Проектирование системы воздухообеспечения доменной печи объемом 1033 м3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование системы воздухообеспечения доменной печи объемом 1033 м3

Содержание

Введение

Описание агрегату

1. Тепловой расчет доменного воздухонагревателя

1.1 Расчет горения газообразного топлива

1.2 Расчет продуктивности доменной печи

1.3 Расчет поверхности нагрева насадки и ее высоты. Выбор размеров насадки

1.4 Тепловой баланс и расчет расхода топлива и воздуха горения

2. Расчет температурных полей по высоте насадки

2.1 Расчет водяных эквивалентов

2.2 Расчет коэффициентов теплоотдачи

2.3 Выбор материалов для насадки и расчет их теплофизических характеристик

2.4 Расчет безразмерного времени

2.5 Определение высоты зон огнеупоров в насадке

3. Расчет аэродинамического сопротивления газового тракта системы воздухоснабжения

4. Расчет толщины корпуса воздухонагревателя

Вывод

Список использованной литературы

Введение

Нагрев дутья в доменном производстве - один из важнейших этапов его развития, сыгравший огромную роль в снижении расхода горючего и повышении производительности доменных печей.

Высокотемпературный нагрев дутьевого воздуха для доменных печей осуществляется в регенеративных теплообменных аппаратах с неподвижной насадкой. Современные доменные воздухонагреватели, предназначенные для нагрева больших расходов воздуха (5000 - 11000 м3/мин.) до температуры 1100 - 1400 оС, представляют собой крупногабаритные цилиндрические сооружения, высота которых достигает 40-50 м при диаметре 9-10 м. Обычно одна доменная печь имеет блок из четырёх воздухонагревателей. В силу своей конструкции и габаритов они являются дорогостоящими объектами.

Высокая степень интенсификации доменного производства невозможна без повышения стабильности доменного процесса во всех его стадиях. В первую очередь это касается постоянства всех параметров дутья, поступающего в печь.

В настоящее время актуальной стала проблема рационального использования энергоносителей в связи с их высокой стоимостью. Применительно к доменным воздухонагревателям это касается расхода природного газа, используемого в качестве топлива в горелках для нагрева насадки воздухонагревателей, а также повышение коэффициента полезного действия воздухонагревателей.

Доменное производство требует большого расхода воздуха, примерно 2 т/т чугуна. Воздух подается воздуходувками и нагревается в воздухонагревателях регенеративного типа. Каждая доменная печь имеет 3-4 воздухонагревателя. Один из них обычно находится "на дутье", т.е. нагревает дутье, которое проходит через нагреватель, а остальные находятся "на газе", т.е. нагреваются продуктами сжигания газообразного топлива.

Нагрев дутья оказывает существенное влияние на производительность доменных печей и удельный расход кокса. Если в прошлом максимальная температура дутья ограничивалась требованиями ровного хода доменных печей, то в настоящее время в результате применения комбинированного дутья, повышенного давления газов, офлюсованного агломерата, увеличения его доли в шихте и лучшей подготовки нет ограничений для дальнейшего повышения температуры горячего дутья.

В различных вариантах комбинированного дутья для доменных печей (увлажненное дутье, паро-кислородо - воздушное дутье, вдувание природного, коксового газов) компоненты дутья должны быть в таких соотношениях, чтобы тепловое состояние горна поддерживалось на одном и том же уровне, обеспечивающем ровный сход шихты и максимальную производительность печи.

Поскольку холодный природный газ, жидкое топливо, угольная пыль в пирометрическом отношении оказываются хуже, чем нагретый кокс, то дефицит тепла в горне должен покрываться за счет дополнительного нагрева дутья или применения дутья обогащенного кислородом. В конечном счете, максимально возможная экономия кокса может быть получена при наличии высокого подогрева доменного дутья.

Необходимость нагрева воздуха до 1000-1100С и более способствовала возникновению ряда проблем. Одни проблемы относятся целиком к конструкции воздухонагревательных аппаратов (увеличение поверхности нагрева воздухонагревателей, увеличение мощности газовых горелок, усиление элементов тракта подачи горячего дутья, усовершенствование средств теплотехнического контроля и автоматического регулирования теплового режима); другие к подбору режимов, обеспечивающих максимальное использование тепловой мощности воздухонагревателей.

Описание агрегату

Основными элементами воздухонагревателя являются: кожух; камера горения, оборудованная горелочным устройством; поднасадочное устройство; массивная огнеупорная насадка с развитой поверхностью нагрева; система подвода и отвода теплоносителей. Общий вид доменного воздухоподогревателя с выносной камерой сгорания показан на рис. 1

Особенностью работы аппаратов регенеративного типаявляется периодичность нагрева и охлаждения неподвижной массивной насадки, которая является основным конструктивным элементом воздухонагревателя. В режиме нагрева смесь доменного и коксового газа сжигается в камере горения. При закрытых клапанах холодного и горячего дутья и открытых дымовых клапанах продукты сгорания топлива движутся вверх, проходят в подкупольное пространство, где изменяют направление движения и, проходя далее через продольные каналы насадки сверху вниз, нагревая ее. В дутьевой период при закрытых дымовых клапанах и открытых клапанах холодного и горячего дутья через каналы насадки снизу - вверх проходит и нагревается доменное дутье с давлением 300-500 кПа. Из-за цикличности работы на одну доменную печь сооружают блок из четырёх аппаратов, что обеспечивает непрерывное снабжение доменной печи горячим дутьём.

Основным конструктивным элементом регенеративного воздухонагревателя является насадка, определяющая процессы передачи тепла от продуктов сгорания к дутьевому воздуху. Насадка выкладывается из огнеупорных изделий, содержит большое число вертикальных каналов, по которым в период нагрева движутся продукты горения, а в дутьевой период - нагреваемый воздух.

Корпус воздухонагревателя выполняется сварным из низколегированной стали марки 10Г2С1 или 09Г2С толщиной 20ч30 мм. Насадки монтируются на поднасадочном устройстве, состоящем из колонн и решетки. Материал -- жаропрочный чугун марки ЖЧХ-08 или ЖЧХ-30.

Количество переданной воздуху теплоты, его температура зависят от различных факторов, влияющих на работу аппарата. К ним относятся: величина поверхности нагрева аппарата; тип и форма применяемой насадки; свойства огнеупорных материалов; температура газов и дутьевого воздуха на входе в насадку, длительность периодов нагрева и охлаждения; режим включения блока воздухонагревателей и другие.

1. Тепловой расчет доменного воздухонагревателя

1.1 Расчет горения газообразного топлива

Таблица 1 - Состав влажного газа

	СО2	СО	Н2	N2	CH4	C2H4	О2	W
Доменный газ	11,45	32,97	2,03	54,45	0,1	-	-	95
Коксовый газ	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	N2	CO2	W
	87,5	3,8	1,9	0,9	0,3	4,8	0,8	10

Низшая теплота сгорания

· доменного газа

· природного газа

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 нм3

· доменного газа

· природного газа

Теоретический объем азота в продуктах сгорания

· доменного газа

· природного газа

Объем трехатомных газов в продуктах сгорания

· доменного газа

· природного газа

Теоретический объем водяных паров в продуктах сгорания

· доменного газа

· природного газа

Теоретический объем кислорода в продуктах сгорания

· доменного газа

· природного газа

Действительный объем водяных паров в продуктах сгорания:

· доменного газа

· природного газа



Действительный объем азота в продуктах сгорания:

· доменного газа

· природного газа

Суммарный объем дымовых газов при сжигании

· доменного газа

· природного газа

Объемная доля трёхатомных газов в продуктах сгорания

· доменного газа .

· природного газа

Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания

· доменного газа .

· природного газа .

Объемная доля двухатомных газов в продуктах сгорания

· доменного газа

· природного газа .

Объемная доля двухатомных газов в продуктах сгорания

· доменного газа .

· природного газа .

Температура продуктов сгорания под куполом воздухонагревателя

,

где - потери по тракту

Пирометрический коэффициент

Необходимая калориметрическая температура горения смеси

1) Принимаем для отопления воздухоподогревателя природнодоменную смесь с добавлением объемной доли природного газа . Определяем состав продуктов сгорания смеси и её низшую теплоту сгорания.

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 нм3 природодоменной смеси

Объем трехатомных газов в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем водяных паров в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем кислорода в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем двухатомных газов в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Суммарный объем дымовых газов при сжигании природнодоменной смеси



Низшая теплота сгорания природнодоменной смеси

Теплоёмкости компонентов продуктов сгорания выбираем по температуре 13000С.

Расчетная каллометрическая температура горения природнодоменной смеси

2) Принимаем для отопления воздухоподогревателя природнодоменной смесь с добавлением объемной доли коксового газа . Определяем состав продуктов сгорания смеси и её низшую теплоту сгорания.

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 нм3 природнодоменной смеси

Объем трехатомных газов в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем водяных паров в продуктах сгорания природнодоменной смеси



Действительный объем кислорода в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем двухатомных газов в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Суммарный объем дымовых газов при сжигании природнодоменной смеси

Низшая теплота сгорания коксодоменной смеси

Теплоёмкости компонентов продуктов сгорания выбираем по температуре 15000С.

Расчетная каллориметрическая температура горения природнодоменной смеси

3) Принимаем для отопления воздухоподогревателя природнодоменной смесь с добавлением объемной доли коксового газа . Определяем состав продуктов сгорания смеси и её низшую теплоту сгорания.

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 нм3 природнодоменной смеси

Объем трехатомных газов в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем водяных паров в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем кислорода в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем двухатомных газов в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Суммарный объем дымовых газов при сжигании природнодоменной смеси



Низшая теплота сгорания природнодоменной смеси

Теплоёмкости компонентов продуктов сгорания выбираем по температуре 16000С.

Расчетная каллориметрическая температура горения природнодоменной смеси

Из графика процентного соотношения газов . Определяем состав продуктов сгорания смеси и её низшую теплоту сгорания.

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 нм3 природнодоменной смеси

Объем трехатомных газов в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем водяных паров в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем двухатомных газов в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Действительный объем кислорода в продуктах сгорания природнодоменной смеси

Суммарный объем дымовых газов при сжигании природнодоменной смеси

Объемная доля трёхатомных газов в продуктах сгорания природного газа

Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания природного газа

.

Объемная доля двухатомных газов в продуктах сгорания природного газа .

Объемная доля кислорода в продуктах сгорания природного газа

Низшая теплота сгорания природнодоменной смеси

1.2 Расчет продуктивности доменной печи

Производительность доменной печи

Расчетный расход воздуха

Скорость дутья в насадке

1.3 Расчет поверхности нагрева и размеров насадки

Поправочный коэффициент

По [1] определяем вспомогательные коэффициенты в зависимости от температуры газа на входе и на выходе, и скорости дутья в насадке.

Величина удельной поверхности нагрева

Поверхность нагрева насадки одного воздухонагревателя:

Высота насадки

1.4 Тепловой баланс и расчет расхода топлива и воздуха горения

Средняя энтальпия продуктов сгорания на выходе из насадки

Энтальпия горячего дутья

Энтальпия холодного дутья

Тепловая мощность воздухонагревателя

Потери тепла через корпус

Расход топлива

Расход воздуха горения

2. Расчет температурных полей по высоте насадки на ЭВМ

2.1 Расчет водяных эквивалентов

Количества продуктов сгорания, проходящих через насадку

Водяной эквивалент продуктов сгорания определяем из балансового соотношения

Водяной эквивалент дутья определяют по формуле

Среднебалансовый водяной эквивалент дутья, прошедшего через насадку, с учетом работы смесителя

где - коэффициент, принимают от 0,965 до 0,975 с последующим уточнением.

Скорость продуктов сгорания в каналах насадки, при нормальных условиях



Средние температуры продуктов сгорания в насадке

Средние температуры дутьевого воздуха в насадке

По средним температурам теплоносителей по определяем их теплофизические свойства: кинематическую вязкость и теплопроводность. Соответственно имеем для газов и , для воздуха и

Скорость продуктов сгорания при рабочих условиях

Скорость воздуха при рабочих условиях

2.2 Расчет коэффициентов теплоотдачи

Критерий Рейнольдса для газового потока



Критерий Рейнольдса для воздушного потока

Коэффициент теплоотдачи конвекцией в газовый период

Коэффициент теплоотдачи конвекцией в дутьевой период

Коэффициент теплоотдачи излучением в газовый период

Суммарный коэффициент теплоотдачи в газовый период

Суммарный коэффициент теплоотдачи в дутьевой период

2.3 Выбор материалов для насадки и расчет их теплофизических характеристик

Теплофизические свойства различных огнеупорных материалов, используемых для насадки, определяем приближенно с учетом предварительно принятого линейного распределения температуры по высоте насадки в диапазоне от до для периодов нагрева и охлаждения.

