Внутренние энергоресурсы промышленных предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно - строительный факультет

Кафедра «Теплогазоснабжения и вентиляции»

Техническое задание

на выполнение расчетно-графического задания

по курсу «Внутренние энергоресурсы промышленных предприятий»

Выполнил: Мелентьев Н.С

Группа: ЗСТ

Проверил: Ильин

Вологда 2014



Содержание

Техническое задание

Теоретическое введение

Общие положения

Конструкции отдельных частей печи

1. Расчет горения топлива

1.1 Пересчет состава топлива

1.2 Объем воздуха и продуктов полного сгорания

1.3 Низшая теплота сгорания

1.4 Температура горения топлива

2. Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи

2.1 Режим нагрева заготовок

2.2 Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи

2.3 Расчет нагрева металла

2.4 Расчет основных параметров

3. Тепловой баланс печи

4. Основные теплотехнические показатели рабочей печи

5. Аэродинамический расчет

5.1 Расчет дымового тракта

5.2 Расчет дымовой трубы

6. Расчет топливосжигающих устройств

Вывод

Литература



Техническое задание

Выполнить расчет методической нагревательной печи, работающей по двухзонному температурному режиму.

Исходные данные: топливо сгорание теплообмен печь

1. Производительность печи G= 200 т/час.

2. Нагреваемый металл: марка стали - хромистая

сечение заготовки 0,25 0,25 м²

длина заготовки l=1,6 м

3. Параметры нагрева металла:

начальная температура поверхности t_н=0^оС

конечная температура поверхности t_нк=1270^оС

конечный перепад температур по сечению t_к=30^оС

4. Топливо - природный газ следующего состава в %:

СО2	С2Н6	С3Н8	С4Н10	СН4	N2	О2
0,5	1,9	2,4	1,3	90	2,7	1,1

5. Температура подогрева воздуха t_в=450^оС

Расчет горения топлива

где - влагосодержание газа, г/м³;для природного - 10 г/м³

X - содержание компонента, % (об.).

При СО₂=0.5

При С₂Н₆=1.9

При С₃Н₈=2.4

При С₄Н₁₀=1.3

При СН₄=90

При N₂=2.7

При О₂=1.1



Теоретическое введение

Общие положения

Методические нагревательные печи широко применяют в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено тем, что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.

Металл поступает в зону наиболее низких температур и, продвигаясь навстречу дымовым газам, температура которых монотонно повышается, постепенно (методически) нагревается.

Первая (по ходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепенный нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим нагрева, когда металл находится в упругом состоянии.

Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, отходящими из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура поддерживается на уровне 1300--1400 °С, в конце же методической зоны она находится в пределах 750-- 1000 °С.

Вторая (по ходу металла) зона называется зоной высоких температур или сварочной зоной Назначение этой зоны - быстрый нагрев поверхности заготовок до конечной температуры. Температура металла в методических печах обычно составляет 1150--1250 °С. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечивать температуру на 50--100 К выше.

В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла; температура середины металла отстает от температуры поверхности. Однако при нагреве тонких заготовок нет необходимости делать выдержку для выравнивания температур по сечению, так как имеет место небольшой перепад температур.

В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае, когда металл, продвигаясь по монолитному поду, нагревается только с одной стороны, сверху. Для ускорения нагрева металла в методических печах обычно предусматривают и нижний обогрев заготовки. Для этого на всю длину сварочной и методической зон оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.

При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные (водоохлаждаемые) трубы (рис. 2), по которым перемещается металл. Глиссажные трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две - три на каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже, и на его поверхности образуются темные пятна.

Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны выполняется без нижнего обогрева с монолитным огнеупорным подом.

Как монолитный под, так и под томильной зоны в трехзонных методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала, который не взаимодействует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее действие продвигающегося металла.

Высотой рабочего пространства считается расстояние от высшей точки свода до пода. В печах, оборудованных глиссажными трубами, полная высота печи делится на две части: верхнюю (расстояние от нижней части заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода). Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи, а ширина - по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нормальным соотношение размеров, когда отношение длины к ширине равно 5-6 (допускается 8-10).

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При торцевой выдаче необходим один толкатель, который выполняет роль также и выталкивателя. Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении требуют больших площадей. При торцевой выдаче через окно выдачи, расположенное ниже пода печи, происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце печи.

Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве, что объясняется наличием методической зоны.

Методические печи могут быть двухзонными, трехзонными и многозонными. Трех- и многозонные печи применяются в тех случаях, когда в нагреваемых заготовках могут возникнуть значительные перепады температур по толщине (более 200 К на один метр толщины металла). Эти печи снабжены дополнительными (томильными) зонами, в которых и осуществляется выравнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи. Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в соответствии с режимом нагрева и производительностью печи.

Так, например, если нагрев двухступенчатый, то и профиль печи должен быть двухзонный, если нагрев трехступенчатый, то и профиль должен быть трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок, то печь должна иметь наклонный под.

Конструкции отдельных частей печи

Под печи. Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых потерь через него следует выполнять в 2,5-3,0 кирпича. Кроме того, необходимо применять изоляцию пода.

В методической части печи под выкладывается из шамота в 1,5-2 кирпича и прослойки из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65-130 мм.

При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную подушку толщиной 200-300 мм, которая в свою очередь опирается на бутовую кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий грунта.

Для нормальной работы необходимо, чтобы наивысший уровень грунтовых вод проходил не ближе, чем на 250 мм от площади нижних дымовых каналов. Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или заключают все строение печи, находящееся ниже уровня грунтовых вод, в водонепроницаемый металлический кессон. Иногда кессон выполняется из железобетона.

В нагревательных печах для устройства пода применяют магнезитовый, хромитовый и тальковый кирпич, а также сырой тальк и хромистый железняк. Самым дешевым является тальк, но в то же время из всех перечисленных выше материалов он наименее устойчив против действия окалины, хотя по сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.

Под в сварочном пространстве выполняется толщиной в 3 кирпича, т. е. 690 мм. Верхний слой (150-250 мм) выкладывается магнезитовыми или хромистыми материалами. Следующий слой - шамотный. Нижний изоляционный слой имеет толщину 100-150 мм.

Стены нагревательных печей делаются толщиной в 375-500 мм, что составляет 1,5-2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры: 230Ч115Ч65 или 250 Ч125Ч65 мм. Более тонкие стенки в 1,5 кирпича (375 мм) делаются обычно в случае применения изоляции. Стены методических печей выкладываются из шамотного кирпича. Динас применяется только для сварочного пространства и стен топочного пространства методических печей.

Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не более 4-5 м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела прогиба получается, если радиус кривизны будет равен ширине пролета. Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода упираются в опоры, называемые пятовыми кирпичами. Для большей прочности свода пятовые кирпичи укладываются глубоко в стенку. Чем больше ширина пролета, тем толще должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из стандартного кирпича 230 и 300 мм; при пролетах более 3,5 м применяется кирпич длиной 345 мм или больше.

Кроме арочных сводов, существуют многочисленные конструкции так называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов - секционная и индивидуальная. В индивидуальной системе каждый кирпич имеет свою подвеску, а в секционной системе отдельные кирпичи связаны в группы или ряды, которые подвешиваются в целом к арматуре. Наибольшее распространение получили подвесные своды, представляющие собой двутавр, на который надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для ремонта и возможность тщательного его монтажа. Расстояние между центрами подвесок - 300 мм, толщина свода - 300 мм. Толщина кирпича - 118 и 73 мм. Второй размер 73 мм служит для компенсации неточности в изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без подгонки, варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы наивысшего качества.

Борова прокладываются в земле выше уровня грунтовых вод. При расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в кессоны. Влага не должна проникать в борова, так как это значительно ухудшит тягу дымовой трубы, а следовательно, и работу печи. Размеры боровов определяются по скорости движения газов, которая не должна превышать при 0 °С и 760 мм рт. ст. 1,5 -2,5 м/с.

Из практических соображений борова не должны быть менее 600Ч600 мм. Стенки и под боровов выполняются в 1,5-2,0 кирпича: внутренний кирпич - шамотный, а наружный (0,5 или целый) - красный. Свод боровов выкладывается из шамота, в один кирпич, или же делается еще одна арка из красного кирпича и засыпается золой и землей. Борова обычно перекрываются полуциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боровах составляет 0,08-0,12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают бетонную подушку толщиной 100-200 мм.

Крепление печей. При кладке печей необходимо следить за тем, чтобы было предусмотрено достаточное количество температурных швов.

