7. Расчет теплового баланса печи для пламенных печей

Приходная часть баланса

Статья 1. Тепло, получаемое при сжигании топлива

Q_топл = 0,278 · В · Q_н^р, Вт

где В – часовой расход топлива, м3/ч – неизвестная искомая величина, определяемая из теплового баланса;

Q_н^р – низшая теплота сгорания топлива в кДж/м³. Определяется при расчете горения топлива.

Статья 2. Тепло, вносимое прогретым воздухом (физическое тепло воздуха). Эта статья учитывается при составлении теплового баланса рекуперативных печей.

Q_возд = 0,278 · В · Lg · C_b · t_b, Вт

Где - действительный расход воздуха, необходимый для сжигания 1 м3 газа или 1 кг мазута с учетом коэффициента избытка воздуха ( из расчета горения топлива), м3/м3 или м3/кг;

- средняя теплоемкость воздуха в интервале температур от 0° до t_b, кДж/м³·град;

принимается по таблицам (2), стр.180

(9), стр.357, (5), (6), (7), (8);

t_b – температура подогрева воздуха, °С. Определяется условиями работы рекуператора. Для термических печей обычно принимается в пределах 200-300 °С.

Статья 3. Физическое тепло, вносимое подогретым топливом, как правило, - газообразное топливо, подается к термическим печам без подогрева, поэтому эта статья при использовании газообразного топлива в балансе не учитывается. При работе печей на мазуте последний подогревается на 70-80 °С, тогда

Q_возд = 0,278 · В · C_т · t_т, Вт

где Cт – средняя теплоемкость мазута, кДж/кг·град;

tт – температура подогрева мазута, °С.

Статья 4. Тепло экзотермических реакций при окислении нагреваемого металла, кДж/кг

Q_экз = 0,278 · 5652 · (Р_м + Р_тар) · а, Вт

Где 5652 – тепловой эффект реакции окисления 1 кг нагреваемого металла, кДж/кг;

(Р_м + Р_тар) – часовая производительность печи по металлу и таре, кг/ч, (см. статьи 1 и 2 расходной части баланса);

а – относительное количество окислившегося металла (угар металла), кг/кг. Например, если угар равен 2 %, то а – 0,02. Для термических печей можно принимать а = 0,02 – 0,05 %, для нагревательных а = 0,01 – 0,025 %.

Если применяется защитная атмосфера, то статья 4 не учитывается (окисление отсутствует)

Расходная часть теплового баланса

Статья 1. Полезное тепло, расходуемое на нагрев металла. Если металл поступает в печь:

1. холодным Q_м = 0,278 · Р · C_м· t_м.к., Вт

2. подогретым Q_м = 0,278 · Р₁ · (C_м· t_м.к. - C_м'· t_м.н. ), Вт

где Р – часовая производительность печи по нагреву, кг/ч. Определяется исходя из величины садки и времени нагрева:

t_м.к. – конечная температура нагрева металла, °С. Определяется маркой стали и характером технологического процесса.

t_м.н – начальная температура металла, °С;

C_м – средняя теплоемкость металла в интервале температур от 0° до t_м.к, кДж/(кг· град);

C_м' – также для интервала температур от 0° до t_м.к, кДж/(кг· град). Применяется оп справочникам и таблицам в зависимости от марки стали [8] табл.6 стр.20, [8] табл.34 стр.117, [8] табл.9 стр.92, [8] табл.5стр.14.

Статья 2.

Q_тар = 0,278 · Р_тар · C_тар(t_тар.к. – t_тар.н.), Вт

где Р_тар – производительность печи по таре, кг/ч

, кг/ч

где G_тар – масса тары, одновременно находящейся в печи, кг, (поддоны, башмаки, конвейер, муфель колпаковой печи и др.)

C_тар – средняя теплоемкость тары в интервале температур от 0° до tтар.к, кДж/(кг· град)

t_тар.к = t_м.к.

t_тар.к , t_тар.н – соответственно конечная и начальная температуры тары, °С.

Статья 3. Тепло, теряемое уходящими продуктами сгорания (дымом)

Q_дыма = 0,278 · В · V_д · C_д ·t_д., Вт

где V_д – объем дымовых газов, получаемых при сжигании 1 м³ газа или жидкого (твердого топлива) при нормальных условиях с учетом избытка воздуха, м³/кг или м³/м³) из расчета горения топлива;

С_д – средняя теплоемкость дымовых газов при температуре t_д кДж/(м3·град), [2] приложение 1 стр.180, [6] приложение 3 стр.346;

t_д – температура отходящего дыма, °С. Может быть принята: для камерных печей - t_д = t_м.к. + (50100), для методических - t_д = t_м.к. + (100300).

Статья 4. Потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива.

При беспламенном сжигании топлива потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива отсутствуют. При пламенном сжигании в дымовых газах обычно содержится 0,5-3 % несгоревших газов. Если принять, что на 1 % СО приходится 0,5 % Н₂, то теплота сгорания такой смеси при нормальных условиях составляет 12142 кДж/м³.

Если в уходящих продуктах сгорания долю несгоревшего газа СО принять равной Р_со, то потеря тепла составит

Q_хим = 0,278 · В · V_д · Р_со 12142_., Вт

где V_д - количество уходящего дыма м3/м3 или м3/кг. Для хорошо работающих печей Р_со можно принять 0,005 – 0,015.

Статья 5. Потери тепла от механической неполноты сгорания топлива. Под механической неполнотой сгорания понимают различные потери топлива, введенного в печь, но не принимают участия в горении.

Эти потери могут быть определены так

Q_мех =А· 0,278 · В · Q_н^р_., Вт

Где А – величина тепловых потерь от механической неполноты сгорания. Так при сжигании:

1. Твердого топлива А = 0,030,05;

2. Газообразного топлива А = 0,020,05;

3. Жидкого топлива А = 0,01.

Для газообразного и жидкого топлива эта величина незначительна и может не учитываться. Для твердого топлива она достигает 2-5% от Q_н^р. Поскольку современные термические печи, как правило, на твердом топливе не работают, то статья 5 из теплового баланса выпадает.

Статья 6. Тепло, теряемое в результате теплопроводности через кладку. Если известна наружная температура кладки, то потеря тепла путем теплопроводности через свод и стены определяется:

Q_кл=α_∑ · (t_ст - t_в)·F_н., Вт

где α_∑ - суммарный коэффициент конвективной теплопроводности от наружной стенки к окружающему воздуху, Вт/м³град. Его значения в учебниках [1] таблица 4 стр.18, [2] таблица 39 стр.106, [2] таблица 28 стр.254, табл.6. Например, при t_ст=90°С, α_∑=14,0, Вт/м²град для вертикальной стенки:16,0 – для свода и 11,4 – для пода.

t_ст – температура наружной поверхности стенки, °С;

t_в – температура окружающего воздуха, °С, можно принять t_в=20 °С;

F_н – наружная поверхность кладки, м².

Далее Q_кл определяется по формуле:

, Вт

где t_вн – температура внутренней поверхности кладки, °С;

t_н – температура печи;

- среднее значение поверхности кладки печи, м².

F_в – площадь внутренней поверхности стенки, м²;

S₁ и S₂ – соответственно толщина огнеупорной кладки и изоляции, м;

λ₁ и λ₂ – соответственно коэффициенты теплопроводности кладки и изоляции, Вт/м град. Берутся также по таблицам [1] таблица 4 стр.18, [2] таблица 32 стр.106, [5] таблица 28 стр.254, [6] приложение XI. Необходимые размеры для определения площадей принимаем по эскизу кладки печи. Определив потери тепла отдельными элементами кладки (стенками, сводом), определяют общую потерю всей кладки. Порядок расчета потерь тепла через двухслойную стенку (огнеупорная кладка теплоизоляции).

