Тепловые расчеты нагревательных печей - Учебное пособие

Министерство образования Российской Федерации Магнитогорский государственный технический университет им. Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособияТепловые агрегаты широко применяют в различных отраслях науки и техники. Учитывая большую потребность в методических материалах при выполнении расчетно-графических работ и курсовых заданий, пособие включает не только теоретический материал, но и содержит достаточный объем справочных данных, что позволит широко применять его для курсового и дипломного проектирования.Тепловой баланс печи строится на материальных балансах процесса горения топлива и технологического процесса. Баланс процесса горения дает основу для определения выхода и состава продуктов горения. Материальный баланс технологического процесса через тепловые эффекты технологических реакций позволяет определить затраты теплоты на реализацию самого процесса.В основе теплового баланса металлургической печи лежит общий закон сохранения энергии и материи. Анализ теплового баланса позволяет дать обоснованную оценку степени совершенства работы действующего агрегата, установить основные показатели работы печи (коэффициент полезного действия, коэффициент использования топлива и другие тепловые характеристики), определить направление реконструкции печи или пути улучшения ее теплового режима. Поэтому прежде, чем приступить к составлению теплового баланса, необходимо изучить особенности конструкции печи, технологического процесса. Тепловой баланс может быть составлен: - для рабочего пространства; Для непрерывно действующих печей тепловой баланс составляется на единицу времени, размерность каждого слагаемого в этом случае Ватт.Рассмотрим физическую сущность каждой статьи приходной части теплового баланса, представленной слагаемыми записанных уравнений.Эта статья соответствует основному источнику тепловой энергии (КВТ), обеспечивающему технологическую обработку материалов.

. (1.5)Подогретый воздух в топливных печах может удовлетворить до 40 % потребности в теплоте, расходуемой на процесс, и тем самым уменьшить количество теплоты, получаемой за счет сгорания топлива. В конечном итоге благодаря подогреву воздуха удается снизить как общий, так и удельный расходы топлива. Подогрев воздуха осуществляется в теплообменниках-рекуператорах или регенераторах за счет теплоты уходящих из печи газов. Количество теплоты (КВТ), определяемое этой статьей баланса, зависит от расхода воздуха на единицу сжигаемого топлива Ln, теплоемкости воздуха ср, температуры его подогрева тв: , (1.6) где В - расход топлива, м3/с;Теплота топлива - обычно газообразного - позволяет снизить расходы топлива на процесс, поднять температуры в печи. Необходимо заметить, что значимость этой статьи больше для относительно бедных горючих газов и увеличивается с ростом температуры подогрева топлива тт и его теплоемкости ст.Учет этой статьи необходим, когда в печь загружаются подогретые или неостывшие материалы. В первой печи материал нагревается до 700-900 °С, а во второй до 1200 °С. Количество теплоты (КВТ), которое вносят нагретые материалы в печь, будет определяться их количеством, теплоемкостью и температурой, с которой загружаются материалы.Эту теплоту необходимо учитывать, когда в металле или материале развиваются химические реакции, идущие с выделением теплоты, - экзотермические. Реакция окисления металла протекает с положительным тепловым эффектом 5650 КДЖ/кгРасходная часть теплового баланса топливных печей, описываемая уравнением (1.3), включает статьи, определяемые затратами теплоты как на полезный технологический процесс, так и на сопутствующие непроизводительные потери.Данная статья расходной части баланса характеризует количество теплоты (КВТ), которое заключено в материале в конце тепловой обработки при выдаче его из печи -теплоемкость технологического продукта при конечной температуре продукта, КДЖ/кг•К;Величина потерь (КВТ) определяется расходом топлива В, выходом продуктов сгорания на единицу сжигаемого топлива Vn, теплоемкостью продуктов сгорания , температурой покидающих печь газов тух (продуктов сгорания) и рассчитывается по формуле Для печей, работающих по методическому режиму и имеющих относительно низкую (700…900°С) температуру уходящих газов, потери составляют 30 - 40 % от общего прихода теплоты. Наибольшие тепловые потери этого вида приходятся на печи, работающие по камерному режиму. Значительного снижения потерь с уходящими газами можно добиться, если в комплексе печи предусмотреть использование теплоты (рекуперацию) этих газов путем установки между рабочим пространством печи и дымовой трубой теплообменного аппарата.Потери теплоты с охлаждающей водой связаны с необходимостью принудительного охлаждения некоторых элементов печи, эксплуатирующихся при высоких температурах. В металлургических печах охлаждению подвергаются отбойники, балки окон загрузки и выгрузки металла, пятовые балки и др.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

1. Тепловой баланс нагревательных печей

1.1 Тепловой баланс печи непрерывного действия

1.2 Приходные статьи теплового баланса

1.2.1 Химическая теплота горения топлива

1.2.2 Теплота, вносимая подогретым воздухом

1.2.3 Теплота, вносимая подогретым топливом

1.2.4 Теплота, вносимая подогретыми материалами

1.2.5 Теплота экзотермических реакций

1.3 Расходные статьи теплового баланса

1.3.1 Теплота технологического продукта

1.3.2 Теплота, уносимая уходящими газами

1.3.3 Потери теплоты с охлаждающей жидкостью

1.3.4 Потери теплоты с технологическими отходами

1.3.5 Потери теплоты в окружающую среду

1.3.5.1 Потери теплоты через кладку печи

1.3.5.2 Потери теплоты через окна и щели

1.3.5.3 Потери теплоты, затраченной на нагрев тары

1.3.5.4 Потери теплоты, затраченной на нагрев оборудования

1.3.6 Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива

1.3.7 Потери теплоты от механической неполноты сгорания

1.3.8 Неучтенные потери в рабочем пространстве

1.4 Тепловой баланс печи периодического действия

1.5 Зональный тепловой баланс

Библиографический список к п.1

2. Теплоиспользующие устройства

2.1 Основные положения и уравнения теплового расчета

2.2 Средний температурный напор

2.3 Коэффициент теплопередачи

2.4 Расчет конечных температур теплоносителей

2.5 Расчет температур поверхности теплообмена

Библиографический список к п.2

3. Топливосжигающие устройства

3.1 Газовые горелки

3.1.1 Горелки без предварительного смешения газа и воздуха (пламенные)

3.1.2 Горелки с частичным предварительным смешением газа и воздуха

3.1.3 Горелки с полным предварительным смешением газа и воздуха (беспламенные)

3.1.4 Горелки с неполным предварительным смешением газа и воздуха

3.2 Расчет газовых горелок

3.2.1 Выбор горелок типа "труба в трубе"

3.2.2 Выбор турбулентных горелок

3.2.3 Выбор плоскопламенных горелок

3.2.4 Выбор инжекционных горелок

Библиографический список к п.3

4. Газодинамические расчеты газовоздушных трактов

4.1 Уравнение Бернулли и его сущность

4.2 Потери давления при движении жидкости в каналах и трубах

4.2.1 Общие методические указания о расчете потерь давления

4.2.2 Потери давления на трение

4.2.3 Потери давления на местных сопротивлениях

4.2.4 Потери давления на преодоление геометрического давления

4.3 Выбор оптимальных скоростей потоков

4.4 Учет подсосов и снижения температуры отходящих газов по дымовому тракту

4.5 Методические указания и расчет дымовой трубы

Библиографический список к п.4