· Динас ДВ

Относительная высота зоны огнеупора

Теплопроводность

Средняя теплоемкость

Плотность

· Каолин ШВ - 42

Относительная высота зоны огнеупора

Теплопроводность

Средняя теплоемкость

Плотность

· Шамот ШВ - 37

Относительная высота зоны огнеупора

Теплопроводность

Средняя теплоемкость

Плотность

· Шамот ШВ - 28

Относительная высота зоны огнеупора

Теплопроводность

Средняя теплоемкость

Плотность

Значение коэффициентов и находят при средней температуре огнеупоров в зоне как средневзвешенную величину:

2.4 Расчет безразмерного времени

Находим критерий Био для газового периода

Находим критерий Био для дутьевого периода

Коэффициент массивности насадки в газовый период

Коэффициенты массивности насадки в дутьевой период

Среднее приведенное время процеса

Приведенная длина насадки в газовый период

Приведенная длина насадки в дутьевой период

Средняя приведенная высота насадки

Приведенная длительность газового и дутьевого периода

Коэффициент использования поверхности нагрева находится по номограмме в зависимости от симметричных параметров и : .

Выходные параметры в программу для расчета температурных полей

Наименование величин	Обозначение	Значение
Водяной эквивалент продуктов сгорания		0,6711·105
Водяной эквивалент дутья		2,333·105
Длительность газового периода		2.9
Длительность дутьевого периода		1
Температура продуктов горения на входе в насадку		1400
Температура дутьевого воздуха на входе в насадку		150
Коэффициент использования поверхности нагрева		0,98
Приведенная длительность дутьевого периода		0,32
Приведенная длительность газового периода		0,77
Тип насадки	-	БНИ-12-2
Приведенная длина насадки в дутьевой период		3,67
Приведенная длина насадки в газовый период		10,35

2.5 Определение высоты зон огнеупоров в насадке

По результатам расчета на ЭВМ строим график распределения температуры по высоте насадки в конце газового периода и дутьевого периода , а затем в зависимости от уровня температур графически определяем зоны огнеупоров в насадке.

3. Расчет аэродинамического сопротивления газового тракта

По температуре газов на входе и выходе из насадки по определяем их теплофизические свойства: кинематическую вязкость и плотность. Соответственно имеем для газа на входе и , для газа на выходе и

Скорость продуктов сгорания на входе в насадку

Скорость продуктов сгорания на выходе из насадки

Определяем критерии Рейнольдса на входе насадку

Определяем критерии Рейнольдса на выходе из насадки

Коэффициент сопротивления трения

где - коэффициент, учитывающий сопротивление насадки,

Коэффициент местного сопротивления на входе в насадку

Коэффициент местного сопротивления на выходе из насадки

Потеря давления на трение

Потеря давления на местных сопротивлениях

Потеря напора на изменение геодезической высоты

Общее сопротивление газового тракта

Сопротивление газового тракта

Мощность привода электродвигателя

4 Расчет толщины корпуса воздухонагревателя

Толщину корпуса воздухонагревателя находим по следующей формуле:

(4.1)

- расчетное давление

- диаметр корпуса

- средняя величина допускаемых напряжений

- коэффициент прочности сварного шва

- класс аппарата

- поправка на коррозию (принимается)

воздухообеспечение доменный печь

Вывод

Курсовая работа выполнена в виде 2х основных расчетов: теплового расчета доменных воздухонагревателей и расчета температурных полей в насадке воздухонагревателя с помощью ЭВМ.

В результате теплового расчета были определены конструктивные размеры аппарата при заданном расходе и температуре дутья. Поверхность нагрева составила , высота насадки . Так же рассчитан расход топлива , и воздуха горения . Поскольку насадка воздухонагревателя выложена по высоте из различных огнеупорных материалов в зависимости от уровня температур, то расчет температурных полей в насадке воздухонагревателя позволит выбрать высоты зон огнеупоров и их материал.

В данной работе был также выполнен аэродинамический расчет газового тракта. В результате этого расчета было найдено общее сопротивление тракта, равное сумме сопротивления трения, местных сопротивлений и сопротивления изменение геометрического напора и составило , а также найдена мощность привода электродвигателя .

Толщина корпуса воздухонагревателя составила

Список литературы

1. Тепловой расчет регенеративных воздухонагревателей доменных печей. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. / Сост. В.М. Кошельник - Харьков: ХПИ, 1984. - 21 с.

2. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию “Расчет на ЭВМ температурных полей в насадке регенеративных доменных воздухонагревателей” / Сост. В.М. Кошельник, Ю.В. Петельгузов. - Харьков: ХПИ, 1988. - 24 с.

3. Конспект лекций по курсу Проектирование систем теплоэнергоснабжения

Размещено на Allbest.ru