Вт/(м К) = 0,860 ккал/(ч м °С)

1 Вт/(м К) = 0,860 ккал/(ч м °С)

1 ккал/(ч м °С) = 1,163 Вт/(м К)

Коэффициент теплообмена (теплоотдачи), коэффициент теплопередачи:

1 ккал(ч м² °С) =1,163 Вт/(м² К)

1 ккал/(с см² °С) = 41,868 кВт/(м² К)

Поверхностная плотность теплового потока:

1 ккал(ч м²)= 1,163 Вт/м².

1 Мкал(ч м² ) = 1,163 кВт/м²

 

Тепловой расчет круглой двухкамерной отражательной печи

 Исходные данные:

Площадь пода плавильной зоны и копильника, м² …. по 28

Площадь свода плавильной зоны и копильника, м²… по 34 Температура в рабочем пространстве печи;

плавильной зоны, °С.......................................1100

копильника, "С..................................................1000

Производительность печи, т/ч................................5,4

Теплота (природный газ) сгорания 1 м³ (приведен­ная к нормальным условиям),используемого топлива,кДж....................................................35400

Состав шихты, %: (90÷92)Al + (8÷10) примеси (Fe, Mg, Si, Zn, Сu и др.),

Материальный баланс плавильной зоны:

№	Получено	Масса плавки
п/п		кг/ч	т/плавка	%
1	Металлический сплав	4220	21,1	78,3
2	Общие потери, угар, выгребы, съемы, сплески	1180	5,9	21,7
	И г о г о	5400	27	100
№	Поступило	Масса плавки
п/п		кг/ч	т/плавка	%
1	Алюминий металлический в сплаве шихты	4240	21,2	78,5
2	Примеси	460	2,3	8,5
3	Флюсы	700	3,5	13
	Итого	5400	27	100

Принимаем коэффициент избытка воздуха α = 1,1.

Объем воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ (приведенного к нормальным условиям) природного газа L₀ = 9,12 м³

Объем воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ (приведенно­го к нормальным условиям) природного газа с учетом коэффици­ента избытка:

L= L₀ * α =9,12*1,1 = 10,03 м³

 

Объем продуктов горения при сжигании 1м³ (приведенного к нормальным условиям) газа V0 =10,05 м³, с учетом коэффициента избытка воздуха:

V= V₀ + (α -1)*L₀ =10,05+(1,1-1)*9,12=10,96 м³

Приход тепла

1.Количество тепла от горения топлива:

Q_T = B* Q_н =35400 В,

где B - расход топлива (приведенный к нормальным условиям), м³\ч; Q_н - низшая теплотворная способность топлива, кДж/ м³,

2. Количество тепла, вносимого подогретым воздухом:

Q_в =B* С_в *L* tв=В*1,31*200*10,03=В*2628 кДж/ч

 

где С_в - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(м*К); tв - тем­пература подогретого воздуха, °С.

3. Количество тепла от экзотермических реакций:

Q_экз=A*G,

где А - суммарное количество тепла от окисления алюминия, кДж/кг; G-угар металла, кг/ч.

По практическим данным угар алюминии и среднем составляет 2 %,

G=4220*0,02=84,4 кг/ч, тогда

Q_экз=(Q\M)*G=1570/26.97*84.4*10³ кДж/ч,

где Q - тепловой эффект реакции окислении алюминия, кДж/(г*моль), М - молекулярная масса алюминия, г.

4. Суммарный приход тепла:

Q_т= Q_в + Q_экз = В*3540 + В*2628 + 4910*10³ кДж/ч

Расход тепла

1.Тепло на нагрев, расплавление и перегрев металла (алюминия);

 

где G_Al - масса алюминия в сплаве шихты, кг/ч; t1, t2, t3 - температура алюминия, поступающего в печь, температура плавления алюминия и температура перегрева металла, °С, соответственно; C_p1,C_p2,C_p3 -удельные теплоемкости алюминия при t₁, t₂, t₃ кДж/(кг К), соответственно; χ_Al - теплота плавления алюминия, кДж/кг,

2. Тепло на нагрев и расплавление флюсов:

где G_KCl,G_NaCl - масса КСl и NaCI, кг/ч; t₁,t₂ - температура флю­са, загружаемого в печь, и температура нагрева, °С, соответст­венно; C_p1,C_p2 и C’_p1,C’_p2 - удельные теплоемкости КСl и NaCI

при соответствующих температурах, кДж/(кгК); χ_KCl,χ_NaCl – скрытая теплота плавления KCI и NaCI, кДж/кг, соответственно

3. Тепло на нагрев и плавление примесей:

где G_прим – масса примесей, поступающих в печь, кг/ч; ΔH800,ΔH20 - энтальпии примесей при 800 и 20°С кДж/ч,

4. Полезный расход тепла:

5. Тепло, уносимое отходящими газами:

где V_ух - объем отходящих газов (приведенное к нормальным ус­ловиям), м3; t_ух - температура отходящих газов, °С; С_pyx - удель­ная теплоемкость отходящих газов, кДж/(м³*К),

6. Тепло от неполноты сгорания топлива:

Химическая неполнота горения природного газа равна нулю.

7. Тепло выгребов составляет 1 %:

Определение потерь тепла через кладку печи

1. Потери тепла через боковые стенки печи:

Температура на внутренней стенки кладки 1100 °С.

Кладка боковых стен состоит из шамота толщиной S₁=575 мм.

Теплопроводность шамота λ_ш=0,84 + 0,58 *10³* t_ср Вт/(мК).

Принимаем температуру окружающей среды 20°С, темпера­туру на наружной поверхности кладки t_н=135 °С.

Теплоотдача от наружной стенки в окружающую среду при такой температуре составит α_н =14,8 Вт/(м² *К).

Средняя температура в слое шамота:

t_ср =(1100+ 135)/2=617,5 °С;

λ_ш=0,84 + 0,58*10^-3*617,5=1,20 Вт/(м*К);

Тепловой поток (q₁) через 1 м длины цилиндрической футе­ровки:

где t₁ - температура на внутренней поверхности кладки, °С; t₀ –температура окружающей среды, °С; d₂ и d₁ - диаметр наружной и внутренней кладки, м, соответственно.

Проверка предварительно принятой температуры на наружной поверхности кладки:

Принимаем t_н =140 °С.

2. Потери тепла через боковые стенки кладки печи:

Q_бок = q₁ *l = 143600*2.96 = 425000 кДж/м,

3. Потери тепла через кладку пода печи:

первый слой шамот класса А толщиной S1=575 мм;

второй слой шамотный порошок, толщиной S2=132 мм;

третий слой - шамот толщиной S3=204 мм;

четвертый слой - диатоминовый кирпич толщиной S4=204 мм;

λ₁ = 0,84+ 0,5810^-3 t Вт/(мК);

λ₂ = 0,227 + 602 10^-12 T² Вт/(мК);

λ₄ = 0,116 + 0,00015 t Вт/(мК).

Принимаем следующее распределение температур по кладке:

1100 – 840 – 750 – 630=90 °С

Средняя температура и слое шамота:

t_ср =(1100+840)/2=970 °С

λ₁ = 0,84+ 0,5810^-3 *970 = 1.403 Вт/(мК);

Средняя температура шамотного порошка:

t_ср._пор=(750+840)/2=7950 °С;

λ₂ = 0,227 Вг/(мК).

Средняя температура в слое диатомитового кирпича:

t_ср._д = (630 + 90)/2 = 360 °С;

λ₄ = 0,116 + 0,00015 *360=0.17 Вт/(мК).

Принимаем для расчета температуру на наружной поверхно­сти кладки пода печи t_к =90 °С.

Теплоотдача от наружной поверхности:

при t_к =90°С α_к = 11,25 Вт/(м²К),

Тепловой поток через 1 м² поверхности кладки иода:

4.Проверка предварительно принятого распределения темпера­тур:

Температура на границе слоев «шамот - шамотовый порошок»:

Температура на границе слоев «шамотный порошок - шамот»:

Температура на границе слоев «шамот – диатомитовый кирпич»:

Температура наружной поверхности кладки:

Таким образом, полученная по расчету температура наружной поверхности кладки незначительно отличается от принятой.

