ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ № 8

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Дружковский техникум ДГМА

ИНСТРУКЦИЯ

Для выполнения практического занятия № 8

по дисциплине

«ПЕЧИ И СУШИЛА ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА»

г. Дружковка

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Произвести расчет теплового баланса плавильной

(нагревательной) печи непрерывного (периодического) действия

ДАННЫЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1 Назначение печи: плавильная, нагревательная, сушило.

2.2 Вид применяемого топлива.

2.3 Режим работы печи (непрерывный, периодический).

2.4 Марка выплавляемого металла.

2.5 Масса нагреваемого металла и тары.

2.6 Температура подогретого воздуха.

2.7 Температура печного пространства.

2.8 Температура отходящих газов.

2.9 Производительность печи.

2.10 Размеры окон печи.

2.11 Суммарная площадь кладки печи.

2.12 Время, на протяжении которого открыты окна печи.

2.13 Масса транспортирующих устройств.

2.14 Расход охлаждающей воды.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1 Составить приходную часть теплового баланса печи.

3.1.1 Определить количество химической теплоты горения топлива,

3.1.2 Определить количество физической теплоты горения топлива,

3.1.3 Определить количество физической теплоты, вносимой

подогретым топливом,

3.2 Составить расходную часть теплового баланса печи.

3.2.1 Определить расход теплоты на плавление (нагрев) металла

(полезная теплота),

3.2.2 Определить потери теплоты, уносимой шлаками,

3.2.3 Определить потери теплоты, затрачиваемой на разложение

известняка,

3.2.4 Определить потери теплоты, с уходящими продуктами горения,

3.2.5 Определить потери теплоты, вследствие химической неполноты

сгорания топлива,

3.2.6 Определить потери тепла кладкой, теплопроводностью

в окружающую среду,

3.2.7 Определить потери теплоты, излучаемые через открытые окна и отверстия,

3.2.8 Определить потери теплоты, затрачиваемой на нагрев транспортирующих

устройств,

3.2.9 Определить потери тепла с охлаждающей водой,

3.2.10 Определить неучтенные потери теплоты,

3.3 Приравнять сумму статей прихода сумме расхода теплоты печи.

3.4 Свести данные расчетов теплового баланса печи в таблицу.

3.5 Определить неувязку теплового баланса.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4.1 Наименование работы.

4.2 Цель работы.

4.3 Расчетная часть работы.

4.4 Таблица теплового баланса.

ЛИТЕРАТУРА

1 Кондаков Е.А., Долотов Г.П. «Печи и сушила литейного производства», издательство «Машиностроение».

2 Кондаков Е.А., Долотов Г.П. «Расчет и конструкция печей литейного производства», издательство «Машиностроение».

3 Минаев А.Н., Шипилин Б.И. «Литейные печи и сушила», издательство «Машгиз».

4 Маракулин А.В., Бунец А.П., Коринюк В.Г. «Краткий справочник технолога тяжелого машиностроения», издательство «Машгиз».

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Тепловой баланс любой печи описывается уравнением, связывающим статьи расхода и прихода тепла. Тепловой баланс составляется для рабочего пространства.

Тепловой баланс печей периодического действия составляется для одного цикла (одна плавка, одна садка, один отжиг), а для печей непрерывного действия – на единицу времени работы (секунду, час).

Образец выполнения

Данные

Печь термическая

1 Расход воздуха, объем воздуха:

2 Объем продуктов сгорания:

3 Состав продуктов сгорания: , ,

,

4 Температура радиационных труб: ( )

5 Производительность печи:

№ варианта	, Дж/м3	С0	С0	С0	С0	Размеры рабочего пространства печи, м
						1,4×8×0,8

1 Составление приходной части баланса

1.1 Определение химической теплоты горения топлива, Вт.

,

где Q - низшая теплота горения топлива, Дж/кг;

В – расход топлива (определяемая величина), кг/сек; м³/сек.

Q _хим =33500∙В = 33500∙В кВт

1.2 Определение количества физической теплоты, вносимой подогретым воздухом, Вт

,

где С _т – средняя удельная теплоемкость воздуха, Дж/м³ К^о или Дж/кг К^о,

t_т – температура воздуха, К^о.

V_в – количество воздуха, необходимое для горения топлива, м³/ м³,

– теплосодержание 1 м³ воздуха при температуре подогрева воздуха.

Q _фв =1,32 300 10,25 В=4059 В кВТ

Теплотой, выделяемой при окислении металла пренебрегаем

2 Составление расходной части баланса

2.1 Определение количества полезной теплоты, идущей на нагрев

материала, Вт.

Q_пол = С _т (t - t ) П,

uде П - производительность печи, кг/с

t ; t – конечная и начальная температура металла, С^о

С _т – средняя удельная теплоемкость материала в интервале температур t - t

Q _п.г. = С _п.г. t _п.г. V _п.г. В,

где С _п.г. – удельная теплоемкость продуктов горения (CO₂, O₂, Н₂O, N₂), Дж/ (м³ К^о);(Приложение 2, с.290)

t _п.г. - температура продуктов горения, ^оС;

V _п.г. – количество продуктов горения, полученных при сжигании единицы

топлива, м³/кг.

Q _п.г. =(0,0876∙2,2+0,1724∙1,73+0,17∙1,48+0,713∙1,39) ∙1020∙11,27∙В=1,73∙1020∙11,27∙В =

=19921∙В кВт

2.5 Потерями тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива пренебрегаем

2.6 Определение потерь тепла кладкой теплопроводностью в окружающую среду, Вт.

Q _клад. = k F _клад. (t_печи – t _{воз окр}),

где k – коэффициент теплопередачи от печного пространства в окружающий воздух

через стенку, Вт/ (м² К^о); К=0,27 Вт/ (м² К^о);

F _клад – площадь поверхности кладки, м²;

t_печи – температура внутреннего пространства печи, ^оС.(принимаем на 50 ^оС ниже температуры радиационных труб)

t_воз - температура окружающего воздуха, С^о(принимаем 20 ^оС)

Принимаем плотность шамота ρ= 1000, толщина кладки δ=0,348м,

Находим площадь теплопередающей поверхности кладки (потерями через фундамент пренебрегаем)

F_кл= 2(Н+2δ) (L+2δ)+2(Н+2δ) (В+2δ)+ (L+2δ) (В+2δ)

Q _клад. =2 (0,8+2 0,348) (8+2 0,348)+2 (0,8+2 0,348) (1,4+2 0,348)+ (8+2 0,348)

(1,4+2 0,348)= 2 1,496 8,696+2 1,496 2,096+8,696 2,096=50,5 м²

Находим температуру радиационных труб

Т_рад= t_сгор-180

Т_рад= 1020-180=840 ^оС

t_печи=840-50=790 ^оС

Определяем потери тепла кладкой теплопроводностью в окружающую среду

Q _клад. = 0,27 50,5_. (790 – 20)=10499Вт= 10,5 кВт

2.7 Определение потерь теплоты излучением через окна и отверстия, Вт.

,

где τ - доля времени, в течении которого открыто окно. При постоянно открытом окне τ = 1.

С _о – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,7 Вт/ м ² К ⁴

F _окна – площадь окон, м² (F _окна=0,9 0,25=0,225 м²

Ф – коэффициент диафрагмирования, зависящий от толщины стен и конфигурации

окна (0,5 – 0,8), принимаем Ф=0,58.

Q _излуч=5,7

Потерями на нагрев транспортных средств и с охлаждающей водой пренебрегаем

2.8 Определение неучтенных потерь. Их обычно принимают равными 10 – 15% от суммы всех потерь теплоты, за исключением полезно затраченной. Принимаю 10%

Q_неуч=0,1 (Q_пг+ Q_клад+ Q_изл)

Q_неуч=0,1 (19921∙В+10,5+9,5)=1992В+2 кВт

Примечание: Для электрических печей учитывают теплоту, подаваемую от

электросети и не учитывают расход теплоты с продуктами горения.

