Тепловий розрахунок камерної термічної печі з нерухомим подом (стр. 3 из 4)
, кДж (3.1)де:
Е - ємкість печі, кг;
i tср - ентальпія металу, який нагрівається, при його середній температурі в третьому інтервалі нагріву, кДж/кг;
It0 - ентальпія металу на початку нагріву, кДж/кг.
m= 2,857 (I895-I20) = 2857 (628 - 6) = 1777054 кДж.З додатка вибираємо товщину стін та склепіння термічної печі.
Унашому випадкумаксимальна висота стінки Hn=1196мм, більша 1метра і максимальна температура димових газів tГО=964тобто меньше 1200˚C. Отже стіни печі виконуються з шамоту класу“В" товщиною 115 мм та теплоізоляційного шару товщиною 230 мм. Із діатомітової цегли. Склепіння печі виконується із шамоту товщиною 115 мм.
Розрахунок тепла акумульованого кладкою зробимо по методу Б.Ф. Зобніна [2]. Початкова температура кладки печі 800°С. Підвищення температури кладки до 938°С протікає в перший і другий інтервали нагріву заготівок тобто за час τ I = 5,394 години = 19418 сек. У третьому інтервалі τ3 = 0,976 години = 3514 сек відбувається зниження температури кладки, причому температура кладки за час τ вир = 0,488 години = 1757 с знижується до 912 °С, а в період структурних перетворень τ с = 0,488 години = 1757 с - залишається постійною.
Середня зміна температури кладки за період підвищення температури дорівнює:
, (3.2)де:
tкл2 - температура внутрішньої поверхні кладки наприкінці другого інтервалу нагріву, °C;
tкл0 - початкова температура кладки печі, °С.
. 
(3.3)де:
tкл3 - кінцева температура внутрішньої поверхні кладки, °C;
τ вир - тривалість вирівнювання температури по перетину заготівки, година;
τ с - тривалість періоду для завершення структурних перетворень, година.
Середня температура внутрішньої поверхні кладки:
(3.4) 
По цій температурі обчислюємо основні теплофізичні властивості шамотного матеріалу. З додатку середня щільність шамоту дорівнює:
рш = 2025 кг/м3.
Теплопровідність шамоту:
(3.5) 
Теплоємкість шамоту з додатку 10 визначається з рівняння:
Сш = 0,867 + 0,00042 t, кДж/кг град (3.6)
Сш = 0,867 + 0,00042* 861 = 1,229 кДж/кг град =1229 Дж/кг град
Тоді кількість тепла акумульованого кладкою за весь період термообробки виробів буде дорівнювати:
(3.7)де:
Fкл - внутрішня поверхня кладки печі, м2.
Визначимо втрати тепла випромінюванням через відкриті вікна в період посаду та видачі заготівок.
Для заготівок 550 х 230 х 160 мм вибираємо вікно завантаження шириною b1 =1000 мм і висотою a1 = 400 мм, товщина кладки складає l1= 345 мм. Час завантаження печі 5 ¸ 15 хв. Приймаємо, що завантаження івивантаження печі триває по 10 хвилин (600 сек). Визначаємо співвідношення:
Тоді по додатку 10 коефіцієнт диафрагмування Ф дорівнює: 0,66.
Втрати тепла випромінюванням при посаді заготівок:
(3.8)де:
Ф - коефіцієнт диафрагмування,
y - тривалість посаду, сек,
Тв - абсолютна температура навколишнього повітря, °К;
Тпеч.0 - початкова температура печі, °К.
Приймаємо. що температура повітря в цеху складає tв = 20 °С.
Тоді:
Втрати тепла випромінюванням при видачі заготівок:
(3.9) 
Втрати тепла з вихідними газами, визначиться рівнянням:
Qyx = Vд iдyx B tобщ, кДж, (3.10)
де:
Vд - кількість продуктів згоряння утворених при спалюванні 1м3 палива, м3/м3,iдyx. - ентальпія продуктів згоряння при середній температурі димових газів, кДж/м3;
В - витрата палива, м3/с;
tобщ - тривалість термообробки, с.
Середня температура димових газів:
(3.11) 
Ентальпія продуктів згоряння буде дорівнювати:
Iдyx = 0,01 (iRO2 RO2 + іН20 H2O + iN2 N2 +iO2 O2) кДж/м3,
де:
RО2 -% зміст СО2 та SO2 у димових газах;
H2O; N2; O2 -% зміст компонентів у димових газах;
iRO2; iH20; iN2; iO2 - ентальпія відповідних компонентів при середній температурі димових газів кДж/м3.
Ентальпії компонентів визначаємо з додатку.
Iдyx = 0.01 (1980,2×12,4 + 1544,3×14,19 + 1261,3×72,03 +1334,6×1,38) = 1392,9 кДж/м3
Тоді втрати тепла з продуктами згоряння, які відходять з печі, з формули (6.10) будуть дорівнювати:
Qвідх = 2.749×1392,9×B×7,346×3600= 101262370 В, кДж
Втрати тепла теплопровідністю через стінки і склепіння печі визначаємо графоаналітичним методом [2].
Середня температура внутрішньої поверхні кладки печі за час термообробки заготівок tв =861оС.
Температура повітря в цеху приймаємо рівною tв = 15 °С.
Для двошарової кладки середня температура шамотного шару приблизно буде дорівнювати:
(3.12) 
Середня температура діатомітової цегли приблизно дорівнює:
(3.13) 
Для цих температур, згідно додатка, величини
м град/Вт рівні; для шамотної цегли 0,903, а для диатомитової марки 500 - 6,382. При товщині шамотного шару 
= 115 мм і теплоізоляційного шару 
= 230 мм сумарний тепловий опір шарів буде дорівнювати: 
, м2град/ Вт (3.14) 
0.903×0,115 + 6,382×0,230 = 1,572 м2 град/Вт.По додатку питомий тепловий потік через стіни і склепіння буде дорівнювати qтеп = 550 Вт/м2, при цьому температура зовнішньої поверхні стінки 63°С.
Bтрата тепла через стінки і склепіння за весь період термообробки:
Qтеп = qтеп (Fкл - Fпод) t общ, Дж (3.15)
де:
Fкл - сумарна внутрішня поверхня кладки печі, м2;
Fпод - площа поду печі, м2;
tобщ - сумарний час термообробки, сек.
теп = 550 (15,63 - 1,94×1,97) 7,346×3600 = 172598000 Дж = 172598 кДж.У нашjve випадку конструкція стін і склепіння однакова, тобто товщина шамотного шару 115 мм, товщина теплоізоляції 230 мм. У випадку, якщо склепіння має товщину шарів, відмінну від товщини шарів стін печі, втрати тепла, визначаються роздільно для стін і склепіння.
Втратами тепла через під печі зневажаємо.
Сума видаткових статей теплового балансу термічної печі:
, (3.16)Qвитрат=1777054+48797+20031+17708+101262370В+172598=2036188+101262370В.
3.2 Прибуткові статті теплового балансу печі
Визначимо хімічно зв'язане тепло палива:
хім= 
(3.17)де:
- теплота згоряння палива, кДж/м3. хім = 8000 *B* 7,346* 3600 = 211564800*В кДж.Повітря для горіння при температурі 15°С вносить тепла:
кДж (3.18)де:
Lд - дійсна витрата повітря для спалювання 1м 3 палива м3/м3
ів - ентальпія повітря з додатку 11, кДж
физ. у=1,97×19,5×B×7,346×3600=1015908BкДж