды в печи за периоды нагрева и охлаждения:

Средняя температура кладки в конце периода охлаждения находим по формулам:

для стен:

для свода:

для пода:

Найдем объем слоев кладки.

Объем стены из шамота:

Объем стены из диатомита:

Объем свода из шамота – легковеса:

Объем пода из шамота:

Объем пода из диатомита:

Масса слоев кладки:

стен

свода

пода

Тепло, аккумулированное кладкой, по формулам:

для стены:

для свода:

для пода:

Общее тепло, аккумулированное кладкой:

Тепло, аккумулированное кладкой и каркасом печи:

Неучтенные потери найдем по формуле:

Уравнение теплового баланса периода нагрева по формуле:

Расход топлива на печь в период нагрева:

Химическое тепло топлива:

Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания:

Тепловой баланс периода нагрева внесем в таблицу 5.

Таблица 5 – Тепловой баланс периода нагрева

Приход тепла	Расход тепла
Наименование	МДж/ч	%	Наименование	МДж/ч	%
1. Химическое тепло топлива, 2. Тепло экзотермических реакций окисления железа	761,1 9,9	98,7 1,3	1. Тепло затраченное на нагрев металла, 2. Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания, 3. Потери тепла теплопроводностью через кладку 4. Потери тепла на нагрев опорных устройств, 5. Тепло, аккумулированное кладкой и каркасом печи, 6. Неучтенные потери	240,5 311,5 48,5 15,92 114,6 39,93	31,2 40,4 6,3 2,0 14,9 5,2
Итого	771,0			771,0

Тепловая мощность печи в период нагрева:

5.2.Период выдержки

Приходные статьи

Химическое тепло топлива:

Тепло экзотермических реакций окисления железа по формуле:

МДж/ч,

где угар металла в период выдержки принимаем

Расходные статьи

Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания, аналогично периоду нагрева:

так как температура продуктов сгорания в период выдержки и коэффициент расхода воздуха в продуктах сгорания

Потери тепла теплопроводностью через кладку. Удельный тепловой поток через кладку стен

Общие потери тепла через стены находим по формуле:

Удельный тепловой поток через кладку свода

Общие потери тепла через свод находим по формуле:

Удельный тепловой поток через кладку пода

Общие потери тепла через свод находим по формуле:

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку:

Неучтенные потери по формуле:

Уравнение теплового баланса периода выдержки определяется формулой:

Расход топлива на печь в период выдержки:

Химическое тепло топлива:

Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания:

Таблица 6 – Тепловой баланс периода выдержки

Приход тепла	Расход тепла
Наименование	МДж/ч	%	Наименование	МДж/ч	%
1. Химическое тепло топлива, 2. Тепло экзотермических реакций окисления железа	112,3 11,3	90,8 9,2	1. Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания, 2. Потери тепла теплопроводностью через кладку 3. Неучтенные потери	45,9 70,58 7,06	37,1 50,1 12,8
Итого	123,6			123,6