3.0 Составление уравнения теплового баланса.

Q_хим+ Q_ф.в= Q_пол+ Q_пг+ Q_клад+ Q_изл+ Q_неуч

33500∙В+4059 В= 438,4+19921∙В+10,5+9,5+1992В+2

33500∙В+4059 В-19921∙В-1992В=438,4+10,5+9,5+2

15646∙В=460,4

Решив уравнение теплового баланса,

определим необходимое количество топлива В, м³/с.

В=0,0294 м³/с

Подставляя значение В в формулы статей баланса и полученные данные сводим в таблицу

4.0 Таблица 1- Тепловой баланс печи теплового баланса.

Статьи прихода	Единица измерения	Статьи расхода	Единица измерения	%
кВт	%
Химическая теплота горения топлива	33500∙В= =984,9		Полезная теплота для нагрева или плавки металла Qпол	438,4
Физическая теплота подогретого воздуха	4059 В= =119,3		Теплота, уходящая с продуктами горения Qп.г.	19921∙В= =585,7
			Потери тепла кладкой Q клад.	10,5
			Потери тепла излучением Q излуч.	9,5
			Неучтенные потери Q неуч	1992В+2= =60,6
Всего	1104,2			1104,7

5.0 Неувязка баланса должна составлять не более одного процента.

Примечание: При составлении уравнения теплового баланса следует учитывать

размерность величин, определяющих количество теплоты. Помнить,

что тепловой баланс составляется на период или единицу времени.

Образец выполнения

Данные

Печь термическая

1 Расход воздуха, объем воздуха:

2 Объем продуктов сгорания:

3 Состав продуктов сгорания: , ,

,

4 Температура радиационных труб:

5 Производительность печи:

№ варианта	, Дж/м3	С0	С0	С0	С0	Размеры рабочего пространства печи, м
						1,4×8×0,8

3 Составление приходной части баланса.

3.1 Определение химической теплоты горения топлива, Вт.

, где Q - низшая теплота горения топлива, дж/кг;

В – расход топлива (определяемая величина), кг/сек; м³/сек.

3.2 Определение количества физической теплоты, вносимой подогретым воздухом, Вт

, где

L _n – расход воздуха при коэффициенте избытка воздуха на единицу топлива, м³/кг,

– теплосодержание 1 м³ воздуха при температуре подогрева воздуха.

3.3 Определение количества физической теплоты, вносимой подогретым топливом, Вт

, где

С _т – средняя удельная теплоемкость топлива, Дж/м³ К^о или Дж/кг К^о,

t_т – температура твердого или жидкого топлива, К^о.

Можно принять следующие значения средней теплопроводности для каменного угля 2,37 Дж/кг К^о, а для мазута – 2,08 Дж/кг К^о.

3.4 Определение количества химической теплоты окисления металла.

, где

- знак, указывающий на необходимость учета всех окисленных элементов

металла;

т _м – количество каждого окисленного элемента металла, кг/с,

q_м – тепловой эффект окисления каждого элемента металла, к Дж/кг

Химическая теплота окисления металла образуется в результате реакции шлакообразований, идущих с выделением теплоты. Для вагранок она составляет до 5%, конверторов – до 50% от всего прихода тепла. В нагревательных печах – в результате окисления.

4 Составление расходной части баланса.

2.1 Определение количества полезной теплоты, идущей на нагрев и плавление

материала, Вт.

Q_пол = С _т (t - t ) П, где

П = производительность печи, кг/с

t ; t – конечная и начальная температура металла, С^о

С _т – средняя удельная теплоемкость материала в интервале температур t - t

Q _шлак = С_шлак t _шлак т _шлак, где

С _шлак – средняя удельная теплоемкость шлака, Дж/ (кг К^о)

t _шлак – температура шлака, С^о,(на 100 – 150 градусов выше температуры металла)

т _шлак – масса шлака, составляющая 10% – 12% от массы металлической завалки.

2.3 Определение потерь тепла на нагревание и разложение известняка, Вт.

, где т _изв. – количество разложенного известняка, кг/с.

