Рівняння теплового балансу печі

Тепловий баланс печі – це важлива характеристика теплової роботи печі, яка є виразом закону збереження енергії.

Стосовно до промислової печі це рівняння дозволяє знайти необхідний видаток палива та провести технологічний аналіз роботи печі.

Рівняння ТПБ складається з 2-х частин:

1. Прибуток тепла

2. Витрати тепла

Воно складається на одну годину роботи (для печей безперервної дії), або на період роботи (для печей періодичної дії – камерних печей).\

Урівнюючі прибуткові та витратні статті, отримають рівняння теплового балансу, із якого і визначають витрату палива Вт.

Рівняння теплового балансу:

Qx.т + Qф.в.+Qекз = Qн+Qух.+Qпод.+Qкл+Qізл.+Qакк.+Qн.п.

де:

Qx.т – хімічне тепло, яке вноситься паливом, МДж

Qф.в – фізічне тепло, яке вноситься підігрітим повітрям, МДж

Qекз – фізічне тепло, яке вноситься екзотермічними реакціями, МДж

Qм – тепло, яке витрачається на нагрівання металу садки, МДж

Qух – тепло, яке виноситься газами, що уходять, МДж

Qпод – тепло, яке витрачається на нагрівання підставок, МДж

Qкл – тепло, яке віддає кладка печі в атмосферу, МДж

Qізл – тепло, яке витрачається випромінюванням з печі, МДж

Qакк – тепло, яке акумулює кладка, МДж

Qн.п – тепло неврахованих витрат, МДж

Розрахунок прибуткових статей:

Qx.т = Qнр * Вт * τобщ , де:

Вт – витрата палива, м3/год

Qнр – теплота згорання палива, МДж/м3

τобщ – загальний час нагрівання, год

Qx.т = 45.5778*6.4*Вт = 294.69 Вт , МДж

Qф.в = Qфв * Вт * τобщ = 7.2039*6.4*8*Вт = 46.57 Вт ,МДж

Qекз = QFe*Gm*0.01a, де:

QFe – тепловий ефект реакції окислювання заліза (QFe = 5,650 МДж/кг)

Gm – маса садки, кг (Gm – 13000 кг)

а – відсоток угару заліза (а = 1,5%)

Qекз = 5,650*13000*0.01*1,5 = 1101.75 МДж

Витратні статті:

Витрати тепла на нагрівання металу садки:

Qм = Gm*(ік-і0)=13000*(539,6-470.31) =9.1 МДж (ік та іо – з додатку 5)

Витрати тепла, яке виноситься газами, що уходять:

Qух = Vд*ід*Вт*τобщ , де Vд – загальна кількість продуктів згорання, м3/м3



ід – ентальпія продуктів горіння при температурі печі tп, МДж/м3 ­­­­­

tп,°С
ід, МДж/м3 1,21 1,35 1,5 1,685 1,87 2,063 2,23 2,43

Qух = 18,4*1,44*6*Вт = 171,37 Вт , МДж

Витрати тепла на нагрівання підставок:

Qпод = 0,15Qм =135111

Витрати тепла крізь кладку печі:

Qкл = 3,6*Fн*α*(tн-tв)*τобщ*10-3 , де Fн – зовнішня поверхня кладки печі, м2

α – коеф-т тепловіддачі від зовнішньої поверхні до навколишнього середовища, Вт/м2∙°С

Приймаємо tн (температура зовнішньої поверхні печі) = 60°С, а температуру навколишнього середовища tв = 21°С.

αсклепіння = 14,1 Вт/м2∙°С

αстін = 11,9 Вт/м2∙°С

αчереня = 9,7 Вт/м2∙°С

У нашій печі ми будемо використовувати кладку в півтори цеглини (hсл = 0,46 м)

Lп (довжина печі) = 5,7м, Вп (ширина печі) = 2,14м, Нп (висота печі) = 1,2м.

