Теплообмен в нагревательных печах

Тема 3. Нагревание (охлаждение) изделий и материалов в печах

§3.1 Классификация промышленных печей

Печь – это устройство для отапливания различных строений (отопительные печи), для получениявысокой температуры, необходимой в том или ином технологическом процессе (промышленные печи).

Классификация промышленных печей

1) По технологическому назначению:

1.1 плавильные (домны, мартены, вагранки);

1.2 нагревательные (нагрев под ковку, штамповку, прокатку);

1.3 термические (нагрев под закалку, отпуск, отжиг, нормализацию);

1.4 обжиговые (обжиг извести, цементного клинкера, керамики);

1.5 сушила (удаление влаги из материала или растворителя после окраски изделий);

1.6 специальные печи (нефтеперегонка, коксовые батареи, печи химической промышленности).

2) По источнику тепловой энергии:

2.1 пламенные (работающие на твердом, жидком и газообразном топливе);

2.2 электрические (печи сопротивления, дуговые, индукционные, электронные).

3) По конфигурации рабочего пространства:

3.1 камерные (температура во всех точках пространства печи одинаковая);

3.2 проходные (от загрузки к выгрузке температура примерно одинаковая);

3.3 методические (пространство вытянуто в длину, противоток металла и дымовых газов, печь разделена на зоны, температура в которых разная, но постоянная по длине зоны);

3.4 с выдвижным подом;

3.5 с вращающимся подом (карусельные);

3.6 шахматные (сверху - вниз движется нагреваемое изделие);

3.7 туннельные (длинный канал с ваганетками).

4) По способу использования тепла уходящих дымовых газов:

4.1 рекуперативные;

4.2 регенеративные;

4.3 без использования тепла отходящих газов.

Процесс передачи теплоты в твердом теле – внутренняя задача (внутренний теплообмен) описывается ДУ теплопроводности Фурье. И для одномерного нестационарного температурного поля без внутренних источников теплоты уравнение имеет вид:

(3.1)

Это уравнение показывает изменение температуры вдоль одной координаты Х во времени и в пространстве. Поверхность нагреваемого материала принадлежит одновременно 2-ум системам теплообмена:

- внешний теплообмен – это теплообмен между атмосферой печи и поверхностью изделия (заготовками);

- внутренний теплообмен – процесс распространения тепловой энергии в теле засчет теплопроводности:

(3.2)

Внутренняя задача ТО (з-н теплопроводности Фурье)

Внешняя задача ТО (закон Ньютона-Рихмана)

α – коэффициент теплоотдачи на поверхности,t_w – температура поверхности изделия.

В зависимости от способа задания граничных условий (I,II,III рода) на границе раздела сред (дымовые газы – поверхность металла).

Граничные условия I-рода – задается закон распределения температуры по поверхности тела:

(3.3)

Граничные условия II –рода– задается закон распределения плотности теплового потока на поверхности тела:

……………………(3.4)

Граничные условия III –рода – задается закон теплообмена, т. е. задан коэффициент теплоотдачи на поверхности тела, как (3.2), только коэффициент теплоотдачи представляет собой сумму , преобладает

……………………(3.5)

– приведенная степень черноты излучательной системы (печь+ поверхность изделия). Зависит от геометрии печи и способа расположения изделий в печи, от степени черноты поверхности металла и печи, от угловых коэффициентов излучения.