Расчёт камерной печи для термообработки

к = tгн (к) — θниз (tгн (к) — tмн. ср) =1100˚ С. Период температур в конце нагрева: —=Время нагрева заготовок в печи для обеспечения заданной производительности (12 000кг/час) при заданных размерах и количестве заготовок (массе садки): = = 3,88час. Напряженность активного пода печи: =992,35кг/м2Поскольку, рассматриваемая печь с Накт=992,35кг/м2 обеспечивает заданную ПР=12 000кг/час (3,333кг/сек). 8. Расчет теплового баланса и определение расхода топлива печи. 8.

1.Приходные статьи баланса тепла Тепло, выделяемое при горении топлива: Qг. т = Qрн ·Mт =35 060∙Мт, (кВт), где Мт, (м3/с) — искомый расход топлива печи. Тепло, вносимое подогретым воздухом: Qф.в.=Vв∙Мт∙сtв∙tв=0 (печь без подогрева воздуха).Тепло, выделяемое при окислении металла в процессе нагрева: Qок = qокуд · ПР·Y=185,31кВт, где qокуд =5650кДж/кг — тепло, выделяющееся в процессе окисления 1 кг железа;Y=1% - угар металла. 8.

2.Расходные статьи баланса тепла. Тепло, необходимое для нагрева металла: =2375,76кВт.Затраты тепла на аккумуляцию кладки: Qакк.={[Vкл∙ρкл∙скл∙(tкср.

м — tнср.

м)]шам.+[Vкл∙ρкл∙скл∙(tкср.

м — tнср.

м)]диат.}/τ=2370,31кВт, где: — для шамотного кирпича: — кладки; - =0,25м — толщина кладки; - Vкл= Fш∙δш=21,49м3 — объем кладки; - ρкл=1850кг/м3 — плотность шамота кл. А; - скл=0,865 +0,21∙tср∙10−3=1,023кДж/кг∙гр — теплоемкость шамота; - tкср.

м=1138℃ - средняя температура внутренней поверхности кладки в конце процесса нагрева; - tнср.

м= 300℃ - условная средняя температура внутренней поверхностикладки в начале процесса нагрева; - tср=750℃ - приблизительное значение средней температуры шамотного слоя кладки для диапазона температур между наружной и внутренней стенами печи 40 — 770℃ и теплового сопротивления слоя Sш/λш=0,132Вт/м2∙с (рассчитано по методике, Приложения 20 и 22); - для диатонитного кирпича: -кладки; - =0,25м — толщина кладки; - Vкл=Fд.кл∙δд=27,92 м³; - ρкл=450кг/м3; - скл=0,116+0,15∙tср∙10−3=0,175кДж/кг∙гр; - tкср.

м=750℃; - tнср.

м=40℃; - tср=395℃ - для диатонитового слоя кладки с Sд/λд=2,000м2∙гр/Вт.Потери тепла через кладку за счет теплопроводности кладочного материала:

где: — tвоз=20℃- температура окружающего воздуха;

— tвнкл =1138℃ - температура внутренней поверхности кладки;

-(s/λ)ст.н.ос =0,06 — тепловое сопротивление при передаче тепла от наружной стенки печи к окружающему воздуху Вт/м2·К°; - Σ s/λ - сумма тепловых сопротивлений огнеупорной и теплоизоляционной части стенки: — теплопроводность конструкционных материалов и толщина стенок печи, соответственно в Вт/(м∙°К) и метрах : — λш — теплопроводность шамота (λш = 0,65); - Sш — толщина шамотной стенки (Sш = 0,250); - λд — теплопроводность диатомита (λд = 0,125); -Sд — толщина диатомитовой стенки (Sд = 0,250); =97,98м2 — поверхность стенок, определяющих теплоотдачу печи; Наружные размеры печи с учетом огнеупорных и теплоизоляционных материалов: -Lн = L + 2 ·ш + 2 · д = 10,21 м; -Bн = B + 2 ·ш + 2 · д = 6,50 м; -Hн = H + ш + д = 1,45 м; -Fнст = (Bн Lн + LнHн + BнHн) · 2 = 181,19 м². Расчет подогрева кладки рассматриваемой печи произведен с использованием данных[4] (прилож.

22, табл.

1−22). Результаты расчетов для τ=0ч и τ=3,43ч сведены в таблицу 8.

1. Возможный вариант размещения рассматриваемой печи в существующем цеховом помещении аналогичного назначения (с тепловыми установками) приведен на чертеже (см. Приложение 1). Таблица 8.