В сводах, например, температурные швы заполняются деревянными дощечками или картоном, которые выгорают по мере разогрева печи.

Назначение температурных швов - компенсация объемных изменений размеров кладки при нагреве последней. При определении величины температурного шва необходимо считаться с качеством кирпича, плотностью кладки и способом крепления.

В целях сохранения формы кладки устраивают еще металлическое крепление печей, состоящее из опорных балок и каркасов, сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то, чтобы температурные швы были достаточных размеров. Если температурные швы будут недостаточны, то может произойти разрыв жесткого крепления или выпучивание кладки.

1. Расчёт горения топлива

1.1 Пересчёт состава топлива

Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на влажный проводится по формуле:

где d_Г - влагосодержание газа, г/м³, которое для природного газа будет 10 г/м³, а- содержание компонента, % (об.).

При СО₂=0.5

При С₂Н₆=1.9

При С₃Н₈=2.4

При С₄Н₁₀=1.3

При СН₄=90

При N₂=2.7

При О₂=1.1



1.2 Объём воздуха и продуктов полного сгорания

Теоретический расход сухого кислорода:

=0,01•[0,5(+ +3)+?(m+n/4)C_m -], м³/ м³;

=0,01•[0,5(0+0+3·0)+((2+6/4)•1,9+(3+8/4)•2,4+(4+10/4)•1,3+(1+4/4)•89)-1,1]=2,04 м³/м³.

Теоретический расход сухого окислителя:

=100·/ ,

где - объемное содержание O₂ в окислителе, %.

Для атмосферного воздуха =21 %.

м³/м³.

Расход сухого окислителя при :

м³/м³.

Расход сухих трехатомных газов:



Теоретический выход азота:

где N_2ок - объемное содержание азота в окислителе, %. Для атмосферного воздуха в окислителе N_2ок=79 %.

Теоретический выход водяных паров:

где d_ок - влагосодержание окислителя, г/м³, которое для природного газа будет 0,13 г/м³.

Выход продуктов полного сгорания при :

Объемный состав продуктов полного сгорания:



Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:

с

1.3 Низшая теплота сгорания

Для газообразного топлива определяется по формуле:

=126CO^P+108+358C+590+638+913+1187+1461 +232S^P;

=358·89+638·1,87+913·2,4+1187·1,3=36789,3 кДж/м³.

1.4 Температура горения топлива

Данный расчёт необходим для того, чтобы установить, обеспечивает ли данное топливо нужную температуру нагрева металла, и если не обеспечивает, то определить необходимую степень подогрева сред, участвующих в горении.

Энтальпию продуктов сгорания определим по формуле:

i_общ=i_x+Q_ф/V_Г,

где i_x - химическая энтальпия продуктов сгорания, которая рассчитывается по формуле:

i_x=(-)/V_г,

где - недожог топлива, кДж/кг

i_x= (36789,3 -0) / 12,7=2896,7 кДж/м³.

Из приложения 4 для изобарная теплоёмкость воздуха С_Р=1,330 кДж/ (м³·К).

Тогда:

i_в= С_Р· t = 1,330·420=558,60 кДж/м³.

Q_ф= Q_В= i_В · V_В, кДж/м³;

Q_ф = 558,60 · 10,92=6099,91 кДж/м³.

i_общ=2896,7+6099,91/12,7=3377 кДж/м³.

Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания от 500 °С до 2500 °С:



По полученным значениям строим график зависимости энтальпии 1 м³ продуктов сгорания от температуры (рис. 1)

Графически определяем, что i_общ = 3318,59 кДж/м³ соответствует расчетная температура t_расч=2050 °С.

Действительная температура горения:

= з• , °С,

где з - опытный пирометрический коэффициент (з = 0,75);



2. Расчёт теплоотдачи в рабочем пространстве печи

2.1 Режим нагрева заготовок

В курсовой работе расчёт нагрева заготовок проводится в предположении:

1. симметричного температурного поля в заготовке в зонах с двусторонним обогревом;

2. постоянной температуры газов в сварочной зоне.

2.2 Расчёт внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи

Целью расчёта внешнего теплообмена является определение приведённого коэффициента излучения от газов и кладки на металл. Расчёт проводиться для верхней части рабочего пространства печи, для нижних зон значение коэффициента излучения принимается таким же. Для проведения расчёта необходимо определить размеры рабочего пространства печи.

Ширина рабочего пространства:

где n - число рядов заготовок, одновременно перемещающихся в рабочем пространстве печи, (n=1);

- расстояние между рядами движущихся заготовок или между торцами заготовок и боковыми стенками печи, м;

l - длина заготовки, м;

Обычно число рядов принимают из конструктивных соображений равным одному или двум, имея в виду что отношение длины к ширине печи должно быть порядка 5-6. По данным В.А.Кривандина, если в печи одновременно находится менее двухсот заготовок, применяется однорядное расположение, а если более 400, то печь выполняют трёхрядной.

Средняя высота рабочего пространства печи принимаем:

.

Или по практическим данным:

в сварочной зоне - h_св = 2 м.

В методической зоне - h_мет = 1,5 м.

Площадь пода печи:

где L_св , L_мет - соответственно длины сварочной и методической зон, м.

Внутренняя поверхность стен и свода:

Суммарная поверхность кладки и металла, окружающих газовый объем:



Объем заполняемого газом рабочего пространства:

Средняя эффективная длина луча:

Парциальное давление газов:



Степень черноты газов еи е в сварочной и методической зонах определяем по приложениям 5 и 6.

е_{= 0,09;}

е_{= 0,13;}

е_{= 0,09;}

е _{= 0,13.}

Температуру газов в сварочной зоне считаем постоянной, предварительно её можно принять на 50 выше температуры поверхности металла в конце нагрева.

Температура газов в сварочной зоне:

Средняя температура газов в методической зоне:

где температура уходящих газов ().

Степень черноты продуктов сгорания:



е е_+в• е_;

е е_+в• е_.

где в- поправочный коэффициент, определяем по приложению 7.

е_{0,09+0,9•0,13=0,207;}

е_{0,09+0,9•0,13=0,207.}

Угловой коэффициент излучения кладки на металл:

Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:

в сварочной зоне:

в методической зоне:



Степень черноты металла = 0,8.

Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла:

Вт/(м²·К⁴),

Вт/(м²·К⁴),

2.3 Расчёт нагрева металла

Для облегчения расчёта нагрева металла для высокоуглеродистой стали построим зависимость теплосодержания i (рис. 3) и коэффициента теплопроводности л (рис.2) от температуры.

Рис.2. Зависимость л = f(t)



Рис.3. Зависимость i = f(t)

Среднемассовая конечная температура заготовки:

,

где - заданный конечный перепад температур в заготовке

Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева:

Вт/м².

где л- коэффициент теплопроводности металла при ;

S - геометрическая толщина.

Определяем из рис. 2: л =;

Расчетная температура газов в сварочной зоне:



Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной зоне:

з

где - количество тепла, уносимого уходящими газами из сварочной зоны.

где - энтальпия продуктов сгорания, соответствующая температуре.

- количество тепла излучаемого из сварочной зоны в методическую.

кВт,

- удельный тепловой поток излучения (= 100кВт/м²);

- площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе сварочной и методической зон.



- общая тепловая мощность печи:

где - удельный расход тепла (для предварительного расчёта выбираем b=2500 кДж/кг);

G - производительность печи, кг/ч.

з

КИТ в печи:

з

- количество тепла, уносимое уходящими газами из печи,

где - энтальпия продуктов сгорания, соответствующая :

з.

Изменение теплосодержания металла в печи:

,

где i₀, i₃ - теплосодержание металла, соответствующее начальной t₀ и конечной

температурам, кДж/кг.

Изменение теплосодержания металла вместе с образовавшейся окалиной:

где д - угар металла. (д=2 %);

С_ок - теплоемкость окалины, С_ок = 1 кДж/(кг·К);

m - коэффициент, учитывающий сколько окалины образуется из окисления 1 кг железа; (m = 1,38).

Приращение теплосодержания металла в методической зоне:

?i_I = ?i'·( 1 -з_кит^св/з_кит ), кДж/кг.

?i_I = 590,8·( 1 - 0,462/0,64 ) = 164,3 кДж/кг.

Приращение теплосодержания в сварочной зоне:



Нагрев металла в методической зоне

Удельный тепловой поток в начале зоны:

Удельный тепловой поток в конце зоны:

где - средняя температура металла в конце методической зоны, соответствующая:

Из рис.3: Т_М1=320+273=593 К.

л - теплопроводность металла, соответствующая температуре ,

л

Уравнение для решается методом последовательных приближений. В первом приближении находим , полагая . Затем, подставив полученное значение , получаем уточнённое . Окончательное значение определяется после подстановки в уравнение .

Температура поверхности металла в конце зоны:

t_п1 = t_м1 + q₁·S/3·л, °C.

Перепад температур по сечению металла в конце зоны:

?t₁ = q₁·S/2·л, °C.

Температура оси металла в конце зоны:

Средний тепловой поток в методической зоне:



Время нагрева металла в методической зоне:

час,

0,387 час.

где с - плотность металла, кг/м³; с = 7800 кг/м³;

k_ф - коэффициент формы (для пластины k_ф = 1).

Участок сварочной зоны с монолитным подом

Время нагрева металла на этом участке:

где - длина монолитного пода (= 5 м)

Критерий Фурье:

Fo.

Физические константы принимаются при среднемассовой конечной температуре .

Теплоемкость металла:

Коэффициент температуропроводности:

м²/час;

Из рис.2 .

Fo

Критерий Био:

Bi.

Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева:

Bi

Из приложения 9:



Перепад температур в начале участка:

, °C.

Удельный тепловой поток в начале участка:

q₂ = 2·л·?t₂/S, Вт/м²,

Температура поверхности металла при переходе на монолитный под:

Среднемассовая температура металла:

t_м2 = t_п2 - 2·?t₂/3, °С.

Температура на оси заготовки:



t_c2 = t_п2 - ?t₂, °С.

Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом

Средний тепловой поток на участке:

, соответствующие t_М2, определяем по рис.3.:

Приращение теплосодержания:

Время нагрева на участке:

, час.

Общее время нагрева:

ф = ф₁ + ф_{2 +} ф₃, час



Удельная продолжительность нагрева:

z = 60·ф /(2·S·100), мин/см.

2.4 Расчет основных параметров

Расчёт основных параметров методической печи и уточнение ранее принятых размеров проводиться после определения времени нагрева заготовок в печи.

Емкость печи:

Длина активного пода:

L_акт = Е/(2·S·l·с·n), м.

Длина методической зоны:

L_мет = L_акт * ф₁/ф , м.

Длина сварочной зоны с монолитным подом:

Длина сварочной зоны с двухсторонним обогревом:

Площадь активного пода:

Площадь полезного пода:

Напряженность активного пода:

Напряжённость полезного пода:

После определения основных размеров выбираем и вычерчиваем профиль рабочего пространства печи. Если печь имеет значительную длину, то сварочную зону разбиваем на несколько поддон. Расстояние между опорными трубами составляет 1000 мм. Смотровые и рабочие окна располагаются симметрично с обеих сторон печи. Смотровые окна располагаются в методической зоне и на участке сварочной зоны с двухсторонним обогревом. Рабочие окна располагаются на участке сварочной зоны с монолитным подом. В сварочной зоне на участке с двухсторонним обогревом располагается 34 смотровых окон

, а на участке с монолитным подом - 14 рабочих окон. Количество окон выбирается в зависимости от расстояния между осями окон, которое принимается для рабочих окон 1250 мм, для смотровых окон - 1700 мм.

Общая площадь окон в сварочной зоне:

в методической зоне располагается 2 смотровых окна. Расстояние между осями 1,8 м.

Общая площадь окон в методической зоне:

Размеры торцевых окон посада и выдачи:

где h_ок - высота окна.

3. Тепловой баланс печи

Приход тепла:

Тепло горения топлива:

где В - расход топлива, кг/с;

Тепло, внесенное подогретым воздухом и топливом (газом):

Тепло, выделившееся при окислении железа:

, кВт.

Расход тепла

Полезное тепло на нагрев металла:

, кВт.

Потери тепла с уходящими газами:



Потери тепла теплопроводностью:

где - средняя температура внутренней поверхности кладки, ^оС;

- температура окружающего воздуха, ^оС;

и - соответственно толщина огнеупорной кладки и изоляции, м;

и - соответственно коэффициенты теплопроводности огнеупорной кладки и изоляции, Вт/м·К;

- коэффициенты конвективной теплоотдачи от стенок и окружающего воздуха,

;

- площадь поверхности кладки, м².

Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь свода и стен сварочной и методической зон:

где и - потери тепла теплопроводностью через стены и свод в методической зоне;

и - потери тепла теплопроводностью через стены и свод в сварочной зоне;

1,2 - коэффициент, учитывающий повышение потерь тепла через швы кладки.

Средняя температура внутренней поверхности кладки определяется следующим образом.

Сварочная зона:

Безразмерные температуры:

Средняя температура внутренней поверхности кладки:

Методическая зона:

Средняя температура поверхности металла:

Средняя температура газов в методической зоне:

Безразмерные температуры:

Средняя температура внутренней поверхности кладки:

Тепловые потери через свод в сварочной зоне.

Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:

Средняя температура слоя огнеупора:

Средняя температура слоя изоляции:



Коэффициенты теплопроводности динаса:

Коэффициенты теплопроводности изоляции:

Потери тепла теплопроводностью :

Температура на границе слоев огнеупора изоляции не должна превышать максимально допустимого значения для материала изоляции:



Правильность принятых средних температур слоев: єС

Тепловые потери через стены сварочной зоны:

где

Температура по границе слоев огнеупора и изоляции: °С

Проверка правильности принятых средних температур слоев:



Расхождение между принятым значением средних температур и подсчитанным по формулам допустимо, так как погрешности меньше 20 %.

= 0%,

= 0%,

= 0%.

Аналогично определяем тепловые потери через свод и стены методической зоны:

Тепловые потери через свод методической зоны:



Потери тепла теплопроводностью :

Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:

Проверка правильности принятых средних температур слоев:

Тепловые потери через стены в методической зоне:



Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:

Проверка правильности принятых средних температур слоев:

Расхождение между принятым значением средних температур и подсчитанным по формулам допустимо.

Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь свода и стен сварочной и методической зон:

Потери тепла через окна печи

Потери тепла через закрытые окна печи:

в сварочной зоне:



где n - число окон;

- площадь окна;

S - толщина стенки в 1 кирпич, S=0,203 м;

- коэффициент теплопроводности материала окна при .

в методической зоне:

Потери тепла излучением через открытые окна.

В сварочной зоне:

где - коэффициент диафрагмирования (=0,7),



Окончательно имеем:

Потери тепла с окалиной:

Потери тепла с охлаждающей водой:

Неучтенные потери:

Приравняв приходные и расходные статьи теплового баланса, определяем секундный расход топлива В, кг/с:



Приходные и расходные статьи теплового баланса сводятся в таблицу 2:

Табл.2 Тепловой баланс печи

Статья	Приход тепла	Статья	Расход тепла
	кВт	%		кВт	%
1. Тепло горения топлива	71996,51	79,82	1. Полезное тепло на нагрев металла	31607,7	35,0
2. Тепло, внесённое подогретым воздухом и топливом (газом)	12869,1	14,26	2. Потери тепла с уходящими газами.	38763,87	42,93
3. Тепло, выделившееся при окислении железа.	5336,1	5,92	3. Потери тепла теплопроводностью через кладку.	1121,76	1,24
Итого:	90201,71	100	4. Потери тепла через окна печи.	475,9	0,54
			5. Потери тепла с окалиной.	1630	1,80
			6. Потери тепла с охлаждающей водой.	8486,63	9,40
			7. Неучтённые потери	8208,63	9,09
			Итого:	90294,84	100



4. Основные теплотехнические показатели работы печи

Одним из важных показателей работы печи является коэффициент использования химической энергии топлива , показывающий, какая доля химической энергии топлива остается в рабочем пространстве печи:

Общая тепловая мощность М_общ печи называется количество тепла, вносимого в печь с химической энергией топлива в единицу времени:

Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности М_пол и мощности холостого хода М_хх:

Полезная мощность есть тепло, которое необходимо ввести в печь в единицу времени с химической энергией топлива для нагрева изделий (без учёта тепла на покрытие тепловых потерь в рабочем пространстве печи)

- количество тепла, выделенного при сжигании топлива, усвоенное металлом в печи.



где - тепло, усвоенное металлом от окисления железа.

Мощность холостого хода:

Удельный расход тепла:

Удельный расход условного топлива:

Коэффициент полезного действия печи:



5. Аэродинамический расчет

5.1 Расчет дымового тракта

При расчете дымового тракта потери давления на преодоление сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не учитываются. Эскиз дымового тракта методической печи приведён на рисунке 4.

Рис. 4. Эскиз дымового тракта

1 - труба;

2 - боров;

3 - рекуператор;

4 - вертикальные каналы;

5 - печь.

Потери давления в вертикальных каналах.

Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:



где m - коэффициент, учитывающий потери дыма на выбивании (m=0,7).

Приведенная скорость в вертикальных каналах следует принять:

Сечение одного канала:

где n - количество каналов

где = 1,8 м;

= 1,99 м.

Эквивалентный диаметр канала:

Высоту канала следует принять: .

Потери на трение в вертикальном канале:

где - коэффициент трения ;

- коэффициент объемного расширения газа, ;

Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные каналы:

где - коэффициент местного сопротивления. Из приложения 11: =0,06;

Потери на преодоление геометрического напора:

Потери давления в борове.

Подсосом воздуха в борове пренебрегаем. Приведенная скорость дымовых газов:

Сечение борова:

Выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов ,

определяем второй размер:

Эквивалентный диаметр борова:

Принимаем длину борова от вертикальных каналов до трубы 20 м, в том числе до рекуператора 10 м, .

Падение температуры дымовых газов от вертикальных каналов до рекуператора составляет 2 °С на 1 м длины борова, тогда температура перед рекуператором:



Средняя температура на участке:

Температура дымовых газов на выходе рекуператора Падение температуры дымовых газов от рекуператора до дымовой трубы составляет на 1 м длины борова, тогда температура перед трубой:

Средняя температура на участке:

Потери давления на преодоление трения:

Местные потери давления при двух поворотах на на пути от вертикальных каналов до рекуператора:

где - коэффициент местного сопротивления.

Потери давления в рекуператоре складываются из потерь энергии на внезапное расширение при входе, потерь на внезапное сужение при выходе из рекуператора и потерь давления при поперечном омывании дымовыми газами пучка труб. Потери давления в рекуператоре:

Местные потери давления при повороте на на входе в дымовую трубу:

Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства печи к основанию дымовой трубы:

5.2 Расчет дымовой трубы

Действительное разряжение, создаваемое трубой должно быть на 30-50 % больше расчётной потери давления в тракте:

Определяем высоту трубы: Н=45 м

Температура в устье трубы:



Средняя температура газов в трубе:

Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем:

Диаметр в устье:

Диаметр трубы у основания:

Средний диаметр трубы:

Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:

Высота дымовой трубы:

.

где - барометрическое давление, минимальное для данной местности, кПа (99 кПа);

- нормальное атмосферное давление (101,32 кПа);



6. Расчет топливосжигающих устройств

Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.

Производительность одной горелки:

где n - количество горелок;

Расчет диффузионных горелок низкого давления.

Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным условиям): газа воздуха

Площадь сечения для прохода газа:

Диаметр газового сопла:

Площадь сечения для прохода воздуха:



Диаметр воздушного сопла:

Избыточное давление газа перед горелкой:

Избыточное давление воздуха перед горелкой:

где- коэффициент сопротивления форсунки.

Длина факела:



где К - коэффициент (для природного газа К=1,5);



Вывод

В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи, работающей по двухзонному температурному режиму, производительностью 211 кг/с. В ходе его был рассчитан процесс горения топлива, гидродинамики, теплоотдачи, нагрева металла и дымовой тракт. В результате получил следующие основные параметры методической печи:

длина активного пода:

длина методической зоны:

длина сварочной зоны:

высота методической зоны:

высота сварочной зоны:

ширина печи:

высота дымовой трубы:

расход газа: ;

емкость печи: Е =609960 кг;

время нагрева металла в печи:

КПД печи: .



Литература

1. Кривандин В.А., Неведомская И.Н. и др. Металлургическая теплотехника. Конструкция и работа печей. 1,2 тома. Москва, Металлургия, 1986

2. Расчет методических печей. Методические указания по курсовому проектированию. - Вологда: ВоГТУ: 2008, -56 с.

3. Мастюрков Б.С. Теория, конструкции и расчёты металлургических печей: Учебник для техникумов. В 2-х томах. 2-е издание перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986, 376 с.

4. Тайц Н.Ю., Розенгарт Ю.И. Методические нагревательные печи. М., Металлургиздат, 1964.

Размещено на Allbest.ru