Полезная затрата теплоты

Q_м=PC_м(t_м3-t_нач)=4, 44· 804(1275-30)=4033 кВт.

3.2 Потери теплоты теплопроводностью через кладку печи

Определяем наружную поверхность кладки F_к всей печи

F_кл=F_нарI+ F_нарII + F_нарIII=27, 41+54, 96+17, 23=99, 6 м².

Температура газов в зоне III составляетt_гIII= 1260 °С, которой из прил. 11 соответствует удельный тепловой поток q_5т.н.кл =1, 82 кВт/м². Определяем величину Q_5т для всей печи:

Q_5т= q_5т.н.кл F_кл+ q_5т.н.св F_св+ q_5т.н.з F_з=1, 82· 335=610 кВт.

Проверим толщины элементов кладки печи на их соответствие тепловому потоку теплопроводностью q_5т.нподставленному в формулу Q_5т.

Выполним эту проверку для зоны III, где самая высокая средняя температура газов 1260 °С и кладки.

Самый тонкий элемент - свод, состоящий из слоя шамотного кирпича S₁ = 300 мм и слоя легковесного (плотностью 400 кг/м³) шамотного кирпича толщиной S₂ =120 мм. Задаем температуру на границе слоев t₂=950 °С и на наружной поверхности t_нар= 110 °С (по опытным данным).

Средняя температура шамотного слоя:

t_Ш = 0, 5(t_г3+ t₂) = 0, 5(1280 + 950) = 1115 °С, его теплопроводность согласно прил. 13:

λ _ш=0, 7+6, 4· 10^-4 t_Ш=0, 7+6, 4· 10^-4· 1115=1, 41 .

Средняя температура теплоизоляционного слоя:

t_из = 0, 5(t₂+ t_нар) = 0, 5(950+ 110) = 530 °С, его теплопроводность согласно прил. 13:

λ _из=0, 12+1, 6· 10^-4 t_из=0, 12+1, 6· 10^-4· 530=0, 21 .

Тепловой поток через слои:

шамота q_5т.ш= λ _ш(t_гIII- t₂)/S₁=1, 41(1280-950)/0, 3=1551 Вт/м²;

и теплоизоляции q_5т.из= λ _из(t₂- t_нар)/S₂=0, 21(950-110)/0, 12=1470 Вт/м².

Определяем коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности свода:

α _нар=α ₀+γ t_нар=10+0, 06· 110=16, 6

и удельный тепловой поток от наружной поверхности свода:

q_нар= α _нар(t_нар- t_окр)=16, 6(110-20)=1490 Вт/м².

Рассчитанные тепловые потоки отличаются друг от друга в пределах 2, 0 % (допустимое отличие), следовательно, температура t₂ =950 °С и t_нар = 110 °С были заданы верно. Тепловой поток теплопроводностью через свод:

q_5т = (1551 + 1470 + 1490) /3 =1503 Вт/м²,

или округленно 1, 5 кВт/м², что составляет 82, 4 % от норматива: q_5т.н.кл =1, 82 кВт/м² (см. прил. 11), следовательно, материалы и толщины слоев свода выбраны верно.

Поскольку в зоне III, где самая высокая средняя температура газов, наблюдается соответствие между нормативными удельными тепловыми потоками q_5т.н.кл и рассчитанными по конструкции кладки, то и в остальных зонах печи, где температуры меньше, это соответствие будет соблюдаться. Следовательно, величина Q_5т=610 кВт определена верно.

3.3 Потери теплоты излучением через открытые окна

Принимаем число, размеры и конструкцию подовых труб проектируемой печи таким же, как у печи-аналога. Исключение составляет длина продельных труб, которая соответствует рассчитанным длинам зон печи, а именно:

L_тр1=2, 65

L_nh2=4, 23

Поверхность двух продольных труб в зоне 1:

F_тр= , а пяти сдвоенных поперечных труб:

F_тр=

Полагаем, что в процессе эксплуатации печи изоляции подовых труб разрушается полностью. Тогда для средней температуры в зоне 1:

t_r1=0, 5(700+1200)=950^оС, согласно прил.12 рекомендуемые плотности теплового потока на поверхность продольных труб составят:

• с теплоизоляцией q_под=18, 5 кВт/м²;

• без теплоизоляции q_вод = 31, 1 кВт/м²;

• среднее значение q_водI = 0, 5(18, 5+61, 1)=39, 8 кВт/м²

Потери теплоты с водой, охлаждающей продольные трубы в методической зоне:

Q_охл1^`=F_трIq_водI=2, 33· 40=93 кВт.

