Общие сведения о составлении теплового баланса печи. Пример составления теплового баланса методической печи

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсовой работы по дисциплине «Теплопередача в промышленных аппаратах» является получение навыков математического моделирования тепловых процессов, протекающих в конкретных технических системах, разработки программ расчета на ЭВМ на основе известных методов моделирования на примере выполнения теплового расчёта четырёхзонной методической печи.

Тепловой расчёт печи включает следующие блоки:

1. Расчёт горения топлива.

2. Расчёт нагрева металла.

3. Составление теплового баланса.

4. Расчёт рекуперативного теплообменника.

5. Гидравлический расчёт дымового и воздушного трактов.

Представленные методические указания к выполнению курсовой работы содержат третий блок теплового расчета методической печи – составление теплового баланса, целью которого является определение расхода топлива и КПД печи.

Факторы, влияющие на расход топлива и на КПД печи

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОСТАВЛЕНИИ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ

Тепловой баланс печи выражается уравнением, связывающим статьи расхода и прихода тепла, отнесенные к единице времени. Составление теплового баланса необходимо как при проектировании печи для определения расхода топлива, так и при испытании печей для установления технико-экономических показателей их работы.

Приходная часть теплового баланса складывается из следующих статей прихода тепла:

1. Тепло от горения топлива (химическое тепло) – Q_х.

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом – Q_в.

3. Тепло, вносимое подогретым топливом – Q_т.

4. Тепло экзотермических реакций (окисление металла) – Q_экз.

Расходная часть теплового баланса состоит из следующих статей расхода тепла:

1. Тепло, затраченное на нагрев металла (полезное тепло) – Q_м.

2. Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами – Q_г.

3. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива – Q_хн.

4. Потери тепла от механического недожога топлива – Q_мн.

5. Потери тепла теплопроводностью через кладку – Q_тепл.

6. Потери тепла с охлаждающей водой – Q_вод.

7. Неучтенные потери тепла включающие потери тепла излучением через открытые окна и щели; потери тепла с выбивающимися газами через окна, щели и кладку; потери тепла с окалиной; потери тепла на нагрев печи и оборудования – Q_неучт.

Таким образом, уравнение теплового баланса можно представить в следующем виде:

Q_х + Q_в + Q_т + Q_экз = Q_м + Q_г + Q_хн + Q_мн + Q_тепл + Q_вод + Q_неучт     (1)

Рассмотрим каждую из статей теплового баланса и способ их определения.

Статьи прихода тепла:

1. Тепло от горения топлива:

                                                           (2)

Здесь В – расход топлива, (м³/с для газообразного и кг/с для жидкого), который определяется при испытании печи непосредственным измерением, а при проектировании печи – расчетом из уравнения теплового баланса;  – теплота сгорания топлива (Дж/м³ для газообразного и Дж/кг для жидкого).

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом:

                                         (3)

где V_в – расход воздуха на единицу топлива (м³/м³ для газообразного и м³/кг для жидкого); i_в – теплосодержание воздуха, соответствующее его температуре перед горелками, Дж/м³.

3. Тепло, вносимое подогретым топливом:

                                                   (4)

где i_т теплосодержание подогретого топлива (Дж/м³ для газообразного и Дж/кг для жидкого).

4.Тепло экзотермических реакций:

Процесс окисления металла протекает с положительным тепловым эффектом, средняя величина которого составляет 5,65 кДж/кг окисленного железа. Тогда

,                               (5)

где Р – производительность печи, кг/с, у – угар металла, %. Для методических печей угар составляет у=1-5%.

При росте окисления металла приходные статьи теплового баланса увеличиваются, что приводит к сокращению расхода топлива. Однако ни в коем случае нельзя таким путем добиваться экономии топлива, так как потери металла от угара значительно превышают стоимость сэкономленного топлива.

Статьи расхода тепла:

1. Тепло, затраченное на нагрев металла:

,                                   (6)

где i_к– теплосодержание металла в конце нагрева, определяемое по его средней (по массе) температуре, Дж/кг, і_н – тоже самое в начале нагрева.

При нагреве металла холодного посада начальным теплосодержанием можно пренебречь.

2. Тепло, уносимое дымовыми газами:

,                                                                          (7)

где V_п.с - количество дыма, образующегося при горении единицы топлива (м³/м³ для газообразного и м³/кг для жидкого); i_п.с – теплосодержание уходящих газов Дж/кг.

В тепловом балансе методической печи потери тепла с уходящими дымовыми газами составляют значительную долю, достигая 45—55%, вследствие чего использование хотя бы части этого тепла на подогрев воздуха и (или) топлива дает существенную экономию топлива.

3. Химический и механический недожог топлива: