Расчет трехзонной толкательной методической печи

Q₃= Bq₃=0, 312·1052=328,38 кВт. 
 
 
 

Тепловой  баланс рассчитанной методической печи

 

      Расход  чуть больше прихода, но входит в допустимые инженерные пределы. В свою очередь, в приходной части не учитывалось  физическое тепло топлива, из-за небольшой  значимости.

      Из  таблицы теплового баланса видно, что наибольшее количество теплоты  из печи уносят продукты горения, поэтому  следовало предусмотреть в проекте более высокий подогрев воздуха для горения топлива, чтобы уменьшить расход последнего.

3.8 Определение  расходов топлива по зонам

     Общий расход топлива на печь известен из расчета теплового баланса и  составляет В=1123 м³/ч. По условиям расчета тепловой работы печи было принято, что 50 % этого количества приходится на нижнюю сварочную зону, следовательно, В_низ=0,5В = 0,5·1123 = 561,5 м³/ч. В верхней части печи расход топлива будет таким же В_верх=561,5 м³/ч.

Определим расход топлива в томильной зоне, предварительно рассчитав неизвестные величины.

     Потери  теплоты в окружающую среду, которые  включают:

     • потери теплоты теплопроводностью  через кладку зоны III

Q_5тIII=F_клIIq_5тнклIII=80,27·1,82=146,09 кВт.

      • потери излучением составляют

Q_5лIII=340 кВт.

     • предварительные потери в окружающую среду

Q_{5 III} ⁼ Q_5тIII+ Q_5лIII ⁼146,09+340=486,09 кВт; неучтенные потери в зоне Ш

Q_5нIII =0,3·786,09=235,83кВт; потери теплоты в окружающую среду зоной III:

Q_{5 III} ⁼ Q_{5 III}+ Q_5нIII=486,09+235,83=721,92 кВт.

Теплосодержание продуктов горения, покидающих зону с температурой t_гз=1260 °С, составляет i_г3=1996 кДж/м³ (см. прил. 4).

Теплота экзотермических  реакций в зоне III составит долю от общей             Q_экз =628,26кВт:

Q_экзIII=Q_экзL_III / (L_II+L_III)=332,9 кВт.

 Расход топлива в зоне III:

 или 291 м³/ч.

В сварочной  зоне расход топлива:

В_II= В_верх- В_III=561,5-291=270,5 м³/ч. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4 Выбор  размеров и количества топливосжигающих устройств

4.1 Томильная зона

      В этой зоне для осуществления выдержки с целью выравнивания температуры  по сечению заготовки необходимо иметь одинаковую температуру газов  по всему объему. Для осуществления  этого требования стремятся располагать  горелки в торце зоны как можно  чаще по ширине печи, выдерживая рекомендуемые  расстояния между осями горелок.

      При ширине печи D=2,6 м устанавливаем 3 горелки, расстояние между осями которых составит 0,8 м.

      При общем расходе топлива в зоне III

В_ш=0,081 м³/с производительность одной горелки составит

b_г0= В_ш /3=0,027 м³/с. 

 Объем газа при действительных условиях составит:

b_г= b_г0(1+βt_г)= 0,027(1+20/273)=0,029 м³/с.

Объем воздуха, подаваемого в горелку при  действительных условиях:

V_в=L_α· b_г0(1+ βt_г)=11,4·0,029 (1+350/273)=0,692 м³/с.

Диаметр газового сопла d_г при допустимой скорости газа при действительных условиях W_г=80 м/с составит:

Округляем до d_г=38 мм

Определяем диаметр  носика горелки d_нг при допустимой действительной скорости смеси W_см=25…30 м /c:

Выбираем горелку  ДНБ 200

Давление газа перед горелкой должно составлять Р_г = 1,7 кПа,

а давление воздуха  Р_в= 0,8 кПа.

4.2 Верхняя  сварочная зона

     Полагаем, что в верхней сварочной зоне должно быть размещено 2 горелки с  расстоянием между осями 1 м. Тогда  расход топлива на одну горелку составит:

b_г= b_г0(1+βt_г)=0,029 м³/с.

Количество воздуха, подаваемого в горелку при  действительных условиях:

V_в=L_α· b_г0(1+ βt_г)=0,668 м³/с.

Диаметр газового сопла d_г при допустимой скорости газа при действительных условиях W_г=80 м/с составит:

Определяем диаметр  носика горелки:

 

Округляем до =106мм.

Выбираем горелку  ДВС 110.

При относительной  длине факела l_ф / ≈25 таких горелок, определяем длину факела у выбранной нами горелки l_ф=25 =25·0,106=2,65 м.

Факелы горелок  верхней сварочной зоны, направленные под углом 25 градусов к поверхности  нагреваемого металла, обладают свойством  настильности, что увеличивает их абсолютную длину на 20...25 %.

Окончательная длина факела верхних горелок  сварочной зоны составит l_ф0=1,2·2,65=3,18. Поэтому для установки принимаем выбранные горелки ДВС 110.

Давления воздуха и газа перед горелками верхней части зоны II должны быть такими же, как и перед горелками III зоны. 
 

4.3 Нижняя сварочная зона

     Полагаем  к установке 2 горелки, тогда расход топлива на одну горелку составит:

b_г0= В_низ(2·3600)=561,5 ∕ 2·3600=0,078 м³/с.

Объем газа при  действительных условиях:

b_г= b_г0(1+βt_г)=0,078(1+20/273)=0,084 м³/с.

Количество воздуха, подаваемого в горелку при  действительных условиях:

V_в=L_α· b_г0(1+ βt_г)=11,4·0,078(1+350/273)=1,99 м³/с.

Диаметр газового сопла d_г при допустимой скорости газа при действительных условиях W_г=80 м/с составит:

Определяем диаметр  носика горелки:

Выбираем горелку  ДНБ 325.

При относительной  длине факела l_ф / ≈25 таких горелок, определяем длину факела у выбранной нами горелки l_ф=25 =25·0,325=8,125 м.

Факелы горелок  верхней сварочной зоны, направленные под углом 25 градусов к поверхности  нагреваемого металла, обладают свойством  настильности, что увеличивает их абсолютную длину на 20...25 %.

Окончательная длина факела верхних горелок  сварочной зоны составит l_ф0=1,2·8,125=9,75. Однако в этой части печи также может присутствовать эффект настильности факела, хотя в меньшей степени, чем вверху, из-за незначительного угла наклона горелок к горизонту. Поэтому выбор горелок для низа печи считаем верным. Давление воздуха и газа перед горелками ДНБ 325 должно быть таким же, как перед верхними. 
 
 
 

Заключение

     Нагревательная  печь является теплотехническим агрегатом, предназначенным для осуществления  определенного технологического процесса. Основная теплотехническая задача таких  печей – передать тепло нагреваемому металлу или отнять тепло у  нагретого металла в соответствии с технологией его нагрева  или термической обработки. Таким  образом, определяющим процессом для  печного агрегата является теплопередача  к металлу, подвергаемому тепловой обработке, и именно расчет этой теплопередачи  есть основа расчета нагревательной печи. 

     Теплопередача к металлу в печах происходит излучением и конвекцией, в распространении  тепла внутри металла – теплопроводностью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Библиографический список

1. Теплотехнические расчеты металлургических печей / Я.М. Гордон, Б.Ф. Зобнин, М.Д. Казяев и; под ред. А.С. Телегина. – М.: Металлургия, 1993 – 368 с.

 

2. Теплотехнические  расчеты металлургических печей / Б.Н. Китаев, Б.Ф. Зобнин, В.Ф. Ратников и; под ред. А.С. Телегина. – М.: Металлургия, 1970 – 528 c.

 

3. Теплотехника  металлургического производства. Т.2 Конструкция и работа печей / В.А. Кривандин, В.В. Белоусов, Г.С. Сборщиков под ред. В.А. Кривандина – М.: МИСИС, 2001 – 736 с.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

it-диаграмма

 
 
 
 
 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Значения  коэффициента и поправок для расчета  характеристик горения топлив приближенным методом

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Состав  продуктов горения некоторых  топлив

 
 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Теплосодержание продуктов сгорания топлив I-III группы

 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Средняя теплоемкость газообразного воздуха  и топлива

 
 
 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Значение  степени черноты в функции  от температуры

  
 
 
 
 
 
 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Предварительные значения степени черноты в функции  от температуры