Выполняем конструктивную разработку печи. В данном примере расчета это сделать не возможно. При составлении теплового баланса печи приходилось отпускать некоторые статьи расхода тепла, не превышающие 5% всего расхода.
Приход тепла:
тепло от сжигания топлива:
,
где В - искомый расход топлива, м/ч3
тепло, вносимое подогретым воздухом:
тепло экзотермических реакций (примем угар 1%, теплота сгорания железе 5650кДж/кг)
Расход тепла:
При составлении теплового баланса опущены следующие статьи расхода:
А) потери тепла излучением через открытые окна;
Б) потери от химической неполноты сгорания;
В) потери от механической неполноты сгорания.
1. тепло, затрачиваемое на нагрев металла:
при 
2. тепло, уносимое уходящими газами. Определим теплоемкость дымовых газов при tух =8000С;
3. потери тепла через кладку теплопроводностью.
Потери через свод
Толщина свода 0,3 м, материал шамот. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна температуре газов.
Средняя температура в печи:
Если считать, что температура наружной поверхности кладки около 500С, то средняя температура огнеупорного материала свода ~5900C.
По этой температуре выбираем коэффициент теплопроводности шамотного материала:
Таким образом, потери через свод составляют:
где α – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стен к окружающему воздуху, равный 71,2 кДж/(м2*ч*0С)
Потери через стены. Кладка стен выполнена двухслойной (шамот 345 мм, диатомит 115 мм)
Площадь стен, м2:
Методической зоны
Сварочной зоны
Томильной зоны
Торцевых
Полная площадь стен 162,73 м2
При линейном распределении температуры по толщине стены средняя температура шамота будет равна 5500С, а диатомита 1500С.
Следовательно.
Полные потери через кладку
4. Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равным 10% Qх прихода, то есть Qх+Qр
5. Неучтенные потери принимаем в размере 15% Q прихода тепла
Составим уравнение теплового баланса печи
Тепловой баланс печи сведем в табл.1; 2
Таблица 1
| Приход, к, Дж/ч | % |
1. Тепло, получаемое от сгорания топлива
| 81,4 |
2. Тепло, вносимое подогретым воздухом
| 13,45 |
3. Тепло экзотермических реакций
| 5,06 |
Итого: 
|
Таблица 2
| Расход кДж/ч | % |
Тепло затрачиваемое на нагрев металла
| |
тепло уходящих газов
| |
потери через кладку
| 1,9 |
потери с охлаждающей водой
| 6,7 |
неучтенные потери
| 10,6 |
Итого: 
|
Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла составит
Выбор и расчет горелок
Принимаем, что в печи установлены горелки типа «труба в трубе».
В сварочных зонах 16 штук, в томильной 4шт. общее количество горелок 20шт. Определим расчетное количество воздуха приходящее на одну горелку.
где,
Vв - часовой расход воздуха;
ТВ - 400+273=673 К - температура подогрева воздуха;
N – количество горелок.
Давление воздуха перед горелкой принимаем 2,0 кПа. Следует что, требуемый расход воздуха обеспечивает горелка ДБВ 225.
Определим расчетное количество газа на одну горелку;
Где,
VГ =В=2667 часовой расход топлива;
ТГ =50+273=323 К - температура газа;
N – количество горелок.
Расчет рекуператора
Для подогрева воздуха проектируем металлический петлевой рекуператор из труб диаметром 57/49,5 мм с коридорным расположением их шагом
Исходные данные для расчета:
Часовой расход топлива В=2667 кДж/ч;
Расход воздуха на 1 м3 топлива Lα = 13,08 м3/м3;
Количество продуктов сгорания от 1 м3 горючего газа Vα =13,89 м3/м3;
Температура подогрева воздуха tв = 4000С;
Температура уходящих газов из печи tух=8000С.
Расчет:
Часовой расход воздуха:
Часовой выход дыма:
Часовое количество дыма, проходящего через рекуператор с учетом потерь дыма на выбивание и через обводной шибер и подсоса воздуха.
Коэффициент m, учитывая потери дыма, принимаем 0,7.
Коэффициент 
, учитывающий подсос воздуха в боровах, примем 0,1.
Температура дыма перед рекуператором с учетом подсоса воздуха;
,
где iух – теплосодержание уходящих газов при tух=8000С
Этому теплосодержанию соответствует температура дыма tД=7500С. (см. Рис.67(3))
5. Температура дыма за рекуператором
Где 
- теплосодержание воздуха при tВ=4000С;
- теплосодержание холодного воздуха
- коэффициент, учитывающий тепловые потери рекуператора в окружающую среду равный 0,9.
Этому теплосодержанию соответствует температура дыма tД=4400С.
Среднелогарифмический напор
коэффициент теплопередачи в рекуператоре
где, α` - коэффициент теплопередачи на дымовой стороне;
α`` - то же, на воздушной стороне, 
где, 
- коэффициент теплоотдачи излучением,
- коэффициент теплоотдачи конвекцией.
Определим эффективную толщину газового слоя S
Средняя температура дыма в рекуператоре
При tД=5950С, S=0, 193 и αизл=9 Вт/(м2град)
Величина 
определяется по формуле
где, С=1+0,1*Х1/d=1+0,1*2=1,2
принимаем скорость дыма 
Общий коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне
Коэффициент теплоотдачи на воздушной стороне
Средняя температура воздуха
Принимаем скорость воздуха 
Коэффициент теплопередачи
Поверхность нагрева рекуператора;
Произведем компоновку редуктора
Число U образных элементов
Средняя поверхность нагрева одного трубного элемента
Средняя длина одного трубного элемента
Число труб в ряду перпендикулярные движению дыма
Число труб по ходу дыма в каждой секции рекуператора
Ширина рекуператора равна
Определим радиус Rср трубы длиной Lср.
По счету она будет 8, тогда
Следовательно, высота рекуператора равна
Длина рекуператора равна
Расчет дымового тракта
Исходные данные для расчета:
1. Количество продуктов реакции горения тракта VД = 37044 м3/ч
2. Плотность дымовых газов PД=1,24 кг/м3
3. Размеры рабочего пространства в конце печи 4,86 х 1,3 м
4. Температура дыма в конце печи 1073К
5. Температура дыма в вертикальных каналах 
6. Падение температуры дыма в рекуператоре складывается из потерь:
А) на трение;
Б) на местных сопротивлениях;
В) на преодоление геометрического напора (разряжение)
Схема дымового тракта рис.2.
Скорость движения дымовых газов в конце печи с четом уменьшения сечения рабочего пространства печи за счет нагревающихся заготовок, толщиной а=0,37 м, составит:
Скорость движения в вертикальных каналах принимаем равной 
Тогда площадь сечения каждого канала
где, n=6 число вертикальных каналов.
Размеры вертикальных каналов принимаем следующими:
а=0,9 м; b=0,9 м
Fверт= аb=0,9*,09=,81 м2
И высота Hверт= 3 м; тогда приведенный диаметр равен
Потери давления на трение составляют:
Где для кирпичных каналов 
средняя температура в канале.
Потери давления в канале при повороте из печи в вертикальные каналы на 900 с сужением.
Для случая 
из рис.91(5) 
Потери на преодоление геометрического давления составляют:
Суммарные потери давления в вертикальных каналах:
Определим потери давления при движении дымовых газов от вертикальных каналов до рекуператора, которые складываются из потерь при повороте на 900 с изменением сечения при входе в боров, потерь на трение и поворот на 900 в борове без изменения сечения, то есть:
Скорость движения дыма в борове принимаем 
Сечение борова
Высоту борова принимаем равной h=2м. Ширина борова
Приведенный диаметр борова
Потери давления при входе в боров
Где, 
для случая 
Принимаем падение температуры дыма 2К на 1 м длины борова. При длине борова от вертикальных каналов до рекуператора 11м, падение температуры дыма равно 22К. Температура дыма перед рекуператором составляет:
Средняя температура дыма в борове
Потери давления на трение
Потери давления при повороте борова на 900
Где, 
для случая (см. приложение V,6)
Суммарные потери давления на участке от вертикальных каналов до рекуператора составят:
Потери в рекуператоре складываются из потерь при внезапном расширении на входе в камеру рекуператора, потерь при внезапном сужении при выходе из камеры рекуператора и потерь давления при поперечном омывании дымом коридорного пучка труб.
Размеры камеры для установки рекуператора равны:
Наружный диаметр труб составляет:
Температура дыма на выходе в рекуператор 
на выходе:
Скорость движения дыма в рекуператоре принимаем равной, 
:
Число рядов труб по ходу дыма n=2*15=30 шт.
Потери давления при внезапном расширении (изменении скорости) при входе в рекуператор
Где, 
для случая (см. приложение V,6) 
При поперечном омывании дымом коридорного пучка труб
Где: 
n=30 число труб по ходу дыма
α=0,11; β=1,0 коэффициенты, определяемые по рис112(5)
х1=2d; х2=2d шаг пучка труб перпендикулярно и по ходу дыма соответственно.
Потери давления при сужении на выходе из камеры рекуператора в боров
Где, 
для случая (см. приложение V,6) 
Скорость движения дыма в камере рекуператора за трубами составляет:
Потери давления в рекуператоре составляют:
Определим потери давления на участке от рекуператора до шибера.
Принимаем падение температуры дыма на этом отрезке 1,5К на 1 м длины борова (длина борова 6 м). Тогда средняя температура на этом участке составит:
При этом же сечении борова, что и до рекуператора, потери на трение составляют:
Общие потери давления при движении продуктов сгорания от рабочего пространства до шибера составляют:
Рис.2 Схема дымового тракта методической печи: l-печь; 2-вертикальные каналы; 3-рекуператор; 4-боров; 5-шибер; 6 - труба дымовая.
Расчет дымовой трубы
Определим высоту дымовой трубы, предназначенной для удаления продуктов сгорания из методической нагревательной печи. Общая потеря давления при движении дымовых газов.
Температура дыма перед трубой ТГ1=704К.
Плотность дымовых газов РГО=1,24.
Температура окружающего воздуха ТВ=293К
Количество продуктов сгорания, проходящих через трубу:
Найдем площадь сечения устья трубы, принимая скорость движения дыма в устье равным 
Диаметр устья трубы
Диаметр основания трубы находим из соответствия
то есть 
Скорость движения дымовых газов в основании трубы составляет:
Действительное разряжение, создаваемое трубой должно быть на 50-60%
больше потерь давления дымовых газов, то есть
Определим температуру газов в устье трубы, для чего ориентировочно принимаем по графику(рис.3) высоту дымовой трубы Н= 50м.
Падение температуры для кирпичной трубы принимаем равной 1,0-1,5К на
1 м высоты трубы:
Тогда температура газов в устье трубы равна:
Средняя температура газа составит:
Средний диаметр трубы составляет:
Тогда: 
Средняя скорость движения дымовых газов в трубе составляет:
Определение высоты дымовой трубы.
Коэффициент трения 
для кирпичных труб примем равным 
Выбор вентилятора
Для вентилятора воспользуемся таблицей выбора вентиляторов рис.8ст.50(6).
По характеристикам, соответствующим параметрам печи (часовым расходом воздуха Vв=2667 м3/ч и давлением перед горелками 4кПа) выбираем вентилятор ВВД-5 с клиноременной передачей.