2.5 Тепловий баланс печі і визначення питомої витрати палива

Тепловий баланс печі складаємо на весь період нагрівання та витримки.

Приходні статті теплового балансу

1. хімічна теплота палива, кДж

2. фізична теплота повітря при

3. теплота екзотермічних реакцій, приймаючи, що чад металу складає 1 % Вт,

Витрата теплоти

1. теплота,що витрачається на нагрів металу, Вт,

де – середня теплоємність металу, додаток В, кДж/кгК.

2. теплота, що виноситься з димовими газами із робочого простору печі, Вт,

Середню теплоємність газів приможна знайти користувачись додатком А

3. оскільки у складі димових газів івідсутні, втрата теплоти від хімічної неповноти згоряння буде дорівнювати нулю.

4. Втрати теплоти теплопровідністю через кладку.

У розглядуваній камерній печі склепіння виконано арочним із шамоту завтовшки 0,23 м.

Стіни і під печі мають товщину = 0,345 м, із якої шар шамоту складає0,23 м і теплова ізоляція (діатомітові цегла) складає 0,115 м. Садочне вікно займає передню стінку і наполовину закрито водо охолоджувальною заслінкою.

Втрати теплоти через склепіння

Для простоти розрахунку прийняти склепіння плоским, а температуру внутрішньої поверхні = 1250⁰С. Температура навколишнього повітря = 30⁰С, середня температура вогнетривкого матеріалу склепіння дорівнює 650⁰С. Коефіцієнт теплопровідності шамоту при цій температурі , Вт/(м·К),

Втрати через склепіння печі складуть,Вт,

де а – коефіцієнт тепловіддачі в навколишнє середовище;

- зовнішня площа склепіння печі,

де - зовнішня ширина печі, м,

L – зовнішня довжина печі, м,

Втрати теплоти через стіни і під печі

Зовнішня поверхня стін і поду (передня стінка виключається, тому що вона зайнята завантажувальним вікном), м²,

де - висота печі, м,

Приймаючи в першому наближенні розподіл температури у двошаровій стіні прямолінійним, знаходять орієнтовну середню температуру шарів:

• Температура на межі шарів, ⁰С,

• Середня температура шару шамоту, ⁰С,

• Середня температура шару діатоміту, ⁰С,

Коефіцієнт теплопровідності шамоту і діатоміту знаходимо користуючись залежностями, Вт/(м·К),

Втрати теплоти через стіни і під печі, Вт,

Правильність прийнятих середніх значень температур шарів кладки перевіряються рівняннями

Повні втрати теплоти теплопровідністю через кладку складуть, Вт,

1. Втрати теплоти випромінюванням через відкрите вікно, Вт,

де С₀ – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла;

- площа відкритого вікна, м².

Якщо садочне вікно наполовину закрито заслінкою,то площа отвору, через яке проходить випромінювання, буде дорівнювати, м²,

- середня температура печі, ⁰С;

- доля часу,коли вікно відкрито, вважаючи, що вікно постійно відкрито, будемо мати = 1;

Ф – коефіцієнт діафрагмування, який залежить від відносних геометричних розмірів вікна, знаходиться з додатка Е.

Згідно додатку Е.1 при відношенні

Знаходиться коефіцієнт діафрагмування Ф=0,7.

2. У печі, що розглядається, транспортуючі прилади відсутні, тому втрати теплоти на їх нагрівання дорівнюють нулю .

3. Тепло, що уноситься водою, що охолоджує заслінку садочного вікна, Вт,

де - густина теплового потоку, яка для заслінки завантажувального вікна без ізоляції дорівнює= 145·10³ Вт/м².

Витрату палива визначають із рівняння теплового балансу:

Розрахункові дані зводяться до таблиці теплового балансу (таблиця 4).

Таблиця 4 – Таблиця теплового балансу

Прибуткові статті	Вт	%	Витратні статті	Вт	%
Теплота, що одержана при спалюванні палива Теплота екзотермічних реакції	965692,673 1188,6	98,5 1,48	Теплота,що витрачена на нагрівання металу Теплота, що відноситься з димовими газами Витрати теплоти теплопровідністю через кладку Втрати теплоти випромінюванням через відкрите вікно Втрати теплоти з охолоджувальною водою	287810 612366,78 46134,025 11382,994 8787	19,63 57,38 10,39 8,02
Разом	966881,273	100	Разом	9666480,799	100

Теплотехнічні характеристики роботи печі при = 0⁰С.

Коефіцієнт використання теплоти

Втрати холостого ходу, Вт,

Кількість теплоти, що витрачається на нагрівання 1 кг металу, Дж/кг,

Питома витрата теплоти, Дж/кг,

Коефіцієнт корисної дії печі

Теплотехнічні характеристики печі у випадку, коли на печі установлений рекуператор для підігріву до температури за рахунок теплоти димових газів, що відходять із печі.

Теплота, що вноситься підігрітим повітрям, Вт,

Витрати палива у даному випадку визначаються із теплового балансу печі, до якого входить теплота, що вноситься з підігрітим повітрям у прибуткові статті, останні статті балансу залишаються незмінними.

Відносна економія палива визнається за формулою

Коефіцієнт використання теплоти

Питома витрата теплоти, Дж/кг,

Коефіцієнт корисної дії печі

Висновки

Установлення на печі рекуператора для підігріву повітря за рахунок димових газів, що відходять із печі, є виправданими.

3. Вибір та розрахунок газового пальника конструкції «Теплопроект»

3.1 Вихідні дані:

• Витрата газу пальниками………………….……….;

• Кількість пальників у робочому просторі…………………..…n=2 шт;

• Теоретично необхідна кількість повітря

Для спалювання 1 м³ газу …………….…………………;

• Коефіцієнт надлишку повітря ……………………………………а=1,09;

• Температура повітря…………………………………….…;

• Температура газу…… ……………………………….………;

• Надлишковий тиск газу…………………………………

• Склад природного газу :

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CО2	N2
87	2,3	0,25	0,05	0,03	0,07	10,3

1. Продуктивна здатність одного пальника, ,

2. Витрата повітря на пальник за нормальними умовами ,

3. Розрахункова витрата повітря ,

4. Розрахункова витрата газу ,

де - питома маса газу, для якого побудовано графік (додаток Т),= 0,73 кг/м³;

5. Згідно з графіком (додаток Т) за розрахунковою витратою газу і надлишковим тиском газувибираємо пальник ГНП – 4.

6. З таблиці Т.1 (додаток Т)визначаємо розміри газового пальника ГНП – 4, мм,

7. Швидкість газу при робочих умовах у вхідному перерізі пальника, м/с,

8. Швидкість повітря у вхідному перерізі пальника м/с,

9. При робочих умовах швидкість повітря буде дорівнювати м/с,

Рекомендована швидкість повітря у вхідному перерізі складає

10. Швидкість суміші у вихідному перерізі м/с,

Рекомендована швидкість суміші у вихідному перерізі складає

Усі швидкості лежать у межах суміші рекомендованих значень.