8.6. Пример расчета вертикальной протяжной печи

Ниже приведен пример расчета вертикальной протяжной (башенной) печи агрегата горячего цинкования, состоящей из следующих камер (рис. 8.1): подогрева, где осуществляется подогрев полосы продуктами сгорания, поступающими из следующей камеры безокислительного нагрева, где полоса нагревается до 600 °С продуктами неполного сгорания (α=0,85); восстановительного нагрева, где полоса нагревается до 850 °С радиационными трубами в восстановительной атмосфере (15 °/о Н₂ и 85% N₂); выдержки и регулируемого охлаждения, где полоса выдерживается при 850 °С или медленно охлаждается до 700 °С в восстановительной атмосфере (в качестве охлаждающих устройств используют трубы воздушного охлаждения, в качестве нагревающих устройств электрорадиационные трубы); струйного охлаждения, где происходит быстрое охлаждение полосы до 450 °С струями восстановительного газа.

Исходные данные:

размер нагреваемой полосы - b = 1 м (b_мах=1,5 м), S = 0,7 мм;

материал полосы — малоуглеродистая сталь с 0,2 % С;

часовая производительность печи Р= 70 т/ч;

топливо — коксовый газ с теплотой сгорания Q^P_HМДж/м³.

По формуле (8.6) масса 1 м длины полосы M = 7,85 *1,0*0,0007 = 0,0055 т. Скорость движения полосы в печи находим по формуле (8.5): ω_M = 70/60*0,0055 = 213 м/мин, а ее расчетную толщину по формуле (8.4):   =0,7/2=0,35 мм. Активную длину вертикального прохода полосы в камерах подогрева и безокислительного нагрева, где ролики установлены в тамбурах, принимаем равной L₁  = 13,3 м, а во всех остальных камерах L₂= 16,3 м.

Расчет теплообмена и нагрева полосы в камерах подогрева и безокислительного нагрева приведен в табл. 8.1, а расчетная схема камер и принятые их размеры — на рис. 8.2. Камеру безокислительного нагрева разбиваем на четыре расчетных участка с интервалами в 100°С. Температуру нагрева полосы и изменение температуры продуктов сгорания в камере подогрева предварительно принимаем, а затем проверяем при расчете нагрева полосы и теплового баланса камер. Расчет нагрева полосы ведем с раздельным учетом излучения и конвекции.

Расчет теплообмена и нагрева полосы в камере восстановительного нагрева приведен в табл. 8.2, а расчетная схема камеры и принятые ее размеры — на рис. 8.3. Камера разбита на три расчетных участка, отличающихся схемой теплообмена: на первом и третьем участках в теплообмене участвует кладка. Для нагрева принимаем нормализованные U-образные радиационные трубы диаметром d_тр=0,18 м, расположенные со средним шагом между ветвямиS_тр = 0,51 м; температура труб t_тр=900°С. Изменение температуры полосы в крайних проходах предварительно принимаем, а затем, определив продолжительность нагрева в этих проходах, подсчитываем их длину и проверяем,  соответствует  ли   она принятой длине проходов полосы. Расчет нагрева полосы ведем с раздельным учетом излучения и конвекции.

Расчет теплообмена и охлаждения полосы в камере выдержки и регулируемого охлаждения при работе ее в режиме регулируемого охлаждения представлен в табл. 8.3, а расчетная схема камеры и принятые ее размеры — на рис. 8.4. Охлаждение происходит с помощью воздухоохлаждаемых труб, расположенных в два ряда с каждой стороны полосы. Принимаем нормализованные воздухоохлаждаемые трубы наружным диаметром d^нар_возд=0,057 м и внутренним d^вн_возд = 0,05 м; шаг труб по ходу полосы S_возд=0,3 м. Расчет охлаждения полосы ведем с раздельным учетом излучения и конвекции.

Расчет теплообмена и охлаждения полосы в камере струйного охлаждения дан в табл. 8.4, а расчетная схема камеры и принятые ее размеры — на рис. 8.5. Для охлаждения в камере установлены трубы с шагом вдоль полосы S_стр = 0,15 м, в каждой трубе 24 отверстия диаметром 12,5 мм, из которых истекает газ (85 % N₂ и 1,5 % Н₂) со скоростью ω_стр = 20 м/с. Расстояние от плоскости истечения до полосы h = 0,1 м.

Рис. 8.3. Схема камеры восстановительного нагрева
1 — полоса; 2 — кладка камеры; 3 — радиационные трубы; 4 — ролик

8.4. Схема камеры выдержки и регулируемого охлаждения:
1 — полоса; 2 — кладка камеры; 3 — электрорадиационные трубы; 4 —ролик; 5 — воздухоохлаждаемые трубы

Рис. 8.5. Схема камеры струйного охлаждения:
1 —полоса; 2 —кладка камеры; 3 — трубки струйного охлаждения; 4 — ролик

Расчет основных размеров и характеристик башенной печи приведен в табл. 8.5.

Тепловой баланс камер подогрева и безокислительного нагрева дан в табл. 8.6. Так как температура и коэффициент расхода воздуха на расчетных участках камеры безокислительного нагрева одинаковы, переток продуктов сгорания из участка в участок можно не учитывать. Ролики камер подогрева и безокислительного нагрева расположены в холодных тамбурах, поэтому потери на охлаждение роликов отсутствуют. В камере подогрева происходит дожигание продуктов неполного сгорания, поступающих из камеры безокислительного нагрева, поэтому в приходной части Теплового баланса камеры подогрева учитывают не только физическое тепло продуктов сгорания, но и часть химического тепла топлива.

Тепловой баланс камеры восстановительного нагрева и камеры выдержки и регулируемого охлаждения при работе ее в режиме выдержки представлен в табл. 8.7.

Тепловой баланс камеры безокислительного нагрева составляем по расчетным участкам с тем, чтобы можно было соответствующим образом распределить тепловую мощность сожигательных устройств. Принимаем подогрев воздуха в радиационных трубах камеры восстановительного нагрева t_B=280°C, а температуру уходящих из труб продуктов сгорания t_П=800°С. Для поддержания температуры на уровне 850°С в камере выдержки и регулируемого охлаждения принимаем нормализованные электрорадиационные трубы диаметром d_Э =0,121 м и мощностью N_Э = 5 кВт, расположенные в один ряд у боковых стен (см. рис. 8.4).