Расчеты горения топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

65

1. Исходные данные

Таблица 1

Размер слитка, мм	Тип материала	Температура металла	Вид топлива	Теплота сгорания, кДж/м3
		tн, оС	tк, оС
18014006500	Ст.2	650	1100	Коксодоменная смесь	8550

2. Расчет горения топлива

Химический состав сухих газов, %:

Таблица 2

	СО2	СО	СН4	Н2	N2	С2Н4	О2	всего
коксовый газ	2,3	5,4	26,5	58	12,3	1,7	1,0	100
доменный газ	10	27,4	0,9	3,3	50,4	-	-	100

Принимаем влажность газов:

- доменного, коксового W = 35 г/м³,

Определяем содержание влаги в газе:

[Н₂О] =

Пересчитываем состав сухих газов на влажные:

-Коксовый газ:

[СО₂] =

[СО] = 5.17 %

[СН₄] = 25.39 %

[Н₂] = 48,68 %

[N₂] = 11.79 %

[С2Н4] = 1.63 %

[О2] = 0.96 %

Проверка:

-Доменный газ:

[СО₂] =

[СО] = 26,26 %

[СН₄] = 0,86 %

[Н₂] = 3,16 %

[N₂] = 55,96 %

Проверка:

Химический состав влажного газа

Таблица 3

	СО2	СО	СН4	Н2	N2	С2Н4	О2	Н2О	всего
коксовый газ	2,20	5,17	25,39	48,68	11,79	1,63	0,96	4,18	100
доменный газ	9,58	26,26	0,86	3,16	55,96	-	-	4,18	100

Определяем низшую теплоту сгорания газов:

- Доменного

Q = 126,45М26,26+107,6М3,16+358М0,86 = 3968,47 кДж/м?

- Коксовый

Q = 126,45М5,17+107,6М48,68+358М25,39+590,37М1,63= 15943,64 кДж/ м?

Находим долю газа в смеси

- доля коксового газа в смеси

Доля доменного газа: (1-a) = 1 - 0,38 = 0,62

Определяем состав смеси смешанных газов

x = x·a₁ + x₂ ·(1 - a)

CO₂ = (9,58·0,62)+(2,2·0,38) = 6,77 %

СО = (26,26·0,62)+(5,17·0,38) = 18,25 %

СН₄ = (0,86·0,62)+(25,39·0,38) = 10,18 %

Н₂ = (3,16·0,62)+(48,68·0,38) = 20,46 %

N₂ = (55,96·0,62)+(11,79·0,38) = 39,17 %

С2Н4 = (1,63 ·0,38) =0,62 %

О2 = (0,96 ·0,38) = 0,37 %

Н₂О = (4,18·0,62)+(4,18 ·0,38) = 4,18 %

Химический состав смешанного газа

Таблица 4

	СО2	СО	СН4	Н2	N2	С2Н4	О2	Н2О	всего
Смешанный газ	6,77	18,25	10,18	20,46	39,17	0,62	0,37	4,18	100

Определяем теплоту сгорания смешанного газа:

Q = (0,38·15943,64)+(0,62·3968,47) = 8519кДж/м³



Таблица 5

Участвуют в горении	Образуется при горении газообразных продуктов
Топливо	Воздух
Составляющие	Содержание, %	Кол-во, м3	Реакция горения	О2, м3	N2, м3	Всего, м3	СО2, м3	Н2О, м3	N2, м3	Всего, м3
СО2	6,78	6,78	--	--	41,53·3,76=156,15	156,15+41,53=197,68	6,78	--	--	6,78
СО	18,25	18,25	СО+0,5О2=СО2	9,13			18,25	--	--	18,25
СН4	10,18	10,18	СН4+2О2= СО2+2Н2О	20,36			10,18	20,36	--	30,547
Н2	21,09	21,09	Н2+0,5О2=СО2	10,55			--	21,09	--	21,09
N2	38,93	38,93	--	--			--	--	195,08	195,08
О2	0,37	0,37	--	-0,37			--	--	--	--
Н2О	4,18	4,18	--	--			--	4,18	--	4,18
С2Н4	0,62	0,62	С2Н4+3 О2 =2СО2+2Н2О	1,86			1,24	1,24	--	2,48
Всего	100	100		41,53	156,15	197,68	36,45	46,87	195,08	278,4
На 1 м3 газа	0,42	1,56	1,98	0,36	0,47	1,95	2,78

Используя данные таблицы 5, определяем удельное действительное количество воздуха, количество и состав продуктов горения для принятого коэффициента расхода воздуха б=1,1:

Удельное количество воздуха:

V_в = V_в^о + (б - 1)·V_в^о = 1.98 + (1,1 - 1)·1.98 = 2.178 м³/м³ ,

Удельное количество продуктов горения:

V_п = V_п^о + (б - 1) ·V_в^о = 2.78+(1,1 - 1) ·1,98 = 2,978 м³/м³ ,

Удельное количество азота:

V_N2 = V_N^о + (б - 1)·V_Nв^о = 1.95 + (1,1 - 1) ·1.56 = 2.106 м³/м³,

Удельное количество кислорода:

V_О2 = (б - 1) ·V_Ов^о = (1,1 - 1) ·0,42 = 0,042 м³/м³,

Удельное количество других компонентов горения:

V_СО2 = 0,36 м³/м³, V_H2O = 0,47 м³/м³.

Определяем химический состав продуктов горения

СО₂ = ,

Н₂О = ,

N₂ = ,

О₂ = .

Плотность смешанного газа:

с_г = (·СО₂ + ·СО + ·СН₄ + ·Н₂ + ·N₂ +

+ ·Н₂О + · О₂ + · С2Н4)· = (44 ·6,78 + 28 ·18,25 + 16 ·10,18 + 2 ·21,09 + 28 ·38,93 + 18 ·4,18 + 32·0,37 + 28·0,62) · = 0,986 кг/м³

Плотность продуктов горения:

с_п = (·СО₂ + ·Н₂О + ·N₂ + ·О₂ )· =

=(44 ·12,09 + 18 ·15,78 + 28 ·70,72 + 32 ·1,41) · = 1,268 кг/м³

Точность расчета проверяем составлением материального баланса горения на 1м³ газа:

Поступило:

газа: с_гV_г = 0,986 · 1,00 = 0,986 кг,

воздуха: с_вV_в = 1,293 · 2,178 = 2,816 кг

Всего 3,8 кг

Получено: продуктов горения с_пV_п = 1,268 · 2,978 = 3,78 кг

М=;

М=

Расчет калориметрической температуры горения:

Предварительно принимаем = 1700 ^оС:

Энтальпия продуктов горения

i_п = кДж/м³

Энтальпия продуктов горения при = 1700 ^оС:

i_п^? = (i·СО₂ + i·Н₂О + i·N₂ + i·О₂ ) ·10^-2 =

= (4087,10·12,09 + 3203,05·15,78 + 2486,28·70,72 + 2632,09·1,41) ·10^-2 =2794,98 кДж/м³ Т.к. i_п^? < i_п, то действительная температура горения больше 1700 ^оС.

Повторно принимаем = 1800 ^оС

i_п^?? = (i·СО₂ + i·Н₂О + i·N₂ + i·О₂ ) ·10^-2 =

= (4360,67·12,09 + 3429,90·15,78 + 2646,74·70,72 + 2800,48·1,41) ·10^-2 =2979,71 кДж/м³ Имеем i_п^? < i_п < i_п^"

Интерполяцией находим

t_к = ^оС.

Требуемая калориметрическая температура

Принимаем t_м = 1100^оС, Дt = 50, з = 0,65

t_к^min = (t_м+Дt)/з = (1100+50)/0,65 = 1769,23^оС

Т.к. t_к < t_к^min, то необходим подогрев воздуха.

Энтальпию продуктов горения при t_к^min = 1769,23^оС находим экстраполяцией:

i_п^min=

i_в^min =

t_в^min =

При сжигании топлива будем использовать подогрев воздуха =360 ^оC.

3. Расчет нагрева металла

Расчет основных размеров печи и параметров внешнего теплообмена.

Определяем возможность применения однорядной укладки заготовок на поду. Задаем напряженность рабочего пода и находим требуемую его площадь:

F_p = G/P = 40000/700 = 57,14 м²,

где: G - производительность печи, G = 40 т/ч

P - напряженность рабочего пода, P = 700 кг/(м²·ч)

Находим длину рабочего пода при однорядной укладке заготовок:

L_p м

где: l - длина заготовки, l = 2,0 м

Допускаемая длина рабочего пода при проталкивании по водоохлаждаемым трубам:

L_пp = 240·д·К = 240·0,120·1 = 28,8 м

где: К - коэффициент наклона пода , К = 1

д - толщина заготовки, д = 0,120 м

Т.к. L_p < L_пp, расположение на поду может быть однорядным.

