Тепловий розрахунок тунельної печі

Різниця між розрахунковою  температурою зовнішньої стінки і прийнятою  раніше не перевищує ±5⁰С. Тому розрахунок не повторюємо.

Питомий тепловий потік з  поверхні стіни :

Поверхня стенів першої ділянки:

де l₅ – довжина ділянки l=8,0м,

H₅ - висота тунеля1 Н=1,8 м

Тоді:

Втрати тепла через  стінку на першій ділянці:

Визначаємо втрати тепла  через зведення. Розрахунок виконуємо  аналогічно розрахунку втрат тепла  через стінки. Обчислюємо середню  температуру п’ятій ділянці:

t_cр =600⁰С

Потім знаходимо:

                                                       

Тоді:

Знаходимо температуру на кордонах шарів:

Визначаємо середню температуру  кожного шару і відповідні коефіцієнти  теплопровідності:

Уточнюємо величину питомого теплового потоку:

Уточнюємо температури на кордонах шарів:

Уточнюємо середню температуру  кожного шару і відповідні коефіцієнти  теплопровідності:

Розраховуємо коефіцієнти  тепловіддачі від зовнішньої поверхні до повітря:

Загальний коефіцієнт тепловіддачі:

Визначаємо розрахункову температуру зовнішньої стінки:

Це значення не перевищує  прийняту раніше (t_н=55⁰С) температуру більш ніж на ±5⁰С.

Ширину зводу визначаємо як суму ширини каналу і товщини стін печі:

Поверхня теплопередачі:

Втрати тепла через  звід:

Втрати тепла через  під вагонетки приймаємо рівним 16-20% від втрат тепла стінками і зводами:

Загальні втрати тепла на пˈятій ділянці:

 

3.2.2 Кількість тепла, що затрачується на нагрів матеріалу, а також що віддається матеріалом при охолодженні Q_вир

 

Значення Q_вир розраховується за формулою:

Q_вир = G( C_кt_к – C_нt_н),                                            (69)

де G – маса серця,що пересувається  в печі, кг/рік;

С_к,С_н – теплоємність матеріалу виробів при кінцевій t_к і початковій t_н температурах, кДж/(кг*град).

Розраховуємо кількість тепла,що затрачується на нагрів матеріалу на ділянках.

Перша ділянка:

t_н =400 °С,                С_н = 0,837+0,000264*400=0,943 кДж/(кг*град );

t_к =900 °С,                 C_к = 0,837+0,000264*900=1,075 кДж/(кг*град );

G = 12000 кг/год;

Q_1м = 12000*(1,075*900 - 0,943*400) = 5293359 кДж/год.

Друга ділянка:

t_н = 900 °С,              С_н = 1,075кДж/(кг*град );

t_к = 1450 °С,               C_к = 0,837+0,000264*1450 = 1,22 кДж/(кг*град );

Q_2м = 12000*(1,22*1450 – 1,075*900)=63783370 кДж/год.

Третя ділянка:

t_н = t_к= 1450 °С;

Q_3м = 0.

Четверта ділянка:

t_н = 1450 °С,                С_н = 1,22 кДж/(кг*град );

t_к = 1100 °С,               C_к = 0,837+0,000264*1100=1,127 кДж/(кг∙град );

Q_4м = 12000*(1,127*1100 - 1,22*1450) = - 4212169 кДж/год.

П’ята ділянка:

t_н = 1100 °С,                  С_н = 1,127 кДж/(кг*град );

t_к =100 °С,                     C_к = 0,837+0,000264∙100=0,8634 кДж/(кг*град );

Q_5м  =12000*(0,8634*100 – 1,127*1100) = - 9201835 кДж/год.

Втрачаємо тепло з виробами, що виходять з печі:

Q_вир = 12000*0,863*100 = 663697 кДж/год.

 

3.2.3. Кількість тепла,що акумулюється або віддається футеровкою вагонетки

 

Розрахунок виконуємо  за ділянками. Спочатку графічним методом  знаходимо розподіл температур по кожному  шару футеровки вагонетки. Приймаємо  температуру зовнішньої поверхні поду вагонетки , що дорівнює температурі  зовнішньої поверхні стін на даній  ділянці; температуру зовнішньої поверхні футеровки вагонетки, що дорівнює температурі  внутрішній поверхні футеровки печі на відповідній ділянці.

Перша ділянка  (t_н = 400 °С ;  t_к=900 °С)

Знаходимо кількість тепла  на початку ділянки:

Знаходимо кількість тепла  в кінці ділянки. Приймаємо температуру  череня вагонетки на початку першої ділянки t = 45⁰C.

Температури на кордоні шарів  футеровки (рисунок 3):

t₁=355⁰С

t₂=335⁰С

Середні температури усередині  шарів:

Знаходимо теплоємність кожного  шару:

Рисунок 3 – Температури  на кордоні шарів на початку першої ділянки

 

Теплозміст футеровки вагонетки на початку першої ділянки:

                                                       ₍₇₀₎

де n´- кількість прогонів в годину,

N - число вагонеток, що одночасно знаходяться в печі (N=33);

Z - час випалення (Z=48 год);

G_фі – маса і-го шару футеровки вагонетки, кг;

C_фі - теплоємність і-го шару футеровки вагонетки, кДж/(кг*град);

t_фі - середня температура і-го шару футеровки вагонетки, ⁰С.

Теплозміст футеровки вагонетки на початку першої ділянки:

                Будуємо пряму зміни температури (рисунок 4) по товщині футеровки в кінці першої ділянки. Потім по графіку знаходимо температури на кордоні шарів:

t₁ = 840 ⁰С,

t₂ = 740 ⁰С.

Рисунок 4 - Пряма зміни температури в кінці 1-ої ділянки

 

Розраховуємо середні  температури всередині кожного шару на початку першої ділянки:

Знаходимо теплоємність кожного  шару на початку першої ділянки:

Теплозміст футеровки вагонетки в кінці першої ділянки:

Кількість тепла, що акулюється футеровкою вагонетки на першій ділянці:

                          ₍₈₀₎

Друга ділянка (t_н =900 ⁰С, t_к=1450 ⁰С).

Теплозміст футеровки вагонетки на початку другої ділянки:

Прийняв температуру череня футеровки вагонетки рівною 60 ⁰С, будуємо графік розподілу температур по товщині футеровки в кінці другої ділянки (рисунок 5) і визначаємо температуру на кордоні шарів футеровки:

t₁ = 1340 ⁰С,

t₂ = 1190 ⁰С.

Рисунок 5 - Пряма зміни температури в кінці 2-ої ділянки

 

Середні температури всередині шарів:

Знаходимо теплоємність кожного  шару:

Теплозміст футеровки вагонетки в кінці другої ділянки:

Кількість тепла, що акумулюється футеровкою вагонетки на другії ділянці:

Третя ділянка (t_н = 1450 ⁰С, t_к = 1450 ⁰С).

Четверта ділянка (t_н =1450 ⁰С, t_к = 100 ⁰С).

Прийняв температуру череня футеровки вагонетки рівною 55 ⁰С, будуємо графік (рисунок 6) розподілу температур по товщині футеровки в кінці четвертої ділянки і визначаємо температуру на кордоні шарів футеровки

t₁ = 1040 ⁰С,

t₂ = 900 ⁰С.

Рисунок 6 - Пряма зміни температури в кінці 4-ої ділянки

 

Середні температури всередині шарів:

Знаходимо теплоємність кожного  шару:

Теплозміст футеровки вагонетки в кінці четвертої ділянки:

Кількість тепла, відданого  футеровкою вагонетки на четвертій ділянці:

П'ята ділянка (t_н = 1100 ⁰С, t_к = 100 ⁰С).

Теплозміст футеровки вагонетки на початку п'ятої ділянки

Температура череня футеровки приймаємо 45 ⁰С. Тоді з графіка температури (рисунок 7) на кордоні шарів футеровки в кінці п'ятої ділянки знаходимо:

t₁ = 92 ⁰С,

t₂ = 81 ⁰С.

Середні температури шарів  футеровки в кінці п'ятої ділянки  складають:

Рисунок 7 - Пряма зміни температури в кінці 5-ої ділянки

 

Середні теплоємності шарів  футеровки вагонетки в кінці п'ятої ділянки:

Теплозміст футеровки вагонетки в кінці п'ятої ділянки:

Кількість тепла, відданого  футеровкою вагонетки на п'ятій ділянці:

 

3.2.4 Тепловий баланс зон підігріву та випалу

Прихід тепла

а) Потенційна енергія палива:

                                  ₍₈₀₎

В – витрата газу, м³/год.

Б) Фізичне тепло палива:

                                                  ₍₈₁₎

де t_m - середня температура газу, t_m=20 ⁰C;

C_m - теплоємність газу при 20 ⁰C, приймаємо рівною теплоємкості метану, C_m =1,59 кДж/(м³*град).

Тоді:

                                 ₍₈₂₎

в) Фізичне тепло сирцю, що поступає в піч:

                  ₍₈₃₎

 г) Фізичне тепло,  що вноситься до печі футеровкою вагонетки:

д) Тепло, що вноситься повітрям в зону підігрівання:

                           ₍₈₄₎

де α_подс - коефіцієнт підсосу повітря, приймаємо рівним 3,

тоді:

                           ₍₈₅₎

е) тепло, що вноситься повітрям, що поступає на горіння із зони охолоджування  при t=800 ⁰C:

                     ₍₈₆₎

Загальний підхід тепла в  зонах підігрівання і випалення:

       ₍₈₇₎

Витрата тепла:

а) Визначаємо кількість  тепла, що витрачається на хімічні реакції  при випалі виробів  .

Витрата тепла на хімічні  реакції залежить від виду обпалювальних  виробів. При обпалюванні  глини  необхідно витратити 2090 кДж на 1кг Al₂O₃ в глині. Якщо випалюють шамотні вогнетриви, то враховується тільки Al₂O₃, що міститься в глиняній ділянці шихти (тобто вважається, що на випал глинозему шамоту не треба витрачати тепла). При обпалюванні магнезиту на 1 кг MgCO₃ витрачається 1214 кДж, а при обпалюванні вапна на 1 кг СаСО₃- 1800кДж.

Приймаємо наступний склад  маси сирцю (на суху речовину): шамот – 72 %, глина – 28 %.  у складі глини міститься 32% Al₂O₃.

Таким чином:

                                                      ₍₈₈₎

де q - питома витрата тепла, що витрачається на фізико-хімічні процеси, що протікають в 1 кг вихідної хімічної речовини в невипаленому продукті, кДж/кг (для Al₂O₃ q=2090 кДж/кг);

G_x- продуктивність печі за відповідною  хімічною речовиною. У нашому випадку це Al₂O₃.

Тоді:

               ₍₈₉₎

б) Обчислюємо кількість  тепла, що уноситься футеровкою вагонетки в зону охолодження:

    ₍₉₀₎

в) Розраховуємо кількість  тепла, внесеного матеріалом в зону охолодження:

          ₍₉₁₎

г) Знаходимо втрати тепла з продуктами горіння:

                                  ₍₉₂₎

де  = 10,17 нм³/нм³;

α_подс = 3;

α_изб = 1,78;