ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА.

 

5.1. Приходные статьи баланса:

5.1.1. Химическая теплота топлива

= 28640*B=28640*B [кВт],

где В – неиз­вестный пока расход топлива, м³/с или кг/с; – низшая теплота сгорания топлива, кДж/м³ или кДж/кг.

 

5.1.2. Тепло вносимое подогретым воздухом

=8*1,3*20*B=208*B [кВт],

где – действительный расход воздуха на единицу топлива, м³/м³ или м³/кг; С_в – теплоемкость воздуха, Дж/(м³°С); – температура подогретого воздуха.

5.1.3. Тепло от экзотермической реакции горения железа

=5650*0,1246*0,02=14,08 [кВт],

где G – секундная весовая производительность, кг/с; а – угар стали, %. Для камерных кузнечных печей а = 0,02…0,03 %; Принимаем а = 0,02; q = 5650 кДж/кг – количество тепла получаемое при окислении 1 кг железа.

5.2. Расходные статьи баланса:

5.2.1. Тепло затрачиваемое на нагрев стали.

= 0,1246*0,695*(1250-20)=106,5 [кВт],

где C – средняя теплоемкость металла, Дж/(кг∙°С); t_к и t_н – конеч­ная и начальная температура металла, °С.

 

5.2.2. Потери тепла с уходящими газами

=1,05*9*1,5855*1250*B=18728,72*B [кВт],

где V_α – объем газов на единицу то­плива, м³/м³ или м³/кг; С_пг =1,5855, средняя теплоемкость продуктов сго­рания, кДж/(м^3сС); t_пг температура газов, уходящих из печи, °С.

5.2.3. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива

=28640*0,02*B=572,8*B [кВт],

где - коэффициент неполноты сгорания, =0,02

5.2.4. Потери тепла через кладку, открытое окно и неучтенные потери

1) Теплопроводности используемых материалов имеют следующие значения,

шамот

хромомагнезит

диатомитовый кирпич

Значения теплопроводностей слоев необходимо выбрать по средним температурам, которые можно вычислить по следующим формулам:

Двухслойная кладка:

Средняя температура внутреннего слоя: =0,5*(1250+20)=635

наружного слоя =0,5*(635+20)=327,5

где - температура окружающего воздуха (принимаем =20 ), - температура рабочего пространства печи.

Тогда теплопроводности слоев:

шамот =1,04+1,51*10^-4*635=1,13

диатомитовый кирпич =0,16+3,15*10^-4*327,5=0,26

Трехслойная кладка:

Средняя температура внутреннего слоя: = 0.5*(1250+635)=942,5

промежуточного слоя =0.5*(1250+20)=635

наружного слоя =0.5*(635+20)=327,5

где - температура окружающего воздуха (принимаем =20 ), - температура рабочего пространства печи.

шамот =1,04+1,51*10^-4*635=1,13

диатомитовый кирпич =0,16+3,15*10^-4*327,5=0,26

хромомагнезит :=7.2-4.2*10^-3*942,5=3,25

2) Суммы тепловых сопротивлений отдельных частей кладки :

под: =

= 0,115/0,26+0,23/1,13+0,06/3,25 =0,65

где , , - толщины слоев пода, а , , - соответствующие им теплопроводности

свод: =0,115/0,26+0,23/1,13=0,64

где , - толщины слоев свода, а , - соответствующие им теплопроводности

стены: =0,115/0,26+0,23/1,13=0,64

где , - толщины слоев стен, а , - соответствующие им теплопроводности

3) Площади наружных поверхностей, м²:

передняя и задняя стены: =1,54*1,43=2,2

торцевые стены: =1,43*1,54=2,02

свод: =1,54*1,54=2,37

под: =1,54*1,54=2,37

где , , - наружные размеры печи

4) Коэффициенты теплоотдачи для наружных поверхностей кладки :

Свода – 35

Стен – 25

Пода – 15

5) Тепловые потери кладкой в окружающее пространство

Для вычисления потерь воспользуемся следующей формулой:

, где t_П и t_в – соответственно температура газов в печи и окружа­ющего ее воздуха, ⁰С; F – наружная поверхность кладки, м²; и – коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м²∙°С); λ_i – теплопро­водность i-го слоя, Вт/(м∙°С); s_i – толщина слоя, м.; - тепловое сопротивление теплоотдачи от газов к внутренней поверхности кладки, принимаем равным 1/348 = 0,003

Потери сводом:

=(1230*2,37)/(0,003+0,64+0,02)=4396,83 Вт

Потери подом:

=(1230*2,37)/(0,003+0,65+0,06)=4088,5 Вт

Потери торцевыми стенами:

=(1230*2,2)/(0,003+0,64+0,04)=3961,93 Вт

Потери передней и задней стенами:

=(1230*2,2)/(0,003+0,64+0,04)=3961,93 Вт

Суммарные потери кладкой:

=4396,83 +4088,5+7923,86+7923,86= 24333,05 Вт

6) Потери тепла через открытое окно:

,

где - время открытия окна, =0,3178*0,3=0,09534

=0,35*0,56=0,196 - площадь отверстия;

- коэффициент излучения абсолютно черного тела = 5,7 Вт/(м∙°С);

- коэффициент диафрагмирования

=(1+0,374)/2=0,687

где - угловой коэффициент с поверхности F₁ на F₂,

=0,2038/(0,2038+0,34)=0,374

где L – эквивалентный размер полости окна,

=0,18768/0,9208=0,2038

где a, b, s – высота, ширина и толщина окна соответственно

=5,7*69312,65*0,196*0,095*0,687=5053,86 Вт

 

7) Прочие потери:

Неучтенные потери принимаем равными 5% от потерь тепла кладкой в окружающее пространство

=(24333,05+5053,86)*0,05=1469,35 Вт

Тогда, потери тепла через кладку, открытое окно и прочие потери:

=24333,05+5053,86+1469,35=30856,26 Вт

7.3 Уравнение теплового баланса:

28640*B+14,08+208*B=106,5+18728,72*B+572,8*B+30,86

Решаем уравнение и находим B – расход топлива:

B=(30,86+106,5-14,08)/(28640+208-18728,72-572,8)= 123,28/9546,48 =0,01291366032296720885603 [кг/с] =46,49 [кг/ч]

 

Вычисляем значения отдельных статей баланса (, , , ), связанных с расходом топлива В.

=28640*0,01291366032296720885603=369,85 кВт

=208*0,01291366032296720885603=2,66 кВт

=18728,72*0,01291366032296720885603=241,86 кВт

=572,8*0,01291366032296720885603=7,4 кВт

Полученные результаты записываем в таблицу:

 

Статьи прихода теплоты	Числовое значение	Статьи расхода теплоты	Числовое значение
кВт	%	кВт	%
Химическая теплота топлива Физическая теплота воздуха Теплота экзотермиче­ской реакции	369,85   2,66   14,08	86,73   3,8211   9,4483	На нагрев стали С дымовыми газами С химическим недожогом Потери через кладку, открытое окно и прочие потери	106,5 241,86 7,4 30,86	31,2568 60,0226 1,7356 6,984
Всего:	386,59		Всего:	386,62