Нагревательные печи прокатных цехов

Определим площадь пода

F=B×L=10,5×88,55=930м²

Высоту всех зон оставляем  прежней Н=1м.

Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева.

Длинна методической зоны

 

Длинна сварочной зоны

Длинна томильной зоны

     Принимаем, что свод печи сделан из Шамота класса А, толщиной 300 мм. Стены имеют толщину 460 мм, причём слой шамота составляет 345 мм и слой тепловой изоляции (диатомитовый кирпич)115 мм. Под печи двухслойный из высокоглиноземистого кирпича, толщиной 460 мм.

      Распределение  температур металла кладки и  продуктов сгорания по длине печи представлено на рис. 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Распределение  температур по длине печи.

 

 

 

4. Тепловой баланс печи.

Томильная зона

Теплота горения топлива.

Q^т_хим=Q^н_р×В_т=34822,3×1,713= 59650,6 кВт

Окислением металла  пренебрегаем

Расход тепла 

Расход тепла затраченный  на нагрев металла:

i^кон_м=826кКДж/кг при t_том^нач=1206,7^оС

i^нач_м=778 кДж/кг при t_том^кон=1135,9^оС

Тепло уносимое продуктами сгорания в зоне теплообмена при t^’’_ф=1580^оC

Q^т_ух=В_т×V_д×I_д= В_т×10,948×2328=1,713×10,948×2328= 43659кВт

Энтальпия продуктов  сгорания при t^’’_ф=1580^оC

СО₂…0,0894×3437,9=302,9

Н₂О…0,1781×2671,13=480,5

О₂…0,0172×2230,04=37,7

N₂…0,7151×2107,27=1506,9

i_д¹⁵⁸⁰=2328 кДж/м³

Потери тепла теплопроводностью  через футеровку

Свод:

t_к=1293,3^oC – температура внутренней поверхности.

Примем температуру  окружающей среды t_ок=30^оС

t_нар=250^oС.

Площадь свода с учетом толщины стен

F_т=B×L_т=(10,5+2×0,46)×35,6=406,6 м²

d=0,3 м – толщина.

Средняя температура  шамотного слоя

0,5×(1293,3+250)=771,65^оС

При этой температуре  теплопроводность шамота

l_ш=0,88+0,23×10^-3×771,65=1,06 Вт/м×К

Потери тепла через  свод

a_конв=1,3(10+0,06×250)=32,5 Вт/(м²К⁴)

Стены:

Температуру внутренних поверхностей стен принимаем равной t^’’_ф=1460^оC, температуру наружной поверхности t_нар=200^оС. Стены состоят из слоя шамота d_ш=0,345 и диатомита d_д=0,115.

С учетом толщины футеровки, площадь поверхности стен равна:

Торцевой: (10,5+2×0,46)×(1+0,3)=14,8м²

Боковых: 2*(35,6+0,46)×(1+0,3)=93,7м²

Общая: F_нар=14,8+93,7=108,5м²

Средняя температура  слоя шамота

=(1580+t¢)×0,5

Средняя температура  слоя диатомита

=(t¢+200)×0,5

t¢ - температура на границе раздела слоёв

Находим коэффициенты теплопроводности материалов

l_ш=0,888+0,23×10^-3×

l_д=0,163+0,43×10^-3

При стационарном режиме

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности получим:

, решая это уравнение получим  t¢=826,9^оС, тогда

=(1580+826,9)×0,5=1203,45^оС

=(826,9+200)×0,5=513,45^оС

l_ш=0,88+0,23×10^-3×1203,45=1,156 Вт/м×К

l_д=0,163+0,43×10^-3×513,45=0,384 Вт/м×К

a_конв=10+0,06×200=22 Вт/м²×К

Найдем потери тепла  через стены печи

Под:

Температуру внутренней поверхности пода принимаем равной t_м^пов=1230^оС, наружной поверхности t_нар=140^оС.

Под состоит из слоя высокоглинозёмистого кирпича d_вг=0,46 м и слоя диатомита толщинойd_д=0,115 м. Площадь пода равна площади свода F_нар= 406,6м²

Аналогично вышеприведенному расчету для боковых стен находим t¢=661^оС.

=(1230+661)×0,5=945,5^оС

=(661+140)×0,5=400,5^оС

По приложению IX [Л1] находим

l_вг=0,84+0,23×10^-3×945,5=1,388 Вт/м×К

l_д=0,163+0,43×10^-3×400,5=0,335 Вт/м×К

a_конв=0,7×(10+0,06×140)=12,88 Вт/м²×К

Найдем потери тепла через под печи

Общие потери тепла через  футеровку печи:

Q^т_тепл=1639,6+239,9+648,5=2525,3 кВт

Неучтенные потери принимаются  равными 10% от тепла горения топлива

Q^т_пот=0,1×Q^т_хим=3793 В_т=3793×1,713= 5798,505 кВт

Уравнение теплового  баланса томильной зоны

33851,6В_т=5333+25880В_т+2525,3+3385В_т

4586,6В_т = 7858,3

В_т=1,713м³/с

Сварочная зона

Баланс энергии для  сварочной зоны составляем так же, как и для томильной. Поэтому будем приводить только окончательные результаты

Теплота горения топлива.

Q^т_хим=Q^н_р×В_св=34822,3×4,6 =160182,58 кВт

Тепло, вносимое продуктами сгорания из томильной зоны

Q^св_пг= Q^т_ух= 44332,44 кВт

Расход тепла

Q^св_ух=(В_т+В_св)×V_д×i_д=(1,713+ 4,6)·10,948×1774,22=124530,238 кВт

i_д=1774,22 кДж/кг – энтальпия дыма при t^’’_ф=1585^оC

Потери теплопроводностью  через футеровку печи:

Свод:

Средняя температура  внутренней поверхности свода:

t_к=(1046+1293,3)×0,5=1169,65^оС (см. рис 65 [Л1])

Площадь свода

F^св_свод=(10,5+2×0,46)×36,8=420,3 м²

Боковые стены:

Средняя температура  боковых стен

t^cв_ст=(1585+1580+600+1230)×0,25=1109^оС

Площадь поверхности  боковых стен

F^св_ст=(1+0,3)×2×36,8= 95,68 м²

Под

Средняя температура  пода

t^cв_под= t^м_под=(600+1230)×0,5=915^оС

Площадь поверхности  пода равна площади поверхности  свода

F^св_свод= F^св_под=(10,5+2×0,46)×36,8=420,3 м²

Потери тепла через  под печи

 

Суммарные потери через  футеровку сварочной зоны

Q^св_тепл=1500,3+159,6+494,4= 2154,3 кВт

Неучтенные потери

Q^св_пот=0,1×Q^т_хим=34822,3·4,6=16018 кВт

Уравнение теплового  баланса сварочной зоны:

33851,6В_св+44332,44=57777,2+(1,713+ В_св)×19726+2154,3+3385В_св

10740,6 В_св =49389,7

В_св= 4,6 м³/с

Методическая зона

Приход тепла

Теплота горения топлива.

Q^т_хим=Q^н_р×В_м=34822,3×0,3=10446,7 кВт

Тепло, вносимое продуктами сгорания из томильной зоны

Q^м_пг =Q^св_ух=124530 кВт

Расход тепла

Q^м_ух=(В_м+В_т+В_св)×V_д×i_д=(0,3+4,6+ 1,713)10,948×1288,85=94757,677 кВт

i_д=1288,85 кДж/кг – энтальпия дыма при t^’’_ф=975^оC

Потери теплопроводностью  через футеровку печи:

Свод:

Средняя температура  внутренней поверхности свода:

t_к=(1240+969,2)×0,5=1007,6^оС (см. рис 65 [Л1])

Площадь свода

F^м_свод=(10,5+2×0,46)×16,2=185 м²

Боковые стены:

Средняя температура  боковых стен

t^м_ст=(1585+975,5)×0,5=1280^оС

Площадь поверхности  боковых стен

F^м_ст=(1+0,3)×2×16,2= 42,1м²

Площадь поверхности  торцевой стены

F^м_{ст. торц}=(10,5+2×0,46)×(1+0,3)=14,8м²

Суммарная площадь стен в методической зоне

F^м=42,1+14,8=56,9 м²

Под

Средняя температура  пода

t^м_под= t^м_пов=(600+0)×0,5=300^оС

Площадь поверхности  пода равна площади поверхности  свода

F^м_свод= F^м_под=185 м²

Потери тепла через  под печи

 

Суммарные потери через  футеровку методической зоны

Q^м_тепл=556,7+91,9+66,4= 715 кВт

Неучтенные потери

Q^м_пот=0,1×Q^т_хим=3385·0,3=1015,5 кВт

Уравнение теплового  баланса сварочной зоны:

34822,3 В_м+124530=3385В_м+(1,713+4,6+ В_м)14239+715+28666

16137,6 В_м =4690,023

В_м= 0,3 м³/с

Общий расход топлива

В_общ=В_м+В_св+В_т=0,3+4,6+1,713=6,613 м³/с

Удельный расход тепла  на нагрев 1 кг металла

q=Q_прих/Р=34822,3×6,613/111,11=2014,8  кДж/кг

Удельный расход условного  топлива

в_ут=6,613×34822,3/111,11×29300=68 кг у.т./ т стали

 

Распределение топлива  по зонам происходит следующим образом:

Методическая зона – 25,9%

Сварочная зона – 69,6%

Томильная – 4,5% 

Таблица 1

Тепловой баланс печи

Приход тепла			Расход тепла
Наименование	кВт	%	Наименование	кВт	%
1. Тепло от горения  топлива	243860,6	67,0	1. Тепло затраченное на нагрев металла	91776,2	30,0
2. Тепло вносимое продуктами  сгорания	168862,4	33,0	2. Тепло уносимое продуктами сгорания в зоне теплообмена	233620,4	58,8
Итого	392723	100,0	3. Общие потери тепла через футеровку	5394,6	5,4
			4. Неучтенные потери	22385,0	5,8
			Итого	383176,2	100,0

 

 

Расхождение баланса:

e=

 

5.  Выбор горелок

Для осуществления равномерного нагрева свода принимаем шахматное  расположение горелок на своде печи с шагом по длине и ширине печи S=2м. Тогда число рядов и горелок по длине печи:

n_L=(L/S)-1=(88,5/2)-1»43 ряда,

из них по длине

                               методической зоны: 16,2/2»8 рядов

сварочной зоны:       36,8/2»18 рядов

томильной зоны:     35,6/2»17 рядов

По ширине печи размещается:

n_B=(В/S)-1=(10,5/2)-1=5 горелок

Т.к. принято шахматное  расположение горелок, то по длине печи будут чередоваться ряды с 5 и 4 горелками в поперечном направлении.

Тогда в методической зоне будет   36 горелок

             Сварочной зоне                    81 горелок

            Томильной зоне                    77 горелки

Расход природного газа на одну горелку в

Методической зоне  0,3/36=8,3×10^-3м³/с

Сварочной зоне       4,6/81=5,7×10^-2м³/с

          Томильной зоне       1,713/77=2,2×10^-2м³/с

По графику на рис 39 [Л1] находим

 

Таблица 2

Распределение плоско-пламенных горелок по зонам печи с шагающим подом

 

Зона	Тип горелок	Производительность по газу, м3/с	Давление, кПа
			газа	воздуха
Методическая	ГППН – 4	8,3×10-3	1,5	1,8
	ГППС – 4		7	1,8
	ГППВ - 4		40	1,8
Сварочная	ГППН – 5	5,7×10-2	0,3	0,2
	ГППС – 5		1,8	0,4
	ГППВ – 5		10	0,1
Томильная	ГППН – 6	2,2×10-2	1,4	1,7
	ГППС – 6		5,6	1,2
	ГППВ - 6		30	1,2