Теплообмен излучением в рабочем пространстве.

Источником теплоты в этих печах является пламя, продукты горения. Пламя, футеровка и нагреваемые исходные материалы обмениваются излучением. Роль конвекции при высоких температурах обычно невелика.

Лучистый поток от пламени, падающий на поверхность футеровки и нагреваемый исходный материал, частично поглощается и частично отражается. Отраженный поток теплоты суммируется с собственным излучением исходного материала и поверхности футеровки. Вследствие частичной прозрачности, характеризуемой степенью черноты, пламя поглощает часть падающего на него потока, а часть пропускает. Таким образом, нагреваемый исходный материал приобретает теплоту за счет суммарной теплоотдачи от раскаленных газов и футеровки. Если нагреваемый исходный материал частично прозрачен для излучения, то в лучистом теплообмене участвуют глубинные слои материала и футеровки ванны печи. В теплообмене участвуют слои газов, находящиеся между пламенем, футеровкой и исходными материалами.

Расчеты теплообмена в пламенном пространстве печи позволяют установить зависимость количества теплоты, передаваемого исходным материалом, от различных факторов, таких как размеры отдельных частей пламенного пространства, ориентировка и свойства пламени, его размеры.

Пламя является главным источником теплоты в процессах теплообмена в рабочей камере многих пламенных экзотермических печей. Для оптимального осуществления термотехнологических процессов и организации теплообмена в печах необходимо управление процессом формирования пламени.

 

 

6. Расчёт нагрева термически тонких тел (Вi<0,25)

При конвективном нагреве время нагрева (охлаждения) до заданной температуры определяется по следующей формуле:

(1)

S=µ*∆- характерный размер тела [м],

µ- коэффициент нессиметричности нагрева,

∆- толщина нагреваемого изделия,

𝞺- плотность тела,

- средняя теплоемкость тела в интервале температур от до ,

α- коэффициент теплоотдачи конвекцией [Вт/(м²*К)],

К- коэффициен формы(для пластины К=1, для цилиндра К=2, для шара К=3).

Температуру, которую будет иметь тонкое тело через время 𝞽 можно определить по следующей формуле:

При расчете времени нагрева тонкостенных труб следует использовать следующую формулу:

∆- толщина стенки трубы,

d_нор-наружный диаметр трубы,

- коэффициент, учитывающий способ укладки труб и зависит от относительного расстояния между центрами труб.

При нагреве излучением время нагрева тонкого тела находят по следующей формуле:

 

- приведенный коэффициент излучения системы,

–находятся по графику.

Ключевые точки (0;0), (0,5;0,5), (0,9;1,1), (0,92;1,2), (0,94;1,25), (0,96;1,35), (0,98;1,5), (1,2).

В тех случаях, когда нагрев происходит одновременно конвекцией и излучением можно использовать формулу 1, но вместо коэффициента конвективной теплоотдачи подставляют коэффициент суммарной теплоотдачи.

7. Расчет нагрева массивных тел(Вi>0,5)

По Лыкову. Аналитическое.

Конечных разностей. Численно

b=0

Т_ц=С

Т_ц

Расчетная толщина заготовок S в зависимости от способа их укладки

Расположение заготовок	µ, S
Односторонний нагрев     l RG+kKOPriJNUyi+kIxtAfYV2EvWExR5lxcpL8PU+KYWGNKkjCk8yHRr9zUq0bky5XbkDdSiBhD7I NWrs4R3th59q8QsAAP//AwBQSwMEFAAGAAgAAAAhAOEHlBnaAAAABwEAAA8AAABkcnMvZG93bnJl di54bWxMj0FPg0AQhe8m/ofNmHizSwlpKLI0jdGL8QL2oLctOwUiO0vZpeC/d/Rij1/ey5tv8t1i e3HB0XeOFKxXEQik2pmOGgWH95eHFIQPmozuHaGCb/SwK25vcp0ZN1OJlyo0gkfIZ1pBG8KQSenr Fq32KzcgcXZyo9WBcWykGfXM47aXcRRtpNUd8YVWD/jUYv1VTVbB6/nNH5JN+Vx+nNNq/jxNbeNQ qfu7Zf8IIuAS/svwq8/qULDT0U1kvOgVxEmacJUDfonzeLtlPv6xLHJ57V/8AAAA//8DAFBLAQIt ABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10u eG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5y ZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhABJXwBPyAQAAnAMAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9E b2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAOEHlBnaAAAABwEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAATAQAAGRycy9k b3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAABTBQAAAAA= " strokecolor="black [3213]"> δ	µ=1, S=δ
Двусторонний нагрев     l RG+kKOPriJNUyi+lI2tAfYUuUYDFnmTFykvwzS4phSJTmCZ1ROFJpvtGf7MSrVtTblbuQB1KID3b yzVq7PEd7cefavELAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQDhB5QZ2gAAAAcBAAAPAAAAZHJzL2Rvd25y ZXYueG1sTI9BT4NAEIXvJv6HzZh4s0sJaSiyNI3Ri/EC9qC3LTsFIjtL2aXgv3f0Yo9f3subb/Ld YntxwdF3jhSsVxEIpNqZjhoFh/eXhxSED5qM7h2hgm/0sCtub3KdGTdTiZcqNIJHyGdaQRvCkEnp 6xat9is3IHF2cqPVgXFspBn1zOO2l3EUbaTVHfGFVg/41GL9VU1Wwev5zR+STflcfpzTav48TW3j UKn7u2X/CCLgEv7L8KvP6lCw09FNZLzoFcRJmnCVA36J83i7ZT7+sSxyee1f/AAAAP//AwBQSwEC LQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNd LnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8u cmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQDH7L6a8wEAAJwDAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJv RG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQDhB5QZ2gAAAAcBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAE0EAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAVAUAAAAA " strokecolor="black [3213]"> δ	µ=0,55-0,6; S=µδ
Односторонний нагрев, укладка с шагом а     q	a/δ   0,5     µ   0,6 0,55 0,5 0,4   S=µδ
d	µ=0,75-0-8; S=µd
Односторонний нагрев, цилиндры, монолитный под         d а	a/d     >2 µ 0,8-1 0,5-0,6 0,5   S=µd

14. 141

42 9. Нагрев металла с постоянной мощьностью печи.

Общее количество теплоты вводимое в печь с топливом за единицу времени, или общую тепловую мощьность М₀, можно разделить на две части: рабочую М_р идущую на нагрев тела, и мощьность холостого хода М_х.х, необходимую для покрытия тепловых потерь печной камеры.

Температурный и тепловой режим работы печи при зависит от организации процесса сжигания топлива и условий теплообмена.

Возможны различные режимы нагрева при

1. Камерный ()

2. Камерный ())

Камерные режимы могут быть получены при факельном процессе сжигания топлива или интенсивной рециркуляции охлаждённых продуктов горения.

3. Фильтрация газа через слой

4. Противоток-прямоток. В этих случаях предполагается беспламенное сжигание топлива, предварительно перемешенного с воздухом, или охлаждение чистых продуктов горения после факельного процесса.

Рассмотрим камерный режим при , когда температура печи(дыма) непрерывно увеличивается по ходу процесса нагрева, т.е. когда имеет место нагрев неподвижных заготовок в печи. Возможны два случая нагрева.

1) Количество физической теплоты вносимой подогретым воздухом не изменяется во времени, т.е. . Такой случай возможен для печей, имеющих регенераторы и регенераторы с самостоятельным отоплением, или когда

2) Физическая теплота возрастае прямопропорционально теплоте уносимой двмом из печи, т.е. , где —степень тепловой регенерации теплоты.

—удельная тепловая мощьность, приходящаяся на 1м² нагреваемой поверхности тела. Усвоенный нагреваемым телом тепловой поток

(Вт/м²),

Где η—коэффицент использования теплоты топлива; t⁰_k – колориметрическая температура подогрева продуктов горения без подогрева топлива и воздуха, t_к – колориметрическая температура продуктов горения с учётом подогрева топлива и воздуха, с_д – теплоёмкость дыма (принята независимой от температуры).

С другой стороны

Исключая t_д из уровнений, получаем

Или

Обозначая запишим

 

 

м

 

 

 

10. Нагрев металла с постоянной температурой печи

Основные расчётные формулы имют вид

Где t_нач, t_кон—начальная иконечная температура тела, ⁰С; —отношение массы тела к поверхности.

Средняя температура тела за весь период нагрева равна

Продолжительность нагрева излучением можно определить по формуле

11. Теплота́ сгора́ния — это количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания (дж или кал на 1 кг, м³; или моль).

еплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе горючего вещества , то есть к горючему веществу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе вещества ; к горючей массе вещества , то есть к горючему веществу, не содержащему влаги и золы.

Различают высшую () и низшую () теплоту сгорания.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой парообразования (конденсации).

Низшая и высшая теплота сгорания связаны соотношением: ,

где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

Экзотермические реакции — это реакции, происходящие с выделением теплоты. Эндотермические реакции — это реакции, происходящие с поглощением теплоты.

 

Тепловой эффект химической реакции - это количество выделенной или поглощенной теплоты в результате химической реакции.

 

Энтальпия (Н) — это определенное свойство вещества, оно является мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании. Доказано, что в химических процессах, протекающих при постоянном давлении, выделившееся (или поглощенное) тепло есть мера уменьшения (или, соответственно, увеличения) энтальпии реакции, Н.

 

Таким образом, при экзотермических реакциях, когда тепло выделяется, Н отрицательно. При эндотермических реакциях (тепло поглощается) Н положительно.

 

В термохимических уравнениях реакций записывают значения Н - разность энтальпий продуктов реакции и исходных веществ.

Теплота вносима подогретым воздухом

 

Потери физической теплоты с продуктами горения, уходящими газами.

Потери теплоты от химической неполноты горения топлива

 

Потери теплоты через кладку

Потери теплоты излучение через открытые окна

12. Особенности теплового баланса для печей различного технолгического назначения.

главное различие тепловых балансов камерных печей с выносным подом и методических проходных печей - наличие у первых статьи: аккумуляция тепла кладкой.

В случае печей переодического действия значительно возрастаю потери теплоты в момент загрузки заготовок.

По технологическому назначению можно выделить 2-а основных типа печей:

1. Плавильные печи. В этом случаезначительной приходной статьёй является теплота экзотермических реакций(в конвертере порядка 50%).

2. Нагревательные печи

А) периодического действия: наличие аккумуляция тепла кладкой.

Б) непрерывного действия: отсутствие аккумуляция тепла кладкой.

13. Анализ основных паказателей тепловой работы печи: удельного расхода условного топлива, удельного расхода теплоты, КПД печи, КИТ.

опливо условное - единица учёта органического топлива, применяемая для сопоставления эффективности различных видов топлива и суммарного учёта их. В качестве единицы Т. у. принимается 1 кг топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29,3 Мдж/кг). Соотношение между Т. у. и натуральным топливом выражается формулой:

где B_y — масса эквивалентного количества условного топлива, кг;

В_н — масса натурального топлива, кг (твёрдое и жидкое топливо) или м³(газообразное);

— низшая теплота сгорания данного натурального топлива, ккал/кг или ккал/м³;

— калорийный эквивалент.

Пересчет количества топлива данного вида в условное производится с помощью коэффициента, равного отношению теплосодержания 1 кг топлива данного вида к теплосодержанию 1 кг условного топлива.

удельный расход тепловой энергии- количество тепловой энергии, потребляемое технологической или энергетическойустановкой на единицу сырья, произведенной продукции или работы;

Коэффициент полезного действия печи определяется по формуле:

КПД= (Q1/ Qтоп)*100 (1)

где: Q1-тепло, оставшееся в печи;

Qтоп количество тепла содержащееся в топливе

Поскольку Qтоп чаще обозначают как Qрн - низшая теплопроизводительность рабочего топлива, поэтому

КПД= (Q1/ Qрн)*100

Тепловой баланс определяется по формуле:

Qрн = Q1+ Q2+Q3+Q4 (2)

Где Q2+Q3+Q4 (3) тепловые потери в печи,

Q2 - потери с уходящими газами,

Q3 –потери от химической неполноты горения,

Q4 –потери от механической неполноты горения,

Зная эти величины, можно определить и КПД печи.

 

 

 

14, Расчёт методической толкательной печи.

Конструкторский и тепловой расчёт состоит из:

1. Расчёт горения топлива

2. Расчёт теплообмена в рабочем пространстве печи

3. Расчёт нагрева металла

4. Определение основных размеров печи

5. Тепловой баланс и расход топлива и воздуха

6. Расчёт рекуператоров

7. Расчёт сопротивлений по дымовому тракту

8. Расчёт воздухопроводов и газопроводов

9. Выбор, и расчёт форсунок горелок

 

Тепловой баланс печей сосоит из приходной и расходной части. Приход теплоты:

1. Химическая теплота топлива

2. Теплота вносима подогретым воздухом

3. Теплота вносима подогретым топливом

4. Количество теплоты выделяемое при окисление железа

Где G- производительность печи; d- угар метала %