1. Задаемся значениями температур: t_n, t₁, t_ст, t_в. Можно принимать t₁=t_n – (150-250) °С

t_ст зависит от толщины кладки и типа печи, например, для электропечи t_ст = 40-60 °С, для пламенных печей t_ст = 60-150 °С, t_в = 20 °С

2. Определяем средние температуры огнеупорного слоя и изоляции

3. Определяем коэффициент теплопроводности шамота и теплоизоляции, например:

λ_ш=0,88+0,00023 t_ср.ш., Вт/м град

λ_из=0,175+0,0003 t_ср.из., Вт/м град

Полученные значения подставляем в формулу и определяем Q_кл.

4. Правильность выбранных температур, а следовательно, и значений коэффициентов теплопроводности проверяем путем построения графика «Тепловое сопротивление - температура» (см. рис.5). Из начала координат по оси абсцисс в произвольном выбранном, но в одинаковом масштабе откладываем последовательно отрезки ОА, АБ, БВ, равные значениям тепловых сопротивлений S_ш/λ_ш, S_из/λ_из, 1/ α_∑ и строим из этих точек перпендикуляры. Затем по оси ординат также в произвольном , но одинаковом масштабе, откладываем значения температуры t_n, а на перпендикуляре, построенном из точки В, - значение t = 20°С. Точки Г и Д , соответствующие значениям этих температур, соединяем прямой линией. Точка Е дает точное значение t₁ , а точка Ж – наружную температуру t_ст. Если новые значения t₁ и t_ст не будут отличаться от заданных более, чем на ±10°С, то расчет произведен правильно. Если расхождения значительны, то производят повторный расчет и построение нового графика до получения более точных температур. Обычно бывает достаточно одного расчета.

Рис.5 График «Тепловое сопротивление - температура»

5. Определяем тепловое сопротивление стенки печи:

Если печь снаружи заключена в металлический кожух, то тепловое сопротивление кожуха весьма мало и в расчете не учитывается.

6. Определяем удельный тепловой поток через стенку печи по формуле:

, Вт/м²

7. Рассчитываем общую потерю тепла стенкой печи:

Q_ст = q · F_ср, Вт

Таблица 6

Суммарный коэффициент теплопередачи для различных стенок печи

Т°С стенки печи	Для вертикальн.	Для горизонтальн.		Т°С стенки печи	Для вертикальн.	Для горизонтальн.
		Верх (свод)	Низ (под)			Верх (свод)	Низ (под)
25	8,95	10	7,56	90	14,0	16,0	11,4
30	9,54	11,06	8,02	100	14,65	16,74	11,86
35	10,23	11,63	8,17	125	16,98	18,49	13,26
40	10,58	11,98	8,59	150	17,56	19,88	14,42
45	10,81	12,33	8,61	200	20,35	22,91	16,75
50	11,51	13,14	9,42	300	26,91	30,12	23,26
60	12,21	13,96	9,83	400	35,47	38,49	31,38
70	12,90	14,77	10,58	500	45,91	49,19	49,63
80	13,37	15,23	10,81

Поскольку в различных элементах печи кладка может иметь различную толщину, то определяют отдельно потери тепла Сводом, подом, задней, боковыми и передней стенками, а затем эти потери суммируются.

Q_кладки = Q_свода+Q_пода+Q_{перед.стенки}+Q_{зад.стенки}+Q_{бок.стенки}

Потери тепла через заслонку (дверцу печи) считаются как потери через обычную стенку с одно- или двухслойной футеровкой в зависимости от ее конструкции. За внутреннюю поверхность при этом следует принимать размеры рамы рабочего окна, за наружную – габариты самой дверцы (заслонки).

Если заслонки занимают площадь практически всей передней стенки в печах с выкатным подом, шахтных и в некоторых печах непрерывного действия, то в этом случае потери через заслонку можно считать как потери через переднюю стенку.

Потери тепла подом печи

Если под печи свободно омывается циркулирующим снизу воздухом, что обычно бывает в малых термических печах, то потери тепла рассчитываются как потери через горизонтальную многослойную стенку.

В том случаи, когда под печи установлен на фундаменте, что бывает в большегрузных печах (колпаковые печи, большие толкательные, шахтные и др.), определить потери прямым расчетом практически невозможно. В этом случае их принимают равными 10-20 % от потери через остальную часть кладки:

Q_пода=(0,10,2)·( Q_свода+Q_стенок+Q_дверцы)

Следует брать для печей с относительно небольшой площадью пода (шахтные печи).

Статья 7. Потери тепла излучением через открытое окно и крышки (не рассчитывается для шахтных и колпаковых печей с выдвижным подом):

, Вт

где С₀ =5,76 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, от Вт/м ^·К⁴;

Тn – абсолютная средняя температура печи К. Приближенно ее можно принимать равной температуре внутренней поверхности кладки:

Т_n = t_n +273 °С

F – площадь открытого окна (крышки), м²;

Ф – коэффициент диафрагмирования. Его находят по таблицам [2] стр.185-186 или графикам. Ф зависит от формы отверстия, его высоты и толщины стенки:

Где Н – высота окна, м;

S – толщина стенки, м;

Среднее значение Ф = 0,6-0,8.

Ψ – относительное время открытия окна в течение часа.

Для периодических печей

Время открытия окна, мин.

Ψ = , в час.

60·(τ_н + τ_в)

(Время открытия при толкании, мин.) · (число толканий в час)

Ψ =

60 мин.

В толкательных печах потери будут через два окна – загрузочные и разгрузочные. Если в печах непрерывного действия окно все время открыто, то Ψ =1.

Статья 8. Потери тепла на аккумуляцию кладкой (нагрев кладки). Эта статья только для печей периодического действия, охлаждающихся в период загрузки и разгрузки:

Q_акк = 0,278 · V_кл · ρ_кл · C_кл ·( t_кл^н - t_кл^к)_., Вт

V_кл – суммарный объем отдельных элементов кладки (свода, пода, стенок и т.д.). Рассчитывается по чертежу кладки;

ρ_кл – плотность кладки (объемный вес), кг/м. Принимается по справочным таблицам [1] таблица 19 стр.84, [2] таблица 16, 24 стр.46,59, [1] таблица 19 стр.84

C_кл – теплоемкость кладки средняя в интервале температур. Принимается по таблицам

t_кл^н , t_кл^к – средние конечная и начальная температуры кладки (температуры наружной и внутренней поверхности кладки в начале и в конце разогрева).

В печах непрерывного действия, где кладка находится при постоянном температурном режиме, потери на аккумуляцию не будут иметь места быть. Не учитываются потери на аккумуляцию кладкой и в печах периодического действия, где загрузка производится сравнительно быстро и кладка не успевает за это время остыть. К ним относятся, главным образом, закалочные ванны и отпускные печи небольшой мощности.

В камерных печах большой емкости, например, с выкатным подом при загрузке печи затрачивается довольно много времени и кладка успевает остыть. В таких печах учет тепла, аккумулированного кладкой, обязателен.

Расчет статьи Q_акк представляет большие трудности, так как сложно определить средние температуры кладки в начальный и конечный моменты разогрева, поэтому учащемуся для курсового и дипломного проектирования рекомендуется упрощенный метод расчета.

В этом случае тепло аккумуляции определяется как некоторый процент от потери тепла кладкой за счет теплопроводности:

Q_акк = Q_кл · (к -1), Вт

где Q_кл - потери тепла всеми элементами кладки за счет теплопроводности, Вт (статья 6);

к – коэффициент, зависящий от толщины кладки и длительности цикла операций. Его значения даны в приложении 8.

Статья 9. Потери тепла с охлаждающей водой. Такие потери тепла могут быть в печах, предназначенных для обработки сталей при высоких температурах, жаропрочных, Г 13 и др.

Q_охл = 0,278 · C_в ·Р_в·( t_к - t_н)_., Вт

где Р_в – часовой расход воды в водоохлажденных элементах печи, кг/ч;

t_н – начальная температура воды, 15-25°С;

t_к – конечная температура воды, 55-65°С;

C_в – средняя теплоемкость воды в интервале температур t_к - t_н, кДж/(кг·град).

В термических печах охлаждению водой могут подвергаться рамы и заслонки окон. Расход воды рассчитывается по ее скорости в водяных трубах и по их внутреннему диаметру. Внутренние диаметры водоотводящих труб принимаются обычно 15-60 мм в зависимости от размеров водоохлаждаемых элементов.

Скорость воды в трубах можно принимать 1-2 м/с. Часовой расход воды может быть определен по формуле:

Р = 360 · ω ·W, кг/ч

где ω – сечение водоохлаждающей трубы, дм²;

W – скорость воды в трубах, м/с.

По вычисленному Р определяются потери тепла (теплоемкость воды принимается 1 ккал/(кг град)). [5]стр.255.

Для определения потерь тепла на охлаждение чаще всего пользуются практическими данными. Обычно потери составляют 10-15% от всего прихода тепла:

Q_воды = (0,10,15) · (Q_топл + Q_возд+ Q_физ.т.+ Q_экз)_., Вт

Статья 10. Неучтенные потери. К неучтенным потерям относятся потери тепла с выбивающимся пламенем, охлаждение печи за счет холодного вохздуха, за счет коротких тепловых замыканий через чехлы термопар, неизолированные рамы садочных окон и т.д.

Величину неучтенных потерь можно принимать равной 10-15% от всех учтенных потерь, т.е.

, Вт

или 10 % от расхода топлива:

Q_неуч= 0,10 · Q_н^р·В_., Вт

Статья 11. Потери тепла на нагрев защитной атмосферы (только для печей, работающих с этой атмосферой):

Q_защ = 0,278 · V_защ· С₀ ^t ·t_защ., Вт

где V_защ – часовой расход защитной атмосферы (цеховые или литературные данные), м³/ч; [2,7]

С₀ ^t – средняя теплоемкость защитного газа в интервале температур от 0°С до t защ.ср., кДж/(м³ град).

Рассчитывается по формуле:

где H₂, N₂ – процент простых газов, входящих в состав защитной атмосферы;

С_H2, С_N2 – средние теплоемкости простых газов. Принимают t_мк по таблицам [2], [3], [4], [6].

Составление уравнения теплового баланса и балансовой таблицы.

После определения всех статей баланса составляется уравнение теплового баланса.

Q_топл + Q_возд + Q_физ.т. + Q_экз = Q_мет + Q_тары + Q_дыма + Q_хим + Q_мех + +Q_кл + Q_окон + Q_акк + Q_воды + Q_неуч + Q_защ

В ряб членов уравнения (Q_топл, Q_дыма, Q_воды и др.)входит неизвестная величина В, представляющая собой часовой расход топлива. Решив уравнение относительно В, определяют расход топлива и рассчитывают числовое значение всех статей, куда входит В. Полученные данные сводятся в таблицу теплового баланса.

Таблица 7

Таблица теплового баланса печи

Приход тепла			Расход тепла
Наименование статей	Вт	%	Наименование статей	Вт	%
1	2	3	4	5	6
1. Химическое тепло горения топлива			1. Тепло, затраченное на нагрев металла
2. Физическое тепло нагретого воздуха			2. Физическое тепло отходящих продуктов горения
3. Тепло, вносимое подогретым топливом			3. Потери на неполноту сгорания
4. Тепло экзотермических реакций			4….
ВСЕГО		100	ВСЕГО		100

Неувязка между приходом и расходом допускается не более 0,5%.

Технико-экономические показатели работы печи

1. Удельный расход тепла:

, кДж/кг

где В – часовой расход топлива, м³/ч, кг/ч;

Q_н^р - низшая теплотворная способность рабочего топлива, кДж/м³, кДж/кг;

Р – часовая производительность печи, кг/ч.

2. Удельный расчет условного топлива:

%

где 29310 – теплота сгорания условного топлива, кДЖ/кг (7000ккал/кг).

3. Тепловой КПД печи:

%

где Q_мет – полезно-затраченное тепло (на нагрев металла), Вт;

Q_топл – тепло, выделяющееся при сгорании топлива, Вт.

Полученные показатели рассчитанной печи необходимо сравнить со средними нормами для данного типа печи (приложение 10) и сделать вывод о степени целесообразности загрузки проектируемой печи. Значительные отклонения указывают на то, что печь выбрана неправильно. Например, работает с неполной загрузкой или имеются арифметические просчеты при составлении теплового баланса.

Установочная мощность печи или максимальный расход топлива

В случае форсирования печи потребуется расход топлива несколько больший, чем по расчету теплового баланса. Установочную мощность или максимальный расход топлива принимают:

В_мах = В ·К, м³/ч

где В_мах – максимальный массовый расход топлива, м³/ч;

В – средний расход топлива, полученный по расчету, м³/ч;

К – коэффициент неравномерности расхода топлива для печей периодического действия 1,22, для печей непрерывного действия – 1,11,2.

По полученной установочной мощности печи (максимальному расходу топлива) представляется часовой расход воздуха и выход продуктов горения, что необходимо для расчета воздухопроводов, боровов, выбора горелок и т.д. Часовой расход воздуха будет:

L_мах = L_д · В_мах, м³/ч

Часовой выход продуктов горения

V_мах = V_д · В_мах

где L_д и V_д – соответственно действительный расход воздуха и выход дыма на 1 м ³ сгоревшего газа.

Электрические печи. Порядок расчета теплового баланса электрических печей.

Расчет электрических печей проще, чем пламенных.

1. Определяется тепло экзотермических реакций.

2. Определяются все расходные статьи:

   1. Q_мет – расход тепла на нагрев металла, Вт;

   2. Q_тары – расход тепла на нагрев тары, Вт;

   3. Q_кл – потери тепла через кладку печи, Вт;

   4. Q_ок – потери тепла излучением через открытые дверцы, Вт;

   5. Q_акк – потери тепла на аккумуляцию кладкой , Вт;

   6. Q_воды – потери тепла с охлаждающей водой, Вт;

   7. Q_защ – потери тепла на нагрев защитной атмосферы, Вт;

   8. Q_неуч – неучтенные потери, Вт;

   9. Q_каб – потери в подводящих электрических кабелях, Вт.

Статьи от 1 до7 включительно те же, что и для пламенных печей. К неучтенным потерям относятся в основном потери через короткие тепловые замыкания. Рекомендуется неучтенные потери определять по следующим нормам [2, стр.170]: в закрытых камерных печах – 15-20%, в печах непрерывного действия – 20-25% от всех учтенных потерь, в открытых печах-ваннах – 30-35%.

, Вт

Потери в электрических кабелях Q_каб определяются как 1,6% от всей расходуемой мощности, т.е.всех расходных статей – от 1 до 8 включительно

, Вт

3. Определяется приходная часть баланса. Сумма всех расходных статей и будет представлять собой то количество тепла, которое нужно сообщить печи за счет подвода электроэнергии, т.е. потребляемую тепловую мощность:

Q_эл = ₁⁹Q_расх – Q_экз = Q_мет + Q_тары + Q_кл + Q_ок + Q_акк + Q_воды + Q_защ + Q_неуч + Q_каб – Q_экз, Вт

4. Составляется балансовая таблица также, как и при расчете пламенных печей. По найденному определяют расчетную электрическую мощность печи:

N_расч = Q_эл, кВт

Расчетная (потребляемая) электрическая мощность печи сверяется с данными каталогов.

Технико-экономические показатели работы

Вместо удельного расхода тепла на единицу веса нагреваемого металла принято указывать удельный расход электроэнергии:

, кВтч/кг

Удельный расход условного топлива

Тепловой КПД печи

,

где Q_мет – полезно затраченное время на нагрев металла, Вт.

Полученные данные технико-экономических показателей сравнивают со средними значениями для данного типа печей (приложение 10).

Для экономических расчетов при курсовом и дипломном проектировании важен коэффициент использования мощности _п.м., %.

Если применяются стандартные электрические печи, в которых установочная электрическая мощность уже обусловлена самим типом печи и дается каталогами [9, стр.328-340], [10, стр.230-238, табл.143], определив N_расч, следует определить коэффициент использования мощности печи:

где N_расч – расчетная мощность печи, требующаяся на нагрев изделий по выбранному технологическому режиму;

N_уст – установочная мощность печи (по каталогу).

Потери тепла через кладку электрической печи могут составить 40-60% (в общем балансе расхода тепла), поэтому все расчеты, связанные с этой статьей требуется проводить особенно тщательно. Значение _п.м должно быть в пределах 50-70 % для печей периодического действия и 80-90% для печей непрерывного действия. Если _п.м близок к 100% или больше 100% (что в расчетах иногда получается), то это значит, что печь работает с перегрузкой и не сможет нагревать детали по установленному технологическому режиму.

В этом случае необходимо, либо изменить величину садки G, кг с тем, чтобы уменьшить часовую производительность Р, кг/ч, либо выбрать другой тип печи большей мощности.

При проектировании нестандартных электрических печей величину установочной мощности можно принимать:

N_уст = (1,251,5)N_расч

1,25 – для печей непрерывного действия;

1,5 – для печей периодического действия.

По установочной мощности печи делают расчет нагреваемой или электродов.

Выбор и расчет горелок (форсунок)

Рекомендуется проводить по учебникам [1,2,7]. Число и расположение горелок (форсунок) определяется конструктивно. Тип горелок принимается в зависимости от рода сжигаемого газа, его расхода на одну горелку и характера горения (пламенное или беспламенное).

Из расчета теплового баланса определяют максимальный часовой расход газа в м³/ч. Затем в соответствии с числом установленных горелок рассчитывают максимальный часовой расход газа на одну горелку:

, м³/ч

где N – общее число горелок в печи.

Расчет электронагревателей

Определяется: 1) мощность фазы: N_ф = N_у (для однофазного соединения), (для трехфазного соединения).

N_у – установочная мощность (общая), кВт;

Число фаз – одна или три (для печей мощностью до 15 кВт рекомендуется применять однофазное соединение);

n – число параллельных линий в фазе;

U_л – линейное напряжение в сети.

1. Определение мощности фазы, параллельной ветви:

,Вт

где N_п.в. – количество параллельных ветвей.

2. Определение напряжений в фазе, в параллельной ветви:

U_л = U_сети , Вт U_ф.Δ = U_л (для печей cos =1)

3. Определение силы тока в фазе, в параллельной ветви

а) линейная

, А , А

б)

в)

4. Определение сопротивления: общего, фазного, параллельной ветви

общее: , Ом

фазовое: , Ом

параллельной ветви: , Ом

5. Расчет размеров электронагревателей:

   1. Определение температуры нагрева нагревателей

°С

М атериал нагревателя выбирается по таблицам справочной литературы. В качестве нагревателя применяется проволока, уложенная в цилиндрическую спираль.

2. Определение диаметра проволоки

, мм

Если соединение трехфазное, то N = N_п.в.;

Если соединение однофазное, то N = N_ф;

ρ – удельное сопротивление материала нагревателя при 20°С, Омм;

P – мощность печи , кВт;

U – напряжение питающей сети, В;

W – удельная поверхностная мощность нагревателя, Вт/см².

6. Определение длины и массы нагревателя

а) при однофазном соединении

, м

б) при трехфазном соединении

в) определение массы электронагревателя

g – вес одного погонного метра, г.

7. Определение размеров спирали проволочного электронагревателя

7.1. Для спирали характерны 2 коэффициента:

а) коэффициент сердечника К_с

б) коэффициент плотности намотки К_н

7.2. Расстояние между витками спирали

а = (13)d, мм

7.3. Количество витков в спирали

4. Длина спирали

, мм

4. Длина витка спирали

, мм

4. Длина выводов нагревателя

, мм

7.7. Длина проволоки в спирали без выводов

, мм

4. Количество витков в спирали

8. Правильность расчетов определяем по формуле

, Вт/см³

где d – диаметр проволоки, мм;

L_общ – общая длина проволоки, мм.

Охрана труда

1. Мероприятия по технике безопасности и противопожарные мероприятия

2. Мероприятия по охране окружающей среды