Расчет методической толкательной печи

                                        

,                                      (5.3)                      

      где DT_н=T_д^н-T_в^к, а DT_к=T_д^к-T_в^н.

      Отсюда Dt_прот=690,38 °C.

      Найдем  поправочные коэффициенты P и R по формулам:

P=(Tвк-Tвн)/(Tдн-Tвн)                                                       (5.4), 

R=(Tдн-Tдк)/(Tвк-Tвн)                                                        (5.5):

     P=0,36 и R=0,92.

      При этих коэффициентах по номограмме [1] находим e_Dt=0,98; Отсюда Dt=690,38∙0,98=676,58°C.

      Для определения суммарного коэффициента теплопередачи согласно примем среднюю скорость движения дымовых газов w_д,_о=1,2 м/с, а среднюю скорость движения воздуха w_в,о=1,5 м/с.

      Учитывая, что эквивалентный диаметр воздушных каналов равен d_в=0,055м=55 мм, то по [1] находим значение коэффициента теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне a_в^конв’=14 Вт/(м²·K). Учитывая шероховатость стен, получим a_в^конв=15,4 Вт/(м²·K).

      Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне  находим по формуле:

a_д=a_д^конв+a_д^изл                                                                  (5.6).

     Учитывая, что гидравлический диаметр канала, по которому движутся дымовые газы равен по d_д=0,21 м, находим коэффициент теплоотдачи конвекцией на дымовой стороне a_д^конв'=6,4 Вт/(м²·K).Учитывая шероховатость стен a_д^конв=7,04 Вт/(м²·K).

      Величину  коэффициента теплоотдачи излучением на дымовой стороне определяем для  средней температуры дымовых  газов в рекуператоре, равной: 

      t_д^ср=0,5·(t_д^н+t_д^к)                                                               (5.7), 
 

      t_д^ср=0,5·(1050+706)=878 °C.

       Среднюю температуру стенок рекуператора принимаем равной

      t_ст^ср=0,5·[0,5·(t_д^н+t_д^к)+0,5·(t_в^н+t_в^к)] ,                                                (5.8)

      t_ст^ср=0,5·[0,5·(1050+706)+0,5·(375+0)]=532,75°C.

       Эффективная длина луча в канале равна S_эф=0,9·d_д (5.9),   т.е S_эф=0,189 м.

      По  номограммам [1] при t_д^ср=878°C находим e_CO2 =0,021; e_H2O=0,0083;

      b=1,04. Отсюда по формуле (2.2.1) находим e_г=0,03.

      При t_ст^ср=532,75°C определяем A_г^ст по формуле: 

                                 

                                     (5.10)                             

      A_г^ст=0,021·((1340,88+273)/(532,75+273))^0,65+1,04·0,0083=0,04. 

         Учитывая, что при степени черноты стен рекуператора e_ст=0,8, их эффективная степень черноты равна e_ст.эф=0,5·(1+e_ст) (5.11), e_ст.эф=0,9, найдем коэффициент теплоотдачи излучением по формуле: 
 

                                     ,                        (5.12)

  Вт/(м²·K).

      Суммарный коэффициент теплоотдачи на дымовой  стороне равен

      a_д=7,04+5,219 =12,16 Вт/(м²·K).

      При температуре стенки t_ст^ср=532,75°C коэффициент теплопроводности шамота равен  l_ш=0,88+0,23·10^-3·532,75=1,0025 Вт/(м·K), (см.[1]).

      С учетом толщины стенки элемента рекуператора d=0,019 м находим суммарный коэффициент теплопередачи по формуле: 

,                                       (5.13) 

            где F и F_ор -соответственно основная поверхность теплообмена и оребренная,м².

      При F/(F+F_ор)=0,8 м²    K=6,53 Вт/(м²·K).

      Определяем  поверхность нагрева и основные размеры рекуператора. Количество тепла, передаваемого через поверхность  теплообмена равна (формула (5.1)):

      Q=20,127·(375·1,3371-1,3·0)+2,12·(706·1,3583-1,3·0)=12123,73 кВт.  

      По  формуле F=Q/(K·DT) (5.14)  находим величину поверхности нагрева рекуператора:

      F=12123728 /(6,53·676,58)=2743,95 м².

      Так как удельная поверхность нагрева  рекуператора, выполненного из кирпичей Б=4 и Б=6, равна f_уд=10,3 м²/м³ , можно найти объем рекуператора по формуле

V_р=F/f_уд (5.15), откуда V_р=2743,95 /10,3=266,4 м³.

      Необходимая площадь сечений для прохода  дыма равна:

      f_д=V_д/w_д,о (5.16), откуда f_д=23,74/1,2=19,78 м².

      Учитывая, что площадь дымовых каналов  составляет 44% от общей площади вертикального сечения рекуператора, найдем величину последнего:

                   f_р^верт=19,78/0,44=44,96 м².

      Принимая  ширину  рекуператора равной ширине печи, т.е. B_р=12,4 м,  а также зная площадь его вертикального сечения, находим высоту рекуператора:

      H_р=f_р^верт/B_р=44,96/12,4=3,63м.

      Зная V_р, B_р и H_р, найдем длину рекуператора:

      L_р=V_р/(B_р·H_р)= 266,4/(12,4·3,63)=5,93 м. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Выбор горелок 

           Согласно [1] в многозонных методических печах подводимая тепловая мощность (а следовательно, и расход топлива) распределяется по зонам следующим образом: в верхней сварочной зоне 41%; в нижней сварочной зоне 41% и в томильной зоне – 18%.

           Распределяя расход топлива по  зонам пропорционально тепловой  мощности, получим: верхняя сварочная зона – 1,615м³/с; нижняя сварочная зона – 1,615м³/с; и томильная зона – 0,709м³/с.

      Принимая, что в печи установлены горелки типа "труба в трубе" в верхней сварочной зоне 10 штук, в нижней сварочной зоне 12 штук, в томильной 10 штук. Находим расход топлива на одну горелку: верхняя сварочная зона – 0,16 м³/с; нижняя сварочная зона - 0,13м³/с и томильная  зона - 0,07м³/с.

        Плотность газа r_г=1 кг/м³ , расход воздуха при коэффициенте расхода n=1,12 равен V_в=4,84 м³/м³ газа.

      Определим пропускную способность горелок  по воздуху:

      верхняя сварочная зона - v_в=0,16∙4,84=0,78 м³/с; нижняя сварочная зона - v_в=0,13∙4,84=0,65 м³/с и томильная зона - v_в=0,07∙4,84=0,34 м³/с.

      Расчетное количество воздуха определим по формуле: 

,                                                 (6.1)

      где v_в- пропускная способность горелок по воздуху.

      Верхняя сварочная зона:

       .

      Нижняя  сварочная зона:

       .

            Томильная зона:

       .

      Принимая  давление воздуха перед горелками  равным 1,0 кПа,  а давление газа - 3,0 кПа, по графику [1] находим, что при данном давлении требуемые расходы воздуха обеспечивают следующие типы горелок "труба  в  трубе":

верхняя сварочная  зона – ДВБ250; нижняя сварочная зона – ДВБ250; томильная зона - ДВБ200.

     Расчетное количество газа определяем по формуле:

                                                                                     (6.2)

верхняя сварочная  зона

 

нижняя сварочная  зона

 

томильная зона

 
 

           По графику [1] находим, что диаметр газового сопла должен быть равен: верхняя сварочная зона - 100 мм; нижняя сварочная зона - 90 мм; томильная зона - 65 мм. По графику [1] определяем скорость истечения газа - 60 м/с, воздуха - 36 м/с.

            Поскольку полученные значения соответствуют рекомендациям [1], окончательно выбираем горелки : верхняя сварочная зона – ДВБ275/100 ; нижняя сварочная зона – ДВБ250/90 ; томильная зона – ДВБ200/65. 

                                          
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                            ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

      Выбор конструкции методической печи и  графика нагрева зависит от толщины  заготовки, пластичности металла в холодном состоянии и теплофизических свойств нагреваемого металла. Ограничение скорости нагрева холодного металла в интервале температур от 0 до 500°С распространяется в основном на качественные и высоколегированные стали. Этим сталям свойственны относительно низкие коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, в результате чего чрезмерная скорость нагрева может привести к недопустимому перепаду температур по толщине заготовки. Скорость повышения температуры металла в начале его нагрева в первую очередь зависит от того, какова температура в начале методической зоны, при которой проводится посад холодного металла. Выбор этой температуры, а следовательно, температурного режима печи и ее конструкции во многом зависит от того, какая начальная температура печи допустима для той или иной марки стали. Существует большое число, весьма ходовых марок стали (углеродистые, низколегированные, рельсовые и др.), для которых эта температура практически неограниченна. Однако для ряда других марок стали должны быть введены достаточно строгие ограничения, вплоть до того, что некоторые стали можно помещать в печь, температура которой не превышает 600-650 °С. Ограничения подобного рода, достаточно четко определены и приведены в соответствующей справочной литературе.