Исходные данные
для расчета: на входе в рекуператор =0оС, на выходе =450оС. Температура дыма
на входе в рекуператор =1050оС.
Расход газа на отопление печи =5,46 м3/с. Расход воздуха на
горение топлива м3/с.
Количество дымовых газов на входе в рекуператор м3/с. Состав дымовых газов 10,6 %
СО2; 16,8 % Н2О; 0,8 % О2 и 71,8 % N2.
Выбираем
керамический блочный рекуператор. Материал блоков – шамот, марка кирпича Б-4 и
Б-6. Величину утечки воздуха в дымовые каналы принимаем равной 10 %. Тогда в
рекуператор необходимо подать следующее количество воздуха 29,8/0,9=33,1 м3/с.
Количество
потерянного в рекуператоре воздуха
м3/с.
Среднее
количество воздуха
м3/с.
Количество
дымовых газов, покидающих рекуператор (с учетом утечки воздуха) равно
м3/с.
Среднее
количество дымовых газов
м3/с.
Зададим
температуру дымовых газов на выходе из рекуператора =650оС. При этой
температуре теплоемкость дымовых газов
,
_____________________________
=1462 кДж/(м3.К)
Теплоемкость дыма
на входе в рекуператор (=1050оС)
_____________________________
=1,538 кДж/(м3.К)
Теперь , где =1,3583 кДж/(м3.К) – теплоемкость
воздуха при =650оС.
Решая это
уравнение относительно ,
получим =651,3оС651оС.
В принятой
конструкции рекуператора схема движения теплоносителей – перекрестный ток.
Определяем среднелогарифмическую разность температур для противоточной схемы
движения теплоносителей
;
о.
Найдя поправочные
коэффициенты
и ,
, тогда оС.
Для определения
суммарного коэффициента теплопередачи примем среднюю скорость движения дымовых
газов =1,2 м/с,
среднюю скорость движения воздуха =1,5 м/с.
Учитывая, что
эквивалентный диаметр воздушных каналов равен =0,055 м =55 мм, находим значение коэффициента
теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне
=14 Вт/(м2.К).
Учитывая
шероховатость стен, получим
Вт/(м2.К).
Коэффициент
теплоотдачи на дымовой стороне находим по формуле
.
Учитывая, что
гидравлический диаметр канала, по которому движутся дымовые газы равен =0,21 м, находим
коэффициент теплоотдачи конвекцией на дымовой стороне
=6,4 Вт/(м2.К),
или с учетом
шероховатости стен
Вт(м2.К).
Величину
коэффициента теплоотдачи излучением на дымовой стороне определяем для средней
температуры дымовых газов в рекуператоре, равной оС.
Среднюю
температуру стенок рекуператора принимаем равной
оС.
Эффективная длина
луча в канале равна
м.
При =850,5оС находим
=0,05; =0,035; =1,06.
.
При =537,75оС
.
Учитывая, что при
степени черноты стен рекуператора , их эффективная степень черноты равна , находим коэффициент
теплоотдачи излучением
Вт/(м2.К).
Суммарный
коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне равен
Вт/(м2.К).
При температуре
стенки =537,75оС
коэффициент теплопроводности шамота равен
Вт/(м.К)
С учетом толщины
стенки элемента рекуператора =0,019 м находим суммарный коэффициент
теплопередачи по формуле
Вт/(м2.К),
где и – соответственно основная поверхность
теплообмена и оребренная, м2.
При
Вт/(м2.К).
Определяем
поверхность нагрева и основные размеры рекуператора. Количество тепла,
передаваемого через поверхность теплообмена, равно
кВт.
По следующей
формуле находим величину поверхности нагрева рекуператора
м2.
Так как удельная
поверхность нагрева рекуператора, выполненного из кирпичей Б=4 и Б=6, равна =10,3 м2/м3,
можно найти объем рекуператора
м3.
Необходимая
площадь сечений для прохода дыма равна
м2.
Учитывая, что
площадь дымовых каналов составляет 44 % общей площади вертикального сечения
рекуператора, найдем величину последнего
м2.
Принимая ширину
рекуператора равной ширине печи, т. е. =10,9 м, находим высоту рекуператора
м.
Длина
рекуператора
м.
2.6 Выбор горелок
В многозонных
методических печах подводимая тепловая мощность (а следовательно, и
расход топлива) распределяется по зонам печи следующим образом: в верхних
сварочных зонах по 18 – 22%; в нижних сварочных зонах по 20 – 25% и в томильной
зоне 12 – 18%.
Распределяя расход топлива по зонам пропорционально тепловой мощности,
получим: верхние сварочные зоны по 1,09 м3/с; нижние сварочные зоны
по 1,23 м3/с, томильная зона 0,82 м3/с.
Плотность газа 1,0 кг/м3, расход воздуха при коэффициенте
расхода п=1,05 равен 5,46 м3/м3 газа.
Пропускная способность горелок по воздуху: верхние сварочные зоны м3/с; нижние
сварочные зоны м3/с;
томильная зона м3/с.
Расчетное количество воздуха определяем по формуле:
;
верхние сварочные зоны
м3/с;
нижние сварочные зоны
м3/с;
томильная зона
м3/с.
Заключение
Технико-экономическая оценка работы
методических печей
Широкое применение методических толкательных печей вызвано тем, что эти
печи обеспечивают достаточно высокую производительность при невысоком удельном
расходе топлива, а также обеспечивают высокий коэффициент использования тепла в
рабочем пространстве. Это объясняется наличием методической зоны.
Применение глиссажных труб с рейтерами повышает равномерность нагрева
металла (без царапин и холодных пятен) и создает предпосылки для увеличения
ширины и длины печи.
Однако все методические печи толкательного типа имеют недостатки,
обусловленные невозможностью быстрой выгрузки металла из печи и трудностями
перехода от нагрева слябов одного размера к нагреву слябов другого размера. Эти
проблемы могут быть решены только при использовании методических печей с
шагающим подом.
Список
использованных источников
1 Кривандин В.А.
Металлургические печи / В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. – Москва:
Металлургия, 1962 г. – 461 с.
2 Кривандин В.А.
Теория, конструкции и расчеты металлургических печей – 2 том / В.А. Кривандин;
профессор, доктор техн. наук. – Москва: Металлургия, 1986 г. – 212 с.
3 Телегин А. С.
Лебедев Н. С. Конструкции и расчет нагревательных устройств – 2-е издание
переработанное и дополненное . Москва: Машиностроение, 1975 г. – 170 с.