Проектирование отделения методических печей. Рельсобалочный стан-900 МК 'Азовсталь'
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Проектирование
теплового агрегата
2. Выбор
режима нагрева металла
. Расчет
горения топлива
. Расчет
параметров внешнего теплообмена
. Расчет
нагрева металла
. Тепловой
баланс
. Выбор
и расчет топливосжигающих устройств
. Выбор
и расчет рекуператора
. Выбор
схемы и расчет дымового тракта
. Расчет
количества агрегатов и их компоновка в отделении
Перечень
ссылок
ВВЕДЕНИЕ
Нагревательные толкательные печи характеризуются противоточным движением
нагреваемого металла и продуктов сгорания, а так же наличием в начале печи (со
стороны посада металла) развитой не отапливаемой методической зоны, вследствие
чего их часто называют методическими печами.
Методические печи по числу зон нагрева могут быть двух-, трёх - и
многозонными с односторонним и двусторонним нагревом металла. При трёхзонном
режиме нагрева имеются три теплотехнические зоны, по ходу металла:
методическая, в которой повышается температура, сварочная с высокой постоянной
температурой и томильная с постоянной температурой, близкой к заданной конечной
температуре поверхности металла. Металл толщиной до 100 мм нагревают с одной
стороны в печах без нижнего нагрева, а толщиной больше 100 мм - с двух сторон
(с нижним нагревом).
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи
металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При торцевой
выдаче необходим толкатель, который и выполняет роль выталкивателя.
Конструкцию методических печей выбирают в зависимости от типа стана и
вида топлива. Тип стана определяет производительность печей толщину применяемой
заготовки, температуру нагрева металла и его сортамент. От вида используемого
топлива зависит конструкция горелочных устройств и применение рекуператоров.
. Проектирование нагревательной печи
Рис. 1.1 - Схема методической печи
- рольганг загрузки;
- толкатель;
- рольганг выдачи.
Методическая печь предназначена для нагрева блюмов перед прокаткой на
рельсобалочном стане 900. Печь рекуперативная прокатная с двухсторонним
обогревом и торцевой посадкой и выдачей металла. Рабочее пространство каждой
зоны - прямоугольной формы. В теплоутилизационной зоне свод - плоский, в
остальных - «горбатый», для улучшения циркуляции дымовых газов и визуального
разделения зон. В методической и сварочной частях печи заготовки передвигаются
по глиссажным трубам и обогреваются также и с нижней стороны, в томильной - они
передвигаются по стелюгам, заложенным в под, и обогреваются только сверху и с
торцов. Нагреваемые заготовки подают рольгангом к загрузочному окну и
проталкивают по печи сдвоенным толкателем реечного типа. Они заполняют по длине
весь под, поэтому при загрузке очередной заготовки в печь крайняя заготовка на
противоположном конце печи автоматически выталкивается из томильной зоны и по
наклонной водоохлаждаемой плите выдается через торцовое окно из печи на
рольганг, подающий ее к прокатному стану.
Отходящие газы уходят через дымовой пролет в загрузочном конце печи в
рекуператор для подогрева воздуха из изделий с четырьмя отверстиями и далее в
боров и дымовую трубу. Для подачи к горелкам подогретого воздуха в печи
установлен эксгаустер. Глиссажные трубы лежат на поперечных охлаждаемых водой
трубах, опирающихся на стояки из труб, покрытые тепловой изоляцией из
волокнистых материалов.
Печь отапливается смешанным коксодоменным газом,
который сжигается с помощью двухпроводных горелок и горелок типа «труба в
трубе». В каждой зоне печи расположено по 6 горелок. Конструкция горелок
позволяет применять воздух, подогретый до 400°С.
Lп
= 28960 мм;
Bп
= 6728 мм
Размеры зон:
Методическая зона: высота 1760 мм; длина 6410 мм; ширина 6728 мм.
Первая сварочная зона: высота 2470 мм; длина 7030 мм; ширина 6728 мм.
Вторая сварочная зона: высота 2470 мм; длина 8600 мм; ширина 6728 мм.
Томильная зона: высота 1280 мм; длина 6920 мм; ширина 6728 мм.