1. Подогрев кладки печи Материал кладки Шамот Диатомит Толщина кладки0,0000,0580,2500,0000,0520,1040,1560,2080,250τ=0чtвнкл3 002 892 782 782 301 599 694 848τ=3,43ч1 138 942 716 716 539 328 008 814 592

Потеря тепла излучением через открытые окна и щели печи:

где: -f =(Lпод +0,2)∙(Bпод +0,3) = 49,45м2 — открытая площадь отверстия;

= 0,6 — коэффициент диафрагмирования; - (1 — ψ) =0,05 — доля времени, в течение которого открыто окно печи. Тепло, уносимое отходящими продуктами горения: Qпг = MТ·Vпг· Спгср · tпгср =11 480,10∙МТ, кВт, где: — tпгср 0,5∙(- средняя температура продуктов горения; - =740 -температура выходящих продуктов горения с учетом возможных конструктивных мероприятий, повышающих эффективность процесса сжигания и регенерацию тепла отходящих газов (примерно 30−40%); - Cпгср =1,552кДж/(м3∙°К) — средняя теплоемкость продуктов горения. С учетом возможных конструктивных мероприятий, повышающих эффективность процесса сжигания газа и регенерации тепла отходящих газов (примерно 30−40%), принимается Qпр.гор.=15 114∙М, кВт. Потери тепла из-за химической неполноты горения: Qх.н. = МТ·Vпг ∙ [126,45 (% CO) + 107,6 (% H2)]=2790,32∙MТ, кВт, где: — qco =12 645кДж/м3 — тепловой эффект реакции горения СО; - qH2 =10 760кДж/м3 — то же Н2; - (%СО)=1,5% - содержание СО в продуктах горения при пламенном сжигании природного газа в высокотемпературных печах [3]; - (%Н2)=0,75% - то же для Н2. Потери тепла из-за механических потерь: Qмех. = МТ·Qрн · а=876,50∙МТ, кВт, где, а ~2,5% - механические потери топлива.

Неучтенные потери: Qну = 0,20∙ [(Qх.н. + Qмех.)∙МТ+ Qкл + Qокизл]=(733,36∙МТ +107,36), кВт. 8.

3. Расход топлива

МТ = 0,271 м3/с (в соответствии с уравнением теплового баланса: Qх.т. +Qф.в.+Qок = Qм + Qкл + Qщизл + Qпр. гор + Qх.н. + Qмех. + Qнеучт).

8.4. Расход тепла для нагрева 1 кг металла до заданной температурыq= = 2850,66кДж/кг.Данные топливного баланса приведены в таблице 8.

2. 9. Теплотехнические показатели печи 9.

1.КПД печи: ηп =QM/Qxт =0,25. 9.

2.Расход тепла для идеальных условий: qид=Qхт/Муд =2,715, где Муд =ПР/ =3499кг/ч — удельный расход условного топлива.

9.3. Расход тепла для нагрева 1 кг металла до заданной температуры: q= = 2850,66кДж/кг. Таблица 8.

1. Данные теплового баланса

Приход тепла

Расход тепла

Статьи приходак

Вт%Статьи Расходак

Вт%1. Химическое тепло топлива9501,2698,11. Нагрев металла2375,762.Тепло на аккумуляцию кладки2370,312. Тепло от подогретого воздуха0,000,03.Потери через кладку за счет теплопроводн.

53,863. Тепло от окисления металла185,311,94. Излучение через откр. окна и щели 482,965.Потери с уходящими продуктами горения3111,116.

Химическая неполнотасгорания756,187. Механич. потери 237,538. Неучтенные потери306,10Всего9686,57 100

Всего9693,81 100

Относительная погрешность: Заключение

В данной работе решены следующие задачи проектирования камерной садочной печи для термообработки изделий из стали. 1. Выполнен расчет горения топлива заданного месторождения (состава), в котором определены: — теоретический расход воздуха на горение — 9,32м3/м3; - количество продуктов горения, образующихся при сжигании топлива — 10,32м3/м3; - низшая теплота сгорания топлива — 35 060кДж/м3; - температура горения природного газа заданного состава — 1699. 2. Определены основные размеры печи, в том числе: — размеры рабочего пространства (длина 9,21 м; ширина 5,5 м; высота пода 1,2м);

— наружные размеры печи с учетом огнеупорного и теплоизоляционного слоев (длина 10,21 м; ширина 6,5 м; высота 1,45м). 3. Произведен расчет теплового баланса рабочего пространства печи, на основе которого определены: — расход газового топлива -0,271м3/с; - коэффициент полезного действия печи — 25%; - удельный расход условного топлива — 3499кг/ч; - расход тепла для нагрева 1 кг металла до заданной температуры — 2850,66кДж/кг; - расход тепла для идеальных условий процесса — 2,715 .

Литература

1. Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб.

пособие.

СПб.: Энергоиздат, 1989.-280с. 2. Характеристика газов. Средние составы и характеристики ПГ месторождений СССР.;

http://www.yanvictor.ru/transport/index-1/htm3.Зеньковский А. Г. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию «Расчет пламенных нагревательных печей. М., Типография МГП «Эвтектика», 1991. 4. Зеньковский А. Г. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию «Расчет пламенных нагревательных печей (Приложения). М., Типография МГП «Эвтектика», 1991. 5. Приложение 1.Вариант размещения печи в существующем производственном помещении с теплоэнергетическим оборудованием на 1л ф. А1.