Ширина пода:

В = n_p·l + (n_p+1) ·е = 1·2,0 + (1 + 1) ·0,3 = 2,6 м

где: n_p - число рядов заготовок по ширине пода, n_p = 1

е - промежуток между стенкой печи и металлом, е = 0,3м

Высота свободного пространства над металлом

Таблица 4

Зона печи	Н	Н0
Методическая (начало)	1,0	1,2
Сварочная	2,0	2,2
Томильная	1,5	1,7

Эффективная длина луча:

Sэф = 0,9*2*В*Н/(В+Н)

В начале методической зоны: S^м_эф = 0,9·2·2,4·1 / (2,6 + 1) = 1,3 м.

В конце методической зоны: S^св_эф = 0,9·2·2,4·2 / (2,6 + 2) = 2,04 м.

S^м_эф·Р_СО2 = 1,3·11,64 = 15,13 м·кПа

S^м_эф·Р_Н2О = 1,3·13,65 = 17,75 м·кПа

S^св_эф· Р_СО2 = 2,04·11,64 = 23,75 м·кПа

S^св_эф· Р_Н2О =2,04·13,65 = 27,85 м·кПа

Принимаем температуру газов

- уходящих из методической зоны (у места посада металла) t_ух = t^м_г = 1000^оС

- в сварочной зоне t^св_г = 1300^оС

Степень черноты газов

- в начале методической печи

е = 0,11;

е = 0,14; в = 1,12;

е^м_г = 0,11 + 1,12·0,14 = 0,266;

- в сварочной зоне

е = 0,105;

е = 0,14; в = 1,11;

е^св_г = 0,105 + 1,1·0,14 = 0,265;

Угловой коэффициент кладки на металл

-в начале методической зоны

ц^м_км = L/(2·Н_м + В) = 2/(2·1 + 2,6) = 0,435

- в конце методической, начале сварочной зоны

ц^св_км = L/(2·Н_св + В) = 2/(2·2 + 2,6) = 0,303

Приведенный коэффициент излучения

- в начале методической зоны

С_пр =

=3,09 Вт/(м²·К⁴)

- в конце методической, начале сварочной зоны

С^св_пр =

= 3,39Вт/(м²·К⁴)

Расчет времени нагрева:

Расчет проводим, приняв м = 0,55

Толщина заготовки S = м*д = 0,12 м

Методическая зона

Ступень 1.

Температура металла:

- в начале t^?_п1 = t^?_c = 150^оС

- в конце t^??_п1 = 400^оС

Температура газов:

- в начале t^?_г1 = t_ух = 1000^оС

- в конце t^??_г1 = 1150^оС

Определяем значение критерия Старка в конце методической зоны

л₈₀₀ = 28,49 Вт/(м·К)

S_k=

Т.к. S_К>0,25 расчет ведем для массивных тел

Плотность теплового потока в начале ступени



= 88173 Вт/м²

Плотность теплового потока в конце ступени

=

130868 Вт/м²

Средняя плотность теплового потока на ступени 1

Вт/м²

Приближенный перепад температуры металла в конце ступени

при л₄₀₀ = 44,78Вт/(м·К)

Дt^? = q^??₁·S/2·л = 130868·0,066/2·44,78 = 96,44^оС

Приближенная средняя по массе температура металла в конце ступени

= t^??п₁ - Дt^? = 400 - 96,44 = 336^оС

Теплопроводность л₃₃₆ = 48,62 Вт/(м ·К)

Уточненный перепад температуры металла

Дt = 130868·0,066/2·48,62 = 89^оС

Температура середины заготовки в конце ступени

t^??_с1 = t^??_п1 - Дt = 400 - 89 = 311^оС

Уточненная средняя по массе температура металла

= t^??_п1- Дt = 400- 89 = 341^оС

Энтальпия металла при = 341С^о

i^??₁ = 177,94 кДж/кг

Приращение энтальпии металла на ступени 1

Дi₁ = i^??₁- i^?₁ = 177,94 - 73,26 = 104,68 кДж/кг

Продолжительность ступени 1

ф₁ = Дi₁·с·S/3,6·R₁·= 0,066·7800·104,68/3,6·1·108241 = 0,14 ч

Ступень 2

Температура металла в начале ступени:

-поверхности t^?_п2 = t^"_п1 = 400^оС

-середины ^оС

- средняя по массе ^оС

Температура поверхности металла в конце ступени t^??_п2 = 800^оС

Температура газов:

- в начале t^?_г2 = t^"_г1 = 1150^оС

- в конце t^??_г2 = = 1300^оС

Энтальпия металла в начале ступени кДж/м²

Плотность теплового потока в конце ступени

= 178871 Вт/м²

Средняя плотность теплового потока на ступени 2:

Вт/м²

Приближенный перепад температуры металла в конце ступени при л₈₀₀ = 28,5 Вт/(м·К)

Дt^? = q^??₂·S/2·л = 178871·0,066/2·28,5 = 207^оС

Приближенная средняя по массе температура металла в конце ступени

= t^??п₂ - Дt^? = 800 - 207 = 662^оС

Теплопроводность л₆₆₂ = 33,26 Вт/(м ·К)

Уточненный перепад температуры металла

Дt = 178871·0,066/2·33,26 = 178^оС

Температура середины заготовки в конце ступени

t^??_с2 = t^??_п2 - Дt = 800 - 178 = 662^оС

Уточненная средняя по массе температура металла

= t^??_п2- Дt = 800- 178 = 681^оС

Энтальпия металла при = 341С^о

i^??₂ = 431,24 кДж/кг

Приращение энтальпии металла на ступени 1

Дi₂ = i^??₂- i^?₂ = 431,24 - 177,94 = 253,3 кДж/кг

Продолжительность ступени 1

ф₂ = Дi₂·с·S/3,6·R₂·= 0,066·7800·253,3/3,6·1·154397 = 0,24 ч

Продолжительность нагрева в методической зоне

ф_м = ф₁+ф₂ = 0,14+0,,24 = 0,38 ч

Сварочная зона

Температура металла в начале сварочной зоны:

-поверхности t^?_п = t^"_п2 = 800^оС

-середины ^оС

- средняя по массе ^оС

Температура поверхности металла в конце сварочной зоны t^??_п = 1230^оС

Температура газов в сварочной зоне: = 1300^оС

Энтальпия металла в начале ступени кДж/м²

Плотность теплового потока в начале сварочной зоны

Вт/м²

Плотность теплового потока в конце сварочной зоны

= 38005 Вт/м²

Средняя плотность теплового потока по длине сварочной зоны:

Вт/м²

Приближенный перепад температуры металла в конце сварочной зоны при л₁₂₃₀ = 30,24 Вт/(м·К)

Дt^? = q^??_св·S/2·л = 38005·0,066/2·30,24 = 41^оС

Приближенная средняя по массе температура металла в конце сварочной зоны

= t^??_п- Дt^? = 1230 - 41 = 1203^оС

Теплопроводность л₁₂₀₃ = 29,81 Вт/(м ·К)

Уточненный перепад температуры металла

Дt = 38005·0,066/2·29,81 = 42^оС

Температура середины заготовки в конце сварочной зоны

t^??_с = t^??_п - Дt = 1230 - 42 = 1188^оС

Уточненная средняя по массе температура металла

= t^??_п- Дt = 1230 - 42 = 1202^оС

Энтальпия металла при = 1202С^о

i^?? = 829,82 кДж/кг

Приращение энтальпии металла на ступени 1

Дi_св = I^"- i^? = 829,41 - 431,24 = 398,58 кДж/кг

Продолжительность нагрева в сварочной зоне

ф₂ = Дi_св·с·S/3,6·R₂·= 0,066·7800·398,58/3,6·1·91,045 = 0,63 ч

Томильная зона

Принимаем Дt_к = 15^оС

Степень выравнивания температуры

е =

По графику (с.63 [1]) экстраполируем: м = 0,55 значение критерия F_o = 1,4 Средняя по массе температура металла в конце нагрева

 = t_к - Дt_к = 1230 - 15 = 1220^оС

Энтальпия металла в конце нагрева i_к = 836,52 кДж/кг

Средняя по массе и времени температура металла в томильной зоне

= 0,5· (+)= 0,5· (1202+1220) = 1211^оС

Теплопроводность при = 1211^оС

л₁₂₁₁ = 30,24 Вт/(м·К)

