Розрахунок камерної термічної печі

 

Необхідно виконати тепловий розрахунок камерної термічної печі, що призначена для нагріву деталей. Термічна обробка сталі здійснюється при температурі = 1200 . Початкова температура завантажуваних в піч виробів  = 19°C. Середня питома теплоємність сталі в області даних температур = 0,51 / . Продуктивність печі по виробах  = 720 / . Піч працює на природному газі наступного складу: - 85%; - 2,9%; - 1,7%; - 1,0%; - 0,2%; - 8,5%; =0,7%. Температура газу, що подається t'_г=19 . Вологовміст газу, що подається = 11 / . У печі встановлена ​​дутєвий пальник, що працює на гарячому дутті. Температура подаваного вторинного повітря = 280 . Підігрів повітря здійснюється рекуперативним теплообмінником. Вологовміст повітря, що подається = 14 / . Температура в цеху = 21 . Коефіцієнт теплопередачі огороджень печі k = 8,2 / . Площа зовнішніх огороджень F = 25,2 . Піч має малі вікна загальною площею = 0,423 .Відношення часу відкриття вікон до часу повного перебування матеріалу в печі = 0,1.

Необхідно скласти тепловий баланс печі та визначити годинну витрату теплоти з продуктами згоряння на виході з топки; годинну витрату газового палива, яку необхідно забезпечити для підтримки робочої температури в робочому просторі печі; термічний коефіцієнт корисної дії і коефіцієнт використання палива печі за умови, що підігрів повітря здійснюється стороннім повітропідігрівачем.

Розрахунок продуктів згоряння. Нижча теплота згоряння природного газового палива заданого складу визначається за формулою (1.2):

 

 

Вища теплота згоряння природного газового палива заданого складу визначається за формулою (1.3):

 

 

Теоретичний об'єм повітря, необхідного для спалювання 1 газової суміші заданого складу, визначається за формулою (1.5):

 

 

Теоретичний об'єм вологого повітря розраховується за формулою (1.6):

 

 

Дійсний об'єм вологого повітря визначається за формулою (1.7):

 

 

Об'єм двоокису вуглецю, який міститься в продуктах згорання, розраховується за формулою (1.8):

 

Об'єм водяних парів, які містяться в продуктах згорання, обчислюється за формулою (1.9):

 

 

Об'єм азоту, що міститься в продуктах згорання, визначається за формулою (1.10)

 

.

 

Об'єм непрореагованого кисню, що міститься в продуктах згорання, знаходиться за формулою (1.11)

 

.

 

Об'єм продуктів згоряння, які утворюються в результаті повного згоряння 1 газової суміші з коефіцієнтом надлишку повітря =1,1, визначається за формулою (1.12)

 

 

Фізична теплота, що вноситься в топковий об’єм з газовим паливом, обчислюється за формулою (1.17):

 

Фізична теплота, що вноситься в топковий об’єм з підігрітим повітрям, визначається за формулою (1.18)

 

 

Фізична теплота, що подається в топковий об’єм з газом і повітрям, розраховується за формулою (1.16):

 

 

Калориметрична температура горіння газового палива з коефіцієнтом надлишку повітря = 1,1, що є оптимальним для більшості застосовуваних моделей газопальникових пристроїв, визначається за формулами (1.14), (1.15)

Приймаємо температуру 2150 , визначаємо теплоємності при цій температурі і за формулою рахуємо калориметричну температуру горіння газового палива.

 

 

При температурах в топках котлів і печей до 1500 ч 1600 ступінь дисоціації водяних парів невелика, нею можна нехтувати. З цього випливає, що калориметрична температура горіння прирівнюється до теоретичної

= .

Дійсна температура горіння залежить від пірометричного коефіцієнта. Для термічних печей  = 0,75.

Дійсна температура горіння газу визначається за формулою (1.19)

 

 

Розрахунок теплового балансу печі. Статті годинних надходжень теплоти в топкову камеру печі. Годинний прихід теплоти з завантажуваними в піч деталями визначається за формулами (2.3, 2.4)

 

 

Деталі виконані з вуглецевої сталі марки Ст. 45; теплоємність сталі при початковій температурі деталей = 19 , = 0,51 / .

Годинний прихід теплоти з повітрям, яке подається в топку, визначається за формулою (2.5).

Зауважимо, що годинна витрата повітря, продуктів згоряння та інші годинні витрати теплоти, які залежать від годинної витрати газової суміші, яка подається на горіння, необхідно висловлювати через годинну витрату газової суміші, виділяючи єдину невідому . Годинний прихід теплоти з подаваємим в топковий об'єм підігрітим повітрям може бути визначений дещо іншим виразом: як добуток годинної витрати газової суміші на фізичну теплоту повітря, що подається в кількості, необхідній для повного згоряння 1 газової суміші:

 

 

Визначається годинний прихід аналогічним чином, як прихід теплоти з повітрям, за формулою (2.8):

Прихід теплоти в результаті проходження хімічних реакцій горіння газового палива обчислюється за формулою (2.9):

 

 

Статті годинних витрат теплоти з топкової камери печі. Годинна витрата теплоти з нагрітими до температури термообробки деталями, вивантажуваними з печі, визначається за формулою (2.12):

 

 

Годинна витрата теплоти, що виноситься з камери згоряння з газами, що відходять визначається за формулою (2.14):

 

 

Годинна витрата теплоти, що витрачається на компенсацію тепловтрат через огороджувальні конструкції печі визначається за формулою (2.16):

 

 

При правильній наладці газопальникових пристроїв печі хімічного недопалювання палива не відбувається, тому годинні втрати теплоти внаслідок хімічної неповноти згорання газового палива дорівнюють нулю

().

Годинні втрати теплоти через відкриті завантажувальні вікна у вигляді теплової променистої енергії, яка вибивається в момент завантаження і вивантаження деталей визначаються за формулою (2.17):

 

 

Годинна витрата теплоти, необхідна для компенсації неврахованих втрат теплоти приймається в розмірі 10-15% від загального приходу теплоти в піч:

 

 

Прирівнявши знайдені суми статтей приходу з витратами теплоти в печі відповідно до рівняння теплового балансу, визначають необхідну витрату газового палива :

Після визначення необхідної витрати газової суміші знаходять чисельні значення всіх складових статтей надходження і витрат теплоти. Всі знайдені значення зводимо в зведену балансову таблицю 1.

Нев’язка теплового балансу:

Термічний ККД промислової печі визначається за формулою (2.19)

 

Кількість теплоти, що віддається продуктами згоряння до виходу з робочого простору печі, визначається за формулою (2.22):

 

 

Коефіцієнт використання хімічної енергії палива обчислюється за формулою (2.20):

 

 

У результаті складання теплового балансу промислової термічної печі, що працює на газовому паливі, встановлено, що для створення температури , необхідної для здійснення термічної обробки металевих деталей, виконаних із Ст. 45, слід забезпечити витрату газового палива через пальникові пристрої печі = 64,1 / . При цій витраті температура в печі буде підтримуватися в межах 1200 . За цих умов роботи термічний ККД печі складе всього 24,6%, а коефіцієнт використання газового палива - 0,54, що говорить про необхідність вжиття заходів щодо утилізації теплоти, яка викидається, з подальшим її використанням.