2018-01-08
759
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 αнагр=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 tм.кон.4=720˚С и начальной температуры tм.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 
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 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 
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.
Эквивалентный коэффициент теплопроводности стен определяем по формуле:
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.
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 
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 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 | ||||
Тепловая мощность печи в период выдержки:
