5.Определение размеров рабочего пространства печи

В качестве исходных данных используем: производительность печи ( ), размеры садки (длина 12000 мм, ширина 110 мм, высота 110 мм), время пребывания металла в технологических зонах (в ч): , , , посад двухрядный, плотный.

Ширина рабочего пространства печи одинакова для всех зон. Ее выбирают в соответствии с чертежем печи: .

Определяем длину зоны. Записываем уравнение материального баланса:

Находим значение длин зон:

Полная длинна печи: ;

Площадь пода: ;

Площадь активного пода: ;

Напряженность активного пода:

.

Как видим находится в пределах допустимых значений для нагревательной печи.

6. Тепловой баланс печи

Тепловой баланс служит для определения расхода топлива в каждой зоне и разработки способов снижения расходных статей. Тепловой баланс составляют для каждой зоны рабочего пространства.

Уравнение теплового баланса печи в общем виде:

, где

расход топлива на печь, ;

коэффициент использования топлива;

теплота, вносимая в печь в результате окисления металла,

тепло необходимое на нагрев металла,

всевозможные потери тепла печью,

коэффициент неучтенных потерь;

1. Тепловой баланс печи первой зоны

Для первой зоны , т.к. в этой зоне нет угара и образования окалины. Т.о. уравнение теплового баланса для первой зоны принимает вид:

, где

потеря тепла через ограждающую конструкцию печи (стенки, свод, под);

теплопотери в результате излучения печных газов в окружающую среду;

потеря теплоты с газами, выбивающимися через окно загрузки, а также неплотности в кладке печи;

Расчет приходных статей баланса:

Коэффициент использования топлива [2, стр. 158]:

, где

энтальпия греющих дымовых газов;

энтальпия подогретого воздуха окислителя;

средняя объемная изобарная теплоемкость воздуха [1, стр. 40, таблица 4.2];

температура подогрева воздуха;

энтальпия дымовых газов покидающих методическую зону;

средняя объемная изобарная теплоемкость дымовых газов [1, стр. 40, таблица 4.2];

температура дымовых газов покидающих методическую зону;

Расчет расходных статей баланса:

Потери через ограждающие конструкции состоят из потерь через стенки, свод и под:

, где

– теплопотери через боковые стенки;

– через свод зоны 1;

– через торец загрузки печи.

Расчет потерь через боковые ограждающие конструкции (стенки) [1, с147]:

, где:

Площадь поверхности стенок:

;

Температура на внутренней поверхности кладки [1, с56]:

средняя температура металла по сечению в методической зоне;

температура окружающей среды;

термическое сопротивление i-го слоя кладки;

коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки;

В первом приближении принимаем значения теплопроводностей и при температурах и соответственно (первое приближение). Запишем формулы для слоев и (см. рисунок 6.1):

После подстановки числовых значений имеем:

;

;

Средние температуры слоев кладки во втором приближении:

;

;

Коэффициенты теплопроводности [3, стр. 249, рис. 5.4]:

Шамотный кирпич (ШБ): ;

Шамотный легковесный кирпич (ШБЛ-1,3): ;

Тепловой поток через стенки во втором приближении:

;

Рассчитываем относительную разность тепловых потоков в первом и втором приближениях: , следовательно, выполняем дальнейшее приближение.

;

;

Средние температуры слоев кладки во втором приближении:

;

;

Коэффициенты теплопроводности [3, стр. 249, рис. 5.4]:

Шамотный кирпич (ШБ): ;

Шамотный легковесный кирпич (ШБЛ-1,3): ;

Тепловой поток через стенки во втором приближении:

;

Рассчитываем относительную разность тепловых потоков в первом и втором приближениях: ,

Т.о. пересчет не требуется.

Рассчитываем потери через боковые ограждающие конструкции:

Рисунок 6.1 - Схема теплопроводности через ограждающую конструкцию, состоящую из двух слоев (футеровочного и теплоизоляционного)

Для расчета теплового потока через свод печи в первой зоне используем ранее найденные значения:

; ;

; ;

Тепловой поток через свод печи:

;

Площадь поверхности свода:

;

Рассчитываем потери через свод печи:

;

Рисунок 6.2 - Схема теплопроводности через свод

Для расчета теплового потока через торец загрузки в первой зоне используем ранее найденные значения:

; ;

; ;

Тепловой поток через торец загрузки:

;

Площадь поверхности торца загрузки:

;

Рассчитываем потери через торец загрузки:

;

Рисунок 6.3 - Схема теплопроводности торец загрузки

Рассчитываем суммарные потери через ограждающие конструкции в первой зоне:

;

Рассчитываем теплопотери в результате излучения печных газов в окружающую среду:

, где

температура дымовых газов покидающих методическую зону;

температура окружающей среды;

коэффициент, учитывающий время открытия окна;

коэффициент диафрагмирования окна загрузки [4, стр. 73, рис. 4.2];

коэффициент излучения;

площадь окна загрузки;

Рассчитываем потери теплоты с газами, выбивающимися через окно загрузки, а так же неплотности в кладке печи:

, где:

энтальпия дымовых газов покидающих методическую зону;

Количество продуктов сгорания топлива, выбившихся из печи:

плотность воздуха;

плотность дымовых газов;

расстояние от уровня пода печи до оси окна загрузки;

Определяем количество теплоты с охлаждающей водой:

Определяем количество теплоты, израсходованное на нагрев садки в зоне 1:

, где:

относительный угар стали в первой зоне;

средняя температура металла по сечению в первой зоне;

средняя весовая изобарная теплоемкость металла в методической зоне;

Выполняем подстановку приходных и расходных статей в уравнение баланса теплоты для первой зоны: