Потери через нижнюю часть боковых стен.

Кладка нижней части боковых стен: шамот кл.А δ=260мм, шамот кл.Б δ=260мм и плиты МКРП δ=50мм.

Принимаю температуру на границе слоев t₁=750 ⁰С, на границе слоев 2 ^ого и 3^ого t₂=520 ⁰C, а также t_нар=85 ⁰С.

Средняя температура шамота кл.А:

t _ш1 =0,5(1020+750)=885 ⁰С,                                                                  

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш1=0,88+0,00023·885=1,09 Вт/мК,                                               

Средняя температура шамота кл.Б:

t _ш2 =0,5(750+520)=635 ⁰С,                                                                  

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш2=0,84+0,00058·635=1,21 Вт/мК,                                                

Средняя температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:

t _ш2-пл =0,5(520+85)=302,5⁰С,                                                   

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш2-пл=0,15 Вт/мК,

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:

α_нар1=7+0,05·t_нар1=7+0,05·85=11,25 Вт/м²К.                                               

Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковой стенки:

             

Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.А и шамота кл.Б:

,                                                                 

Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.Б и плит МКРП:

,                                                                  

Проверяем температуру наружной поверхности кладки:

.      

Потери чрез свод. Кладка свода: шамот класса А(кирпич) δ=510мм. Задаёмся наружной температурой поверхности t_нар=97 ⁰С. коэффициент теплопроводности λ=0,7+0,00064t,

Средняя температура шамота:

t_ш3=0,5(1020+97)=558,5 ⁰С,

Коэффициент теплопроводности:

λ_δ3=0,7+0,00064·558,5=1,057 Вт/мк,                                                          (6.15)

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:

α_нар3=7+0,05·t_нар=7+0,05·97=11,85 Вт/м²К.

Удельный тепловой поток через кладку свода:

                                                (6.16)

Проверяем температуру наружной поверхности кладки:

.                                             (6.17)

Потери тепла через под:

Кладка пода: хромомагнезит - , шамот кл.Б -  шамот-легковес- , Задаемся температурами в месте соприкосновения слоев хромомагнезита и шамота- , шамота и шамота-легковеса - , наружной поверхности кладки - .

По табл. П24 приложения коэффициент теплопроводности шамота кл.Б , шамота-легковеса , хромомагнезита

Средняя температура хромомагнезита:

Коэффициент теплопроводности хромомагнезита:

Средняя температура шамота:

Коэффициент теплопроводности шамота:

Средняя температура шамота-легковеса:

Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:

.

Удельный тепловой поток через кладку пода:

Проверяем температуру на границе слоев шамота и хромомагнезита:

Проверяем температуру на границе слоев шамота и шамота-легковеса:

Проверяем температуру наружной поверхности кладки:

Площадь поверхности боковых стен с учетом его наклона:

F_ст=2·1,76·6,41=22,56м².                                                              (6.18)

Площадь поверхности свода:

F_св1=1,2·В·L₁=1,2·6,728·6,41=51,75 м².                                            (6.19)

Площадь поверхности пода:

Общие потери тепла через верхнюю часть боковых стен:

                  (6.20)

Общие потери тепла через нижнюю часть боковых стен:

                               (6.21)

Общие потери тепла через свод:

                    (6.22)

Общие потери через под:

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку в первом расчетном участке:

               (6.23)

Аналогичным образом рассчитываем тепловые потери через кладку на других расчетных участках.

Второй расчетный участок.

1. Боковые верхние стены -

2. Боковые нижние стены -

3. Свод -

4. Под -

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на втором расчетном участке:

Третий расчетный участок.

1. Боковые верхние стены -

2. Боковые нижние стены -

3. Свод -

4. Под -

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на третьем расчетном участке:

Четвертый расчетный участок.

1. Боковые стены -

2. Свод -

3. Под -

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на четвертом расчетном участке:

Общие потери тепла в печи теплопроводностью через кладку:

7. Потери тепла на охлаждаемые подовые трубы.

Первый расчетный участок

- 4 продольных подовых труб диаметром 121х20, l =4176мм.

Поверхность подовых труб:

F_тр=n_тр·πd_трl_тр                                                                                      (6.24)

F_тр=4·3,14·0,121·4,176=6,35 м².

Удельный тепловой поток подовых труб в методической зоне - изолированный - 15 кВт/м²,

Потери тепла на изолированные подовые трубы:

                                            (6.25)

Второй расчетный участок

- 6 продольных подовых труб диаметром 121х20, l=9634мм,

- 7 поперечных труб диаметром 180х32, l=7,888м,

- 8 стояков из труб диаметром 440мм и общей длиной 16,992м.

Поверхность продольных подовых труб: 6·3,14·0,121·9,634=23,06м².

Удельный тепловой поток для продольных труб согласно таблице 6.1: изолированные - 15кВт/м², неизолированные - 200кВт/м².

Потери на изолированные продольные трубы: Q_охл= 3,6·15·23,06=1245МДж/ч.

Поверхность поперечных подовых труб: 7·3,14∙0,18·7,888=31,2 м².

Удельный тепловой поток для поперечных подовых труб, изолированных - 20 кВт/м², неизолированных - 250 кВт/м².

Потери тепла на изолированные поперечные подовые трубы:

3,6·20·31,2=2246,4 МДж/ч.

Поверхность стояков: 3,14·0,44·16,992=23,48 м²

Удельный тепловой поток для стояков: изолированный - 15 кВт/м², неизолированный - 200 кВт/м².

Потери тепла на изолированные стояки: 3,6·15·23,48=1268 МДж/ч

Общие потери тепла на втором расчетном участке на охлажденные подовые трубы: Q_тр2=1245+2246,4+1268=4759 МДж/ч.

 

Третий расчетный участок

- 6 продольных подовых труб даметром 121мм и длиной 9308мм,

- 7 поперечных труб даметром 180мм и длиной 7,888м,

- 8 стояков из труб диаметром 440мм и общей длиной 10,472м.

Поверхность продольных подовых труб: 6·3,14·0,121·9,308=21,22м².

Удельный тепловой поток для продольных труб: изолированные - 20кВт/м², неизолированные - 250кВт/м².

Потери на изолированные продольные трубы:

Q_охл= 3,6·20·21,22=1527,8МДж/ч.

Поверхность поперечных подовых труб: 7·3,14∙0,18·7,888=31,2 м².

Удельный тепловой поток для поперечных подовых труб, изолированных - 20 кВт/м², неизолированных - 250 кВт/м².

Потери тепла на изолированные поперечные подовые трубы:

3,6·20·31,2=2246,4 МДж/ч.

Поверхность стояков: 3,14·0,44·10,472=14,47 м²

Удельный тепловой поток для стояков: изолированный - 15 кВт/м², неизолированный - 200 кВт/м².

Потери тепла на изолированные стояки: 3,6·15·14,47=781 МДж/ч

Общие потери тепла на третьем расчетном участке на охлажденные изолированные подовые трубы: Q_тр3=1527,8+2246,4+781=4555,2 МДж/ч.

Общие потери тепла в печи на охлажденные изолированные подовые трубы:

Q_тр= Q_тр1+ Q_тр2+ Q_тр3=343+4759+4555,2=9657 МДж/ч

 

8. Потери тепла излучением через окна печи

Потери тепла излучением через окна печи рассчитываем по формуле:

.

Где , из формулы Ф – коэффициент диафрагмирования определяем по рис 1.5 в зависимости от соотношений размеров окон.

Принимаем, что все боковые рабочие окна печи закрыты. А окно загрузки и выгрузки постоянно открыто.

Первый расчетный участок

На первом участке со средней температурой продуктов сгорания t_г.ср1=820 ⁰С имеется окно загрузки.

Окно загрузки имеет размеры 0,605х6,495м, площадь F_заг=5,1м², толщина футеровки у окна загрузки 0,58м, окно постоянно открыто - ψ_заг=1. Окно загрузки рассматриваем как полосу (а/ b =0). Тогда, коэффициент дифрагмирования при а/ l =0,605/0,58=1,04 равен Ф_заг =0,65.

Потери тепла излучением через окна на первом участке:

Четвертый расчетный участок

Окно выдачи F_выд=0,625х6,728м², коэффициент дифрагмирования равен Ф_выд =0,67, при а/ l =0,625/0,58=1,08. F_ок4=5,1 м². Доля времени открытия окна ψ_выд=0,2.

Потери тепла излучением через окна:

Общие потери тепла излучением через окна печи:

Q_изл= Q_изл1 + Q_изл4=961+656=1617 МДж/ч.

Неучтенные потери:

Q_неуч=0,1(Q_м+ Q_кл+ Q_охл+ Q_изл)                                                           (6.28)

Q_неуч =0,1(1617+4378,5+9657+43511)=5916 МДж/ч.

