/
Текст
УЖ 621.365.001.63 (07)
Проектирование топливных аагревэтельных печей: Метод,
указания по курсовому проектированию Z Соот. 0. Г. Шишка нов;
КГСУ. Красноярок, 1997. 56 с.
Печатается по решению '
редакционно-издательсхого совета университета
(Q) КГТУ, 1997
Редактор Л.И.Злобина
Подл, в печать 10.07.1997. Формат 6Сх84/16. Цумага тип. И 3.
Ответная печать. Усл.печ.л.3,25. Уч.-изд.л.3,25. Тирах IOC экз.
Изда1„ьо, -0 ЮТ "т3 Л11г с,‘'
660074, Красноярск, ул.Киренского, 26
Отпечатано на ротапринте КГТУ
1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Проектирование нагревательных топливных печей выполняют для
закрепления и углубления знаний, полученных в процессе изучения курсов
“Высокотемпературные тепло-технологические процессы и установки",
" Тепломассообмен ". При проектировании студенты получают навыки в
работе со справочной литературой, нормами, расценками, таблицами и
номограммами, ГОСТами и чертежами, что необходимо и при дипломном
проектировании
При проектировании печи используют : методические указания,
инструкции и руководства по проектированию печей, атласы
металлургических печей, чертежи действующих печей, каталоги, нормы и
другие материалы проектных организаций; учебную, справочную и
периодическую литературу, ГОСТы и т.д; материалы, собранные
студентами во время производственной или ознакомительной практики
на машиностроительных и металлургических предприятиях. ‘
Основанием для выполнения курсового проекта служит задание,
выданное преподавателем, с указанием темы проекта и исходных данных
для расчета. Содержание задания на курсовое проектирование
I) тип печи;
2) производительность или садка печи;
3) размеры и материал нагреваемых изделий;
4) начальная температура нагреваемого изделия (t„“’);
5) температура поверхности нагреваемого изделия на выходе из печи
(Ibm'"* );
6) перепад температур между поверхностью и центром нагреваемого
изделия (At);
7) вид сжигаемого топлива;
8) температура предварительного подогрева воздуха (t„) и топлива (t г).
Возможны и другие варианты задания на курсовое проектирование.
Курсовой проект по нагревательным топливным печам включает в
себя два раздела, расчетную часть-в виде пояснительной записки и
графическую часть, оформляемую в виде чертежа печи и отдельных
устройств (топлмвосжигающих устройств, теплообменников и др.)
При проектировании необходимо увязывать множество вопросов,
поскольку все разделы проекта взаимосвязаны и практически не могут
решаться обособленно. Поэтому на многих этапах расчета возникает,
необходимость обращения к предыдущему и даже к последующим
разделам проекта.
Пояснительная записка содержит:
1) задание на курсовой проект;
2) введение;
3) расчет горения топлива;
4) определение рабочего пространства, выбор материала и толшины
огнеупорной кладки и теплоизоляции;
5) определение температурного режима нагрева и расчет теплообмена
внутри рабочего пространства печи;
6) составление теплового баланса рабочего пространства печи и
определение расхода топлива;
7) расчет теплообменников (рекуператоров, регенераторов);
8) расчет газового тракта и определение высоты дымовой трубы;
9) расчет или выбор топливосжигающего устройства.
Графическая часть проекта представляет собой 2 листа, на которых
изображается продольный и поперечный разрезы печи, а также
отдельные устройства по усмотрению преподавате-я.
Пояснительную записку и графическую часть оформляют в соответствии, с
требованиями СТП-КГТУ- 3.1-97 [1ф
2. ВВЕДЕНИЕ
В этом разделе дается краткое описание конструкции и работы печи,
достоинства и недостатки данного вида печей, основные технические
характеристики печей-аналогов Здесь же приводятся свойства материала
нагреваемого изделия.
3. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
3.1. Выбор топливосжнгаюшего устройства и определение
коэффициента расхода воздуха
При расчете горения топлива необходимо выбрать конструкцию
топливосжигающего устройства, чтобы обосновать задание коэффициента
расхода воздуха а . Значение принимается в соответствии с данными
табл. 3. |.
Таблица 3.1
Значение коэффициента расхода воздуха or вида топлива и типа
топливосжигающих устройств '
Вид топливе Тоияивосжигающее устройство а
Газообразное Горелки с предварительным смешением Горелки с частичным смешиванием 1.03-1,05
Радиантные трубы 1,15
Мазут Форсунки низкого и высокого давления 1,15-1,3
Выбор горелок зависит от типа печи или других факторов (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Рекомендации по выбору горелок
Тип печи Рекомендуемый тип горелки
Нагревательные : колодцы с выдвижным Горелкн с внешним смешением
подом, туннельные, кольцевые, методические, со стационарным подом ( крупные и средние), вертикальные
1 , & ij || 0 Ш Гореяки с внешним смешением
Нагревательные и термические: со стационарным подом (мелкие), щелевые. Горелки с предварительным смешением
скоростного нагрева
q
CD
'
3.2. Состав твердого и жидкого топлива
В теплотехнических расчетах.обычно пользуются составом рабочего
топлива. Для пересчета составов из одной массы в другую используют
соотвстсгвующие коэффициенты (табл. 3.3).
Таблица 3.3
Коэффициенты для пересчета элементарного состава топлива
Заданная масса топлива Масса топлива, на которую ведется пересчет
Органическая Горючая Сухая Рабочая
Органи- ческая 1 100-sr 100 100-(5е+Ас) 100 100-(SP+AP+WP) 100
Г орючая 100 1 1QO_-.AC 100 ~~1004Ap + Wp)~~ 100
100-sr
Сухая 100 - 100 1 100-W* ' 100
IOO-(S“ + AC) 100-Ac
Рабочая 100 100 100. 1
100-(Sp+Ap-f-Wp) 100-(Лр+ V) lOO-W”
После пересчета сумма всех составляющих должна быть равной 100%.
3.3. Состав газообразного топлива
Задается состав сухого газа в объемных процентах. Состав влажного газа
рассчитывают по составу сухого газа и влажности qluo, г/м3. Коэффициент
пересчета с сухого газа на влажный определяют по формуле
f, I”
' 100 + 0.|242?,„„ i OJ>
Состав влажного газанаходят по содержанию сухого газа и
величине К:
СО» = СОС * К , Н2в= Н2С* К и т.д. (3.2)
После пересчета сумма всех составляющих, включая водяные пары,
должна быть равной 100%. ,
3.4. Теплота сгорания топлива
Для определения теплоты сгорания жидкого и твердого топлива
пользуются формулой
Д.И. Менделеева:
Qp« = 339Cp.+ 1030НР; + 109(Sp -(У)-25^} (3.3)
где Q₽H -низшая теплота сгорания топлива , кДж/кг, a Ср ,НР ,SP ,ОР ,WP -
.компоненты топлива на рабочую массу, %.
Низшая теплота сгорания газообразного топлива (кДж/м3)
определяется по формуле
0₽н= 127,7 СО + 108 Н2 + 358 СН4 + 590 С2 Н4 + 555 С2 Н2
+ 636 С2 Нб + 913CjHs + 1 185С«Ню + 1465С5Н|2 + 234 Н2 S. (3.4)
3.5. Расчет горения жидкого и твердого топлива
Расчет теоретически необходимого объема кислорода для горения
определяется по формуле
V™pOz = 0,01(1,867СР +5,6Нр + 0,7(Sp - Ор)), ; (3.5)
где V™po2 - теоретически необходимый для горения объем
кислорода ,м’/кг;
Ср ,НР ,SP ,ОР -компоненты рабочей массы топлива, %.
Теоретический расход воздуха для горения, м3/кг,
8
где noz - объемная доля О? в воздухе (пог = 0,21 - для биосферного
воздуха).
Для воздуха, обогащенного кислородом, значение поа будет другое.
Действительный расход воздухадля горения, м¥кг,
= 1-о * а. (3.7)
Объемы продуктов сгорания (мэ/кг), получившихся в результате
горения рассчитываются:
объем углекислого газа
Усо2 = 0,0187С₽, (3.8)
объем водяного пара
VHjo=0,112H’, + J124Wv, (3.9)
объем азота
Vnj= 0.008N1’ + (1 - noz)La, . (3.10)
объем избыточного кислорода
V«6O2 = ПО2( а -1) Lp, (3.11)
объем сернистого газа
Vsoz= 0,007Sp, (3.12)
общий объем продуктов сгорания
Уд = \'со2 + Vhzo + Vn2 + V^OZ + VsO2 . (3.13)
Состав продуктов сгорания (%) определяется:
VCO2 Vhzo
COi =-----100, HzO =-------100, (3.14)
О, = ^/Ч00.