2.4 Определение потерь теплоты с уходящими продуктами горения топлива, Вт.

Q _п.г. = С _п.г. t _п.г. V _п.г. В, где

С _п.г. – удельная теплоемкость продуктов горения, Дж/ (м³ К^о);

t _п.г. - температура продуктов горения, С^о;

V _п.г. – количество продуктов горения, полученных при сжигании единицы

топлива, м³/кг.

2.5 Определение потерь тепла вследствие химической неполноты горения топлива. В

дыму присутствуют продукты недожога топлива: СО и Н₂, что приводит к потери тепла.

Q _х.г. = (127 СО + 108 Н₂) V _п.г. В, где

СО, Н₂ – процентное содержание продуктов недожога в продуктах горения (до 1% от объема продуктов горения).

2.6 Определение потерь тепла кладкой теплопроводностью в окружающую среду, Вт.

Q _клад. = k F _клад. (t_печи – t _воз), где

k – коэффициент теплопередачи от печного пространства в окружающий воздух

через стенку, Вт/ (м² К^о);

F _клад – площадь поверхности кладки, м²;

t_печи – температура внутреннего пространства печи, С^о.

t_воз - температура окружающего воздуха, С^о.

2.9 Определение потерь теплоты излучением через окна и отверстия, Вт.

, где

τ - доля времени, в течении которого открыто окно.

При постоянно открытом окне τ = 1.

С _о – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,7 Вт/ м ² К ⁴

F _окна – площадь окон, м²

Ф – коэффициент диафрагмирования, зависящий от толщины стен и конфигурации

окна (0,5 – 0,8).

2.10 Определение потерь тепла на нагрев транспортирующих устройств, Вт.

, где

С _транс - средняя удельная теплоемкость материала транспортирующих устройств

в интервале температур t - t , Дж/(кг К),

t , t - конечная и начальная температуры транспортирующих

устройств, С ^о

т _транс – масса транспортирующих устройств, кг.

2.11 Определение потерь тепла с охлаждающей водой, Вт.

, где

С _вод – удельная теплоемкость воды в интервале

температур (t - t ), кДж/(кг К)

t t - конечная и начальная температуры воды, С^о.

т _вод – расход охлаждающей воды, кг/с.

2.12 Определение неучтенных потерь. Их обычно принимают равными 10 – 15% от суммы всех потерь теплоты, за исключением полезно затраченной.

Примечание: Для электрических печей учитывают теплоту, подаваемую от

электросети и не учитывают расход теплоты с продуктами горения.

5.0 Составление уравнения теплового баланса.

Решив уравнение теплового баланса,

определим необходимое количество топлива В, кг/с.

Примечание: При составлении уравнения теплового баланса следует учитывать

размерность величин, определяющих количество теплоты. Помнить,

что тепловой баланс составляется на период или единицу времени.

6.0 Составление таблицы теплового баланса.

Статьи прихода	Единица измерения	%	Статьи расхода	Единица измерения	%
Химическая теплота горения топлива			Полезная теплота для нагрева или плавки металла	Qпол
Физическая теплота подогретого воздуха			Теплота, уносимая шлаками
Физическая теплота подогретого топлива			Теплота, затрачиваемая на разложение известняка
Химическая теплота экзотермической реакции			Теплота, уходящая с продуктами горения   Потери теплоты на химический недожог топлива   Потери тепла кладкой   Потери тепла излучением   Теплота, затраченная на нагрев транспортных устройств   Потери тепла с охлаждением воды	Qп.г.   Q х.г.     Q клад.
ВСЕГО	Q приход		ВСЕГО	Q расход

6.0 Неувязка баланса должна составлять не более одного процента.

ВАРИАНТЫ

ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ № 8

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВСЕХ ВАРИАНТОВ

1 Расход воздуха, объем воздуха:

2 Объем продуктов сгорания:

3 Состав продуктов сгорания: , ,

,

4 Температура радиационных труб:

5 Производительность печи:

№ варианта	, Дж/м3	С0	С0	С0	С0	Размеры рабочего пространства печи, м

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: