Тепловой расчет электропечи сопротивления

     Тепловые потери теплопроводностью  через плоскую двухслойную стенку  при стационарном режиме работы  печи могут быть определены  по формуле

 

tп   -  to

                Qст   = -----------------------------------------------------------

δ1/(λ1*F1,2) + δ2/( λ2*F2,3) + 1/(αст *Fст)

 

 

 

где  tп , to   ̶  соответственно температура внутренней поверхности футеровки печи (принятой равной температуре печи) и окружающей среды, °С;   δ1, δ2 – толщина огнеупорных и теплоизоляционных слоев стенки, м; λ1, λ2 –коэффициент теплопроводности огнеупорного и теплоизоляционного слоев стенки, Вт/(м*К);  αст - коэффициент суммарной теплоотдачи с внешней поверхности стенки печи в окружающую среду, Вт/(м²*К);  Fст(F3) – поверхность наружной стенки  печи, м²; F1,2, F2,3 - средняя расчетная поверхность слоев стенки, м².

     Расчетная поверхность  отдельного слоя стенки определяется  как среднегеометрическая из  значений внутренней и внешней  поверхности слоя: F1,2=√F1*F2    и    F2,3 =√ F2*F3

F1= Fпода*2+2*L*H+2*B*H=1,838*2+2*1,5*0,51+2*1,225*0,51=6,4 м

F2=  (1,838+0,12)*2+2*(1,5+0,12)*(0,51+0,12)+ 2*(1,225+0,12)*(0,51+0,12)=7,55м

F3= (1,838+0,36)*2+2*(1,5+0,36)*(0,51+0,36)+ 2*(1,225+0,36)*(0,51+0,36)=10,39м

 

F1,2= √6,46*7,55 =6,98 м2

F2,3 = √7,55*10,39 =8,86 м2

 

 

      

 

 

2.3.2 Потери  теплоты излучением  через отверстие в футеровке.

 

         Для определения  потерь теплоты излучением необходимы  следующие данные:

- геометрические размеры отверстия  и толщины стенки в месте расположения отверстия;

- температура и коэффициент  излучения печной камеры;

- температура и коэффициент  излучения окружающего пространства  или поверхности, воспринимающей  тепловой поток.                                                Расчет потерь теплоты излучением в окружающую среду производится по формуле

Q31=СₒFотвФ[(Тп/100)4-(Тₒ/100)4]τотн,

где Сₒ=5,7 Вт/(м²*К) – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела;  Fотв – площадь поперечного сечения отверстия, м²;  Ф – коэффициент дифрагмирования ,зависящий от соотношения ширины Х и высоты отверстия D и от толщины стенки; Тп, Тₒ -температура печи и окружающего воздуха, К; τотн – доля времени, в течение которого окно открыто.

Со=5,7 Вт/(м2*К)

Fотв=1,2*0,5=0,6 м2

Ф=0,8

τотн=0,07/0,76 =0,092

Q31= 5,7*0,6*0,8*[1173/100)4-(293 /100)4] = 51593Вт ≈  51,6 кВт

 

 

2.3.3 Потери теплоты  через тепловые  короткие замыкания .

 

         Тепловые  короткие  замыкания следует понимать  как  нефутерованные конструкции ,помещенные  частично или  полностью  внутрь печной камеры (термометры , выводы нагревателей ,валы вентиляторов и т.п.).

         Определить  тепловые  потери  из печной  камеры через тепловые короткие  замыкания расчетным путем трудно , поэтому в практических расчетах  электропечей  их принимают обычно  равными 50 – 100% от потерь теплоты через стенки , т.е.

Qткз = (0,5 – 1,0) Qст

 

 Qткз =0,6*15,4=9,24 кДж

 

 

2.3.4 Определение теплоты , аккумулируеиой  кладкой.

 

 

Qакк = М1 с1 ∆t1+ М2 с2 ∆t2 ,

где  М1 , М2  ̶   масса соответственно огнеупорной  части футеровки , теплоизоляции ,кг;  с1 , с2  ̶   средние удельные теплоемкости  огнеупора , теплоизоляции , кДж, (кг* К).

V1=(B+0,12)*(L+0,12)*(H+0,12)  -  B*L*H

V1=(1,225+0,12)*(1,5+0,12)*(0,51+0,12)  - 1,225*1,5*0,51 = 0,436 м2

V2=(B+0,36)*(L+0,36)*(H+0,36)  - V1 -   B*L*H

V2=(1,225+0,36)*(1,5+0,36)*(0,51+0,36)  - 0,436 - 1,225*1,5*0,51 =1,19 м2

  М1 = V1*ρ1

  М1 =0,436 *4000 = 1744 кг

  М2= V2*ρ2

  М2= 1,19 *1000 = 1190 кг

Qакк =  1744*0,535*120+1190*0,535*100  =125629 Дж =125,6 кДж

 

 

2.4 Установленная мощность печи .

 

 

Установленная мощность печи  определяется по формуле

Pуст =κ Pобщ , Вт, (кВт) ,

где  κ   ̶   коэффициент запаса принимается в пределах 1,2 -  1,6 ; Pобщ    ̶   общий  расход теплоты ,  Вт , (к Вт) .

         Для электрической  печи  Pобщ =Qприх .

Значения Qприх находится при  суммировании расходных статей  теплового баланса .

Pобщ =Qполезн+Qтары+Qст+Qз 1+Qткз+Qакк

Pобщ = 95+9,4+15,4+51,6+9,24+125,6 = 306,2 кДж

κ = 1,3 -  1,5

 

Pуст = 1,5*306,2 =459,3 кВт  ≈ 460 кВт .

 

 

 

2.5 Технико-экономические показатели работы печи.

 

 

 

Коэффициент использования электроэнергии (топлива)

 

             

η кит = 1 -  ψ =0,9 ,

где  ψ    ̶   коэффициент  потерь мощности во  внешней  сети (определяют опытным путем)

Термический  (эффективный) коэффициент  полезного действия , показывающий ,какая  доля  электрической  энергии  используется для  данной технологической операции ,

η терм = 100 % *Qпол/Qэл

 

η терм = 100 % *95 / 306,2 =31,02

 

 

3. Расчет нагревательных элементов .

 

Находим удельную поверхностную  мощность Wид , Вт/см2 , идеального нагревателя

 Wид= Со*10-4/(1/εн +1/ εм – 1)*[(Tп /100)4 – (Tм /100)4] ,

где  εн , εм  ̶   степень черноты нагревателя  и металла ; Tп , Tм ̶ 

температура нагревателя и металла ,К.

 

Wид=5,7*10-4/(1/0,8)+(1/0,5 – 1)*[(1193/100)4  – (1093/100)4]=2,53*0,598 =1,513 Вт/ см2

Тип нагревателя : ленточный зигзаг на полочке

α=0,47

 W= α* Wид= 0,47*1,513=0,71 Вт/ см2

Принимают схему электрического соединения  нагревателей и  находят величину  фазового напряжения :

при  схеме «треугольник»  Uф = Uc

 

Uc =220В

Толщина ленточного нагревателя с соотношением сторон

m=b/a ,

где   a  ̶  толщина ленты ,мм ; b   ̶  ширина  ленты ,мм ,

   m=25/3 =8,3

a=3√2*(ρt*P12*1011 /n(m+1)*Uф2*W) ,

где P1 ̶  мощность одной параллельной ветви или мощность  одной  фазы ,кВт; Uф  ̶  напряжение на нагревателе , В; ρt  ̶  удельное сопротивление материала нагревателя  в  горячем  состоянии ,Ом*м;  W  ̶  удельная  поверхность мощности  нагревателя , Вт/см2. 

ρt=110*10-8 Ом*м

 

a=

 

 

P1=P/3n,

n  ̶  число параллельных ветвей

P1=460/3*3=51,1 кВт

Определяют длину нагревателя  по формуле

L=U2* q / ρt *P1*109 , м ,

Где  q ̶ сечение нагревателя ,мм2.

L=2202*19,6 /110*10-8*51,1*109=16,8 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1.Расчет и проектирование электрических  печей сопротивления  для термодинамической обработки  металлов  : Метод .  указания  по курсовому и дипломному проектированию для студентов спец .   1103 ,1208.  4.1 /НГТУ; Сост. : В.А.Ульянов ,В.Н.Гущин ,Е.М.Китаев. Н.Новгород ,2000.  43 с.

2.Электрические печи  сопротивления и  дуговые печи : Учебник для техникумов / М.Б.Гутман , Л.С.Кацевич  , М. С. Лейканд  и др. :Под ред. М.Б.Гутмана.   ̶   М. : Энергоатомиздат ,1983.   ̶    360 с.