ла » iou.
л>а - Ьчоо.
гд
(3.14)
3.6. Расчет горения газообразного топлива
Расчет теоретически необходимого объема кислорода для горения. м3/м3;
V”0₽o2= 0.01 |0,5(CO+H2) + 2CH4 + 1,5H2S + E (m+n/4K-mHn - О2|. (3.15)
Величины Lo и кд рассчитываются согласно формулам (3.6) н (3.7). Объемы
продуктов сгорания (м’/м3), получившиеся в^езультаге горения:
объем углекислого газа
Vco2= О.ОЦСОг + СО + m Е СтНв), (3.16)
объем сернистого газа
Vgo^O.OlHA (3.17)
объем азота
Vlc=0.0lN2 + 0-no2)Lfl. - (3.18)
объем избыточного кислорода
Уи,во2= По2( - l)Lo, <3.19)'
объем водяного пара
Vh2o= 0.01(Н2 + H2S + n/2 £ С„Н4 + Н2О + ()Д24(ЬдЧ^)|. (3.20)
Общий объем и состав продуктов сгорания определякнея по формулам
(3.13) и (3.14).
5
I
10
3.7. Составление материального баланса процесса горения
Для проверки правильности расчета горения топлива составляют
материальный баланс, на основании закона сохранения массы:
Gt + G» - Gn.c + G> , (3.21)
Gt - масса топлива, кг.
G, - масса воздуха, необходимого для горения, кг.
Gn.f- масса продуктов сгорания, получившихся в результате горения,
кг.
G, - масса золы, получившаяся в результате горения твердого
или жидкого топлива, кг.
Расчет ведется на единицу топлива (например: 1,10,100 кг твердого
или жидкого топлива, 1,10,100 м3 газообразного топлива). ,
В случае газообразного топлива:
GT=VT‘Pr,‘ • (3.22)
где VT - единица объема газа, на которую ведется расчет, м5;
рг - плотность природного газа, -кг/м3.
В свою очередь:
Gs— Ьд р« ,
Gn r~ Vn рп_г ,
, G,= Gt 0,01 АР ,
(3.23)
(3-24)
(3.25)
где ps, рпг - соответственно плотности воздуха и продуктов сгорания,
кг/мэ, Ар - зольность топлива на рабочую массу, %.
В расчетах можно принять р, = 1,293 кг/м3, а р, и р„г
рассчитываются по формулам: \
Nj Mn2 + СО г Мсоз + НгО Мн го + SO: Mso: + Ог Мог
22,4 • 100
(3.26)
> -tb: 'ц
CO Meo + H2 Mhi + CH« Мен* +...И др. состав л. газа
22,4 * 100
где Mnz, Мсо2...- молекулярная масса соответствующего компонента.
Результаты расчета представить в виде таблицы. Общий вид дан в
табл. 3.3.
Таблица 3.3
Материальный баланс горения
Производится расчет неувязки баланса:
lEGnp-SGpac!
---------------J00 , (3.28)
ZGnp
где EGnp, ZGpac - соответственно общая масса прихода и расхода, кг.
Величина неувязки баланса не должна превышать 1%.
3.8. Определение действительной и калориметрической температуры
горения
Для определения калориметрической температуры сгорания
рассчитывается энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3:
Q'.+'Q.+lb
io = —————
(3.29)
где Q» - теплота,вносимая подогретым воздухом, кДж.
Qr- теплота,вносимая подогретым топливом, кДт
В свою очередь:
(3.30,
(3.31)
где с т, с» и tr, t. - соответственно теплоемкости и температуры
подогретых топлива и воздуха, кДж/кг*К и *С.
Теплоемкость рабочей массы топлива При температуре перед
камерой сгорания определяется по формулам:
1) для твердого топлива:
где Or- теплоемкость сухой массы твердого топлива,кДж/кг, принимается
по данным табл. 3.4 .
Таблица 3.4
Теплоемкость сухой массы твердого топлива сЧ, кДж/кгК
Топливо Температура, °C
0 100 200 300 400
Антрацит и тощие угли 0,921 0.963 1,04 1,13 1.J9
Каменные угли 0,963 1.089 1,256 1,424 —
Бурые угли 1,089 1.256 1.456 — —
Фрезерный торф 1.298 1.507 1,80 — •
13
2) для жидкого топлива:
Ст = 1,738 + O,OO25tT ,
где 1т - температура топлива, °C \
(3.33)
3) для газообразного топлива:
Ст = CS + 0,00124qH« сню ,
где От - теплоемкость сухого газового топлива, кДж/кгК, определяйся по
формуле смешения: ' с,
CS = 0,01 (ссо %СО + снг %Н2 + ссн4 %CHi + СшН» CmHn % + снж %H2S +
+CCOJ %COj+ cnj %N2 + co: %Oi) . (3.35)
В формулах (3.34),(3.35) ссо.снг, сстНа, снк+ can, снг.сог.сню -
средние в интервале температур от 273 до tT объемные теплоемкости Q
соответствующих индивидуальных газов и зодяных паров, кДж/м’*К,
принимается по данным приложений 1 и 2; цнм - влагосбдержание-
газового топлива, г/м1.
Значение теплоемкости воздуха в. формуле (3.30) с,, кДж/м^К, принимается
по данным приложения 2.
Расчет калориметрической температуры с учетом найденной
энтальпии продуктов сгорания производится методом последовательных
приближений. Задаются температурой продуктов сгорания и и находят
энтальпию дымовых газов i' (приложение 3):
Г = 0,01 £ix %Х = 0,01(ico2 %СО2 + iN2 %N2 + im %О2 + 1ню %НгО). ’ (3.36)
При Г>й перезадаюгся новым значениемсоблюдая условие t«"<
Если i’< io, то новое значение температуры принимают из условия t,"> t.’
Искомое значение калориметрической температуры находится:
(3.37)
где tk" и t«‘, i' и i" - температуры и энтальпии продуктов сгорания при
первом и втором приближениях. °C и кДж/м1.
Действительная температура горения. °C,
t* = tk* Л пир .
(3.38)
Т4
Значение пирометрического коэффициента для некоторых печей
следующие:
камерная лечь п»ч> = 0,6 - 0,65, методическая л тар =0,7 - 0,75. ,
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ РАБОЧЕГО
ПРОСТРАНСТВА ПЕЧИ
4.1. Общие положения
Основными размерами рабочего пространства печи являются -
ширина, длина, высота. Определяющими условиями при этом являются
геометрические размеры нагреваемых изделий, рациональный характер
движения газов, соответствующее расположение топливосжигающих
устройств, быстрый и качественный нагрев металла. Кроме того,
необходимо учитывать удобство обслуживания и ремонта печи.
В ряде случаев размеры рабочего пространства печи могут быть
приняты по аналогии с действующими печами, для чего удобно
воспользоваться специальной литературой (2,3).
Внешние размеры футеровки печи определяются размерами
рабочего пространства и толщиной футеровки. Выбор материала
футеровки в нагревательных топливных печах обусловлен температурой
печных газов и количеством тепловых потерь через ограждения. Толщина
слоев футеровки кратна размерам ст андартных кирпичей и блоков.
После определения внешних и внутренних размеров печи делается эскиз
( формат А4).
4.2. Определение размеров печей периодического и непрерывного
действия
В случае, если задана величина садки (количество и размеры
нагреваемых изделий), как правило, в печах периодического действия
(камерных или колпаковых), геометрия и размеры рабочего
пространства определяются окончательно без расчета времени нагрева
металла. Для этого намечается расположение нагреваемых изделий и
задается расстояние между крайними изделиями и стенками печц: 6= 0,2 -
0,5 м. Это определяет ширину и длину рабочего пространства. Высота
принимается конструктивно, можно воспользоваться формулой
Н = (А + 0.05B)U™ 10-J , (4.1)
Формула (3.37) записана для случая i’> io.
15
где Н - высота свода в м,
tM4» - температура печных газов,®С .
А = 0,5 , если температура печных газов tnm < 900t ,
А = 0,65, если tor» > 1500t.
Для печей постоянного действия (методические печи), как правило,
задается производительность и общее число изделий, находящихся в
рабочем пространстве в единицу времени, неизвестно, поэтому размеры
определяются предварительно, а затем в процессе расчета уточняются.
При однорядном расположении заготовок ширина печи, м,
В = I + 2а , (4.2)
где 1 - длина заготовки (слитка), м ,
а - зазор между концами заготовок и стенками печи, м, принимается
равным 0,1 -0,5 м.
* При двух или многорядном расположении заготовок ширина печи
В = л1 + (п - l)at + 2а ,
где п - количество рядов заготовок в печи;
aL - расстояние между заготовками, м ; зависит от способа передвижения
заготовок и условий
внешнего теплообмена.
Высота отдельных зон методической печи может приниматься
конструктивно или рассчитываться по формуле (4.1).
После определения времени нагрева определяется длина
методических печей, м:
• 4
РЬт
L=------, ’ (4.4)
где Р - производительность печи, кг/ч;
Ь - ширина изделия плюс величина зазора между изделиями вдоль печи.м;
х - время нагрева, ч;
g - вес ОДНОГО изделия. КГ (g =Аш Vma).
Соответственно длины зон методической печи (сварной,
томильной и методической) прямо пропорциональны времени
нахождения изделий в этих зонах.
16
5. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ПЕЧИ И
НАГРЕВА МЕТАЛЛА
5.1. Температурный режим нагрева металла
Температура металла (Конечная и начальная Im"*'1 ) обычно
при расчетах задается, но график её изменения определяется технологией
нагрева. Для массивных изделий и холодном (непластич.чом) состоянии
быстрый нагрев приводит к появлению температурных напряжений,
вызывающих трещины. Рекомендуется медленный (методический) нагрев
изделий до тех пор, пока температура центра' не достигнет 500еС .
Разность температур по сечению в конце методической зоны или в
конце периода нагрева принимается равной (700-800°С ) 5, (8 -расчетная
толщина изделия, м).
В конце сварочной зоны (для методических печей) температура-
поверхности заготовки должна равняться заданной, определяется
температура в центре заготовки. Если перепад температур at = t»DO’ - tn"*
меньше заданного, то ограничиваются двумя зонами, в противном случае
назначается еще одна томильная зона, в которой металл выдерживается
такое время, чтобы разность температур уменьшилась до заданной
величины.
5.2. Температурный режим работы печи
Максимальная температура рабочего пространства печи t.,"1”
определяется стойкостью футеровки, типом печи, технологией нагрева
металла и не может быть выше действительной температуры горения.
Ориентировочно перепад Температур at = U -t“e*M.«Oii следующий: для
термических печей 50-70 °C, кузнечных 50-100 «С, прокатных 100-150 ®С, .
томильных зон печей постоянного действия 30-50 °C. В общем случае
• конечная температура печи в конце первого периода нагрева
принимается на 50-100 «С выше температуры поверхности изделий в конце
второго периода нагрева. Начальная температура печи принимается из
практических соображений на 300-400 °C ниже конечной. Примеры
-наиболее часто встречающихся температурных режимов работы печи и
нагрева металла приведены в табл. 5 1. и на рис. 5.1, 5.2.
Рис. 5.1. Распределение температур по длине методической печи
Рис. 5.2. Изменение температур во времени в рабочем пространстве
камерной печи
Таблица 5.1
Температурные режимы нагрева изделий и работы печи
Область применения
Нагрев тонких тел
Одноступенчатый
(протяжные печи,
печи для термооб-
работки, ковки и
штамповки мелких
и средних изделий)
>449 I Институт нефти и газа j Ващенко?____________________________________________________________________________________________________________________________..ч^тексс.чдр |Валерьевич ] 190603.65
6. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В РАБОЧЕМ
ПРОСТРАНСТВЕ ПЕЧИ
6.1; Расчет теплообмена в печах постоянного действия
Теплообмен излучением является преобладающим в пламенных
печах. В расчетах определяется величина коэффициента теплоотдачи
излучением. Она находится для каждой зоны методической печи. Если по
длине зоны температура газа и металла меняются, то коэффициент
теплоотдачи излучением, Вт/(м2К),
где индексы 'нач' и 'кон' означают температуры газа и металла
соответственно в начале и конце периода нагрева.
19
Если температура газа принимается неизменной, то
'«Ю)‘ (Г2',*/100)<1*{(Тг /100)*-(Т™ ЛОО)4]
У(ТГ-^*(ГГ-Т^) '
<6.2)
В формулах (6.1) н (6.2) Сг к м.- приведенный коэффициент излучения
в системе газ-кладка-металл, Вт/(м2’К4),
с,„.=с.- , <б.з)
где <о -степень развития кладки , рассчитывается так;
F, В+2Н
“ -------------. (6.4)
FB I
где F,, Fm- соответственно площади кладки и площадь металла изделий.м2;
В и Н — высота и ширина рабочего пространства зон, »;
I - длина заготовки, м.
Степень чернот ы металла е м находится из таблицы приложения.
Степень черноты газов находится :
ег=всти+0с ню, (6.5)
где е сот, s ню - степень черноты углекислого газа и водяного пара
(рис.6.1,рис.6.2);
р - поправочный коэффициент(рис.6.3).
Зная парциальные давления СОт и НтО (из расчета горения %СОт и %НгО в
продуктах сгорания кН/м2,а также эффективную толщину газового слоя, м:
%СОг %НтО
Рсог =98,1------- , Рню =98,1------, (6.6)
100 100
4 НВ
Яэф=------- , (6.7)
2Н+2В
находится произведение Pcoj*S^. Затем с помощью номограмм
(рис.6.1-6.3) определяется с ст и е ню.Для томильной эоны методической
печи коэффициент излучением не определяется.
Рис. 6.1. Номограмма для определения степени черноты COj
6.2. Расчет теплообмена в печах периодического действия
Коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м2,К), определяется для
каждого интервала нагрева, кроме периода выдержки:
« им=ЯрЛТг- Тм). (6.8)
Суммарный тепловой поток излучения от продуктов сгорания и кладки на
металл равен
Чр«= СоЛ|(Т,/1 00)* - (Тм/100)4] + СоВ|(Т/100)4 - (V100)4],
(6.9)
Рис. 6.2. Номограмма для определения черноты НгО
Рис.63 Номограмма для определения поправочного коэффициента р
vy
К-су’Г
где
6гв41+(ЬвгХ1-*.)1/®}
А=---------------------------, Х6.10)
М
емек(«-«г>
В= ------------ , <6.11)
М
(6.12)
В случае камерных печей размеры рабочего пространства, число и
размеры заготовок извести ц в соответствии с этим определяется
величина о :
a>=F«/FM, . • (6.13)
где Fm- площадь тепловоспринимающей поверхности металла, и2;
Fx— площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи
(за вычетом площади, занятой металлом, м2).
В случае нахождения в печи одной заготовки с размерами I *b*h:
FM=2bh+2lh+bl,
Fx=2BH+2LH+2BL-bL (6.14)
Эффективная длина луча
S^=3,6V/F, (6.15)
для одной заготовки
HBL-hbi
•S*=3.6----------. (6.16)
Fx + Fh
При расчетах теплообмена в камерных печах берутся средний за
интервал температуры металла, кладки и газов. Степень черноты кладки
берется из приложения 4. Величина находится аналогично случаю
расчета печей постоянного действия.
7. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА
7.1. Расчет времени нагрева термически к тонких » тел
Для раечс.а времени нагрева определяется величина критерия Био,
характеризующего теплотехническую массивность нагреваемого изделия.
23
где az - суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/мгК ;
S = и б - характерный размер изделия, м;
ц- коэффициент несимметричности нагрева (при двухстороннем
нагреве р»0.5,
при одностороннем ц = 1Д Для более точного определения м и S можно
пользоваться табл. 7.!;
5 - геометрическая толщина (диаметр) нагреваемого изделия, м.
X - коэффициент теплопроводности изделия, Вт/(мК).
Теплоотдача излучением рассчитывается согласно указаниям в разд. 6.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией принимается для методических
печей а «ом = 30 Вт/(м’К), для камерных - а «>» = 15 Вт/(м2К).
Если полученное по формуле (7.1) значение критерия Био (Bi< 0.5), то
изделие «тонкое» с теплотехнической точки зрения. При определении
времени нагрева (ч) «тонких» изделий при постоянной температуре печи
расчет ведут по формуле Старка:
Sp^ U-U-’
t ---------tn------- , . J (7.3)
Kat
где p- плотность изделия, кг,
J,- средняя теплоемкость тела в интервале температур от до U‘°",
кДж/(кгК);
К - коэффициент формы (д)ш пластины К=1, для цилиндра К=2, для
шара К=3);
ta - температура в рабочем пространстве нечи ,*С;
- начальная и конечная температура нагрева изделия, °C.
7.2. Расчет времени нагрева термически «массивных» тел
Если значение критерия Bi > 0.5 , то изделие термически
«массивное». Расчет времени нагрева «массивных» тел правильной формы
при постоянной температуре печн производился с использованием
графических зависимостей (графики Будрина):
0 = f(Bi,Fo,X/S).
(7.4)
где в общем виде 0 =-------- температурный критерий;
t - искомая температура, “С; '
Fo- критерий Фурье;
X/S - безразмерная координата, определяющая местоположение
рассматриваемой
точки (для центра X/S = 0, для поверхности X/S = 1).
Графические зависимости (7.4) рис. 7.1-7.4 лосфоены для случая
нагрева металла с начальным равномерным распределением температуры,
т.е. too.™’ = tueHr"*4. В случае начального параболического распределения
температуры (например, при переходе металла из методической зоны в
сварочную зону методической печи) в качестве начальной в температурном
критерии следует использовать среднюю температуру металла.
. Таблица 7.1
Прогреваемая толщина заготовок в зависимости от их распределения на
поду печи и условий нагрева
Расположение заготовок А &
Односторонний нагрев ^•(О,
Двустороннп" напрев, водоохл. трубы ^,Q55rQ6
Односторонни' нагрев, монолитны^ noi s.Jf if
Односторонненагрев, монолитны’ noj S-Q75±Qi S’ jjd
Одиостооонни" нагрев, чонолвтнн" noj i \o.Srd6
35
дня пластины t«.,= U»- 2/3(и>. -tuon) ,
для цилиндра = 0,5(u>. + ,
(75)
(76)
В этом случае температурные критерии имеют вид:
При расчете томления мегалла (периода выдержки) при постоянной
температуре поверхности применяют соотношение, графическая
зависимость которого представлена на рис. 7.5.
бшр--------------(Fo) .
(7.8)
i'
I
$
Рис. 7.2. Номограмма для расчета нагрева.ил и охлаждения поверхности цилиндра
Рис. 7.3. Номограмма для расчета на1рена или охлаждения поверхности плиты
27
Рис. 7.4. Номограмма для расчета нагрева или охлаждения центра плиты
где 8 мф - степень выравнивания температуры ;
Д t- температурный перепад по сечению металла в конце
выдержки, °C;
Д t мч - то же в начале периода времени, °C;
л t кои = u."™ -1,
Л t. (7.9)
При использовании номограмм зависимости 6 = f(Bi,Fo,X/S)
необходимо найти температурный критерий е,ю, и по нему и уже
известному критерию Bi определить критерий Fo = ar/s2, из которого
можно определить продолжительность нагрева т. Значение
коэффициентов температуропроводности «а» и теплопроводности
выбираются из приложений 6,7.
Для определения необходимости периода выдержки (выравнивания
температуры металла по сечению) после расчета продолжительности
нагрева х нужно определить конечную температуру в центре нагреваемого
изделия. Для чего по критериям Fe и Bi io соответствующим
28
номограммам определяют температурный критерий центра, а из него
(7.10)
tI1«T»o“ = tn- 0u(tI,-tuon"«).
Рис. 7.5. График для расчета выдержки металла при постоянной зсмпературс
поверхности
Степень выравнивания температуры: I вертикальный цилиндр бесконечной
длины 5 ч— = йчж» ft =0,5 ; S“0,5d^«.; 2 вертикальная пластина бесконечных
размеров р =41,5; S-O,55^m ; 3 - заготовки расположены горизонтально вплотную
друг к другу на монолитном поду ft =0,5 ; 4-ТО же \fi *0,75 ; 5 - то же; д -1,0.
8. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА
8.1. Общие положения
При проектировании печи тепловой баланс составляется с целью
определения расхода топлива. Тепловой баланс печи состоит из равных
между собой приходной и расходной частей, каждая из которых
складывается из ряда статей. Для печей постоянного действия тепловой
баланс составляется для единицы времени, в печах периодического
действия - для времени цикла (или отдельного периода обработки).
29
8.2. Статьи приходной части теплового баланса печи постоянного
действия
Теплоту образующаяся при сжигании топлива,
Qu-» = B*Q>', , (8.1)
где В - расход топлива, м3/с или кг/с.
О’» - низшая теплота сгорания топлива, Дж/м3 или Дж/кг.
Физическая теплота,вносимая подогретым воздухом,
О» = в ЬясЛ. (8.2)
где La- расход воздуха на 1 кг или на 1 м3 топлива, м’/кг, м3/м3;
Ь - температура подогрева воздуха, °C;
с, - теплоёмкость воздуха, средняя в интервале температур 0 - t»°C ,
Дж/(м’* град).
Физическая теплота, вносимая подогретым топливом,
Qr = Bc,t,. (8.3)
где Ст- теплоёмкость топлива, Дж/(м3 К);
tT - температура подогрева топлива, °C.
Теплота экзотермических реакций.
В нагревательных печах учитывается только теплота окисления
железа:
X Q«,= 5650G‘a, (8.4)
где 5650 - количество тегиюты . получаемое оз окисления железа, кДж/ki .
G - производительность печи, кг/с
а - угар металла . кг/кг ( например, если угар равен 2 %, то а= 0,02).
. В термических печах а= 0.5 -1 fi %; в нагревательных а= 1,0- 2,5 %.
8.3. Статьи расходной части теплового баланса печи постоянного
действия
Полезная теплота, расходуемая на нагрев материала,
8 -зо
<o Quo» = G c4t-“" -1-“4 ) , (8.5)
где Сы - средняя в интервале температур tM“' - U*°“ теплоёмкость материала.
J Дж/(кг К);
J t»"*’ - конечная и начальная средние по массе температуры
1 материала °C.
Теплота, уносимая уходяущми продуктами сгорания топлива,
* Qn = BV*C«ta, (8.6)
где 1Д - температура уходящих дымовых газов,°C ;
S Vfl - количество продуктов сгорания на 1 кг или I м3 топлива, м’/кг ,м3/м3.
Потери теплоты теплопроводностью через кладку, т.е. через свод, стены
и под печи
” 0^, =---—1---------Fh.p , _ (8.7)
Si Si 1
где U» - температура внутренней поверхности кладки, ®С;
т. - температура окружающего воздуха, *С;
Si - толщина огнеупорной кладки, м;
Sz - толщина слоя изоляпии. м;
Xi ,Х1 - соответственно коэффициенты теплопроводности кладки и
S’ изоляции, Вт/(м град);
а - суммарный коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху,
’ Вт/(м2трад) (обычно а = 11,63 Вт/(м2град)(.
Потери теплоты излучением через открытые окна печи
= со « »р (Tn/lOO^F't , (8.8)
где со= 5,7 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2К4);
Т„ - средняя температура печи, К,
F - площадь открыто! о окна или щели, м-’,
t - доля времени, koi да окно открыто;
°' tnp - приведенная степень черноты, находится по графику, (3)
31
Теплота, затраченная на нагрев транспортирующих устройств ,
Qtp = G,j> Стр (tTp*»" - tip™’),
Gip - масса транспортирующих устройств, проходящих через печь в
единицу времени, кг/с;
Стр - средняя теплоёмкость транспортирующих устройств, Дж/(кгК);
tip,OB, 1тр“’ - соответственно конечная и начальная температуры
транспортирующих устройств, °C.
Теплота, уносимая водой, охлаждающей отдельные узлы печи,
(8.10)
где q» - плотность теплового потока на водоохлаждасмую деталь, Вт/м2;
F» - поверхность водоохлаждаемой детали, м2.
Для ориентировочных расчетов потери тепла с охлаждающей водой
могут приняты равными 10 % от прихода тепла.
При составлении тепловых балансов к расходным статьям
прибавляется статья неучтённых потерь, принимаемых равными
(0.1 - 0,15XQ« + Q™ ♦ Qr> * Qw)
Просуммировав отдельно приходные и расходные статьи теплового
баланса и приравняв Qnp» = Qp>u, получим для печей уравнение с одним
неизвестным, которым будет расход топлива В. После чего определяются
все приходные и расходные статьи теплового баланса рабочего
пространства печи, а результаты сводят в таблицу.
Таблица 8.1
8.4. Статьи теплового баланса печи периодического действия
(камерные, колпаковые и цд)
Приходные и расходные статьи теплового баланса печи
периодического действия в целом совпадают с рассмотренными в п 8.2 и
i|
; (p 8.3. Однако для печей периодического действия величины теплоты в статьях,
где есть расход топлива,следует умножи ть на время цикла г , с ; х
Q«-=B(yHr. (8.11)
Исключение составляет расходная статья теплового баланса - теплота,
I аккумулированная кладкой:
। Q«= V„ Д „c^k.““ - k>*"). (8.12)
где V„ - объем кладки, м’;
р м - плотность кладки, кг/м’;
с„ - теплоемкость кладки, средняя в интервале температур k."*" -км “"*,
Дж/(кгК);
к»™4, к» - средние начальная и конечная температуры кладки, “С.
- Если кладка многослойная, то формула (8.12) преобразуется:
V*M Р «ыСы|(ка1 * ко ) + Vul Р tjC^uoiS^A ' кл! ) + .... +
+ р - к-.*”)- (8.13)
Средняя температура находится из распределения температуры по
толщине кладки, определяемого по методу конечных разностей. Сузь
, методики сводится к следующему. Заданная толщина кладки 6
а, разбивается на п элементарных слоев толщиной Ах, т.е. Ах “• 8In. Время
нагрева также делится на “к” элементарных отрезков времени А Г ,
А г = г /к. Величины Ах и А т связаны между собой соотношением
Ь 3
А Г = Ах /2а,
р где а= Л/ср - коэффициент температуропроводности материала
футеровки. Температура в каждом слое в любой момент фиксируется
двумя координатами, например к А» Л А г
Если температура поверхности задана, то температуру в любом слое внутри
2 > стенки в любой момент времени может быть найдена как полусумма
темпера1ур соседних слоев в предшествующий момент времени, т.е.
-* к л«.(к+Ол т “(Ц»1, л» Л л г 4 кип л.Лл г V2. (8.15)
В случае двухслойной стенки (слой огнеупора и слой изоляции)
Р произвольное разбиение на элементарные слои допустимо только для
33
одного слоя. Толщину элементарного слоя для второго слоя определяют из
соотношения
(8.16)
где й| и а.-коэффициенты теплопроводаости первого и второго слоёв.
Продолжительности элементарных интервалов времени для обоих
слоёв одинаковы, т.е. дТ1=дТт= дЧ:.
Температурное поле внутри каждого слоя находят по формуле (8.15),
на границе раздела слоев,по формуле
л t + Rit^axJc д т
tta а «Л л т *---------------------------
R« + Ri
где R( и R« - тепловые сопротивления элементарных слоёв первого (I) и
второго (т) слоёв стенки; Ri“ х/ X, ; R„= xjx „ .
При задании температуры окружающего воздуха to = 20 °C и
коэффициента теплоотдачи а= 10 Вт/(м2 К) температуру поверхности слоя
в момент времени находят из выражения
8.5. Основные теплотехнические показатели тепловой работы печи
При составлении теплового баланса печи, помимо анализа
соотношения величин отдельных статей баланса. определяются
следующие основные теплотехнические показатели: коэффициент
полезного действия печи п,щ>. удельный расход теплоты q, коэффициент
использования теплоты Пкит и коэффициент полезного
теплоиспользования дип
Qlw.+Q.+Qr-QH+Q,B
Q.-+Q.+Q»
(8 19)
34
Q^+Q.+Qr+Q,,,
q =-------.-------,
G
Qx««+Q.+Qt+Q»,
Q»h*Q.+Qt-Q,»-Qwr
n™-------------------—
Q^+Q.+Q.
(8.20)
(8.21)-
(822)
9 ВЫБОР ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
9.1. Выбор горелок и радиантных труб •
Тип горелочного устройства выбирается в зависимости от
конструкции печи, требований к технологии нагрева, характеристики
топлива. По известной тепловой мощности печи и числу горелок,
выбираемому по конструктивным соображениям и требованиям
равномерности нагрева металла, определяют тепловую мощность одной
горелки. При известной теплоте сгорания газа определяют пропускную
способность горелки по газу. Производительность горелки по газу можно
определить также делением общего расхода топлива на количество
установленных в Печи горелок. По известному из расчёта горения
топлива расходу воздуха на единицу гоштива определяют
производительность горелки по воздуху.
Конструкции горелочных устройств нормированы. Турбулентные
горелки внешнего смешения выбирают по графикам зависимости
пропускной способности по воздуху от его давления (3). Диаметр газового
сопла определяют по аналогичным трафикам: пропускная способность по
газу - давление газа. При выборе предпочтение отдаётся горелкам
меньших размеров. При подогреве газа или воздуха вводятся поправки в
расчетах пропускной способности горелок. Инжекционные горелки
подбирают в зависимости от давления т аза и его теплоты сгорания, а
также от температуры подогрева газа и воздуха.
35
Для отопления термических печей, работающих с контролируемой
атмосферой. применяют радиантные трубы с муфилнрованным пламенем.
Радиантные трубы выбирают по таблицам, исходя из размеров рабочего
пространства печи, пропускной способности по газу и воздуху. По
соответствующим графикам определяют необходимое давление газа и
воздуха.
9.1 Выбор форсунок
Форсунки высокого давления выбирают по графику зависимости
расхода мазута от его давления. Форсуночную коробку выбирают,
задаваясь давлением воздуха перед коробкой, температурой воздуха и его
расходом {3-WJ. Форсунки высокого давления рассчитаны на сжигание
мазута с коэффициентом расхода воздуха а - 1.1.
Выбор форсунок низкого давления осуществляется по графику
зависимости пропускной способности мазута от давления воздуха перед
форсункой и коэффициента расхода воздуха в пределах от 1 до 1,2 [3].
10. РАСЧЁТ УСТРОЙСТВ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ
УХОДЯЩИХ ГАЗОВ
10. ^Расчёт рекуператора
Для повышения К П Д печи, температуры горения топлива и
снижения его расхода утилизируют теплоту отходящих дымовых газов в
теплообменниках-рекуператорах; В зависимости от температуры
подогрева воздуха или газа выполнение требований по обеспечению
герметичности, компактности, стойкости против воздействия
высокотемпературных дымовых газов, наименьшего гидравлического
сопротивления и рада других условий применяют различные конструкции
металлических и керамических рекуператоров. При температуре дымовых
газов на входе в рекуператор 700 - 750 ®С применяют металлические
рекуператоры, при более высоких температурах - керамические.
Целью расчёта рекуперативного теплообменника является
нахождение площади поверхности теплообмена F и связанных с ней
геометрических размеров теплообменника. Исходными данными являются
расходы V, и V, и начальные температуры tj" и I," нагревающей (индекс
*д") и нагреваемой (индекс "в") сред. Из задания на курсовой проект
известна также температура нагрева воздуха t,«.
Поверхность теплообмена находят по формуле
F = Q/(Kat).
(Ю.1)
Количество теплоты Q. передаваемое через поверхность
теплообмена для газоплотных конструкций:
Q. = V»(c,«t,»-c,«t.“), (10.2 J
для кегазоплотных конструкций:
Q = V„(c,« Ь« - с.“ Н + л V,(c/tb‘ - Св» t.«), (10.3)
где aV6 - количество воздуха, ушедшего в дымовые каналы. м3/с.
Обычно принимают aV»=0,15Vb для шамотных и aV»=0,3V» для
карбошамотнЫх рекуператоров; .
с»“, са' - теплоёмкости воздуха при t.“ и t»' соответственно. кДжДм1 К);
са«- теплоёмкость воздуха при t д‘. кДж/(м3 К).
Средняя -разность температур гЛ между горячим и холодным'
теплоносителем определяется как средняя логарифмическая величина по
соотношению:
2,31g——— .
где к - разность температур горячего и холодного теплоносителя на
входе в теплообменник, °C;
д is - то же, на выходе из теплообменника, вС
л tB=ta«-t; д t« = W - для противотока ;
д t, = tд» -1,"; д К = WL- tZ • для прямотока.
В формулах' (9.3) н (9.4) неизвестную величину - конечную
температуру дыма W - находят -из уравнения теплового баланса
теплообменника:
0,9 V^Cj* w - Сд‘ ta«) = V,(c6« ta* - с,“ t/) + д V.(c.« t/ - c,« t," ), (10.5)
Поскольку теплоёмкость тазов сильно зависит от температуры.то ta»
определяют методом последовательных приближений. Для этого задаются
начальным значением t определяют величины, с/ и' сва и, подставляя их
37
в уравнение (9.5), находят истинную величину конечной температуры дыма
{д'. Суммарный коэффициент теплопередачи К для теплообменников с
разделительной поверхностью цилиндрической формы определяют по
формуле
2я
К =-----------------------, (10.6)
1 i Rz 1
----.+ —in-----f---.--
«1 Rl X Rj «2^.2
где щ - коэффициенттеплоотдачи на внутренней стороне трубы,
Вт/(м2К);
а 2 - то же на наружной стороне трубы, Вт/(м2 К);
Ri, Rz-соотастствешю внутренний и внешний радиусы труб, м;
Л -коэффициенттеплопроводности материала стенки, Вт/(м К).
