ИНЖИНИРИНГ: расчет, проектирование, наладка

Техсовет

В данном разделе приведены ответы на наиболее распространенные вопросы по эксплуатации и расчету печей, сушилок и другого оборудования. Буду признателен посетителям сайта за любые замечания и отвечу на любые вопросы по данной теме. Вот наиболее частые вопросы, возникающие в процессе эксплуатации и модернизации производственного оборудования:

Итак, начнем с первого вопроса:

1. Как рассчитать тепловые потери и температуру наружной стенки печи?

Футеровка печи позволяет снизить потери тепла через поверхность обечайки печи. Температура стенки печи должна соответствовать нормативному значению - не более 60-80°С. Футеровка состоит из огнеупорных материалов различного назначения (см. рис. 1).

Внутренняя часть футерована огнестойким магнезитовым или хром-магнезитовым кирпичом, который выдерживают температуру до 1700°С. Магнезит имеет высокую огнестойкость, но низкие теплоизоляционные свойства. Поэтому далее футеровка теплоизолируется шамотным кирпичом, рулонными и листовыми теплоизоляционными материалами. На рисунке показан разрез футеровки шахтной печи для обжига известняка. Внутри печи максимальная температура достигает до 1300°С. Температуру окружающей среды (воздуха) снаружи печи примем 10°С.

Расчет теплового потока Вт/(м2°С) определим по уравнению теплопроводности для каждого слоя футеровки:

Q = λ · (t₁  - t₂)/δ, где λ - коэффициент теплопроводности при средней температуре слоя огнеупора, Вт/(м·°К),  t₁ , t₂ - температура поверхности с одной и другой стороны слоя, °С, δ - толщина слоя материала, м.    И для всей футеровки в целом:

 Q = (T₁  - T₂)/( δ_i /λ_i), где T₁  - температура внутренней стенки огнеупорного материала в печи, может быть приравнена температуре внутри печи, в данном случае 1300°С,  T₂ - температура наружной поверхности обечайки (стенки) печи, в данном случае нам пока неизвестна, °С, i - номер слоя футеровки в печи, в нашем случае мы имеем 8 слоев. К этим 9 уравнениям следует добавить еще одно - уравнение теплоотдачи:

Q = α·(T₂  - T₀), где T₀ - температура окружающей среды, в нашем случае 10°С, α - коэффициент теплоотдачи, который для закрытых помещений рассчитывается по уравнению:

α = 9,74 +0,07·(T₂  - T₀). Таким образом, мы имеем уравнения, позволяющие рассчитать тепловой поток (тепловые потери) и все температуры внутри слоя теплоизоляции и температуру наружной стенки печи. Расчет я предпочитаю производить в программе exel. Здесь необходимо отметить, что коэффициенты теплоотдачи зависят от температуры материала, поэтому при расчетах необходимо уточнять эти коэффициенты после расчета профиля температур. Для указанных на рисунке материалов коэффициенты теплопроводности приведены в таблице:

Расчет дает следующие результаты: 

• тепловой поток 800 Вт/м²,
• температура поверхности стенки печи 60°С.

Это нормальные показатели для печей подобного типа. При проектировании футеровки можно было бы уменьшить толщину хром-магнезитового огнеупора до 250 мм. Толщина хром-магнезита менее 250 мм нежелательна, так как он защищает футеровку не только от высоких температур, но и от истираемости ее движущимся слоем известняка.

Необходимо также добавить, что при нагревании футеровка расширяется как вверх, так и радиально, поэтому за слоем хром-магнезита (или магнезита) обязательно устанавливают мягкий материал, который компенсирует расширение кладки. Это может быть слой огнестойкого войлока МКРВ-200 (муллит-кремнеземистый материал выдерживает температуру до 1300°С). Аналогично в верхней части кладки, примыкающей к неподвижным частям печи (горелочные короба, консоли, крышка печи и др.), требуется также прокладывать мягким материалом 40-50 мм.

 2. Как измерить температуру внутри шахтной печи?

Для измерения температуры следует использовать термометр-сопротивление с диапазоном измеряемых температур 0 - 1200°С, например, ТПУ 0304/М2 –А2JSP, длина рабочей части 630 мм, изготовитель –  российская компания «Элемер» . Поскольку невозможно ввести рабочую часть термодатчика непосредственно в движушийся слой обжигаемого материала, температуру измеряют в футеровке печи, как это показано на рисунке 2.

Во внутренней части футеровки прорезают прямоугольное отверстие (5), размером 40х20 мм, в которое вставляют термодатчик (3). Отверстие высотой 40 мм необходимо для компенсации расширения футеровки вверх. В обечайке кожуха (1) печи устанавливают патрубок (2), необходимый для обслуживания термодатчика, который касается своим концом поверхности огнеупорного кирпича футеровки (4). После установки датчика пустое пространство (5) заполняют теплоизоляционным заполнителем (мулитокремнеземистым войлоком, базальтовой ватой).

Теперь осталось определить падение температуры в слое хром-магнезитового огнеупорного кирпича (4), который одной стороной соприкасается с рабочей частью термодатчика, а другой стороной находится в зоне обжига печи. Если мы рассчитали поток тепла через стенку печи (см. материал вопроса 1), то по уравнению теплопроводности через слой огнеупорного кирпича (4) можно рассчитать падение температуры в этом пространстве:

Q = λ · (t₁  - t₂)/δ, где λ - коэффициент теплопроводности при средней температуре слоя огнеупора, Вт/(м·°К),  t₁ , t₂ - температура поверхности с одной и другой стороны слоя, °С, δ - толщина слоя материала, м.

Расчет температуры в печи t₁ сделанный для различных значений температуры t₂ , которую может показывать термодатчик, приведен в таблице 2. Толщина слоя огнеупорного кирпича (см. рис. 2) δ, 300 мм. Значения коэффициента теплопроводности взяты при средней температуре в слое огнеупора   λ= 3,4 - 3,6 Вт/(м·°К).

Таким образом, зная показания термодатчика по таблице можно легко найти температуру в печи. При выводе значений температур, измеряемых термодатчиками, расположенными в футеровке печи, на экран монитора, можно сразу учесть эту поправку.

3. Как рассчитать расход дымовых газов в шахтной печи по данным газоанализатора?

Дальнейший материал этого раздела будет добавлен позже. 

4. Как рассчитать расход газа по паспортным характеристикам вентилятора?

 позже

5. Как определить поверхность фильтрации и выбрать рукавный фильтр?

 позже

6. Как рассчитать эффективность очистки газов в циклоне?

позже

 Вернуться в начало