 

Уравнение теплового баланса печи без изоляции:

Q_х+ Q_в+ Q_экз= Q_м+ Q_д+ Q_кл+ Q_тр+ Q_изл+ Q_неуч,                                   (6.29)

9,5В+1,31В+2616,88=43511+4,082В+4378,5+9657+1617+5916

6,73В=62463, т.е. В=9281 м³/ч.

Химическое тепло топлива:

Q_х=9,5·В=9,5·9281=88169,5 МДж/ч.

Физическое тепло топлива:

Q_в=1,31·В=1,31·9281=12158 МДж/ч.

Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания:

Q_д=4,082·В=4,082·9281=37885 МДж/ч.

Тепловой баланс печи без изоляции.

Тепловая мощность печи

М=Q_х/3600=88169,5/3600=24,5 МВт.                                              (6.30)

 

Тепловой баланс

 

Приход тепла			Расход тепла
Статьи	МВт	%	Статьи	МВт	%
Хим. тепло	24,49	85,6	Тепло на нагрев ме	12,09	42,3
Физ. тепло воздуха	3,38	11,8	Тепло с ух.газами	10,5	36,7
Экзотермическое тепло	0,73	2,6	Потери через кладку	1,2	4,2
			Потери излучением	0,5	1,7
			Потери тепла в печи на охлаждаемые изолированные подовые трубы	2,7	9,5
			Неучтенные потери	1,6	5,6
Итого	28,6	100	Итого	28,6	100

 

 

Распределение тепловых мощностей по зонам отопления принимаем:

- первая верхняя сварочная зона - 18%,

- вторая верхняя сварочная зона - 18%,

- первая нижняя сварочная зона - 25%,

- вторая нижняя сварочная зона - 25%,

- томильная зона - 14%.

Тогда тепловые мощности зон отопления составят:

- первая верхняя сварочная зона - 0,18·24,5=4,41 МВт,

- вторая верхняя сварочная зона - 0,18·24,5=4,41 МВт,

- первая нижняя сварочная зона - 0,25·24,5=6,125 МВт,

- вторая нижняя сварочная зона - 0,25·24,5=6,125 МВт,

- томильная зона - 0,14·24,5=3,43 МВт.

Максимальный расход топлива на зоны отопления:

- первая верхняя сварочная зона - 0,18·9281=1670,6 м³/ч,

- вторая верхняя сварочная зона - 0,18·9281=1670,6 м³/ч,

- первая нижняя сварочная зона - 0,25·9281=2320 м³/ч,

- вторая нижняя сварочная зона - 0,25·9281=2320 м³/ч,

- томильная зона - 0,14·9281=1299 м³/ч.

Номинальное потребление тепла печью:

Удельный расход тепла:

 

 

7. Расчет топливосжигающих устройств

Принимаем торцевое отношение с установкой горелок типа «труба в трубе». Принимаем давление газа перед горелками 5 кПа и давление воздуха 3 кПа. Размещаем по 6 горелок в каждой зоне отопления.

Расход газа на каждую горелку в верхних сварочных зонах составит V_об=1670,6/6=278 м³/ч, в нижних - V_об=2320/6=387 м³/ч, в томильной зоне - V_об=1299/6=216,5 м³/ч.

Необходимый расход воздуха на горелку:

                                                                                      (7.1)

- в верхних сварочных зонах - V_ов=1,05·2,35·278=686 м³/ч,

- в нижних сварочных зонах - V_ов=1,05·2,35·387=955 м³/ч,

- в томильной зоне - V_ов=1,05·2,35·216,5=534 м³/ч,

Поправка на температуру при подогреве воздуха до t_в=400⁰С

,                                                                            (7.2)

Расчетный расход воздуха на горелку:

                                                                                            (7.3)

- в верхних сварочных зонах - V_в=686·1,57=1077 м³/ч,

- в нижних сварочных зонах - V_в=955·1,57=1499 м³/ч,

- в томильной зоне - V_в=534·1,57=838 м³/ч,

По этим расходам воздуха при его давлении перед горелкой р=3кПа, выбираем горелку для верхних сварочных зон ДВБ-225, и для нижних - ДВБ-225, для томильной ДВБ-200.

Поправка на плотность газа: , где  - плотность газа.

Расчетный расход газа на горелку:

                                                                                        (7.4)

- в верхних сварочных зонах - V_г=278·0,88=245 м³/ч,

- в нижних сварочных зонах - V_г=387·0,88=341 м³/ч,

- в томильной зоне - V_г=85,1·0,88=190,5 м³/ч.

По этим расходам и давлении 5 кПа принимаем сопло для горелок ДВБ-200 диаметром 35мм для верхних сварочных зон и томильной зоны, а для нижних ДВБ-225/40.

Выбор и расчет рекуператора

Принимаем для подогрева воздуха горения стандартные секции металлического трубчатого петлевого рекуператора и перекрестно – противоточное движение воздуха и продуктов сгорания.

Исходные данные для расчета:

Количество подогреваемого воздуха:

                        ;                 (8.1)

Начальная температура воздуха: ;

Температура подогрева воздуха: ;

Количество продуктов сгорания:

                           ;                    (8.2)

Начальная температура продуктов сгорания: ;

Принимаем коэффициент полезного действия

Предварительно принимаем температуру продуктов сгорания на выходе из рекуператора .

Рассчитаем величину m:

Где средняя теплоемкость воздуха = 1,3289  при температуре воздуха , а среднюю теплоемкость продуктов сгорания определяем по составу продуктов сгорания:

На входе в рекуператор при  и

, (8.3)

На выходе из рекуператора при  и

.

По приведенной в приложении методике расчета средней теплоемкости для интервала температур:

 

                .        (8.4)

Относительная температура подогрева воздуха:

                                        .                                 (8.5)

Относительная поверхность нагрева рекуператора: .

Температура продуктов сгорания на выходе из рекуператора:

                                     ,                             (8.6)

Что близко к предварительно принятой.

Температура стенки труб рекуператора:

На входе продуктов сгорания:

, принимаем .

На выходе продуктов сгорания:

, принимаем .

Задаемся скоростями, приведенными к 0ºС воздуха , продуктов сгорания .

Действительные скорости:

Воздуха на входе:

                                     .                          (8.7)

Воздуха на выходе:

.

Продуктов сгорания на входе:

.

Продуктов сгорания на выходе:

.

Критерий Рейнольдса: .

Для воздуха на входе в рекуператор:

                                     .                              (8.8)

Для воздуха на выходе в рекуператор:

.

Здесь - внутренний диаметр труб рекуператора.

Следовательно, режим движения воздуха турбулентный.

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки труб к воздуху по формуле:

                           (8.9)

 на входе в рекуператор - ;

 на выходе из рекуператора - .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией к воздуху, отнесенный к наружной поверхности труб:

На входе:

.

На выходе:

.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к трубам рекуператора определяем рис 2.4 и содержании H ₂ O =18,2% на входе продуктов сгорания , на выходе - .

Далее рассчитываем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к трубам рекуператора.

Эффективная длина пути луча:

                                        .                               (8.10)

По горению топлива в продуктах сгорания при  - .

Степень черноты газов:

- на входе в рекуператор при t’_д=820 ⁰С

- на выходе из рекуператора при t’’_д=668 ⁰С

Степень черноты продуктов сгорания:

- на входе в рекуператор

                                               (8.11)

- на выходе из рекуператора

Эффективная степень черноты стенки труб рекуператора:

,                                                                  (8.12)

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к трубам рекуператора:

- на входе

                                           (8.13)

Вт/м²К

- на выходе

 Вт/м²К

Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к трубам рекуператора:

                                                                                   (8.14)

- на входе α’ _д=60,3+28,4=88,7 Вт/м²К,

- на выходе α’’ _д=51+15,8=66,8 Вт/м²К.

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху:

На входе продуктов сгорания:

На выходе продуктов сгорания:

Средний по рекуператору коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху:

Поверхность нагрева рекуператора:

 

Выбираем секцию СР-250 с поверхностью теплообмена   и устанавливаем 4 секции по ходу продуктов сгорания.

Скорость воздуха:

(8.15)

Скорость продуктов сгорания:

Проходное сечение для продуктов сгорания принимаем из табл. 6.1 и добавляем зазор между трубчаткой рекуператора и кладкой канала 200мм.

(8.16)

Скорости близки к принятым.

Температура стенки трубы рекуператора:

На входе продуктов сгорания:

(8.17)

На выходе продуктов сгорания:

Температуры близки к принятым.

Температура стенки трубы рекуператора на входе продуктов сгорания с учетом излучения предрекуператорного пространства:

t’’_ст= t’_ст+100=603+100=703.

Выбираем материал для труб рекуператора на входе продуктов сгорания сталь 12Х17, с .