Выдача заготовок - торцевая, ударного действия.
Шлакоудаление - сухое с помощью лопат и клещевого крана.
Футеровка печи: свод - подвесной, набранный из фасонного шамотного
кирпича марки М829Н. Стены печи выложены из шамотного кирпича класса А, со
стороны брони изолированы слоем асбеста толщиной 5 мм и слоем плит МКРП-340
толщиной 40 мм. Толщина боковых стен верхних зон составляет 510 мм, нижней
сварочной зоны - 775 мм. Кроме того, рабочая поверхность боковых стен нижней
сварочной зоны выложена слоем хромомагнезитового кирпича толщиной 115 мм.
Рабочая поверхность подин томильной и нижней сварочной зон выложена слоем
хромомагнезитового кирпича толщиной 115 мм, нижние слои - шамотным кирпичом
класса Б толщиной 350 мм и шамотным легковесом толщиной 130 мм.
Борова печи футерованы шамотным кирпичом класса Б и В.
В томильной зоне заготовки продвигаются по четырем стальным брусьям,
вмонтированным в монолитную, выложенную хромомагнезитовым кирпичом, подину.
. Выбор режима нагрева металла
Принимаем четырехступенчатый режим нагрева:
методическая зона - двухсторонний нагрев в среде с линейно-возрастающей
температурой при равномерном (холодном посаде) начальном распределении
температур;
две сварочные зоны - двухсторонний нагрев в среде с постоянной
температурой при параболическом начальном распределении температур; томильная
зона - односторонний нагрев в среде с постоянной температурой при
параболическом начальном распределении температур.
Зная марку стали (ст70) выбираем величину конечной температуры нагрева -
1160°С.
Начальная температура печи выбирается из условий безопасного нагрева
металла в первом периоде.
Принимаем
допустимую разность температуры по сечению: .
Задаем
температуры дымовых газов в каждой зоне:
начало
печи - 900
-я
сварочная - 1220
-я
сварочная - 1300
нижний
подогрев - 1260
томильная
зона - 1200
Рекомендуется
принять несколько меньшее значение начальной температуры печи:
Передача
тепла нагреваемым заготовкам и кладке рабочего пространства происходит за счет излучения
и конвекции.
При
расчете внешнего теплообмена можно допустить, что доля конвективного тепла
практически равна потерям тепла через кладку. Тогда единственным видом передачи
тепла от газов, кладки к металлу является излучение. Физическая модель внешнего
теплообмена в печи: печь является замкнутой системой, состоящей из двух серых
поверхностей кладки и металла, между которыми размещен серый газ (продукты
горения).
Нагрев
слябов разбиваем на 4 расчетных участка: I участок -
неотапливаемая (методическая) зона; II участок - 1-я сварочная зона; III
участок - 2-я сварочная зона; IV участок - томильная зона.
Рис. 2. Распределение температур по зонам в рабочем пространстве
. Расчет горения топлива
Вид топлива: коксодоменная смесь
Составы сухого газа
Название
|
Коксовый газ
|
Доменный газ
|
Состав, %
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
|
|
Окислитель: воздух (21% О2; 79% N2);
Влагосодержание воздуха dв=10 г/м3;
Коэффициент расхода воздуха α=1,05;
Влагосодержание топлива:
коксового
газа г/м3,
доменного
газа г/м3.
Температура
подогрева воздуха tв=400°С;
Пирометрический
коэффициент ηпир=0,75;
Теплота
сгорания смеси Мдж/м3
.1
Рассчитаем состав влажного газообразного топлива:
(3.1)
Коксовый
газ, % Доменный газ, %
.2
Рассчитаем теплоту сгорания коксового и доменного газа, МДж/м3:
=
0,01(12,640 СО + 10,800 Н2 + 35,820 СН4 + 59,100 С2Н4
+ 63,750
С2Н6
+ 91,260 С3Н8 + 118,700 С4Н10 +
146,100 С5Н12 + 23,700 Н2S ) (3.2)
.3
Определим долю каждого газа в смеси:
(3.3)
(3.4)
- доля
коксового газа в смеси;
(1-0,4)=0,6
- доля доменного газа в смеси.
