Расчет методической толкательной печи

      При средней по толщине температуре  свода t_к=0,5·(1317,28+340)=828,64°C коэффициент теплопроводности каолина согласно [1,приложение XI] равен l_к=1,75+0,00086·t=2,46 Вт/(м·K).

      Тогда потери тепла определим по формуле

                                                             

здесь a согласно [1,приложение XI] равно 

a=1,3·(10+0,06·t_нар)                                                (4.2.3.1.3)

      Отсюда a=39,52 и Q_св=1518,925 кВт.

          4.2.3.2.Потери тепла через стены.

      Стены печи  состоят  из  слоя шамота толщиной d_дин=0,345 м и слоя диатомита толщиной d_диат=0,115 м.

      Наружная  поверхность стен определяется по формуле:

      F=2·L·h                                                             (4.2.3.2.1)

      Методическая  зона: F_м=14,56 м²; сварочная зона: F_св=72,57 м²;

      томильная зона: F_т=17,31 м².

      Площадь торцов печи определяется по формуле:

F_торц=[B+2·(d_дин+d_диат)]·(2·h_м+h_т)                                        (4.2.3.2.3)

      Отсюда  F_торц=64,602 м².

      Полная  площадь стен равна:

      F_ст=169,047 м².

      Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев. Средние температуры слоев шамота и диатомита равны:

                                     

                                              (4.2.3.2.4)                                                   

                                               и     

                                     (4.2.3.2.5)                                                             

      Здесь t'-температура на границе раздела  слоев, °C; t^нар_кл - температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 160°C.

      Коэффициент теплопроводности шамота равен l_ш =0,835+0,00058·t, а диатомита -l_диат=0,145+0,000314·t [1,приложение IX].

      В стационарном режиме

                          

                                    (4.2.3.2.7)                                  

      Подставляя  значения коэффициентов теплопроводности имеем:

(0,835+0,00058*(1317,28+t')/2)*(1317,28-t')/0,345=(0,145+0,000314*(160+t')/2)*(t'-160)/0,115

0,000087*(t')^2+0,146*t'-193,75=0

Решение этого  квадратичного уравнения дает значение t'=871°C.

 Тогда  =(1317,28+871)/2=1094,14 °C  и

             =(160+871)/2=515,5 °C.

      Окончательно  получаем:  l_ш=1,46 Вт/(м·K) и l_диат=0,307 Вт/(м·K).

      Количество  тепла, теряемое теплопроводностью  через стены печи, равно

                                    (4.2.3.2.4.8)

здесь a определяется по формуле (4.2.3.1.3).

      Отсюда a=19,6  и Q_ст=329,45 кВт.

      Общее количество тепла, теряемого теплопроводностью  через кладку

      Q_тепл=Q_св+Q_ст=1518,925+329,45=1848, 37 кВт. 

        4.2.4. Потери тепла с охлаждающей водой.

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

Q_охл=0,1·(Q_хим+Q_в)                                                        (4.2.4.1)

     Q_охл=B·2116,99 кВт. 

      4.2.5. Неучтенные потери.

      Неучтенные  потери определяем по формуле:

                                   Q_неучт=0,15·(Q_тепл+Q_охл)                                        (4.2.5.1)                      

      Q_неучт=0,15∙(1848,37+В∙2116,99)=277,26+317,549В кВт.

             

         
 

           4.2.6.Определение расхода топлива.

         Уравнение теплового баланса:

      Q_хим+Q_в+Q_экз=Q_пол+Q_ух+Q_тепл+Q_охл+Q_неучт                                        (4.2.6.1)

      18841В+2328,937В+2825=43770+7796,559169В+1848,37+2116,993659В+277,26+317,549В

      10938,838В=43070,63

      Решая это уравнение, находим B:     B=3,94 м³/с.

      Результаты расчетов сведем в табл.4.2.

      Таблица 4.2. 

                                  Тепловой баланс

 

      По  формуле:

                                            

,                                            (4.2.6.2)                                                             

где Р - производительность печи, определим удельный  расход топлива  на нагрев 1 кг металла:   q=1724,69 кДж/кг. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Расчет рекуператора  для подогрева  воздуха

      Исходные  данные для расчета: на входе в  рекуператор t_в^н=0°C, на выходе - t_в^к=375°C. Температура дыма на входе в  рекуператор  t_д^н=1050°C.

      Расход газа на отопление печи B=3,94 м³/с. Расход воздуха на горение топлива V_в=3,94∙4,84=19,068м³/с. Количество дымовых газов на входе в рекуператор V_д=3,94∙5,76=22,681 м³/с. Процентный состав дымовых газов : 11,66 % CO₂; 72,19 % N₂; 14,84 % H₂O; 1,31 % O₂.

      Выбираем  керамический блочный рекуператор. Материал блоков - шамот, марка кирпича  Б-4 и Б-6. Величину утечки воздуха  в дымовые каналы принимаем равной 10%.

      Тогда в рекуператор необходимо подать следующее количество воздуха: V_в^н=19,068/0,9=21,187м³/с.

 Количество потерянного в рекуператоре воздуха: DV_в=21,187-19,068=2,12 м³/с.

      Среднее количество воздуха:

=(21,187+19,068)/2=20,127 м³/с.

      Количество  дымовых газов, покидающих рекуператор (с учетом утечки воздуха) равно: V_д^к=22,681+2,12=20,122 м³/с.

      Среднее количество дымовых газов:

=(22,681+20,122)/2=23,74 м³/с.

      Составим  уравнение теплового баланса  рекуператора, учитывая потери тепла  в окружающую среду, равные 10% и утечку воздуха в дымовые каналы, используя формулу:

         Q=V_в·(c_в^к·t_в^к-c_в^н·t_в^н)+DV_в·(c_в^д·t_д^к-c_в^н·t_в^н)=h·V_д·(c_д^н·t_д^н-c_д^к·t_д^к),                  (5.1)            

где h=0,9 -поправка, учитывающая потери тепла в окружающую среду;  c_в^н, c_в^к - удельные теплоемкости   воздуха   при   t_в^н  и t_в^к  соответственно; c_в^д - удельная теплоемкость воздуха при температуре t_д^к.

      Для решения этого уравнения необходимо определить удельную теплоемкость дымовых  газов на входе и на выходе из рекуператора. Находим удельные теплоемкости дымовых газов при заданных температурах, заимствуя их из [1]

      Зададим температуру дымовых газов на выходе из рекуператора: t_д^к=650°C.

Таблица 5.1

                         Теплоемкость дыма и его составляющих при t_д^к=650°C

        
 
 
 

Определим теплоемкость дыма на входе в рекуператор при t_д^н=1050°C.

Таблица 5.2

                      Теплоемкость дыма и его составляющих при t_д^н=1050°C

         Теперь, решая это уравнение относительно t_д^к: 0,9*25,06*(1,544*1050-1,464*tдк)=22,001*1,3371*375+2,32*tдк*1,3583  получим t_д^к=706°C.

      В принятой конструкции рекуператора схема движения теплоносителей - перекрестный ток. Среднюю разность температур находим по формуле:

  DT=Dt_прот·e(Dt)                                                     (5.2)

           Среднелогарифмическую разность температур определим по формуле: