Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Содержание

Введение

1. Конструкция методических печей

1.1 Режим нагрева материала и способ выдачи его из печи

2. Методика расчета

2.1 Расчет горения топлива

2.2 Время нагрева металла

2.2.1 Определение времени нагрева металла в методической зоне

2.2.2 Определение времени нагрева металла в сварочной зоне

2.2.3 Определение времени томления металла

2.3 Определение основных размеров печи

2.4 Тепловой баланс

2.5 Расчет рекуператора для подогрева воздуха

2.6 Выбор горелок

2.7 Аэродинамический расчет и выбор высоты трубы

Список использованных источников

Введение

Печь - технологическое оборудование, в котором рабочим видом энергии является тепло, и рабочее пространство которого ограждено от окружающей среды. Разнообразие промышленных печей, используемых в литейном производстве, вызывает необходимость подразделения их на основные группы.

По способу генерации теплоты все печи подразделяют на топливные, где теплота выделяется за счет горения топлива, и электрические, где электроэнергия преобразуется в теплоту электрической дугой, нагревательными элементами сопротивления или индукцией.

По условиям теплопередачи печи подразделяют на печи с теплопередачей преимущественно излучением и конвекцией.

Работа печей характеризуется тепловой мощностью, тепловой нагрузкой, температурным и тепловым режимами.

По тепловому режиму печи подразделяют на печи, работающие по камерному режиму, и печи, работающие по методическому режиму. В печах, работающих по камерному режиму, температура рабочего пространства остается постоянной на протяжении всего времени работы печи. В печах, работающих по методическому режиму, температура в печи изменяется по длине печи или во времени.

Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок.

По методу транспортировки металла методические печи относятся к так называемым проходным печам. Ряд соприкасающихся друг с другом заготовок заполняет весь под печи и продвигается через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.

Наиболее важными классификационными признаками методических печей являются:

1) температурный режим печи (по длине);

2) двусторонний или односторонний характер нагрева металла;

3) способ выдачи металла из печи (боковая или торцовая выдача).

Кроме того, классификация выполняется по виду нагреваемых заготовок, методу утилизации тепла отходящих дымовых газов, виду топлива, числу рядов заготовок в печи.

1. Конструкция методических печей

Конструкция методической печи зависит от характеристик нагреваемого металла, производительности стана и вида топлива, на котором работает печь. Параметры нагреваемого металла определяют наличие или отсутствие следующих важных составных частей печи: нескольких участков подвода топлива в сварочную зону, томильной зоны и зоны нижнего подогрева. От формы заготовок зависит горизонтальное или наклонное расположение пода печи.

При нагреве тонких заготовок (50 - 60 мм), которые и с одной стороны прогреваются достаточно быстро, можно не применять нижний обогрев. Нагревая цилиндрическую заготовку, которую нельзя проталкивать, необходимо делать наклонный под по всей длине, чтобы заготовки могли перекатываться.

Производительность прокатного стана или кузнечно-прессовой установки определяет общую производительность печи и их размеры. Вид применяемого топлива обусловливает выбор таких конструктивных элементов печи, как рекуператоры и горелки. В качестве топлива для методических печей используются смеси коксового и доменного газов с различной теплотой сгорания, природный газ и различные смеси природного, коксового и доменного газов, а также жидкое топливо - мазут.

Для достижения требующейся рабочей температуры в печи необходимо, чтобы калориметрическая температура горения составляла 1800^оС и более. Подобная калориметрическая температура может быть достигнута при использовании:

1) высококалорийного топлива, - газа с теплотой сгорания выше 12570 кДж/м³ или мазута. В этом случае утилизация тепла отходящих дымовых газов преследует только одну цель - повысить экономичность работы печи (снизить расход топлива), а для повышения калориметрической температуры подогрев воздуха и газа в данном случае необязательны;

2) холодного газа, характеризуемого средней теплотой сгорания, равной 8400 кДж/м³, с подогревом воздуха до 450 - 500^оС и применением горелок любой конструкции - как с предварительным, так и с внешним смешением;

3) газа с низкой теплотой сгорания, т. е. =5000+5800 кДж/м³, вплоть до чистого доменного газа с подогревом воздуха до 500 - 550^оС и газа до 250 - 300^оС, а также обязательно с применением инжекционных горелок, обеспечивающих хорошее смешение топлива с воздухом.

Методические печи, работающие на газообразном топливе с низкой теплотой сгорания. Подобная конструкция была создана под руководством Б.Р. Именитова (рисунок 1). В печи предусмотрена боковая выдача, отапливают при помощи инжекционных горелок, которые работают на подогретом воздухе (до 550^о) и - газе (до 300^о). Применение инжекционных горелок позволяет наиболее рационально использовать химическое тепло топлива, так как при беспламенном горении достигается ускорение процессов горения и приближение действительной температуры горения к теоретической (при уменьшении избытка воздуха и доведения до минимума недожога топлива).

Рисунок 1. - Двухзонная методическая печь старой конструкции

В этих печах воздух для горения засасывается из атмосферы через расположенный под печью керамический рекуператор (объемом 125 м³) и систему воздухопроводов. Аэродинамическое сопротивление воздушного пути преодолевается за счет геометрического напора подогретого воздуха, движущегося вверх через рекуператор и воздухопроводы, а также за счет инжектирующего действия горелок. Газообразное топливо обычно подогревается в трубчатом металлическом рекуператоре, устанавливаемом в дымовом борове последовательно за воздушным рекуператором. Управление печами может быть автоматизировано, причем автоматика работает наиболее эффективно при отоплении одним доменным газом. Подобные печи работают весьма эффективно, обеспечивая удельную производительность ~550 кг/м²час при удельном расходе топлива 500 ккал/кг и пока являются более совершенными. Однако эти печи имеют большое количество недостатков. Дело в том, что практически они работают на пределе своих возможностей. Повысить температуру подогрева воздуха выше 550^о нельзя, во избежание самовоспламенения смеси в корпусе горелки. Осуществить устойчивый подогрев газа выше 300^о также трудно, поскольку температура дымовых газов за керамическим рекуператором не превышает 550 - 600^о.

Вместе с тем конструкции инжекционных горелок исключают их применение для сжигания газообразного топлива с высоким содержанием водорода и в случаях смешанного газо-мазутного отопления.

Методические печи, работающие на газе высокой теплоты сгорания. В печах, работающих на топливе высокой теплоты сгорания, подогрев газа не является необходимым. Подогрев воздуха в металлических рекуператорах до 300 - 400^о необходим только в тех печах, которые работают на топливе теплотой сгорания 2000 - 2500 ккал/м³. при теплоте сгорания выше 2500 ккал/м³ подогрев воздуха для достижения необходимой температуры горения необязателен, однако для уменьшения расхода топлива подогрев воздуха всегда целесообразен.

Помимо топлива, конструкция методических печей в значительной мере зависит от требуемой производительности.

Высокая производительность методических печей может быть обеспечена путем увеличения размеров печей и повышения удельной их производительности. Для повышения удельной производительности печей необходимо вести нагрев металла форсировано, для чего следует поднять температурный уровень по всей длине печи. С этой целью стали применять печи с двумя рядами горелок в верхней части сварочной зоны печей. Одна из таких печей для нагрева слябов к непрерывному тонколистовому стану, представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. - Методическая нагревательная печь с сдвоенной сварочной зоной

Печь рассчитана на отоплении топливом с высокой теплотой сгорания при подогреве воздуха в керамическом рекуператоре до 400 - 450^о. Воздух просасывается через рекуператор при помощи эксгаустера. Применяются турбулентные горелки низкого давления.

Установка четвертой линии горелок позволяет повысить температуру дымовых газов хвосте печи до 1100 - 1150^о и обеспечить удельную производительность ~600 кг/м²час. Подобные печи, ширина и длина которых соответственно равны около 10 и 30 м, обеспечивают при холодном посаде производительность 150 т/час, а при горячем - 200 т/час.

Методические печи, работающие на жидком топливе. На методических печах мазут применяется не только как дополнительное, но и как основное.

Применение мазута в качестве дополнительного топлива позволяет увеличить производительность методических печей на 10 - 15%, однако при одновременном увеличении удельного расхода топлива.

В качестве основного топлива мазут применяют как на двухзонных, так и на трехзонных методических печах. Высокая температура горения мазута позволяет получать хорошую производительность печей при работе на холодном воздухе. В зависимости от размеров методических печей для сжигания могут быть применены форсунки низкого и высокого давления.

Методические печи для нагрева трубной заготовки. Круглые, трубные заготовки нельзя проталкивать через печь, поэтому их нагревают в печах с наклонным подом, по которому и перекатывают. Такие печи называются ролевыми методическими.

Отличительной чертой этих печей является повышенный угар металла и большие затраты труда (в том числе физического) на перекатывание заготовок и чистку подины от окалины.

Повышенный угар металла (до 3,5 - 4%) в ролевых печах объясняется тем, что при перекатывании заготовок образовавшаяся окалина отскакивает и оголившийся металл окисляется вновь.

Большое количество опадающей на под окалины вызывает интенсивное нарастание подины и препятствует нормальному перекатыванию заготовок. Поэтому остановившиеся заготовки очень часто приходится перекатывать вручную. Быстрый рост подины заставляет часто выполнять ее чистку от окалины, что является весьма продолжительной и очень трудоемкой операцией.

1.1 Режим нагрева материала и способ выдачи его из печи

Укрупнено этот режим может быть определен как трехзонный и двухзонный.

При работе печи по трехзонному режиму (рисунок 3) в первой по ходу металла зоне (зоне I или методической) происходит нагрев металла за счет физического тепла продуктов сгорания, которое завершается на границе зон I и II, обозначенной на рисунке 5 цифрой 1. Так как отдача физического тепла вызывает охлаждение газов, то их температура по длине зоны I заметно снижается.

Рисунок 3. - Схема трехзонной методической печи и ее температурного режима:

I - III - зоны печи; 0, 1, 2, 3 - границы расчетных зон; t _п.н - температура нижней поверхности заготовки (только для зоны III); точечный пунктир - температура газов, введенных в торце зоны II

В зоне II - сварочной, сжигается топливо и на поверхности нагреваемого материала достигается максимальная температура. Выделение тепла при горении в той или иной мере компенсирует отдачу тепла газами, и этим сдерживается снижение их температуры. Однако обычно при введении топлива через торцовые горелки (или форсунки) наблюдается снижение температуры газов от границы 2 к границе 1 и к торцовой стенке, в которой установлены топливосжигающие устройства.

Первое обусловлено усиленным отбором тепла более холодными заготовками, поступающими из зоны I в зону II. Второе объясняется тем, что вблизи горелок или форсунок только начинается нагрев газов теплом, выделяющимся при горении.

Очевидно, что повышением тепловыделения в начале и конце зоны II путем соответствующего расположения горелок или форсунок можно добиться выравнивания температуры газов по длине всей зоны.

Назначением зоны III является выравнивание температуры в объеме нагреваемых заготовок. При движении последних по водоохлаждаемым глиссажным трубам на нижней поверхности заготовок остаются полосы с пониженной температурой (темные полосы). Нахождение заготовок на сплошном поде зоны III позволяет выровнять нагрев нижней поверхности и одновременно уменьшить перепад температуры на толщине заготовок.

Двухзонный режим работы методических печей предусматривает нагрев металла в зонах I и II, но исключает выдержку. Любая из печей, изображенных на рисунках 3 - 5, конструктивно обеспечивая возможность трехзонного режима работы, является пригодной и для работы по двухзонному режиму, т. е. с повышением температуры поверхности заготовок до самого момента выдачи их из печи.

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцовую и боковую выдачи металла. При торцовой выдаче необходим один толкатель, который выполняет и роль выталкивателя. Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении в цехе требуют больших площадей. Однако с точки зрения тепловой работы печи с боковой выдачей имеют преимущества. При торцовой выдаче через окно выдачи, расположенное ниже уровня пода печи, происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце томильной зоны. Подсосанный в печь холодный воздух вызывает излишний расход топлива и способствует интенсивному зарастанию подины печи образовавшейся окалиной.

В методических печах с нижним обогревом металл проталкивается по водоохлаждаемым глиссажным трубам.

2. Методика расчета

Рассчитать трехзонную методическую печь с нижним обогревом производительностью =24,4 кг/с (88 т/ч) для нагрева слябов сечением 140140 мм и длиной 6500 мм. Конечная температура поверхности металла =1200^оС. Перепад температур по сечению сляба в конце нагрева =30^оС. Материал слябов - сталь 35. Топливо - природный газ. Воздух подогревается в керамическом блочном рекуператоре до =300^оС.

Расчет пламенной печи выполняется в следующей последовательности:

1) расчет горения топлива;

2) определение времени нагрева;

3) определение основных размеров печи;

4) составление теплового баланса, определение расхода топлива;

5) расчет вспомогательного оборудования: рекуператоров, горелок и т.п.

2.1 Расчет горения топлива

Состав природного газа, %: 89,9 СН₄; 2,2 С₂Н₆; 1,2 С₃Н₈; 1,5 С₄Н₁₀; 0,8 СО₂; 4,4 N₂. Принимая содержание влаги в газах равным =20 г/м³ получим следующий состав влажных газов:

При Н₂О=2,4% получим, что



После пересчета состав влажного газа: СН₄=87,7%; С₂Н₆=2,1%; С₃Н₈=1,17%; С₄Н₁₀=1,4%; СО₂=0,78%; N₂=4,3%;

Расход кислорода на горение:

Теоретический расход воздуха:

L₀= (1+k)4,761,97=9,37 м³/м³

Действительный расход воздуха:

L

Объем отдельных составов продуктов сгорания:



Общее количество продуктов сгорания:

Вследствие химического недожога рассчитанный объем продуктов сгорания, и их состав будут несколько отличаться от фактического. При относительно небольшой величине недожога этой разностью можно пренебречь.

Процентный состав продуктов сгорания

Плотность продуктов сгорания:

Теплота сгорания газа:



Химическая энтальпия продуктов сгорания:

А) без учета химического недожога

Б) с учетом химического недожога

При 300 ⁰С энтальпия воздуха равна 94,38 ккал/м³. Средняя теплоемкость газа:

Энтальпия продуктов сгорания без учета химического недожега:

Общая энтальпия с учетом химического недожога

Содержание воздуха в продуктах сгорания



Тогда и

2.2 Время нагрева металла

Температуру уходящих из печи дымовых газов принимаем равной =1100^оС; температуру печи в томильной зоне на 100^о выше температуры нагрева металла, т. е. 1300^оС. Распределение температур по длине печи представлено на рисунке 4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Рисунок 4. - Распределение температур по длине методической печи

Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядкам 400 - 500^оС.

Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять равной (700 - 800), где - прогреваемая (расчетная) толщина. В рассматриваемом случае двустороннего нагрева м и, следовательно, ^оС, т. е. следует принять температуру поверхности сляба в конце методической зоны, равной 500^оС.

Определяем ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении заготовок ширина печи будет равна

м.

Здесь а=0,2 м - зазоры между слябами и стенками печи.

Высоту печи принимаем равной: в томильной зоне 1,65 м, в сварочной 2,8 м, в методической зоне 1,6 м.

Находим степени развития кладки (на 1 м длины печи) для:

методической зоны ;

сварочной зоны ;

томильной зоны .

Определим эффективную длину луча

;

методическая зона

м;

сварочная зона

м;

томильная зона

м;

2.2.1 Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре =0,5(1300+1100)=1200^оС.

Парциальное давление СО₂ и Н₂О равно:

кПа;

кПа;

кПа^.м;

кПа^.м.

Находим

; ; .

Тогда

.

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы равна

;

,

степень черноты металла принята равной =0,8.

Определяем средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением



Определяем температурный критерий и критерий :

;

.

Для углеродистой стали при средней по массе температуре металла

^оС.

Критерий Фурье =2,2, тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно

Находим температуру центра сляба при =2,2, =0,19, температурный критерий =0,7:

^оС.

2.2.2 Определение времени нагрева металла в сварочной зоне

Находим степень черноты дымовых газов при =1300^оС:

кПа; кПа;

кПа^.м;

кПа^.м.

Находим

; ; .

Тогда

.

Приведенная степень черноты сварочной зоны равна

;

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале сварочной (в конце методической) зоны

^оС.

Находим температурный критерий для поверхности слябов

.

Так как при средней температуре металла ^оС теплопроводность углеродистой стали равна =26,2 Вт/(м^.К), а коэффициент температуропроводности м²/с, то

Находим критерий Фурье =2,5

Время нагрева в сварочной зоне

Определяем температуру в центре сляба в конце сварочной зоны при значениях =1,01, =2,5, =0,18

^оС.

2.2.3 Определение времени томления металла

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет ^о. Допустимый перепад температур в конце нагрева составляет ^о.

Степень выравнивания температур равна

При коэффициенте несимметричности нагрева, равном =0,55 критерий =1,5 для томильной зоны.

При средней температуре металла в томильной зоне ^оС, =35,4 Вт/(м^.К) и м²/с.

Время томления

Полное пребывание металла в печи равно



2.3 Определение основных размеров печи

Для обеспечения производительности 24,4 кг/с в печи должно одновременно находиться следующее количество металла

кг.

Масса одной заготовки равна

кг.

Количество заготовок, одновременно находящихся в печи

шт.

При однорядном расположении заготовок общая длина печи

м.

По ширине печи =6,9 м

м².

Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева металла в каждой зоне.

Длина методической зоны

м.

Длина сварочной зоны

м.

Длина томильной зоны

м.

В рассматриваемом случае принята безударная выдача слябов из печи. В противном случае длину томильной зоны следует увеличить на длину склиза =1,5 м.

Свод печи выполняем подвесного типа из каолинового кирпича толщиной 300 мм. Стены имеют толщину 460 мм, причем слой шамота составляет 345 мм, а слой изоляции (диатомитовый кирпич), 115 мм. Под томильной зоны выполняем трехслойным: тальковый кирпич 230 мм, шамот 230 мм и тепловая изоляция (диатомитовый кирпич) 115 мм.

2.4 Тепловой баланс

Приход тепла

1. Тепло от горения топлива

В кВт,

здесь В - расход топлива, м³/с, при нормальных условиях.

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом

В кВт.

3. Тепло экзотермических реакций (принимая, что угар металла составляет 1%)

кВт.

Расход тепла

1. Тепло, затраченное на нагрев металла

кВт,

где =855 кДж/кг - энтальпия углеродистой стали при ^оС;

=9,72 кДж/кг - то же, при ^оС.

2. Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами

В кВт.

Энтальпию продуктов сгорания находим при температуре =1100^оС

=1687,8 кДж/м³

3. Потери тепла теплопроводностью через кладку.

Потерями тепла через под в данном примере пренебрегаем. Рассчитываем только потери тепла через свод и стены печи.

Потери тепла через свод

Площадь свода принимаем равной площади пода 131 м²; толщина свода 0,3 м, материал каолин. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна средней по длине печи температуре газов, которая равна

^оС.

Если считать температуру окружающей среды равной =30^оС, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной =340^оС.

При средней по толщине температуре свода ^оС коэффициент теплопроводности каолина Вт/(м^.К).

Тогда потери тепла через свод печи будут равны

кВт,

где Вт/(м^2.К).

Потери тепла через стены печи

Стены печи состоят из слоя шамота толщиной =0,345 м и слоя диатомита, толщиной =0,115 м.

Наружная поверхность стен равна:

методическая зона

м²;

сварочная зона

 м²;

томильная зона

м²;

торцы печи

м².

Полная площадь стен равна

м².

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев. Средняя температура слоя шамота равна

,

а слоя диатомита

,

где - температура на границе раздела слоев, ^оС; - температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 160^оС.

Коэффициент теплопроводности шамота

, Вт/(м^.К).

Коэффициент теплопроводности диатомита

, Вт/(м^.К).

В стационарном режиме

.

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности

или .

Решение этого квадратичного уравнения дает значение

=618^оС.

Тогда

^оС,

^оС.

Окончательно получаем

Вт/(м^.К).

Вт/(м^.К).

Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены печи, равно

кВт,

где Вт/(м^2.К).

Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку

 кВт.

4. Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равными 10% от тепла, вносимого топливом и воздухом

В кВт.

5. Неучтенные потери определяем по формуле

В кВт.

Уравнение теплового баланса

.

Откуда

=1,17 м³/с.

Результаты расчетов заносим в таблицу 1

Табл. 1. - Тепловой баланс методической печи

Статья прихода	кВт (%)	Статья расхода	кВт (%)
Тепло от горения топлива Физическое тепло воздуха Тепло экзотермических реакций Итого:	41487,5 (89) 3705 (7,9) 1378,6 (3) 46571,1(100, 0)	Тепло на нагрев металла Тепло, уносимое уходящими газами Потери тепла теплопроводностью через кладку Потери тепла с охлаждающей водой. Неучтенные потери Итого:	20624,8 (42,4) 22511,8 (46,3) 815,2(1,6) 3916,4 (8) 809,6 (1,65) 48636,2 (100,0)

Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла

кДж/кг.

2.5 Расчет рекуператора для подогрева воздуха

методический печь нагрев металл труба

Исходные данные для расчета: на входе в рекуператор =0^оС, на выходе =300^оС. Температура дыма на входе в рекуператор =1100^оС. Расход газа на отопление печи =1,17 м³/с. Расход воздуха на горение топлива м³/с. Количество дымовых газов на входе в рекуператор м³/с. Состав дымовых газов 8,94% СО₂; 17,1% Н₂О; 1,72% О₂ и 71,9% N₂.

Выбираем керамический блочный рекуператор. Материал блоков - шамот, марка кирпича Б-4 и Б-6. Величину утечки воздуха в дымовые каналы принимаем равной 10%. Тогда в рекуператор необходимо подать следующее количество воздуха 12,1/0,9=13,4 м³/с.

Количество потерянного в рекуператоре воздуха

м³/с.

Среднее количество воздуха

м³/с.

Количество дымовых газов, покидающих рекуператор (с учетом утечки воздуха) равно

м³/с.

Среднее количество дымовых газов

м³/с.

Зададим температуру дымовых газов на выходе из рекуператора =650^оС. При этой температуре теплоемкость дымовых газов

,

=1,445 кДж/(м^3.К)

Теплоемкость дыма на входе в рекуператор (=1100^оС)

=1,532 кДж/(м^3.К)

Теперь

*,

где =1,3583 кДж/(м^3.К) - теплоемкость воздуха при =650^оС.

Решая это уравнение относительно , получим =806^оС.

В принятой конструкции рекуператора схема движения теплоносителей - перекрестный ток. Определяем среднелогарифмическую разность температур для противоточной схемы движения теплоносителей

;

^о.

Найдя поправочные коэффициенты

и ,

, тогда ^оС.

Для определения суммарного коэффициента теплопередачи примем среднюю скорость движения дымовых газов =1,2 м/с, среднюю скорость движения воздуха =1,5 м/с.

Учитывая, что эквивалентный диаметр воздушных каналов равен =0,055 м =55 мм, находим значение коэффициента теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне

=14 Вт/(м^2.К).

Учитывая шероховатость стен, получим

Вт/(м^2.К).

Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне находим по формуле

.

Учитывая, что гидравлический диаметр канала, по которому движутся дымовые газы, равен =0,21 м, находим коэффициент теплоотдачи конвекцией на дымовой стороне

=6,4 Вт/(м^2.К),

или с учетом шероховатости стен

Вт(м^2.К).

Величину коэффициента теплоотдачи излучением на дымовой стороне определяем для средней температуры дымовых газов в рекуператоре, равной ^оС.

Среднюю температуру стенок рекуператора принимаем равной

^оС.

Эффективная длина луча в канале равна

м.

При =953^оС находим

=0,057; =0,043; =1,06.

.

При =551,5^оС

.

Учитывая, что при степени черноты стен рекуператора , их эффективная степень черноты равна , находим коэффициент теплоотдачи излучением

Вт/(м^2.К).

Суммарный коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне равен

Вт/(м^2.К).

При температуре стенки =537,75^оС коэффициент теплопроводности шамота равен

Вт/(м^.К)

С учетом толщины стенки элемента рекуператора =0,019 м находим суммарный коэффициент теплопередачи по формуле

Вт/(м^2.К),

где и - соответственно основная поверхность теплообмена и оребренная, м².

При

Вт/(м^2.К).

Определяем поверхность нагрева и основные размеры рекуператора. Количество тепла, передаваемого через поверхность теплообмена, равно

кВт.

По следующей формуле находим величину поверхности нагрева рекуператора

м².

Так как удельная поверхность нагрева рекуператора, выполненного из кирпичей Б=4 и Б=6, равна =10,3 м²/м³, можно найти объем рекуператора

м³.

Необходимая площадь сечений для прохода дыма равна

м².

Учитывая, что площадь дымовых каналов составляет 44% общей площади вертикального сечения рекуператора, найдем величину последнего

м².

Принимая ширину рекуператора равной ширине печи, т. е. =6,9 м, находим высоту рекуператора

м.

Длина рекуператора

м.

2.6 Выбор горелок

В многозонных методических печах подводимая тепловая мощность (а следовательно, и расход топлива) распределяется по зонам печи следующим образом: в сварочной зоне по 18 - 22% и в томильной зоне 12 - 18%.

Распределяя расход топлива по зонам пропорционально тепловой мощности, получим: сварочная зона 0,257м³/с; томильная зона 0,175 м³/с.

Принимая, что в печи установлены горелки «труба в трубе» в томильной зоне по 5, а в сварочной зоне 7 штук находим расход топлив анна 1 горелку: в томильной зоне 0,035 м³/с, в сварочной зоне 0,037 м³/с.

Плотность газа 1,0 кг/м³, расход воздуха при коэффициенте расхода п=1,05 равен 1,17 м³/м³ газа.

Пропускная способность горелок по воздуху: сварочная зона м³/с; томильная зона м³/с.

Расчетное количество воздуха определяем по формуле:

;

сварочная зона

м³/с;

томильная зона

м³/с.

Принимая давление воздуха перед горелками равным 1,0 кПа, определяем, что при этом давлении требуемые расходы воздуха обеспечивают следующие типы горелок «труба в трубе»: сварочная зона ДВС-60, томильная зона ДВС-60

2.7 Аэродинамический расчет и выбор высоты трубы

Количество продуктов сгорания 48016 м³/ч, плотность дымовых газов 1,28 кг/м³, размеры рабочего пространства, в конце печи 3,552,15 м², температура дыма в конце печи 1373 К, температура дыма в вертикальных каналах , падение температуры дыма в рекуператоре

Потери давления в вертикальных каналах складывается из потерь на трение, местных сопротивлениях и преодоление геометрического давления

Скорость движения дымовых газов в конце печи с учетом уменьшения сечения рабочего пространства печи за счет нагревающихся заготовок толщиной 0,15 м составит

Скорость движения в вертикальных каналах принимаем равной . Тогда площадь сечения каждого канала

Размеры вертикальных каналов принимаем следующими: длина а=1 м, ширина b=0,8 м и высота H_верт=3 м. Тогда приведенный диаметр

Потери давления на трение

Где для кирпичных каналов - средняя температура в канале.

Потери давления при повороте на 90⁰ с сужением

,

где

Потери на преодоление геометрического давления

где - плотность воздуха при Т₀=273 К и давлении 101,3 кПа.

Суммарные потери давления в вертикальных каналах

Определяем потери давления при движении дымовых газов от вертикальных каналов до рекуператора, которые складываются из потерь при повороте на 90⁰ с изменением сечения из вертикальных каналов в боров, потерь на трение и поворот на 90⁰ в боров без изменения сечения, т.е.

Скорость движения дыма в борове принимаем . Сечение борова

.

Ширину борова сохраняем равной длине вертикальных каналов b=1,0 м. в этом случае высота борова .

Приведенный диаметр борова

.

Принимаем падение температуры дыма равной 2 К на 1 м длины борова.

При длине борова от вертикальных каналов до рекуператора 11 м падение температуры дыма равно 22 К. температура дыма перед рекуператором .

Средняя температура дыма в борове .

Потери давления на трение

Потери давления при входе в боров

Потери давления при повороте борова на 90⁰

Суммарные потери давления на участке от вертикальных каналов до рекуператора

Потери давления в рекуператоре складываются из потерь при внезапном расширении на входе, потерь при внезапном сужении на выходе из рекуператора и потерь давления при поперечном омывании дымом шахматного пучка труб.

Размеры камеры для установки рекуператора равны 1,4, диаметр труб =57 мм, S₁=S₂=2d.

Температура дыма на входе в рекуператор , на выходе

.

Средняя температура дыма в рекуператоре

.

Скорость движения дыма в рекуператоре принята равной . Число рядов труб по глубине пучка n=14. потери давления при внезапном расширении при входе в рекуператор

где

При поперечном омывании дымом шахматного пучка труб

Потери давления при внезапном сужении на выходе из рекуператора

.

Потери давления в рекуператоре

Определим потери давления на участке от рекуператора до шибера.

Принимаем падение температуры дыма на этом отрезке 1,5 К на 1 м длины борова (длина борова 6 м).

Тогда средняя температура дыма на этом участке .

При этом же сечении борова, что и до рекуператора, потери на трение составят

Общие потери давления при движении продуктов сгорания от рабочего пространства до шибера

Определим высоту кирпичной трубы, предназначенной для удаления продуктов сгорания из методической нагревательной печи. Температура дыма перед трубой . Плотность дымовых газов температура окружающего воздуха .

Количество продуктов сгорания, проходящих через трубу, составляет 48016 м³/ч или 13,3 м³/с.

Находим площадь сечения устья трубы, принимая скорость движения дыма в устье равной 3 м/с.

Отсюда диаметр устья

Диаметр основания трубы находим из соотношения , т.е.

Скорость движения дымовых газов в основании трубы

Действительное разряжение, создаваемое трубой, должно быть на 20-40% больше потерь давления при движении дымовых газов, т.е.

Для определения температуры газов в устье трубы по графику ориентировочно принимаем высоту трубы H=40 м.

Падение температуры для кирпичной трубы принимаем равным 1,0-1,5 К на 1 м высот трубы:

.

Тогда температура газов в устье трубы равна , а средняя температура газа

Средний диаметр трубы

.

Тогда

Средняя скорость движения дымовых газов в трубе

Коэффициент трения для кирпичных труб принимаем равным 0,05.

Подставляя полученные значения получим

Список использованных источников

1. Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей - 2 том - Москва: Металлургия, 1986 г. - 376 с.

2. Телегин А.С. Лебедев Н.С. Конструкции и расчет нагревательных устройств - 2-е издание переработанное и дополненное. - Москва: Машиностроение, 1975 г. - 170 с.

Размещено на Allbest.ru