Fстін = (1,2*2,14+1,2*5,7)*2=18,816 м2

Fпода = 5,7*2,14 = 12,198 м2

Fчереня = 1,2*12,198 = 14,63 м2

Qстін = 3,6*18,816*11,9*39*6.4*10-3 = 203,26 Мдж

Qчереня = 3,6*12,198*9,7*39*6.4*10-3 = 107,409МДж

Qзводу = 3,6*14,63*14,12*39*6.4*10-3 = 187,35 МДж

Fзагальне = Fстін + Fзводу+ Fчереня = 45.651 м2

Qзагальне = Qстін + Qзводу + Qчереня = 498,02 МДж

Витрати тепла випромінюванням:

Qізл = 3,6*С0*[(Tп/100)4-(Токр/100)4]*Fвікна*ψ*τвідкр*10-3, де С0 – коеф-т випромінювання абсолютно чорного тіла (С0 = 5,67 [Вт/м2∙°С]4)

Fвікна – площа вікна загрузки, м2 (Fвікна = 1,58 м2)

ψ – коеф-т діафрагмування (ψ = 0,7%)

τвідкр – час посаду, год (τвідкр = 0,3 год)

Qізл = 3,6*5,67*[(1233/100)4-(294/100)4]*1,58*0,7*0,3*10-3=156,03 МДж

Витрати тепла, акумулюваного вогнетримкою кладкою:

Qакк ­= Vогн * ρогн * (ік-ін)* 10-3 , де Vогн – об’єм вогнетримкого шару, м3

Vогн = hcл* Fзагальне = 0,46*45,65 = 20.99 м3

ρогн – щільність вогнетриву. Оскільки ми використовуємо шамот, ρшамоту = 1860 кг/м3.

ік – ентальпія шару вогнетрива на кінці и на початку нагрівання при заданій температурі цього шару в кінці і на початку нагрівання.

tогн кон = (tнар+tк)/2, де tнар – зовнішня температура печі.

tогн кон = (60+910)/2 = 485 °С

tогн нач = tогн кон - 50 °С = 435 °С

ін = (0,808+0,628*( tогн нач/1000))* tогн нач =(0,808+0,628*( 485/1000))* 485 = 497,65 кДж/кг

ік = (0,808+0,628*( tогн кон/1000))* tогн кон = (0,808+0,628*( 435/1000))* 435 =568,19 кДж/кг

Qакк = 20.99*1860*(539,6-4470,31)*10-3 = 3706,35 МДж

Витрати тепла неврахованих витрат:

Визначається як 15-20% від усіх видаткових статей за винятком Qух та Qн.

Qн.п. = 0,20*( Qпод + Qизл + Qкл + Qакк ) = 0,20*(1351,1+156,03+51.368+3706,35)=4284.9 МДж

Складаємо рівняння теплового балансу:

294,69Вт+46,57Вт+1101,75=900+171.37Вт +13511+51.368+156,03+,706,35+4284.9;

Вт = 57,31 м3/год

Qx.т = 294,69Вт = 16888,68 МДж

Qф.в = 46,57Вт = 2668,92 МДж

Qух = 166,8Вт = 9559,3 МДж

Складаємо таблицю теплового балансу печі:

Прибуток Витрати
Стаття МДж % Стаття МДж %
Qx.т 16888,8 85,12 36,53
Qф.в 2668,9 10,07 Qух 9559,6 42,27
Qекз 1101,5 4,8 Qпод 1351,4 5,48
Qкл 51,36 2,67
Qізл 156,03 0,78
Qакк 3706,07 8,74
Qн.п 4287,37 3,53
20659,33 20659,12

Розраховуємо нев’язку теплового балансу:

((20659,33-20659,12)/ 20659,33)*100% = 0,00101%.

Получена нев’язка складає менше 2-х відсотків, отже всі розрахунки зроблено вірно.

Розраховуємо термічний ККД печі:

η = Qм / (Qx.т + Qекз)*100% = 900744/(16888,8+1101,75)*100% = 50,07%.

Розраховуємо продуктивність термічної печі:

Р = Gн/ τобщ = 13000/6,4 = 2,01 т/год



4977741588492482.html
4977795325944338.html
    PR.RU™