Теплотехнический расчет электрической соляной печи – ванны, страница 2

Потери тепла через кладку печи при стационарном режиме работы рассчитываем по формуле:

, кВт,                                              (12)

где Т_{вн.пов.кл.} – температура внутренней поверхности кладки, принятая равной температуре печи t_печи=465°С;

Т₀ – начальная температура поверхности кладки;

S₁, S₂ – толщины слоя шамота и минеральной ваты соответственно, м

λ₁, λ₂ – коэффициенты теплопроводности для шамота и ваты соответственно, Вт/(м·К);

α – коэффициент теплоотдачи конвекцией от наружной поверхности кладки в окружающую среду, α = 11,63 Вт/(м·К)

F_нар – площадь наружной поверхности кладки, м²

                                                   (13)

 м²

Так как рассматриваем потери тепла через кладку в стационарном режиме, то можно записать:

                                                    (14)

Из [Кацевич] λ_ш= 0,15+0,28·10^-3·(465+t_ср)/2   λ_в=0,53+0,186·10^-3·( t_ср-45)/2

Проведя некоторые расчеты получим t_ср=279,6°С

Для температуры внутри печи в 465 °С принимаем, что температура на границе легковесного шамота и минеральной ваты составляет 279,6°С.

Тогда t_ш=372,38°С, t_в=162,3°С

Тогда:

 кВт

Потери тепла через тепловые короткие замыкания рассчитываем по формуле:

                                                        (15)

где  - принимаем по [] =13,09 кВт/м²;

- площадь поверхности детали

кВт

Общее число тепловых потерь составит:

кВт

Установленная мощность трансформатора вычисляем по формуле:

,кВт                                      (16)

где Р – производительность печи, кг/ч;

∆i - изменение теплосодержания материала изделия при нагреве от температуры t_нач до температуры t_кон, кДж/кг;

η – термический коэффициент полезного действия, принимаемый по опытным данным или по графику [8, рисунок 88];

k₁ - коэффициент, учитывающий расход тепла на нагрев подвесок, 1,15 - для простых подвесок одиночных крупных деталей;

k₂ - коэффициент, учитывающий простои на вспомогательные операции и ремонт печи;

k₃ – коэффициент, отражающий затраты тепла на испарение теплоносителя, а также на нагрев и плавление добавляемых порций соли, для печи садочного типа k₃=1,05;

k₄ - коэффициент, учитывающий запас мощности на управление тепловым режимом печи, обычно k₄=1,1-1,2.

По [8, график рисунок 88] для печи с открытым зеркалом ванны, температура которой ~ 485°C, термический к.п.д. η=0,6.

Так как конструкция подвески для одиночных крупных изделий сравнительно простая, то принимаем коэффициент k₁=1,15.

Значение коэффициента k₂ найдем расчетом:

                                                        (17)

Проектируемая печь садочного типа и поэтому k₃ = 1,05.

Принимаем коэффициент k₄ = 1,1.

кВт

По результатам расчета можно сделать вывод, что коэффициент полезного действия, заложенный в расчет установленной мощности – верен. Так как Q_пол составляет 60%, а Q_пот – 40%.

Исходя из справочных данных [8, таблица 61] , выбираем для установки на печи один трехфазный трансформатор типа ТПТ-1000 или типа ТСТ-100 АО мощностью по 100 кВт. Для нагрева теплоноситель принимаем одну трехфазную группу электродов с независимым питанием от своего трансформатора.

Для трехфазной группы электродов, которые питаются от трансформатора мощностью 100 кВт выбираем электроды диаметром d_эл = 75мм. Плотность тока в сечении электрода проверяем по формуле:

Так как I ≤ 1А/мм² , то выбранный диаметр электрода d_эл = 75мм оставляем без изменения.

При определение размеров рабочего пространства печи примем, что для загрузки и выгрузки одной подвески с изделиями требуется около 2 мин (с учетом необходимой выдержки выгруженного изделия над ванной для стекания расплава). В этом случае определяем количество изделий на подвеске:

, шт                                (18)

 шт

Минимально допустимые размеры ванны печи:

В_в = b + 2,7d_эл + 100 =165+2,7*75+100 = 467,5 мм;

Н_в = h + 250 = 380+250 = 630 мм;

L_в = n(l + 100) = 6(970+100) = 6420 мм.

Определим объем расплавленного теплоносителя:

, м³                                                     (19)

 м³

Возможное падение температуры расплава при погружении в него подвески с холодным изделием определяем по формуле:

, °С                                                  (20)

 °С

Результаты этой проверки говорят о том, что расплав соли состава 50% NaNO₃ + 50% KNO₃  объемом V_Т = 1,59м³ аккумулирует вполне достаточный запас тепла, и поэтому размеры ванны оставляем без изменений.

Таким образом, проделанными расчетами найдены все основные параметры проектируемой электрической соляной печи.