3 Определение расхода топлива и основных показателей работы печи

3.1 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 составляет t_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.клF_кл+ q_5т.н.свF_св+ q_5т.н.зF_з=1,82·335=610 кВт.

Проверим толщины элементов кладки печи на их соответствие тепловому потоку теплопроводностью q_5т.н подставленному 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=α₀+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=18,5кВт/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 =24 кВт/м²;

• без теплоизоляции q_вод = 71кВт/м²;

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