.4
Определим состав смеси, %
, (3.5)
где
Хк.г - компонент коксового газа в %;
Хд.г
- аналогичный компонент доменного газа в %.
Для
проверки пересчитаем теплоту сгорания смеси:
.5
Определим объёмный теоретический и
действительный расход сухого воздуха, необходимого для сжигания 1м3
газообразного топлива:
(3.6)
, (3.7)
.
.6
Рассчитаем действительный расход влажного воздуха:
(3.8)
.7
Рассчитаем выход дымовых газов:
(3.9)
(3.10)
(3.11)
(3.12)
(3.13)
(3.14)
.8 Состав дымовых газов, %:
(3.15)
.9
Рассчитаем калориметрическую температуру горения
Энтальпия
продуктов сгорания:
, (3.16)
где
hв -
энтальпия воздуха, кДж/м3
Vд.г - выход дымовых газов, м3/м3 ;
Зададим
, тогда энтальпия продуктов горения равна
Зададим
, тогда
Калориметрическая
температура горения:
(3.17)
.10
Действительная температура горения:
(3.18)
Действительная
температура горения больше максимальной температуры в печи, значит она сможет
обеспечить необходимую температуру в печи.
.
Расчет параметров внешнего теплообмена
расчетный
участок.
Начальная
температура продуктов сгорания tг.нач1=820°С.
Конечная температура продуктов сгорания tг.кон.1=1220°С. Средняя температура продуктов сгорания tг.ср.1=1020°С.
Угловой
коэффициент излучения кладки на металл:
(4.1)
lм - длина металла, м;
В
- ширина рабочего пространства, м;
Н1
- высота первого расчетного участка, м.
Объем
газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)
(4.2)
Площадь
поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).
(4.3)
Эффективная
длина пути луча:
(4.4)
По
расчету сгорания топлива при α=1,05:
СО2=11,8%, Н2О=14,6%.
По
номограммам степень черноты СО2 и Н2О при tг.ср.1=10200С и
При
и находим .
Находим
степень черноты продуктов сгорания:
(4.5)
Степень
черноты кладки .
Приведенный
коэффициент излучения:
(4.6)
расчетный
участок.
Температура
продуктов сгорания tг.нач2=tг.кон2=tг.ср.2=1220°С.
Угловой
коэффициент излучения кладки на металл:
Объем
газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)
Площадь
поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).
Эффективная
длина пути луча:
По
расчету сгорания топлива при α=1,05:
СО2=11,8%, Н2О=14,6%.
По
номограммам степень черноты СО2 и Н2О при tг.ср.1=12200С и
При
и находим .
Находим
степень черноты продуктов сгорания:
Степень
черноты кладки .
Приведенный
коэффициент излучения:
расчетный
участок
Температура
продуктов сгорания tг.нач3= tг.кон.3= tг.ср.3=1300°С.
Угловой
коэффициент излучения кладки на металл:
Объем
газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)
Площадь
поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).
Эффективная
длина пути луча:
По
расчету сгорания топлива при α=1,05:
СО2=11,8%, Н2О=14,6%.
По
номограммам степень черноты СО2 и Н2О при tг.ср.1=13000С и
При
и находим .
Находим
степень черноты продуктов сгорания:
Степень
черноты кладки .
Приведенный
коэффициент излучения:
расчетный
участок.
Температура
продуктов сгорания tг.нач4=tг.кон.4=tг.ср.4=1200°С.
Угловой
коэффициент излучения кладки на металл:
Объем
газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)
Площадь
поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).
Эффективная
длина пути луча:
По
расчету сгорания топлива при α=1,05:
СО2=11,8%, Н2О=14,6%.
По
номограммам степень черноты СО2 и Н2О при tг.ср.1=12000С и
При
и находим .
Находим
степень черноты продуктов сгорания:
Степень
черноты кладки .
Приведенный
коэффициент излучения:
.
Расчет нагрева металла
Методика расчета приведена в [1] и включает в себя следующие пункты:
принимаем удельное время нагрева z;
находим общее время нагрева слябов в печи τобщ и время нагрева слябов в каждой зоне τзон, которое рассчитывается по отношению
длины зоны к общей длине печи;
для каждой зоны принимаем температуру поверхности сляба;
находим критерий F0 и Bi, с помощью которых определяем θ, а затем расчетную температуру
поверхности сляба;
сравниваем расчетную и принимаемую температуру, разница между ними не
должна быть больше 20оС, если разница выше изменяем температуру печи
или предполагаемую температуру поверхности металла;
аналогично рассчитываем температуру центра.
Общее продолжительность нагрева (при S=320мм):
(5.1)
Относительные
длины зон:
методическая
зона - 22%;
-я
сварочная - 24%;
-я
сварочная - 30%;
томильная
зона - 24%.
Исходя
из относительных размеров зон, продолжительность нагрева на расчетных участках
составит:
участок
I:
участок
II:
участок
III:
участок
IV: расчетный участок.
Расчетная
схема нагрева металла - двухсторонний нагрев при линейном изменении температуры
окружающей среды и равномерном начальном распределении температур.
Задаемся
конечной температурой поверхности металла на первом участке tм.пов1=520°С.
Средняя
температура поверхности на первом участке
.
При средней температуре поверхности металла по [3] определяем коэффициент
теплопроводности металла λ1= 34,3 Вт/м·C и коэффициент температуропроводности металла а1=0,0289 м2/ч.
Расчетная толщина металла при нагреве.
(5.2)
Продолжительность
нагрева τ1=1,012ч.
Число Фурье
(5.3)
Коэффициент
теплоотдачи излучением:
(5.4)
в
начале участка
в
конце участка
Средний
Число
Био
(5.5)
Функции
для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo1=1,14 и Bi1=0,71 по номограммам - [1]:
Конечная
температура поверхности металла:
что
не совпадает с предварительно заданной.расчетный участок
Задаемся
конечной температурой поверхности металла на первом участке tм.пов1=600°С.
Средняя
температура поверхности на первом участке
.
При
средней температуре поверхности металла по [3] определяем коэффициент
теплопроводности металла λ1=34,05
Вт/м·C и коэффициент температуропроводности металла а1=0,02815
м2/ч.
Число Фурье
Коэффициент
теплоотдачи излучением:
в
начале участка
в
конце участка
средний
Число
Био
Функции
для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo1=1,11 и Bi1=0,76 по номограммам - [1]:
Конечная
температура поверхности металла:
что
практически совпадает с предварительно заданной.
Функции
для вычисления температуры середины металла определяем при F01=1,11 и Bi1=0,76
[1]:
Конечная
температура середины металла:
.
Определим
допустимую разницу температур для центра и поверхности
,
где
к - коэффициент, учитывающий форму тела: пластина к =1,05;
σmax -
максимально допустимое напряжение (предел прочности или временное сопротивление
разрыву): для ст.65Г σmax= 441,3МН/м2;
β - коэффициент линейного расширения, который выбирается по справочным
данным для различных марок стали: для ст.65Г β=14,1∙10-6 1/0С;
Е
- модуль упругости, который выбирается по справочным данным: для ст.65Г
Е=170·109 Н/м2.
Разница
температур удовлетворяет допустимому значению.расчетный участок.
Расчетная
схема нагрева металла - двухсторонний нагрев при постоянной температуре окружающей
среды и параболическом начальном распределении температур.
Задаемся
конечной температурой поверхности металла на втором участке tм.пов2=1000°С и продолжительностью нагрева τ2=1,104ч.
Средняя
температура поверхности на втором участке
.
При
средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности
металла λ2=28,3Вт/м·С
и коэффициент температуропроводности металла а2=0,0172 м2/ч.
Расчетная
толщина металла при нагреве:
Число Фурье
Коэффициент
теплоотдачи излучением:
в
начале участка
в
конце участка
средний
Число
Био
Функции
для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo2=0,74 и Bi2=1,89 по номограммам -
Конечная
температура поверхности металла:
что
практически совпадает с предварительно заданной температурой.
Функции
для вычисления температуры середины металла определяем при F02=0,74 и Bi1=1,89 -
Конечная
температура середины металла:
.
расчетный
участок.
Расчетная
схема нагрева металла - двухсторонний нагрев при постоянной температуре
окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.
Задаемся
конечной температурой поверхности металла на втором участке tм.пов3=1180°С с продолжительностью нагрева τ3=1,38ч.
Средняя
температура поверхности на втором участке
.
При
средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности
металла λ3=32,96
Вт/м·К и коэффициент температуропроводности металла а2=0,0195 м2/ч.
Расчетная
толщина
Число Фурье
Коэффициент
теплоотдачи излучением:
в
начале участка
в
конце участка
средний
Число
Био
Функции
для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo2=1,05 и Bi2=2,2 по номограммам -
Конечная
температура поверхности металла:
что практически совпадает с предварительно заданной температурой.
Функции
для вычисления температуры середины металла определяем при F03=1,05 и Bi3=2,2 -
Конечная
температура середины металла:
.
расчетный
участок
Расчетная
схема нагрева металла - односторонний нагрев при постоянной температуре
окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.
Задаемся
конечной температурой поверхности металла на первом участке
tм.пов4= tм.ср.4=1180°С
и продолжительностью нагрева τ4 = 1,104ч.
При
средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности
металла λ4=33,8 Вт/м·К
и коэффициент температуропроводности металла а4=0,02 м2/ч.
Расчетная
толщина металла при одностороннем нагреве
Число Фурье
Коэффициент теплоотдачи излучением:
Число Био
Функции
для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo4=0,2 и Bi4=3,96 по номограммам -
Конечная температура поверхности металла:
,
что
практически совпадает с предварительно заданной.
Функции
для вычисления температуры середины металла определяем при F04=0,2 и Bi4=3,96-
Конечная температура середины металла:
.
Следует
также проверить температуру нижней поверхности металла, которая после
одностороннего нагрева может оказаться ниже температуры середины металла.
Функции
для вычисления температуры нижней поверхности металла определяем при F04=0,2 и Bi4=3,96 -
Конечная температура нижней поверхности металла:
Следовательно, самая низкая температура в середине металла и максимальный
конечный перепад температур в металле:
.
Тепловой баланс
I. Приход тепла
.
Химическое тепло топлива:
(6.1)
.
Физическое тепло воздуха:
(6.2)
где
Св=1,329 при tв=4000С,
.Тепло
экзотермической реакции окисления железа:
(6.3)
Р
= 46,3 т/ч
II. Расход тепла
.
Тепло, затраченное на нагрев металла:
(6.4)
где
средняя теплоемкость металла при tм.ср4=1171 0С
средняя
теплоемкость металла при tн=20 0С
.
Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания
(6.5)
.
Потери тепла теплопроводностью через кладку
На
первом расчетном участке
Потери
через верхнюю часть боковых стен. Кладка верхней части боковых стен: шамот кл.А
δ=230мм, шамот кл.Б δ=230мм и плиты МКРП δ=50мм. Задаемся температурой наружной поверхности кладки
- tнар1=100 0С.
Температура в месте соприкосновения слоев шамота кл.А и шамота кл.Б tш-ш=7200С, в месте соприкосновения слоев
шамота кл.Б и плит МКРП tш-пл=450 0С.
Средняя
температура шамота кл.А:
tш1=0,5(1020+720)=870 0С,(6.6)
Коэффициент
теплопроводности:
λш1=0,88+0,00023·870=1,08
Вт/мК,(6.7)
Средняя
температура шамота кл.Б:
tш2=0,5(720+450)=585 0С,(6.8)
Коэффициент
теплопроводности:
λш2=0,84+0,00058·585=1,18
Вт/мК,(6.9)
Средняя
температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:
tш2-пл=0,5(450+100)=2750С,
Коэффициент
теплопроводности:
λш2-пл=0,14
Вт/мК,
Коэффициент
теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
αнар1=7+0,05·tнар1=7+0,05·100=12 Вт/м2К. (6.10)
Удельный
тепловой поток через кладку верхней части боковой стенки:
(6.11)
Проверяем
температуру на границе слоев шамота кл.А и шамота кл.Б:
,(6.12)
Проверяем
температуру на границе слоев шамота кл.Б и плит МКРП:
,(6.13)
Проверяем
температуру наружной поверхности кладки:
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 3ого t2=520 0C, а также tнар=85 0С.