В металлических рекуператорах толщина разделительной стенки
мала, а коэффициент теплопроводности металла весьма высок. В этом
случае вместо формулы (9.6) можно пользоваться упрощённой
зависимостью:
В общем случае коэффициент теплоотдачи . равен
где ают - коэффициент' теплоотдачи от теплоносителя стенке (или
наоборот) конвекцией, Вт/(м2 К);
а жм - коэффициент теплоотдачи излучением от теплоносителя стенке
(или наоборот), Вт/(м2 К)
Коэффициент теплоотдачи излучением определяют по формуле
(TrltW),-(T„liOO)‘
Коэффициент теплоотдачи конвекцией рассчитывается в зависимости
от принятой конструкции рекуператора [3,4 J и принятой скорости дыма и
воздуха при нормальных условиях:
38
металлические конвективные рекуператоры о> »= 3 - 5 м/с ; ш ,о= 7 • 10 м/с;
радиационные ав=3-5м/с; <oM=20-30 м/с;
керамические <о до=0,5-1,0 м/с; <о м= 1 -2 м/с .
11. РАСЧЁТ ПОТЕРЬ НАПОРА В ГАЗОХОДЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ВЫСОТЫ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
11.1. Расчёт потерь напора в газоходе
Суммарные потери напора в газоходе рассчитываются:
S hnoi = Z Ьмс + £ Ьц>+ S hreoM . (11.1)
где X hxc - потери напора на местное сопротивление, Н/м2;
£ hip - потери напора на трение, Н/м2;
X hreou - потериТеометрического напора, Н/м2.
В свою очередь, для участков газохода:
Wq^ tr
h«=^-----poF (1+------) , (11.2)
2 273
где po' - плотность газа при нормальных условиях, кг/м’;
v*o - скорость движения газа в газоходе, м/с;
t, - коэффициент местных сопротивлений.
Потери напора от трения
L w02 tr
h«=k------------pof(1+------) . (ИЗ)
ф 2 273
где X - коэффициент трения;
0,316
X ------ - для турбулентного режима ;
Re®-»
64
X =----- - для ламинарного режима ;
Re
L - длина участка, м;
(1, - гидравлический диаметр газохода: d. =. 4Г/П (П - периметр сечения),
39
<в dr
Re= ... - критерий Рейнольдса ;
где v - коэффициент кинематической вязкости , м2/с.
Потери геометрического напора
ре" ро'
h,«. = Hg(———————————), •
1 + й/273 1+1/273
где Н - высота участка, м ;
g = 9,81 Н/кг;
ре’ - плотность воздуха, кг/м5.
На рис. 11.1 приведена схема дымового тракта методической печи.
Схема тракта печи периодического действия аналогична, за исключением
того, что температура газов на входе в каналы равна температуре газов в
конце периода выдержки. Данные по геометрическим характеристикам
каналов каждый студент получает индивидуально.
11.2. Расчёу высоты дымовой трубы
Высота дымовой трубы находится из выражения
Wc^-Wop2 Wfo1'
1,32 hOOT=H(p,"-plr)g---------рог(1 +Гг/273)----pof(l+W273) -
Н w02 2 2
-1--------por( 1+6/273),
где Е hoor - потери давления на пути газа от печи до трубы, Н/м2;
1,3 - коэффициент увеличения в случае форсированной работы печи ;
woi.woj-CKopocTH газов на входе и выходе трубы .м/с;
€ - средняя температура газов на высоте дымовой трубы ,°С ;
tir - температура газов на выходе дымовой трубы, °C;
dep - средний диаметр трубы , м.
Для определения величин tr и t’r необходимо найти ориентировочную
высоту дымовой трубы . При известных Zhoor и температуры газов на
входе дымовой трубы ориентировочная высота находится по рис. 11.2.
40
Рис 11.1. Схема дымового тракта трехзонной методической печи :
J - печь; 2 - вертикальные каналы; 3 - горизонтальные каналы ; 4,6 -
центральный боров; 5 - рекуператор; 7 - дымовая труба
41
Рис. 11.2. График для определения высоты дымовой трубы
42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников
I. СТП КГТУ 3.1-97. Общие требования к оформлению текстовых и
графических студенческих рдбот. Текстовые материалы и иллюстрации.
Красноярск, 1997. 41 с.
2 Миткалинный В.И., Кривандин В.А. Металлургические печи: Атлас. М.:
Металлургия, 1987. 384 с .
з. Мастрюков Б.С. .Теория, конструкция и расчеты металлургических
печей.Т.2.Расчеты металлургических печей. ML: Металлургия, 1986. 272 с.
«. Металлургическая теплотехника. В 2 т. Т. 2 Конструкция и работа
печей: учебник для вузов/
В.А Кривандин, И Н Неведомская и др. М. :Металлургия, 1986. 592 с.
з . Телегин А. С., Лебедев Н.С. Конструкция и расчет нагревательных
устройств. 2-е изд. доп. и перераб. М.: Машиностроение, 1975. 280 с.
6 Филимонов Ю.П., Громова Н.С. Топливо и печи. М.: Металлургия,
1987. 320 с.
7 . Смирягин А.П., Смирягина Н.А., Белова А.В. Промышленные цветные
металлы и сплавы. М.: Металлургия, 1974. 488 с.
8 Промышленные печи: Справочное руководство для расчетов и
проектирования: учебник для вузов/ Е.И. Казанцев. 2-е изд., доп. и
перераб. М.: Металлургия, 1975. 367 с.
» . Тринес В. Промышленные печи.В 2 т. Т.2. 3-е изд. М.: Металлургиздат,
1964. 389 с.
ю. Теплотехнические расчеты металлургических печей/ Под ред. А.С.
Телегина. М.: Металлургия, 1979.247 с.
и. Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. М.:
Металлургия. 1975. 295 с.
и Материалы в машиностроении. Выбор и применение: Справочник в 5
т./Подред. И.В.Кудрявцева. М.: Машиностроение, 1968.
в Филинов С.А., Фиргер И.В. Справочник термиста. 2-е изд., доп. и
< перераб. Л.: Машиностроение, 1975. 352 с.
43
Приложение!
Средняя объемная теплоемкость некоторых горючих газов
от273доТ.К,кДж/(мЗ*К) ёО
V V I/ 7^7;
Т.К, СО Hj СНч H2S С2Нь с,н, С4Н10 CSHI2
273 1.298 4,277 1.549 4,507 2310 3.048 4,128 5,129 ? «(О.
400 1303 1393 1,666 1,539 2372 3,633 4.862 6,028 < J J
500 1.309 1300 1.790 1,570 2,852 4.088 5,403 6.698
600 1,348 1.300 1,918 1,604 3,116 4,481 5,914 7,302
700 1332 4.303 2.049 1,649 3,379 4,866 6,401 7,906
ЯОО 134/ 130/ 2,173 1,681 3,621 5,186 6,805 8,396
900 1361 1,307 2394 1,718 3.837 5,521 7328 8,927
10СС 4377 1,312 2.400 1,756 4,043 5,803 /38/ 9,353
НМ 1,389 1316 2,527 1,794 4,236 6.05S 7,896 9,732
1200 4396 4,325 2,634 1,826 4,411 6,296 8,197 10.088
1300 1,414 4328 2,727 1,860 4,577 6,523 8,481 10,442
Приложение 2
Средняя объемная теплоемкость негорючих газов и сухого воздуха
от 273 до Т, К; кДж/м’*К
Т.К ССО2 снг сег CH2O ССУХ.В =SO!
273 13946 13059 1,4943 13971 1,739
400 UJ238 15968 1.3224 1,5098 1,3022 1,819
500 1J8O77 1,3015 13408 1,5277 1,3098' 1,836
600 1,8803 1.3093 13619 1,5486 1,3204 1,966
700 13456 1,3194 13830 1,5720 1,3326 2,026
800 2.0028 13310 1,4031 1,5965 1,3464 2.079
900 2,0539 1.3438 1,4216 1,62» I.36M 2,125
1000 2,0999 13572 1,4386 1,6484 13744 2,164
1100 2.MI4 13704 1,4538 1,6755 1.3878 2,188
1200 2,1785 1,3829 1,4580 1,7030 1,4009 2,229
1300 23120 1,3948 1,4807 1,7302 1,4128 2.255
1400 2,2427 1,4063 1.4924 1,7573 1.4244 2,279
1500 23708 1,4172 1,5033 1.7839 1,4355 2,301
1700 2Д195 1,4373 1.5227 1.8096 13547 JJ4&. 1,4553 3320- 2338
1800 2,3408 1.4464 13317 1.8590 1,4644 2354
1900 2,3606 1,455! 1.5401 1,8824 1.4730 2368
2000 23789 1.4632 1,5483 1.8590 1.4809 2382
2100 2,3958 1.4706 1.5562 1.9270 1,4886 2394
2300 2,4114 1.4777 1,5637 1,9478 1,4958 2.406
2300 2,4258 1.4844 1,5710 1.9681 1,5027 2.418
2400 2,4393 1,4908 1.5778 1,9875 1,5090 2,430
2500 2.4516 1.4968 1,5848 1.0058 13151 2.442
ад
44
Энтальпия (кДж/м3) воздуха и газов при различных температурах
и постоянном давлении 101.3 кН/м2 (760 мм рт. ст.)
Температу ра. К(°С) СО2 Nj Ch НгО Воздух сухой
373(100)' 172,00 139.13 131.93 150,18 130.51
.473(200) '361,67 260,60 267,38 303,47 261,94
573(300) 564,24 392,41 407,48 461,36 395,42
673(400) 777,44 626,89 55),85 623,69 532,08
773(500) 1001,78 664,58 700,17 791.55 672,01
873(600) 1236,76 805,06 851,64 964,68 814,96
973(700) 1475,41 940,36 1005,24 1143,64 960,75
107.3(800) 1718,95 1094,65 1162,32 1328,1! 1109,05
1173(900) 1972,43 1243,55 1319,67 1517,87 1259,36
1273(1000) 2226,75 1393,86 1480,1! 1713,32 1411,86
1373(1100) 2485,34 |1546,14 11641,02 1913.67 1565.94
1473(1200) /2746.44 1| 699.76 11802,76 2118,78 1721,36
»1573(1300) 3010,58 1857,74 1966,05 2328,01 1879,27
4673(1400) 3276,75 2012.36 2129,93 -2540,25 2036,87
1773(1500)' -З^ЛТЗд" 2170,55 2296,78 2758,39 2I?6JV~
1873(1600) 3815.86 2328,65 2463,97 2979,13 2356,68
1973(1700) 4087,10 2486,28 2632,09 3203,05 2517,60
2073(1800) 4360,67 2646,74 2800,48 4429а90
2173(19001 3554,76 2808,22 7v71 ill 3657,86
2273(2000) 4910,51 297035 3I42J6 5889.72
2373(2100) J5I86ML 3131.96 3169,77
2473(2200) 5464,20 3295,84 3487.44 4358,83 333821
о
vt?
45
Приложение 4
Степень черноты различных веществ
Наименование материала (,»С Степень черноты
Огнеупорные материалы: Динасовый кирпич Шамотный кирпич глазурованный Шамот Магнезитовый кирпич Садикатаый кирпич Карборунд Силиманитовый кирпич Металлы: Алюминий полированный Алюминий шероховатый Алюминий окисленный Вольфрам Железо электролитное полированное Железо Сварочное иодированное Железо окисленное Железо литое необработанное Латунь полированная Латунь прокатная Латунь, окисленная при 600 °C Латунь тусклая Медь полированная Медь, окисленная при 600 °C Медь, сильно окисленная Никель полированный Никель, окисленный при 600 °C Никелевая проволока Оцинкованное листовое железо (блестящее) Оцинкованное листовое железо окисленное Платина Ртуть чистая Свинец, окисленный при 200 °C Свинец нсокисленный Стальное литье полированное Сталь листовая блестящая Сталь, окисленная при 600 °C Сталь окисленная шероховатая Сталь нержавеющая после прокатки Сталь мягкая расплавленная Сталь хромоникелевая Серебро полированное 1100 1100 1230 S50CL 1230 1400 15^0 570 26 « 600 230-2230 230 200 200 500 1100 300 22 200-600 350 115 600 25 1220 300 \ 600 1000 25 25 25 1100 100 200 200 1000 50-1100 600 370 700 1800 500 370 0,8-0,85 . 0.75 0,59 9Э9 0.66 9,85 0,29 0,057 0,057 0.19 0,053-0,31 . 0,053 0,06 0,28 . 0,8 03- 0,03 0.06 0,6 0.22 0,023 ~ 0.55 0,78 0,12 0,08 0,11 0,186 0,05 0,228 0,276 0,17 0,12 0,63 0,07 0,55 ^0Д9) 0*45 0.28 0.35 0.03 ,
Окончание прил. 4
Наименование материала t,»C Степень черноты
Хромоникель 1035 0,76
Цинк окисленный 400 0,1»
Чугун полированный 200 0Д1
Чугун, окисленный при 600 °C 200-600 0,67-0,78
600 0,78
Чугунное литье 500 0,8
1000 0,95
Чугун шероховатый,сильно окисленный 250 0.95
Чугун расплавленный 1400 0.29
Прочие материалы:
Асбестовая бумага 370 0,95
Асбестовый картон 24 0,96
Г ипс 20 0,85
Штукатурка известковая 50 0,91
Кварц плавленный шероховатый 22 0,93
Уголь очищенный 600 0,8
Угольная нить 1400 0.55
Алюминиевая краска,нагретая до 325 °C 300 0,35
Масляные краски 100 0,35
47
Приложение 5
Теплофизические характеристики огнеупорных и теплоизоляционных материалов
Материал А ,Вт/(м*К) с, Дж/(кг‘К) p&r/M3 t.«C
Динас обычный 0,815+0,000671 870+0.1931 1900-206 1620
Динас высокоплотный , 1,58+0.000381 870+0,1931 2000-2100 1660
Шамот 0.7+0,000641 865+0.2101 1800-2000 1300
Шамот класса А 0,88+0,000231 865+0,2101 1800-1900 1350
Многошамотные изделия 1,04+0.000151 865+0,2101 2300-2800 1400
Каолин плотный 1.75+0,000861 865+0,2101 2400-2500 1400
Полукислые изделия 0.71 +0,000701 868+0, !90t 2350-2500 1430
Глиняный кирпич 0.465+0.00521 — 1600
Высокоглинозёмистый:
ВГО-45 0,84+0,000581 835+0,2501 2200 1550
ВГО-62 1.76+0,000231 835+0.2501 2400 1600
ВГО-72 1,76+0.000231 835+0,250t 2500 1700
Муллит и корунд на
глиняной связке 23+0,00181 795+0.2101 2700-2900 1500
Муллит литой 28-0.023* 835+O.2!Ot 3300 1700
Корунд литой 58-0,0291 880+0,210t 3800 1850
Магнезит 6,28-0,00271 1050+0.145t 2600-2800 1580
Смолодоломит *^6-0,000781 1000 2700-2850 1800
Торстерят обычный 1,63-0,000401 900+0,230» 2350-2500 1620
Тотстерит насадочный 4,23-0,00161 900+0,2101 2350-2500 1620
Шпинель 5,1-0,00351 880 2850-2900 1700
Тальк 1.0541.000311 677 2000 1350
Хромомагнезит 2,8-0,000871 920 2700-2850 1520
Магнезитохромит 4.1-0,00161 920 2800-2900 1500
Периклам низииелидные 4,17-0.001 И 920 3100-3150 1600
Графит:
20% С 3.7 835 1800-1900 2500
50% С 5,42 835 1800-1900 2500
Углерод 3,14+0,00211 — 1350-1650 2500
Огнеупорный бетой:
наполнитель шамот, динас 0,45 850 1850 1700
нап-тель хромит 1,97 при 400 °C
3,02 при 800 «С 850 2350 1770
Шлакобетон 0,7 800 1500
Шамот легковес 0,116+0.000161 960 400 1100
ШЛБ-0.4 0.116+0.000161 960 400 1100
ШЛБ-0,8 0.225+0,000221 960 800 1200
ШЛБ-1.0 0.314+0.000351 9641 1000 i3oo
ШЛБ-1,3 0.465+0.000381 960 1300 1300
48
Окончание прил. 5
Материал А ,Вт/(м*К) Ср Дж/(кг*К) pjcr/MJ t,eC
Динас легковес:
ДИЛ 1,0 0,29+0,000371 960 1000 1430
Высокоглииозёмитый легковес 0,7 960 1300-1350 1400
Корборундовый легковес 0,93-1,62 950 1400 1600
Диатомитовый кирпич 0,116+0,000151 920 500 —
Диатомит:
естественный. 0,163+0,000431. 920 444 I 000
молотый 0,091+0,000231! 920 400-500 900
Зонолит (вермикулит) 0,072+0,00026! 950 150-250 1100
Вермикулитовые плиты 0,081+0,000231 1000 250 600
Грепел сухой, порошок 0,105+0,000281 800 900 900
Асбестовый картон 0,157+0,000141 835 1000-1250 450
Асбозурит 0,162+0,000171 — 450 600
Пеношамот 0,28+0,000231 880 950 —-
0,10+0,0001451 850 600
Пенодинас 0,8 920 680 —
Ультралегковес 0,14-0,24 835 280 —
Пёноглинозём 1,65 920 960 —
Пенобстонные блоки 0,09941,122 — 400-500 850
Пеиодиатомит 0,093+0,000201 —- 230-430 —
Шлаковая вата марки 200 0,048+0,000141 1050 200 500
Минеральная вата 0,053+0,000181 920 125 600
Минеральный войлок 0,058-0,076 920 250-300 —
Каолиновая вата ВК 0.03+0.00021 870+0,2И 100 1100
Плиты из каолиновой ваты 0,12+0,00161 870+0211 400 1100
Плиты полужёсткие из
минеральной ваты . 0,05+0,00021 920 150 400
Перлит вспученный (засыпка) 0.06+0,0001161 920 150 900
Совелитовый порошок 0,1+0,0001161 920 500 500
(засыпка) -
49
50
Окончание прил. 6
*) Примечание. Стали квалифицированны следующим образом:
Углеродистые.
малоуглеродистые 0,05-0,2 % С;
среднеуглеродистые 0.2-0.6 % С;
высокоуглеродистые 0,6-1,3% С;
0,06-0,09%С; .
0,1-0,35% Мп;
2,5-3,0% Si;
Жаропрочные:
хромистые 11 -13% Сг;
хромоникелевые 15-25%Сг;
8-15%Ni;
Низколегированные:
хромистые 0,7-1,1% Сг;
марганцовистые 1,2-1,8% Мп;
хромокремнистые 1,3-1,6% Сг;
l,0-l^%Si;
кремнемарганцовистые 1,1 -1,4% St:
1,1-1,4% Мп;,
хромомолибденовые 0,8-1 ,3% Сг,
0,15-0,55% Мо
хромованадиевые 0,8-1,1%Сг;
0,i-0,2%V;
хромоникелевые 0,45-0,9% Сг,
I Д-З, 15% Ni;
L
3
5 I
I 1558 . N 1 511111
1 N : 1 , I ! 1 M mini;
t 1 Вй§ ! । i 1 §S 1 I I 1 I Sin и
8 i ! 1 1 1 1 i i | H I H 1 1 1 If 1 I
§ gS§§-i i too u> сч t~- §8Й 83 ! “ 98P , ,
s 8 И 1 it i t,10. яь 8Й 1 SS§S? »cn Illi
i 8 msti । ОЮ ->O« fcgr- 8^5 “S'" 8 о II |
P S 1 1 1'1 1 1 о 8Й 8g ISb§* eg 1 1 H
§ №3 : 1 О® ом, IJggg igs I3SP e-s*--d 1 1 1
8 8Й8;р । iooor~®oci SJ852 ®44o1‘I
° 5585858 “о®.".S'0.°.. 88P38SS ggsasas «u-orfejw-
1 9 г , rd. rd. ill biiiii lihiii Idiiii
| R ?5h« IP* i IIP ; r |j Hs
53
Приложение 9
Условные обозначения материалов
54 Приложение 10
Штамп условных обозначений материалов
Усхоахые обозквхекна материмо»
_______Шанот
_J_____ Линас
_______ Магнезит
_______ бетон
Железобетон
Металлы
55
СОДЕРЖАНИЕ
!. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ........................................ з
2. ВВЕДЕНИЕ............................:................... 4
з. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА...................................4
। Выбор топливосжигаюшего устройства и определение коэффициента
расхода воздуха........................... ‘............. 4
з ? Состав твердо) с и жидкого топлива..................... 6
з з Состав газообразного топлива ......................... 6
»4 Теплота сгорания топлива ................... ........... 7
з з Расчет горения жидкого и твердого топлива. ...7
34 Рас чет горения газообразно)о топлива. ... . 9
3 7 Составление материального баланса процесса горения. 10
з.8. Определение действительной и калориметрической температуры
горения................................................ ...11
< ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЕЧИ-14
4.1 .Общие положения...................„................. 14
4.2Определение размеров печей периодического и непрерывного
действия.....:............................................ 14
5. ГЕМПЕРДТУРНЫЙ.РеЖИ.М РАБОТЫ ПЕЗ.И И НАГРЕВА
МЕТАЛЛА...........................г...................... 16
5.1. Температурный режим нагрева металла........................ .16
5.2. Температурный режим работы печи..................... 16
6. РАСЧЕТ^.ТЕПЛООБ^ЕНА^РАБОЧЕ^ШШСТРАНСТВЕ ПЕЧИ..............18
б । Расчет теплообмена в печах постоянного действия..................18
6 2 Расчет тсатообмена в печах периодического действия
8 В В
’ । Расчет времени нагрева термически «тонких» тел
’ 2 Расчет времени нагрева термически «массивных» тел .23
РАСХОДА ТОПЛИВА—~..............:..........................28
8.1. Общие положения..................................... 28
8.2. Статьи приходной части теплового баланса печи постоянного
действия...................... .29
я з Статьи расходной части теплового баланса печи постоянного
действия 29
ат Статьи теплового баланса печи периодически) о дейст вия 31
я 5 Основные теплотехнические показатели работы печи .. . 33
» ВЫБОР ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИХ УСТРОЙСТВ 34
в । Выбор горелок и радиантных тр\б 34
> ’ Выбор форсунок . .35
о РАСЧЕТ УСТРОЙСТВ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ
ГАЗОВ 35
67 0804342 Институт нефти и газа Андрианов Никита Александрович 190204.65 I
68 0802503 Институт нефти и газа Г ородецких Олеся Владимировна 190204.65 |
69 0804345 Институт нефти и газа Гущин Тимофей Владимирович 1902СХ
70 0802490 Институт нефти и газа Данилов Илья Витальевич 190204 -•"
71 0802444 Институт нефти и газа Жучков Сергей Олегович 190204 ТТсТТТ
72 0802453 Институт нефти и газа Калинин Евгений Дмитриевич 19020г' :===
73 0804339 Институт нефти и газа Карпов Игорь Сергеевич 19ОД04.
74 0804334 Институт нефти и газа Клещенок Светлана Евгеньевна 190204. ==
75 0805564 Институт нефти и газа Кошигин Дмитрий Сергеевич 190204. ИВ®
76 0804340 Институт нефти и газа Куликов Сергей Викторович 190204.!
77 0802442 Институт нефти и газа Кучерук Ксения Сергеевна 190204.6~
78 0802427 Институт нефти и газа Лысая Мария Сергеевна 190204.65
79 0804346 Институт нефти и газа Ляпин Дмитрий Николаевич 190204.65
80 0802481 Институт нефти и газа Николаев Егор Аркадьевич 190204.65
81 0802443 Институт нефти и газа Рябинин Александр Александрович 19020465
82 0802456 Институт нефти и газа Синкевич Илья Вячеславович » 199204.65;
83 0802431 Институт нефти и газа Стуликова Юлия Александровна 190204.65
84 0802452 Институт нефти и газа Третьяков Александр Александрович 190204.65
85 0802470 Институт нефти и газа Чешев Евгений Валентинович 190204.65
86 0802469 Институт нефти и газа Артюк Павел Андреевич 190205.65
87 0802474 Институт нефти и газа Бири'х Руслан Александрович 190205.65
88 0802465 Институт нефти и газа Бирюков Алексей Иванович 190205.65
89 0805569 Институт нефти и газа Гура Валентин Вадимович 190205-65
90 0802460 Институт нефти и газа Евглевский Андрей Геннадьевич 190205.65
91 0806155 Институт нефти и газа Исаев Илья Александрович * 190205.65 1
92 0802466 Институт нефти и газа Кирсахин Федор Валерьевич 190205.65
93 0804330 Институт нефти и газа Королевич .Александр Владимирович 190205.65
94 0803255 Институг нефти и газа Крупенёв Дмитрий Вячеславович 190205.65
95 0804343 Институ' нефти и газа Куркин Виталий Андреевич 190205.65
96 0802448 1нститу-.- нефти и газа Макаренко Артем Олегович 190205.65
.‘-СТ>гут-^фтм и газа (Лемеркин (Дмитрий jВасильевич 190205.65 ।
9E —
1010403
екаП»лн’«’‘вТ*вСК