Инструкция по проектированию футеровок промышленных печей из огнеупорных волокнистых материалов

Расчет футеровки любой печи базируется на общих положениях теории теплопроводности в разных условиях эксплуатации. Это зависит от теплопроводности материалов а так же допустимых температур на стыке слоев и рассчитывается толщина футеровки. А при ремонте печей обязательно нужно учитывать все результаты проведённых расчетов футеровки печи.

Следующий момент неизвестно какая печь должна быть исследована и на какую печь следует проводить расчет футеровки.

Из всех расчётов, теплотехнический расчет будет основным для огнеупорных кладок любых типов печей.

Прежде чем проводить расчеты Вам следует внимательно ознакомится с документом: ВСН 429-81. «Инструкция по проектированию футеровок промышленных печей из огнеупорных волокнистых материалов».

И только после этого можно приступать к расчетам. В третьем пункте этого документа изложены: «Основные положения расчета элементов футеровок».

Температуры в сечениях элементов футеровок следует рассчитывать как для многослойной плоской стенки. Удельный тепловой поток через футеровку следует определять по формуле:

,

где g — удельный тепловой поток, Вт/м2;

• температура внутренней (горячей) поверхности футеровки, К;

• температура наружного воздуха, К;

S Ri — термическое сопротивление теплопередаче многослойной стенки, (м2×К)/Вт;

• коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности футеровки, Вт/(м2×К);

К — количество слоев футеровки.

3.3. Термическое сопротивление слоя футеровки определяют по формуле:

,

где — толщина слоя, М;

• теплопроводность (табл. 1) при средней температуре слоя, Вт/(м×К).

3.4. Значение коэффициента для тепловых агрегатов, расположенных в помещениях или на открытом воздухе, но защищенных от ветра, следует определять по формуле:

= 8,14 + 0,06×(tСТ — 273),

где tСТ — температура наружной поверхности ограждения, К.

Для тепловых агрегатов, расположенных на открытом воздухе и не защищенных от воздействия ветра, значение коэффициента следует определять по формуле:

,

где V — среднегодовая скорость ветра, м/с, определяется по СНиП II-А-6-72.

3.5. Температуру (K+I)-го слоя футеровки следует определять по формуле:

.

Первая формула:

Вторая формула:

и последняя после запятой:

Топка печи, её внутренние стенки, могут подвергаться разрушению, из-за предельно высоких температур внутри топки.

Что бы этого не происходило используется та самая футеровка (обкладывают внутренние стены шамотным кирпичом, или огнеупорными растворами, если проще).

Расчёты сложны, с применением множества формул, графиков, уровненный, футеровка может быть однослойной, может состоять из нескольких слоёв.

Но в начале определитесь с материалом, что это будет, шамонтный кирпич,

или растворы.

Далее определяемся с толщиной футеровки, тут важно знать (рассчитать) потери тепла через футеровку с учётом температуры наружных стенок печи и температуры окружающей среды плюс толщина кладки стенок печи.

Потери тепла определяются по специальным графикам, а общее термическое сопротивление слоя футеровки, можно найти вот по этому уравнению.

Зная сумму, можно определиться с термическим сопротивлением слоя футеровки, вот по этой формуле.

Далее вот по этой формуле рассчитывается толщина слоя футеровки.

Футеровка печи — это защитная облицовка, которая предохраняет стены и своды промышленных печей от воздействия высоких температур.

Тепловой расчет футеровки печи производится для того, чтобы определить, выдержит ли данный материал возможные тепловые нагрузки. Основные расчеты базируются на теплопроводности материалов футеровки в условиях эксплуатации.

Норматив для температуры стенок печей подобного типа — 60-80 градусов по цельсию.

Обычно футеровка состоит из таких материалов:

Как видим на рисунке, стена печи, покрытая металлом (обечайкой) при правильных расчетах, как раз имеет температуру 60 градусов Цельсия.

Как рассчитать данную температуру? Для этого используются специальные уравнения теплопроводности для каждого слоя футеровки. Примеры расчета:

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)/( δi /λi), 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.

Непосредственно сам расчет по этим формулам можно произвести в таблице exel.

Таким образом, мы рассчитаем необходимую толщину материала для каждого слоя футеровки.