Методика расчетов по результатам измерений
После регистрации параметров работы колпаковой печи и проведения дополнительных измерений с помощью переносных приборов результаты обрабатывались для составления теплового баланса по следующей методике:
Таблица 11 – Формулы для расчета теплового баланса
| № п/п | Наименование величины | Формула для расчета | Единица измерения |
| 1. Тепловой баланс | |||
| Приход тепла | |||
| 1.1 | Горение топлива | Qх = (Qнр ´Vго +Q/нр ´ V/пго)´τц | ккал/ч |
| 1.1.1 | Средний расход природного газа, приведенный к параметрам диафрагмы | V/пго=Vпгпр´ 
| м3/ч |
| 1.1.2 | Средний расход природно-доменной смеси, приведенный к параметрам диафрагмы | Vго =V/гпр ´ 
| м3/ч |
Продолжение таблицы 11
| 1.1.3 | Средний расход природно-доменной смеси: h-перепад на измерительной диафрагме газопровода природно-доменной смеси, мбар; F=247,119 - коэффициент измерительной диафрагмы газопровода природно-доменной смеси. | Vгпр = F ×√h | м3/ч | |
| 1.1.4 | Средний расход воздуха: h-перепад на измерительной диафрагме воздухопровода, мбар; F=452,094 - коэффициент измерительной диафрагмы воздуха горения. | Vвпр = F ×√h | м3/ч | |
| 1.2 | Физическое тепло топлива | Qфт = (Vго ´ tг ´ Сг + V/пго ´ tпг ´ Спг) ´τц | ккал/ч | |
| 1.3 | Физическое тепло воздуха | Qфв = (Vго´Lо+V/пго´L/о)´Св´tв ´aср ´τц | ||
| 1.4 | Средний за цикл отжига коэффициент расхода воздуха: amax - коэффициент расхода воздуха при максимальной тепловой нагрузке нагревательного колпака; aн.пуск - коэффициент расхода воздуха при промежуточной тепловой нагрузке нагревательного колпака; amin - коэффициент расхода воздуха при минимальной тепловой нагрузке нагревательного колпака | aср = (τн´a1 + τв´a2)/ τц a1 = (amax + aн.пуск)/2 a2 = (aн.пуск + amin)/2 | - | |
| 1.5 | Физическое тепло металла (садки) | Qфм = Мс ´ tмн ´ Смн´1000 | ккал/ч | |
| 1.6 | Физическое тепло муфеля, конвекторных колец | Qф.муф. = (Ммуф + Мк)´ tмуфн´Смуфн´1000 | ||
| 1.7 | Суммарный приход тепла | SQпр = Qх + Qф.т.+ Qф.в.+ Qфм+ Qф.муф. | ||
| Расход тепла | ||||
| 1.8 | Нагрев металла | Qм = Мс´(tмк´Смк – tмн´Смн) ´1000 | ккал/ч | |
| 1.9 | Нагрев металла муфеля, конвекторных колец | Qмуф.=[(Ммуф´(tмуфк ´ Смуфк- tмуфн´ Смуфн) +Мк ´(t к к ´ Ск к- t к н ´ Ск н)] ´1000 | ||
| 1.10 | Аккумуляция кладки нагревательного колпака | Qкл= Мкл´(tклк ´ Склк- tклн ´Склн)´1000 | ||
Продолжение таблицы 11
| 1.11 | Потери тепла на нагрев защитного газа | Qзащ.= Vзащ.´(tзащк´Сзащк - tзащн ´Сзащн ) ´ τц | ккал/ч | ||||
| 1.12 | Потери тепла с уходящими продуктами сгорания | Qух.= (Vго´Vух + V/пго´V /пгух)´tух ´Сух´τц | |||||
| 1.13 | Потери тепла в окружающую среду | Qокр= aн´F´(tнар. – tокр.)´τц | |||||
| 1.14 | Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху | aн = 6,02+ 0,043´ tнар. | ккал м2´оС´ч | ||||
| 1.15 | Суммарный расход тепла | SQрас= Qм + Qмуф +Qкл + Qзащ.+Qух+ Qокр | ккал/ч | ||||
| 2. Технико-экономические показатели | |||||||
| 2.1 | Производительность нагревательного колпака | П = Мс/ τц | т/ч | ||||
| 2.2 | Удельный расход условного топлива на тонну металла | b = Qх /(7000 ´ Мс) | кг у. т. | ||||
| 2.3 | Удельный расход тепла на тонну металла | b = Qх /(Мс´1000) | ккал | ||||
| 2.4 | Коэффициент использования топлива | g = (Qх + Qфв - Qух)/ Qх | - | ||||
| 2.5 | Коэффициент полезного действия термический | ηт = (Qм / SQпр) ´100 | % | ||||
| 2.6 | Коэффициент полезного действия эффективный | ηэф = (Qм / Qх) ´100 | % | ||||
. 5 Тепловой баланс колпаковой печи и технико-экономические показатели работы
В основу составления теплового баланса вошли результаты балансовых испытаний четырех отжигов металла различных марок сталей и программ отжига. Статьи прихода и расхода теплового баланса рассчитаны по суммарному потреблению топлива, воздуха горения, средней массы садки, расходу защитного газа и т.д. на восемь нагревательных колпаков. Усреднённые теплотехнические параметры отжигов взяты с учётом периодов нагрева и выдержки, циклов максимальной и минимальной тепловой нагрузки печи, различных технологических режимов обработки плотносмотанных рулонов стали в среде защитного газа в одностопных колпаковых печах фирмы "Эбнер". Данные теплового баланса сведены в таблицу № 12, № 13.
Таблица 12 - Исходные данные для теплового баланса
| № п/п | Наименование | Единицы измерений | Отжиг |
| Режим отжига | - | ВОСВ | |
| Номер программы | - | ||
| Марка стали | - | 08Ю |
Продолжение таблицы 12
| Количество рулонов | шт. | ||
| Размер полосы | мм ´ мм | 1270´0,9 | |
| Масса садки | т | 71,56 | |
| Масса муфеля | т | 3,2 | |
| Масса конвекторных колец | т | 2,25 | |
| Количество конверторных колец | шт. | ||
| Производительность по колпаку | т/ч | 2,39 | |
| Температура металла садки в начале отжига | оС | ||
| Температура металла садки в конце отжига | оС | ||
| Теплоемкость металла садки в начале отжига | ккал/кг´оС | 0,1160 | |
| Теплоемкость металла садки в конце отжига | ккал/кг´оС | 0,1479 | |
| Теплота сгорания природного газа при 0оС | ккал/м3 | ||
| Температура природного газа | оС | ||
| Теплоемкость природного газа | ккал/м3´оС | 0,3720 | |
| Теплота сгорания природно-доменной смеси при 0оС | ккал/м3 | ||
| Температура природно-доменной смеси | оС | ||
| Теплоемкость природно-доменной смеси | ккал/м3´оС | 0,3288 | |
| Температура муфеля в начале отжига | оС | ||
| Температура муфеля в конце отжига | оС | ||
| Теплоемкость муфеля в начале отжига | ккал/кг´оС | 0,1198 | |
| Теплоемкость муфеля в конце отжига | ккал/кг´оС | 0,1337 | |
| Масса кладки | т | ||
| Температура кладки в начале отжига | оС | ||
| Температура кладки в конце отжига | оС | ||
| Теплоемкость кладки в начале отжига | ккал/кг´оС | 0,1875 | |
| Теплоемкость кладки в конце отжига | ккал/кг´оС | 0,2410 | |
| Продолжительность отжига | ч | ||
| Среднечасовой расход природного газа | м3/ч | 4,5 | |
| Среднечасовой расход природно-доменной смеси | м3/ч | 242,4 | |
| Среднечасовой расход воздуха на горение | м3/ч | 368,4 | |
| Среднечасовой расход защитного газа (водород 100%) | м3/ч | 7,7 | |
| Давление природного газа перед магнитными клапанами пилотных горелок | кгс/м2 | ||
| Давление воздуха перед коллектором для пилотных горелок | кгс/м2 | ||
| Давление природно-доменной смеси за регулятором давления | кгс/м2 | ||
| Давление воздуха после воздуходувки | кгс/м2 | ||
| Теоретически необходимый объем воздуха для полного сжигания 1 м3 природно-доменной смеси | м3 | 1,52 | |
| Теоретически необходимый объем для сжигания 1 м3 природного газа | м3 | 9,48 | |
| Содержание кислорода в продуктах сгорания | % | 3,7 | |
| Коэффициент расхода воздуха | - | 1,28 | |
| Температура водорода в начале отжига | оС | ||
| Температура водорода в конце отжига | оС | ||
| Теплоемкость водорода в начале отжига | ккал/м3´оС | 0,298 | |
| Теплоемкость водорода в конце отжига | ккал/м3´оС | 0,314 |
Продолжение таблицы 12
| Объемное количество влажных продуктов сгорания от сжигания 1 м3 природно-доменной смеси при действительном соотношении газа и воздуха | м3 | 12,85 | |
| Объемное количество влажных продуктов сгорания от сжигания 1 м3 природного газа при действительном соотношении газа и воздуха | м3 | 2,84 | |
| Теплоемкость продуктов сгорания природного газа | ккал/м3´оС | 0,3720 | |
| Теплоемкость продуктов сгорания природно-доменной смеси | ккал/м3´оС | 0,3495 | |
| Средняя температура поверхности нагрева: | |||
| - свода | оС | 68,5 | |
| - боковой поверхности | 80,0 | ||
| - пода | 67,6 | ||
| Площадь поверхности нагрева: | |||
| - свода | м2 | 8,30 | |
| - боковой поверхности | 75,03 | ||
| - пода | 3,10 | ||
| Коэффициент теплоотдачи от поверхности нагрева: | |||
| - свода | Вт/м2´К | 9,90 | |
| - боковой поверхности | 10,90 | ||
| - пода | 10,45 | ||
| Теплоемкость горячего воздуха | ккал/м3´оС | 0,3120 | |
| Рекуператор | |||
| Средняя температура продуктов сгорания после рекуператора | оС | 445,1 | |
| Средняя температура воздуха перед рекуператором | |||
| Средняя температура воздуха перед горелками |
Тепловой баланс колпаковой печи
Таблица 13 – Тепловой баланс колпаковой печи
| № | Наименование статей | Величина | |
| млн. ккал/отжиг | % | ||
| Приход тепла | |||
| Горение топлива | 12,713 | 90,17 | |
| Физическое тепло топлива | 0,071 | 0,50 | |
| Физическое тепло воздуха горения | 1,059 | 7,51 | |
| Физическое тепло металла (садки) | 0,224 | 1,59 | |
| Физическое тепло муфеля, конвекторных колец | 0,032 | 0,23 | |
| Итого: | 14,099 | ||
| Расход тепла | |||
| Нагрев металла | 7,184 | 50,95 | |
| Нагрев металла муфеля, конвекторных колец | 0,899 | 6,38 |
Продолжение таблицы 13
| Аккумуляция кладки нагревательного колпака | 1,470 | 10,43 | |
| Потери тепла с уходящими продуктами сгорания | 3,483 | 24,70 | |
| Потери тепла в окружающую среду | 1,012 | 7,18 | |
| Потери тепла на нагрев защитного газа | 0,051 | 0,36 | |
| Итого: | 14,099 |
Технико-экономические показатели работы
Производительность нагревательного колпака:
П = 2,39 т/ч
Удельный расход условного топлива:
b = 25,38 кг у. т./т
Удельный расход тепла:
g = 177,65 ккал/кг
Коэффициент использования тепла топлива:
hi = 0,8093
Коэффициент полезного действия (эффективный):
hк = 56,52 %
Коэффициент полезного действия (термический):
hк = 50,96 %