Средняя
температура шамота кл.А:
tш1=0,5(1020+750)=885 0С,
Коэффициент
теплопроводности:
λш1=0,88+0,00023·885=1,09
Вт/мК,
Средняя
температура шамота кл.Б:
tш2=0,5(750+520)=635 0С,
Коэффициент
теплопроводности:
λш2=0,84+0,00058·635=1,21
Вт/мК,
Средняя
температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:
tш2-пл=0,5(520+85)=302,50С,
Коэффициент
теплопроводности:
λш2-пл=0,15
Вт/мК,
Коэффициент
теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
αнар1=7+0,05·tнар1=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:
методический стан металл
топливо
.
Потери
чрез свод. Кладка свода: шамот класса А(кирпич) δ=510мм. Задаёмся наружной температурой поверхности tнар=97 0С. коэффициент теплопроводности
λ=0,7+0,00064t,
Средняя
температура шамота:
tш3=0,5(1020+97)=558,5 0С,
Коэффициент
теплопроводности:
λδ3=0,7+0,00064·558,5=1,057 Вт/мк,(6.15)
Коэффициент
теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
αнар3=7+0,05·tнар=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:
Fст=2·1,76·6,41=22,56м2.(6.18)
Площадь поверхности свода:
Fсв1=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:
.
Потери тепла на охлаждаемые подовые трубы.
Первый
расчетный участок
4
продольных подовых труб диаметром 121х20, l=4176мм.
Поверхность
подовых труб:
Fтр=nтр·πdтрlтр(6.24)
Fтр=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:
Qохл= 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:
,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:
Qтр2=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:
Qохл= 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:
,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:
Qтр3=1527,8+2246,4+781=4555,2 МДж/ч.
Общие потери тепла в печи на охлажденные изолированные подовые трубы:
Qтр= Qтр1+ Qтр2+ Qтр3=343+4759+4555,2=9657 МДж/ч
. 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 tг.ср1=820 0С имеется окно загрузки.
Окно
загрузки имеет размеры 0,605х6,495м, площадь Fзаг=5,1м2, толщина футеровки у окна загрузки
0,58м, окно постоянно открыто - ψзаг=1.
Окно загрузки рассматриваем как полосу (а/b=0). Тогда,
коэффициент дифрагмирования при а/l=0,605/0,58=1,04 равен Фзаг=0,65.
Потери
тепла излучением через окна на первом участке:
Четвертый
расчетный участок
Окно
выдачи Fвыд=0,625х6,728м2,
коэффициент дифрагмирования равен Фвыд=0,67, при а/l=0,625/0,58=1,08.
Fок4=5,1 м2.
Доля времени открытия окна ψвыд=0,2.
Потери
тепла излучением через окна:
Общие
потери тепла излучением через окна печи:
Qизл= Qизл1 + Qизл4=961+656=1617 МДж/ч.
Неучтенные
потери:
Qнеуч=0,1(Qм+ Qкл+ Qохл+ Qизл)(6.28)
Qнеуч =0,1(1617+4378,5+9657+43511)=5916 МДж/ч.
Уравнение
теплового баланса печи без изоляции:
Qх+ Qв+ Qэкз= Qм+ Qд+ Qкл+ Qтр+ Qизл+ Qнеуч,(6.29)
,5В+1,31В+2616,88=43511+4,082В+4378,5+9657+1617+5916
,73В=62463,
т.е. В=9281 м3/ч.
Химическое
тепло топлива:
Qх=9,5·В=9,5·9281=88169,5 МДж/ч.
Физическое
тепло топлива:
Qв=1,31·В=1,31·9281=12158 МДж/ч.
Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания:
Qд=4,082·В=4,082·9281=37885 МДж/ч.
Тепловой баланс печи без изоляции.
Тепловая мощность печи
М=Qх/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:
.
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.