teplotekhnika (852911), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Для таких печей баланс тепла составляется применительно кединице времени. Печи периодического действия характеризуются переменным во времени температурным режимом. Баланс тепла для нихсоставляется применительно к одному рабочему циклу (нагрев металла,обжиг, плавка и т.д.).347Удобнее всего оценивать тепловую экономичность печи с помощьютеплового баланса, отнесенного к единице массы (І т или І кг) нагревае-мого материала, шихты.Для нагревательных топливных печей тепловой баланс, который может быть отнесен к единице времени, одному рабочему циклу печи илиединице массы продукции, определяется уравнениямиЩш = Щасх:(15.9›ох+ Ог+013+ аэкз+ цтрис= Оі+о2+03+ 044.О5кл+ОЅв.г+О5изл+О50хл+05т+ Оок+аЅакк'(ІЅ'ІО)где (применительно к тепловому балансу за единицу времени) Ох - теплота, выделяющаяся при сгорании топлива; Ст - физическая теплота топлива; ОВ - теплота, вносимая извне с воздухом, поступающим для горения; От - теплота, выделяющаяся в результате экзотермических технологических реакций, протекающих при тепловой обработке материала(например, окислении металла); Цтрис - теплота, вносимая воздухом,поступающим в газоходы печи в результате присосов из окружающемсреды; О] - теплота, затраченная на нагрев металла (полезная теплота);02 - потери теплоты с уходящими газами; (23, 04 - потери теплоты соответственно из-за химическом и механическои неполноты сгорания топлива; 05,0] - потери теплоты в результате теплопроводности кладки; (2581.- потери теплоты с дымовыми газами, выбиваюшимися из печи в атмосферу через неплотности кладки; 05,13” - потери теплоты в результате излучения через открытые окна и щели; ОЅОХЛ - потери теплоты с водой,охлаждающей отдельные элементы печи; ОЅТ - потери теплоты из-за нагрева транспортных устроиств и тары, используемых для подачи изделиив печь; Оок - потери теплоты с окалиной; ОЅаКК - потери теплоты в результате аккумуляции ее кладкой (в печах периодического действия).Работа воздухоподогревателя на общем уравнении теплового балансане отражается, поскольку поступающий в камеру горения воздух подогревается в воздухоподогревателе за счет теплоты продуктов сгорания, образующихся в самой печи, тогда как уравнение баланса учитывает толь-ко приход и расход теплоты, поступающей в печь извне.Отдельные составляющие теплового баланса, МВт, отнесенного кединице времени, определяются следующим образом.Приход теплоты рассчитывают так.
Теплота, выделяюшаяся при сгорании топлива,о×=вод,(15.11)где В - расход топлива, кг/с (м3/с); 03 - низшая теплота сгорания рабо-чей массы топлива, МДж/кг (МДж/мЗ).348Теплота, вносимая с топливом (физическая теплота топлива),О, = сТІТВ,(15.12)где ст - средняя теплоемкость топлива, МДж/(кг-К) [МДж/(мЗ-КЛ; І, температура топлива, °С.Так как в приходную часть теплового баланса включается только теплота, поступившая извне, под О, понимается теплота необходимого длягорения топлива холодного воздуха, поступающего в воздухоподогреватель (если он есть) или непосредственно в горелку или камеру сгорания:о,=а,1×<3,с,_,,_,в =<×,/°,в,(15.1з›где а, - коэффициент избытка воздуха в топке (камере сгорания); 1/9, теоретически необходимое количество воздуха (отт = 1) для полного сго-рания 1 кг (1 м3) топлива, м3/кг (м3/м3);сх - средняя объемная изобар-ная теплоемкость воздуха при температуре холодного воздуха!хв,МДж/(мз- К);!х в - температура холодного воздуха, поступающего в воздухоподогреватель или горелку, °С; 12,, - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, отнесенного к единице топлива, МДж/мз.При нагреве стальных (чугунных) заготовок, поковок в процессе закалки, отжига происходит их окисление с выделением теплоты в среднем количестве 5,65 МДж на 1 кг окисленного металла.
Поэтому_ 5,6568 °сш"юо(15.14)где 0- производительность печи, кг/с; б - угар металла, %.Величина угара в высокотемпературных печах (кузнечных, прокатных) колеблется в пределах І-3%.Теплота, поступаюшая в газоходы печи в результате присоса воздуха,цш-= (2 щшдс,,1,,в,(15.15)где 2 а, -увеличение коэффициента избытка воздуха в уходяших газах засчет присоса; 2 а = аух -опт;ос -коэффициент избытка воздуха в уходяших газах; Уос,,!,_в =у×12_, энтальпия теоретического объема холодното воздуха, присасываемого в газоходы печи, отнесенного к единице топлива МДж/мз.Расход теплоты на нагрев металлаІОО-б91=_'_ щік- до),_00(15.16)где ік и іо - энтальпии металла соответственно в конце и начале нагрева,определяемые по его средней массе и температурам 10 и Ік, МДж/кг.349Потери теплоты с уходящими газамио, = вІуХ =вууусуу1уу,(15.17)где Уух -объем продуктов сгорания, образующихся при сгорании едини-цы объема (массы) топлива, м3/м3 (м3/кг); Іух -энтальпия уходящих га-зов, имеющих температуру!ух, °С, МДж/м3;уссу - средняя объемная изобарная теплоемкость уходящих газов, МДж/(м3 К).Потери Ози 04 определяют таким же образом, как в котельных установках (см.
подразд. 15.2), относя их к расходу топлива В.Потери теплоты в результате теплопроводности кладки после разогрева печи и при установившемся режиме ее работы95т= ___-Рю, 10'6_+_2%у а,< 15.18 ›где Ікл - средняя температура внутренней поверхности кладки, опреде2.5:ляемая по известному температурному режиму печи, °С;Асумма термических сопротивлений слоев кладки, (м2-К)/Вт; Ѕ - толщина соответствующего слоя, м; 2» - коэффициент теплопроводности слоя,Вт/(м.К); а” - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхностикладки в окружающую среду, Вт/(м2~К) (может быть принят равным 20);РКЛ - наружная поверхность кладки, м2.пОТЄрИ ТЄПЛОТЫ В рЄЗУЛЬТаТЄ ИЗЛУЧЄНИЯ Через ОТКрЬІ'ГЫЄ ОКНЗ И ЩЄЛИтк 4 2734_6_“по `95"”-СФІ(И) _(пї)(519)где с - коэффициент излучения внутренней поверхности рабочей каме-ры; с = 5,22 Вт/(м2-К4); ф - коэффициент диафрагмирования, определя-емый в зависимости от толщины кладки и размеров окна или щели(рис.
15.18); обычно (р = 0,65;/- суммарная площадь окон и щелей, м2;Тк - температура в камере печи, К; ч/ - доля времени в период работыпечи, в течение которого окно открыто; ц! = 0,2 + 0,3.Потери теплоты с охлаждающей водой (имеют наибольшее значениев методических печах с развитой системой водяного охлаждения)050,0. = “АНО-6,(15.20)где Іс - коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде, Вт/(м2~К);Р - площадь поверхности охлаждаемых элементов печи, м2; А! - температурный напор между газами и водой, К.Некоторые печи непрерывного действия имеют перемещающиесячасти (конвейеры, вагонетки и т.д.).
Потери на нагрев этих частей350Ч0,5Рис. 15.18. коэффициентдиафрагмирования:І - длинные полосы (а/Ь = 0); 2 -0,3прямоугольникн (а/Ь = 0,5); 4 _0,]прямоугольннкн (а/Ь = 0,2); 3 -3/ 4/\\ММ А?\\\\\г`\\\`\\квадраты (а/Ь = І); 5- круги00,40,8 1,0 0,8ОтношениеІ/а или 1/(10,40Отношениеа/І или д/І(15.21)05т= Олд-1,),где Ст - масса проходящих через печь в единицу времени перемещающихся частей или тары, кг/с; і2, іІ - энтальпии перемещающихся частейсоответственно в конце и начале печи, МДж/кг.Потери теплоты с окалннойООК = 0,ОІб(›`сок(!ок - 10)т,(15.22)где с,ж - теплоемкость окалины; с,Ж = І-ІО-3 МДж/(кг-К); т - количество окалины РеЗОд, образуюшейся при окислении 1 кг Ре, кг; Іок - температура окалины, которую можно принимать равной максимальной температуре поверхности металла, °С; 10- начальная температура нагреваемого металла, °С.Для нормальных условий работы обслуживающего персонала конструкция печи должна быть газоплотной.
Поэтому ОЅТ должно быть равнонулю.Остальные потери относят к неучтенным, в том числе и потери ОЅаКК.Тогда теплота, рассеянная в окружающую среду печью и затраченнаяна нагрев кладки в печах периодического действия с 10%-ным запасом,2 О5=І,КоЅкл +05в.г+О5изл+ОЅохл+О5т+о5акк)°(15'23)При необходимости потери теплоты в результате аккумуляции еекладкой в печах периодического действияСэм _-уклрклсклАІкл 10-6(15.24)351где Укл - объем кладки, м3; ркл - плотность материала кладки, кг/м3; сКЛ- теплоемкость материала кладки, Дж/(кг.К); АІКЛ - разность среднихтемператур кладки в конце и начале периода работы печи, К; 'с - длительность периода работы печи, ч.Подставляя в (15.10) выражения для отдельных составляющих, можно вычислить расход топлива В.Уравнение (15.10) можно представить в следующем виде:2:+аг+ов=(о|+ оок-Оэкз)+ а2+03+04+ ОЅкл++О58-г+о5изл+ ОЅохл + 05т + оЅаккОприс.(1525)Обозначим теплоту, рассеиваемую в окружающую среду, при стационарном режиме печи черезоос=о5кл+о5изл+оЅохл+оЅт*(15-26)а полезную теплоту, т.е.
теплоту, расходуемую на технологический процесс (в рассматриваемых печах это в основном нагрев металла) за вычетом теплоты экзотермических реакций через+ аж _ Оэкз'агехн= о!(15.27)Тогда уравнение теплового баланса примет видох+аг-'_0в=егехн'і'О2+оЗ+04+00.04-058-ГЩЦ'ІРИС(1528)Все слагаемые теплового баланса, пропорциональные расходу топлива, можно выразить через удельный расход топлива Ь, т.е. расход, приходящийся на единицу массы обрабатываемого материала (І кг исходнойшихты или нагреваемого металла):Ох = 1121:: О. =Ыт: 0., = Ив:о2=(І_пилот;от = (2 Ащыхов,О5в.г=суд/вт;(15.29)где Іт - энтальпия топлива, отнесенная к единице его количества; Ів энтальпия холодного воздуха, подаваемого для процесса горения, отнесенная к единице количества топлива; о - доля газов, выбивающихся израбочего пространства печи; Іо_г - энтальпия газов, покидающих печь,отнесенная к единице количества топлива; ІВІІГ - энтальпия газов, выбивающихся из рабочего пространства, отнесенная к единице количестватоплива; ІМ - энтальпия холодного воздуха, теоретически необходимо.
го для сгорания единицы топлива.Поэтому уравнение теплового баланса (15.28) для непрерывно работающей печи (т.е. при ОЅаКК = 0) можно записать так:352Що:=+[Т+[В_бІвг_(І_о')Іо.г_43_и44 + (2 Аапчьв] =01+ Оок- аэкз + 00.6(15.30)Отсюда удельный расход топлива (в килограммах, а для газообразного - в кубических метрах) на единицу количества материалаЬ:(91+20к'9экз)+со.с(15.31)93 + Іт +1в “бівт “(1 “6)101 -ЧЗ “(14 +(2АанївилиЬ:(СІ +оок-9экз)+со.с+ [в _ 43 +44 +оІ,,_г +(1-о)І(,.г 421300128Ср" 1+Іт0,323*_(15 ° 32)Величинаписп =1+_ ЧЗ +(І4 +0,Ів.гІтё'рівн_(2Аа)1›(<›.в+(19-р6)10.гн(1533)называется коэффициентом использования топлива, показываюшим,какая доля теплоты, введенной в печь, использована в рабочем пространстве печи.
Тогда (15.32) принимает вид, кг/кг (мз/кг)ЄТСХ +90.СЬ =О(15.34)ОдписпЗная расход Ь и массу нагреваемого в единицу времени материала О,можно найти расход топлива печью за единицу времени: В = ЬЄ.Коэффициенты полезного действия печей. КПД рабочего пространствапечи представляет собой отношение полезно использованной в рабочемпространстве теплоты Око всей теплоте, вводимой в рабочее пространство (при Сприс = 0):_при _СОх +ОТ +98 +93К3100%-(15.35)При этом под полезно использованной теплотой понимают теплоту0= 0, + Ош,(15.36)где аэнд - теплота, поглощаемая в результате эндотермических реакций,протекающих при тепловой обработке продукта (в печах для нагрева металла Саид = О).353Энергетический КПД представляет собой отношение теплоты, полезно использованной всей печной установкой, к затраченной теплоте:при = шпюод,СХ+(15.37)ОЭКЗгде ОДО" - дополнительная теплота, пошедшая на выработку пара в котле-утилизаторе или нагрев воды, воздуха, используемых вне печи.Основными потерями теплоты в печах являются потери с уходя щимигазами и в окружающую среду.КПД рабочего пространства печей предприятий тяжелой промышленности находится в пределах 10-30%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