Потери тепла через кладку пода:

где

где F_пода - площадь кладки поверхности пода

1.         Тепловой поток черт кладку спада:

где t₁ - температура на внутренней поверхности кладки, °С; t₀-температура окружающею воэдуха,°С S - толщина кладки, м; α_н - теплопроводность кладки, Вт/(м*К); α_н -теплоотдача, Вт/( м²К),

2. Проверка предварительно принятой температуры на наруж­ной поверхности кладки свода:

Полученная по расчету температура наружной поверхности кладки незначительно отличаемся от принятой.

3. Потери тепла через кладку свода:

где F_свода - площадь свода, равная 34 м²

4. Общие потери тела через кладку одной печи:

5. Общие потери тепла через кладку двух печей (плавильника и копильника).

Примем, что неучтенные потери в окружающую среду - 30 %,

Тепло, уносимое выминающимися газами через открытое окно:

где V₁ - объем выбивающихся через открытое окно газов, м ; h - высота окна, 1,5 м; b - ширина окна, 1,97 м; μ - коэффициент расхода, 0,82; γ_B - плотность воздуха при нуле градусов, 1,293 кг/ м³; γ_r - плотность выбивающихся газов при 1100 °С, 0,23 кг/ м³

Состав природного газа, % (объемн.): СН₄-93, С₂Н₆-4,5, С₃Н₈-0,8, С₄Н₁₀-0,6, С₅Н₁₂-0,5, СО₂-0,1, N₂-0,5

+N₂=7,93 м³

где α - коэффициент избытка воздуха, L₀ - количество воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ природного газа.

CO₂=(1,094*100)/11,1=9,9%; Н₂О= (2б087*100)/11,1=18,8%;

N₂=7,93*100/11,1=71,3%

где γ₀ и γ_t- плотность газов при нуле и 1000°С, соответственно

1.Удельная теплоемкость продуктов сгорания:

2. Общий объем выбивающихся газов, приведенный к нормальным условиям:

Окно открыто около 1 ч в течение плавки - 0,333 ч, тогда объ­ем газов, выбивающихся из печи, равен:

3. Потери тепла с вывивающимися газами:

где C_r -удельная теплоемкость выбивающихся газов, 1,528 кДж/( м³К); tr температура выбивающихся газов, 1000 °С

4.Количества тепла на нагрев и расплавление металлического алюминия в копильнике (подшихтовка):

5.Количество тепла, необходимого для нагрева металлического алюминия на 50 °С (при переливе из плавильной зоны в копильник - металл охлаждается):

6. Приход тепла приравнивают расходу и определяют количество топлива:

Q_{прихода}= Q_{расхода}

35400*В + 2628*B+ 4910000 = 5243000 + 838000 + 240500 + 17000*B + 885*B + 354*B + 2370000 + 3900000 + 2895000 +94000,

B= 540 м³/ч.

Расход топлива на печь 550 м³/ч, на плавильную зону В1=350 м³/ч; накопильник В2=200 м³/ч.

Сводная таблица теплового баланса печи

№ п/п	Приход тепла	Единицы измере­ния
		кДж/ч	1%
	Тепло:
1	вносимое топливом	19116000	75
2	вносимое подогретым воздухом	1419000	5,5
3	экзотермических реакций	4950000	19,5
	Итого	25485000	100
№ п/п	Расход тепла	Единицы измере­ния
		кДж/ч	1%
1	Полный расход	6321500	24,8
2	Уносимое отходящими газами	9180000	36,0
3	От механической неполноты горения топлива	478000	2,0
4	Тепло выгребов	190000	0,7
5	Потери через кладку печи	2370000	9,3
6	Потери через окно с выбивающими газами	3900000	15,2
7	Нагрев металла при подшихтовке копильника	2895000	11,4
8	Нагрев при переливании металла в копильник	9400	0,4
9	Невязка	57000	0,2
	Итого	25485000	100

Список использованных источников

 

1 Фомин Б.А. Металлургия вторичного алюминия: Учебное пособие для вузов/ Б.А. Фомин, В.И. Москвитин, С.В. Махов. – М.: «Экономет», 2004.-240с.: ил.