Рекомендуемые плотности теплового потока на поверхность поперечных подовых труб в зоне I:

• с теплоизоляцией q_вод =24кВт/м²;

• без теплоизоляции q_вод = 71кВт/м²;

• среднее значение q_водI = 0, 5(71+24)=47, 5 кВт/м².

3.4 Потери теплоты с охлаждающей водой

Потери теплоты с водой, охлаждающей поперечные подовые трубы в методической зоне:

Q_охл1^”=F_трIq_водI=8, 7· 48=418 кВт.

Потери теплоты с водой в зоне I

Q_охл1= Q_охл1^’+ Q_охл1^”=93+418=511 кВт.

Подобным образом находим потери теплоты с водой в зоне II, где средняя температура газов t_гII=0, 5(t_г1 + t_г2 ) = 0, 5(1200 + 1260) = 1230 °С.

Поверхность двух продольных подовых труб в зоне II:

F_трII=2· π d_трL_трII=2· 3, 14· 0, 14· 4, 23=4, 35 м²,

а пяти сдвоенных поперечных подовых труб F_трII=F_трI=8, 7 м².

Из прил.12 следует, что для продольных подовых труб плотности теплового потока:

• с теплоизоляцией q_вод =23кВт/м²;

• без теплоизоляции q_вод = 73, 5 кВт/м²;

• среднее значение q_водII = 0, 5(26+85)=48, 6 кВт/м².

Потери теплоты с водой, охлаждающей продольные трубы в зоне II,

Q_охлII^’=F_трIIq_водII=4, 35· 48, 6=212 кВт.

Плотности теплового потока на поверхность поперечных подовых труб:

• с теплоизоляцией q_вод =38кВт/м²;

• без теплоизоляции q_вод = 86, 3 кВт/м²;

• среднее значение q_водII = 0, 5(38+86, 3)=62, 15 кВт/м².

Потери теплоты с водой, охлаждающей поперечные подовые трубы в зоне II:

Q_охлII^’’=F_трIIq_водII=11, 4· 60, 6=691 кВт.

Потери теплоты с водой в зоне II

Q_охлII= Q_охлII^’+ Q_охлII^”=212+541=753 кВт.

Общие потери теплоты с водой, охлаждающей подовые трубы в печи:

Q_5охлII= Q_5охлI+ Q_5охлII=767+1018=1785 кВт.

Q₅= Q_5т+ Q_5л+Q_5охл=511+753=1264 кВт.

Если принять, что неучтенные потери не превышают 30 % от рассчитанной Q₅ = 2200 кВт, то конечная величина потерь теплоты в окружающее пространство составит

Q₅ =1, 2· 2200=2860 кВт.

3.5 Потери теплоты с уходящими газами

Ранее в сечении 0 температура газов была принята равной t_г0=700 °С. Ширина дымопада составляет D_Д = 2, 442 м, следовательно, часть газов покидает рабочее пространство имея температуру выше, чем 700 °С. Полагаем линейное изменение температуры газов по длине зоны 1 от t _г0=700 °С до t _г1=1200 °С, тогда на 1м длины зоны I приходится изменение температуры газов:

∆ t _г=(t _г1- t _г0) ∕ L₁=(1200-700) ∕ 2, 65=188°C

Следовательно, часть газов покидает рабочее пространство с температурой

t _г0^’= t _г0+∆ t _г0 D_Д =700+188· 2, 442=1160. Средняя температура уходящих газов составит t _г0= 0, 5(t _г0+ t _г0^’)=0, 5(700+1160)=930°C ей, согласно прил. 4, соответствует теплосодержание отходящих газов t_г0=1411 кДж/м³.

Удельные теплопотери с отходящими газами составят

q₂= i _г0V_α =1411+11, 929=16831, 819 кДж/м³.

3.6 Определение теплоты экзотермических реакций

Q_экз=0, 01Р_руг q_экз=0, 01· 2· 5660=311 кВт.

3.7 Расход топлива, основные показатели и таблица теплового баланса печи

Находим общий расход топлива на всю печь:

Удельный расход условного топлива

Удельная производительность печи

Определим неизвестные статьи теплового баланса и составим таблицу.

Статьи прихода

Химическое тепло топлива:

Q_x=B =0, 4 · 34666=14177 кВт.

Физическое тепло подогретого воздуха:

Q_в= Bq_в=ВС_вt_вL_α =0, 4· 1, 299=1970 кВт.

Статьи расхода

Потери теплоты с отходящими газами:

Q₂= Bq₂=0, 4· 16831, 819=3903 кВт.

Потери теплоты вследствие химического недожога:

Q₃= Bq₃=0, 42· 900=360 кВт.

Тепловой баланс рассчитанной методической печи