Проектирование промышленных печей (стр. 1 из 5)

Элемент стены печи выполнен из двух слоев: огнеупорного и теплоизоляционного. При реконструкции печи предусматривается замена существующего теплоизоляционного слоя другим теплоизоляционным материалом.

Определить, какой толщины должен быть теплоизоляционный слой, чтобы потери тепла через 1 м² кладки стены не превышали тепловые потери через футеровку печи до реконструкции.

Данные, необходимые для расчета:

- Внутренний слой кладки – ШЛ-0,9;

- Наружный слой кладки:

до реконструкции – П-250;

после реконструкции – Д-500;

- Толщина слоя кладки, мм:

внутренний слой – 348 мм;

наружный слой – 116 мм;

- Температура, °С:

t₁ – 1300°С;

t_о – 10°С.

Элемент стены нагревательной печи выполнен из двух слоев: внутренний слой из шамотного легковеса толщиной S_ш=0,348 м, наружный слой из перлита толщиной S_к=0,116 м. Температура внутренней поверхности кладки t₁=1300°С, температура окружающей среды t_о=10°С. Определим потерю тепла через 1 м² кладки стены.

При реконструкции печи предусматривается замена наружного слоя кладки диатомитовым теплоизоляционным материалом.

Вычислить, какой толщины должен быть теплоизоляционный слой, чтобы потери тепла через 1 м² кладки не превышали тепловые потери через футеровку печи до реконструкции.

Согласно [1, таблица 1], теплопроводность шамотного кирпича

;

теплопроводность перлитового кирпича

Обозначим температуру на границе раздела слоев как t₂.

Тогда

Принимаем в нулевом приближении температуру наружной поверхности стенки

Поскольку режим передачи тепла стационарный, то плотности тепловых потоков через шамотную и перлитовую кладки одинаковые, т.е.

или с учетом зависимости коэффициента теплопроводности от температуры

Решая это квадратное уравнение, получим:

Теперь

Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией от наружной поверхности стенки к окружающей среде:

Плотность теплового потока

Проверим принятое значение температуры наружной стенки

откуда

Поскольку полученное значение близко к принятому, перерасчета не производим.

Согласно заданию, реконструкцией предусматривается замена наружного слоя кладки диатомитовым теплоизоляционным материалом. Определим, какая должна быть толщина теплоизоляционного слоя S_д, чтобы потери тепла через 1 м² стены не превысили бы тепловых потерь до реконструкции, т.е.

Так как предельная допускаемая температура диатомитового кирпича составляет 900°С [1, таблица 4], принимаем значение t₂ на 50°C меньше допускаемой температуры

Тогда

где

– принимаем в нулевом приближении

Толщину диатомитового слоя определим из уравнения

Проверяем принятое значение температуры наружной поверхности стенки

Поскольку полученное значение близко к принятому, т.е.

, перерасчета не производим.

Расчеты показали, что замена наружного слоя из перлитового кирпича диатомитовым кирпичом приводит к снижению потерь тепла теплопроводностью на 6%.

Контрольные вопросы

1. К естественным общестроительным материалам относятся бутовый камень, щебень, гравий и песок; к искусственным – глиняный (красный и силикатный) кирпич.

Бутовый камень представляет собой крупные куски (0,1 – 0,02 м³) гранита, песчаника или известняка, используемые для кладки фундамента и в качестве заполнителя в бутобетоне. В печестроении предпочтение отдают песчаниковым камням, которые способны выдерживать температуру до 600°С, в то время как известковые камни могут использоваться только до 250°С. Объемный вес бутового камня 1400–1600 кг/м³.

Щебень и гравий применяют в качестве заполнителя в бетонных смесях. Щебень получают путем дробления горных пород до кусков размером 10–80 мм. Гравий – природный камень, который по происхождению делится на горный, речной и морской, а по крупности на особо мелкий (5–10 мм), мелкий (5–20 мм), средний (20–40 мм) и крупный (40–150 мм).

Песок – продукт разрушения горных пород. Размер зерен песка от 0,15 до 5 мм, форма зерен угловатая, поверхность неровная. Речные и морские пески имеют округлую форму и ровную поверхность, что ухудшает их способность к сцеплению с вяжущей массой. Песок употребляют как заполнитель при изготовлении бетона, строительных растворов и кирпича.

Глиняный (красный) кирпич изготовляют из смеси неогнеупорных красных глин и песка. Его применяют для строительства фундаментов, боровов, сушил, стволов дымовых труб и для наружной изоляции некоторых печей. Предельная температура применения кирпича 500–650°С. Его средний коэффициент теплопроводности 0,8 Вт/(м∙К), а плотность 1800 кг/м³. Хороший красный кирпич должен иметь правильную форму размерами 250´120´65 мм. Кирпич бывает нескольких марок: 150, 100 и 75 в зависимости от механической прочности на сжатие. Марка означает механическую прочность, например: кирпич марки 100 должен иметь предел прочности на сжатие не менее 100 кг/см².

Хорошо обожженный кирпич имеет темно-красный цвет и от удара молотком издает чистый звук. При обжиге возможны случаи, когда одни кирпичи пережигаются, а другие получают недостаточный обжиг.

Пережженный кирпич (железняк) – темного цвета, очень плотен, иногда остеклован. Железняк плохо связывается с раствором, поэтому применяется главным образом для кладки фундаментов. Кирпич – недожог имеет светло-красный или сероватый цвет, меньшую прочность, большое водопоглощение, при ударе издает глухой звук. В ответственных частях печей и для кладки дымовых труб кирпич – недожог не применяется.

Силикатный кирпич белого или светло-серого цвета изготовляют из смеси песка с известью. Размеры и марка силикатного кирпича те же, что и красного. Силикатный кирпич разрушается под действием высокой температуры и влажности. Поэтому он не применяется в подземных частях сооружений и в тех местах, где он может подвергнуться действию пара и температуры выше 250°С.

Клинкерный кирпич, изготовленный из тугоплавких глин, применяют для футеровки боровов и дымовых труб, работающих при температуре до 900°С.