3. Расчет продуктов сгорания топлива и определение действительной температуры в печи.

Вид топлива задан. Для природного газа (Q_н^р = 37 МДж/кг) запишем (в %): СО₂ = 0,05; СН₄ = 92,3; С₃Н₈ = 1,9; N₂ = 5,3; О₂ = 0,8; Н₂О = 0,5.

Для горелок типа ДВБ коэффициент расхода воздуха для всех зон принимаем одинаковым (1,06). Для природного газа выбираем: СО₂ = 0,75%, Н₂О = 1,8 %, О₂ = 0 %.

Суммарный объём продуктов сгорания м³/м³.

Необходимый объём воздуха = 10,08 м³/м³.

Имеем (в м³/м³):

Определяем действительную температуру в печи:

1. Уравнение баланса тепла, внесенного в зону:

;

2. Теплота с подогретым воздухом :

;

Количество воздуха = 10,08 м³/м³ ; табл.3.1,1

Температура подогрева воздуха – окислителя ;

;

.

3. При находим:

; табл.4.2,1

;

;

;

4. ;

5.Задаем пирометрический коэффициент ; табл.4.3,1

6. ;

Так как , то к дальнейшим расчетам принимаем температуру по температурному графику .

\

4. Определение времени нагрева.

Записываем значения температур:

t_г.ух. = 850 С, t_г1 = 1100 С, t_г2 = 1350 С, t_г3 = 1270 С, , , , .

Определяем средний температурный напор между продуктами сгорания топлива и поверхностью садки:

Проводим классификацию теплообмена. Теплообмен совершается одновременно тепловым излучением и конвекцией. Лучистый теплообмен по величине преобладает над конвективным.

Лучистая часть теплоотдачи в таких печах полностью определяет теплообмен в рабочем пространстве.

Теплообмен происходит в системе серых тел (садка, газы, футеровка). При этом наблюдается два результирующих потока в каждой зоне ( и – соответственно лучистый поток от продуктов сгорания к садке). Садка плотная, её можно рассматривать как бесконечный цилиндр и как бесконечную пластину.

Производим расчёт лучистого теплообмена. Лучистый теплообмен определяем по формуле, записанной для плотного пасада.

Определяем степень развития кладки зон рабочего пространства.

Для зоны 1 (методической)

Здесь – площади поверхностей соответственно излучающей кладки и лучевоспринимающей поверхности металла зоны 1.

.

Здесь – площади поверхностей стен и свода в данной зоне соответственно; – средняя высота зоны 1: ; – ширина зоны 1: ; – длинны зоны 1, принимаем равной 6 м . Тогда:

Лучевоспринимающая поверхность металла

Здесь – ширина заготовки. Тогда получаем

Для зоны 2 (сварочной):

Площадь поверхности излучающей кладки

Лучевоспринимающая поверхность металла

Степень развития кладки

Для зоны 3 (томильной)

Площадь поверхности излучающей кладки

Лучевоспринимающая поверхность металла

Степень развития кладки

Определяем излучающий объём трёх зон рабочего пространства.

.

Для зоны 1:

Для зоны 2:

Для зоны 3:

Определяем эффективную длину луча в зонах рабочего пространства:

Соответственно для зон 1 – 3:

Рассчитываем парциальные давления излучающих газов СO₂ и H₂O:

;

Произведение парциального давления излучающих газов на среднюю эффективную длину луча в методической зоне:

в сварочной зоне:

в томильной зоне:

Рассчитываем средние значения температур продуктов сгорания в зонах.

Имеем:

При этих значениях температур, используя рис. 4.6, 4.7[приложение 1], определяем степень черноты газов СО₂ и H₂O

Для зон 1 – 3 запишем:

; ;

; ;

; .

По рис. 4.8[3] определяем поправку, учитывающую парциальное давление водяных паров:

.

Определяем степень черноты продуктов сгорания по формуле:

Получим

Определяем значение приведенного коэффициента лучеиспускания для всех зон рабочего пространства:

,

где С₀ – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела:

– приведенная степень черноты системы, в которой происходит теплообмен.

При плотной укладке заготовок или изделий приведенная степень черноты системы тел, рассчитывается по выражению

где и – степени черноты поверхности металла и газов в i-зоне печи;

– степень развития кладки зоны или камеры печи;

Для всех зон рабочего пространства задаёмся степенью черноты поверхности садки

Подставляя последнее выражение в формулу для , получим:

Рассчитаем приведенные коэффициенты лучеиспускания для всех зон рабочего пространства:

Для каждой зоны находим коэффициент теплоотдачи излучением к поверхности металла:

где и – средние температуры продуктов сгорания и поверхности садки в зонах соответственно.

Полагая, что конвективные составляющие в зонах 1, 2, 3 соответственно равны :

так как температура дымовых газов выше 800 С. Находим суммарный коэффициент теплоотдачи в зонах:

Суммарное время, которое садка находится в печи, определяется из выражения

Садка состоит плотно лежащих цилиндров диаметром :

Считая, что во всех зонах нагрев изделия несимметричный, принимаем

Рассчитываем время пребывания садки в зоне 1.

Средняя по поверхности температура металла

Из табл.4.1[3] выбираем значение

Определяем Bi:

Учитывая, что Bi  Bi_кр, дальнейший расчёт выполняем в соответствии с общепринятой методикой для классических тел при граничных условиях 3-го рода.

Для поверхности садки в 1 зоне рабочего пространства

Безразмерная температура

Используя значение и по рис. III.5[3]

Рассчитываем время пребывания садки в зоне 2.

Средняя по поверхности температура металла

Из табл.4.1[3] выбираем значение

Определяем Bi:

Безразмерная температура

Используя значение и по рис. III.5[3]

Рассчитываем время пребывания садки в зоне 3.

Средняя по поверхности температура металла

Из табл.4.1[3] выбираем значение

Определяем Bi:

Безразмерная температура

Используя значение и по рис. III.5[3]

Общее время нагрева

Находим температуры центра заготовок через :

По и из номограммы (6.7) определяем .

Аналогично по и находим .

По известному значению находим :

;

.