Расчет горения топлива

λ – коэффициент теплопроводности слоя, кДж/(м2*ч*˚С);

 – коэффициент теплоотдачи  от наружной поверхности кладки  в окружающее пространство,

 – температура внутренней поверхности кладки и окружающего воздуха, ˚C; принимается равной температуре печи;

 – поверхность кладки, м2;

Чтобы вычислить  данную статью теплового баланса, для начала определим площадь стенок и свода печи[1]

                                 (5.15) 
 И площадь пода[1]

                                                                   (5.16)

Для кладки печи найдем средние температуры и после чего вычислим соответствующие коэффициенты теплопроводности[1]

• Для боковых и торцевых стенок 
                                                           (5.17)

Тогда коэффициент теплопроводности для выбранного материала по таблице 6.1[1] вычислим по формуле

  λ=               (5.18)

                                                             (5.19)

Тогда коэффициент теплопроводности для выбранного материала по таблице 6.1[1] вычислим по формуле (5.18)

λ=

• Для свода печи по формуле (5.17) получим

 

 

Тогда коэффициент теплопроводности для выбранного материала по таблице 6.1[1] вычислим по формуле (5.18)

λ=

 

 

Тогда коэффициент теплопроводности для выбранного материала по таблице 6.1[1] вычислим по формуле (5.18)

λ =

 

• Для пода печи по формуле (5.18) получим

 

Тогда коэффициент теплопроводности для выбранного материала по таблице 6.1[1] вычислим по формуле (5.18)

λ =

 

 

Тогда коэффициент теплопроводности для выбранного материала по таблице 6.1[1] вычислим по формуле (5.18)

λ =

                                                                        (5.20)

Тогда коэффициент теплопроводности для выбранного материала по таблице 6.1[1] вычислим по формуле (5.18)

λ =

Тогда потери потери через стенки печи и свод теплопроводностью составят[1]

 

                                                                                                     (5.21)

 

Потери тепла через под печи составят[1]

                                                                                                       (5.22)

Выполним 1-е приближение проверив выбранные температуры кладок печи

                                      (5.23)

           (5.24)

Так как разность в принятых температурах существенна, то принимаем значения полученные в первом приближении и пересчитываем для внутреннего огнеупорного и наружного теплоизоляционного слоя коэффициент λ по  формуле (5.18)

λ =

λ=

После чего опять вычислим потери через кладку стен и свода[1] по формуле (5.21)

 

Выполним второе приближение с учетом используемых в расчете данных по формулам (5.23) и (5.24)

 

 

Так как разность в принятых температурах  не превышает 10% то принимаем температуру кладки из 2-го приближения.

Выполним 1-е приближение проверив выбранные температуры пода печи по формулам (5.23), (5.24), (5.25)

 

 

 

                                                                                                           (5.25)

Так как разность в принятых температурах существенна, то принимаем значения полученные в первом приближении и пересчитываем для внутреннего огнеупорного и наружного теплоизоляционного слоя коэффициент λ по формуле (5.18)

 

λ=

 

 

После чего опять вычислим потери через под печи[1] по формуле (5.22)

 

Выполним второе приближение с учетом используемых в расчете данных по формулам (5.23), (5.24), (5.25)

 

 

 

 

Так как разность в принятых температурах  не превышает 10% то принимаем температуру кладки из 2-го приближения.

 

Потери тепла через открытые окна и щели излучением в печи определим по формуле[2]

                                                       (5.26)

 где – температура печи, К;

 – площадь окна, м2;

 – коэффициент диафрогмирования;

- доля времени, в течение которого окно открыто;

Вычислим коэффициент диафрагмирования[1]

                                                                                                     (5.27)

где – угловой коэффициент с поверхности F1 (внутренней) на F2 (наружную)

                                                                                                        (5.28)

Где L – эквивалентный размер полости окна или отверстия, м;

S – толщина стенки,м;

                                                                      (5.29)

где V – объем пространства между поверхностями, м3;

f – площадь поверхности, ограничивающая этот объем, м2;

Тогда угловой коэффициент равен[1]

 

Коэффициент диафрагмирования[1]

 

Найдем потери тепла через открытые окна и щели излучением[2]

 

 

5. Потери тепла с окалиной [1]

                                                                                                 (5.30)

где а – угар металла, а = 2 %;

G – производительность печи, кг/с;

 – теплоемкость окалины,

 – температура окалины, которую принимают равной  максимальной температуре поверхности металла, ˚C;

 – начальная температура металла, ˚C;

m – количество окалины, образующейся от окисления 1 кг железа, m=1,38[1];

6. Неучтенные потери[1]

                                   (5.31)

Таким образом, уравнение теплового баланса примет вид[1]

 

Решая уравнение теплового баланса относительно часового расхода топлива, получим

 

В таком случае часовой расход топлива равен

 

Значения отдельных частей с расходом топлива сведены в таблице 5.2.1

Таблица 5.2.1 – Тепловой баланс методической печи малоокислительного нагрева.

Статьи прихода теплоты	Числовое значение		Статьи расхода теплоты	Числовое значение
	кДж/ч	%		кДж/ч	%
Химическая теплота топлива	2380131,313	99,9199	На нагрев металла	798560	26,64
Физическая теплота воздуха	508293,464	0,08	С продуктами горения	1819083	63,24
Теплота экзотермической реакции	28,26	0,0001	Теплопроводностью через кладку	28686,58	0,12
Всего:	2888453,037	100	Потери тепла от химической неполноты горения	475,86
			Излучением через окно	3566	0,1
			С образованием окалины	89,7	0,00001
			Неучтенные потери	238009,31	9,9
			Итого:	2888470,45	100
			Невязка баланса:	17,413

Составление теплового баланса показало хорошую сходимость приходной и расходной частей баланса. Невязка баланса составляет δ = 17,413 кДж/ч, связанная с округлением промежуточных результатов.

 

6 Определение технико-экономических  показателей работы печи

Фактическую напряженность пода определим по формуле[1]

                                                                           (6.1)             

где G – производительность печи, кг/ч;

Fп – полная площадь пода печи, м2;

Определение основных показателей теплоиспользования. К ним относятся помимо найденного расхода топлива удельный расход толплива, показывающий расход тепла на единицу нагреваемого металла[1]

                                 (6.2)

А также удельный расход условного топлива на единицу нагреваемого металла[1]

                                   (6.3)

Или

                  (6.4)

где – расход топлива, м3/ч;

 – теплотворность топлива, кДж/м3;

G – производительность печи, кг/ч;

29310 – теплотворность условного топлива, кДж/м3.

К показателям топливоиспользования относят также коэффициент полезного действия печи, определяемый как отношение полезно использованного тепла к подведенному[1]

                                                    (6.5)

где – количество выделенного при сжигании тепла, усвоенного изделиями(металлом) в печи, кДж/ч;

 – количество тепла, вносимого в печь с химической  энергией топлива в единицу  времени.

                                              (6.6)

Количество тепла, усвоенного металлом за счет окисления железа[1]

                 (6.7)

 

В таком случае коэффициент полезного действия будет равен[1]

 

 

7 Выбор  и расчет горелок

Для сжигания высококалорийных газов предназначены инжекционные горелки типа В и ВП. По графику [3, рис 43] находим, что при данном давлении пропускная способность горелки В100 для газа с заданной теплотой сгорания (35169 кДж/м3) равна =0.014 м3/с. Отношение заданного расхода газа к пропускной способности горелки В100 равно .

По табл. 20[3] находим, что этому соотношению соответствует горелка с диаметром носика мм, т.е. горелка В116.

Принимая газ холодным, т.е. К, [по формуле 109(3)] найдем скорость истечения газа из сопла:

 м/с;     (7.1)

где кН/м2 - давление окружающего воздуха.

Тогда диаметр газового сопла равен

 мм.

Диаметр смесителя находим по формуле

 мм.                                          (7.2)

Остальные конструктивные размеры инжекционной горелки берем из табл. 21[3].

1. - сопло; 2 - камера смешения; 3- диффузор с глушителем шума;
4. - облицовка печи; 5 – носик.

Рисунок 7.1 – Схема инжекционной горелки типа В.

8 Автоматическое регулирование тепловой  работы печи

В нагревательных печах открытым пламенем, как и обычные пламенные нагревательные, снабжаются следующими основными узлами автоматического регулирования: температуры, соотношение расхода воздуха и газа (регулирование горения), а также давления в рабочей камере.[2]

У печей обычного типа малой и средней производительности требования к точности поддержания коэффициента расхода воздуха часто не отличается особой жесткостью. Про этой причине во многих случаях регулирование соотношения осуществляется одновременным изменением расхода газа и воздуха одним исполнительным механизмом.[2]

В отличие от этого нормальная работа нагревательных печей невозможна без точного пропорционирования расходов воздуха и газа. В этих условиях вопросы регулирования соотношения приобретают особое значение[2]

В принципе возможно использование следующих способов регулирования соотношения расходов воздуха и газа:

1. По соотношению расходов холодного воздуха и газа до рекуператора или регенератора;
2. По соотношению расходов горячего воздуха и газа после рекуператора или регенератора;
3. По содержанию CO2 в рабочей камере;
4. За счет применения инжекционных горелок, использующих энергию давления воздуха.

Наиболее простым способом является установка регулятора соотношния на подводящих трубопроводах газа и воздуха осуществляется от импульсов, получаемых от расходомеров. Преимуществом этого способа является возможность использования регуляторов соотношения и расходомеров обычных типов.

Принципиальная схема регулирования по соотношению расходов газа и холодного воздуха представлена на рисунке 8.1. Соотношение может регулироваться при помощи электрических регуляторов ЭР-252, ЭР-253, БРУ-11, БРУ-21 и др. Для регулирования соотношения возможно применение пневматических и гидравлических регуляторов.