Средняя теплоемкость металла

С = кДж.(кг·К)

Температуропроводность металла при tср.т. = 1185^оС

а = 3,6·л/С·с = 3,6·30,24/(0,74·7800) = 0,0189 м²/ч

Время нагрева в томильной зоне

ф_т = F_o·S²/а = 0,5·0,066²/0,0189 = 0,32 ч

Плотность теплового потока в конце томильной

зоны при л₁₂₂₀ = 30,35 Вт/(м·К)

q^??_т = 2·л·Дt_к/д = 2·30,35·15/0,12 = 7587,5 Вт/м²

В конце томильной зоне прогреваемая толщина равна геометрической S = д = 0,12м

Температура газов в конце томильной зоны, принимаемая

^оС

Суммарное время нагрева:

ф_? = ф_м + ф_св + ф_т = 0,38 + 0,63 + 0,32 = 1,33 ч.

Расчет длины и напряженности рабочего пода печи

Lр = G·ф_У/д·l·с·n_p = 40000·1,33/(0,12·2,0·7800·1) = 28,42 м

Длина рабочего пода с учетом зазоров, обусловленных искривлением заготовок:

L^?_р = 1·L_р = 1·28,42 = 28,42 м

Длина пода печи с учетом торцевой стенки со стороны загрузки металла

L_пр = L^?_р + д = 28,42 + 0,12 = 28,54м

Максимально допустимая длина пода печи L_g = 240·д = 240·0,12 = 28,8 м

Длина рабочей камеры печи с учетом холостой части длины пода в томильной зоне

L = L^?_р + ДL_х = 28,42 + 1 = 29,42 м

Длины зон печи

- методической L_м = м

- сварочной L_св = м

- томильной L_т = м

Площадь рабочего пода

F^р = L^?_р ·l = 28,42 ·2 = 56,84 м²

Напряженность рабочего пода

Р кг/(м² ·ч)

4. Тепловой баланс методической печи

Кладка стен томильной и сварочной зон, включая 1/3 длины методической, двухслойная: первый внутренний слой из шамотного кирпича ША толщиной 348 мм и второй - из легковесного кирпича ШЛБ - 0,8 толщиной 186 мм. Остальная часть кладки стен методической зоны: первый внутренний слой из шамотного кирпича ШБ толщиной 348 мм и второй из шамотного легковесного кирпича толщиной 186 мм.

Кладка пода томильной зоны трехслойная: первый внутренний слой из, второй - из шамота ШВ толщиной 348 мм, третий - из диатомового кирпича Д - 500 толщиной 116 мм.

Кладка пода сварочной зоны, включая 1/3 длины методической зоны, трехслойная: первый внутренний слой из хромомагнезитового кирпича толщиной 182 мм , второй - из шамотного кирпича ШВ толщиной 230 мм, третий - из диатомового кирпича Д - 500 толщиной 116 мм. Остальная часть пода методической зоны трехслойная: первый слой из шамотного кирпича ШБ толщиной 116мм, второй - из шамотного кирпича ШВ толщиной 230 мм и третий - из диатомового кирпича Д - 500 толщиной 116 мм.

Свод сварочной и томильной зон, включая 1/3 длины методической зоны, выполняется из шамотного кирпича ША толщиной 300 мм, остальная часть - из шамотного кирпича ШБ той же толщины.

Приход тепла

- химическое тепло от сгорания топлива

Q_х = Q_Н^Р ·В = 14003 ·В кВт

- физическое тепло воздуха

Q_Ф^В = i_в ·V_в ·В = 569 ·4,071 ·В = 2316,4·В кВт

- тепло экзотермических реакций

Q_Э = 5650 ·а ·G = 5650 ·0,01 ·= 627,8 кВт

- общий приход тепла

 Q_х +Q_Ф^В+Q_Э = 14003·В + 2316,4·В + 627,8 = 16319,4·В + 627,8 кВт

Расход тепла

-расход тепла на нагрев металла

Q_М = G· (1-а) · (i^??-i^?) = · (1 - 0,01)(836,52 - 73,26) = 8395,9 кВт

-потери тепла с окалиной

Q_О = а·G·m·с· (t^?? - t^?) = 0,01··1,38·1· (1230 - 150) = 165,6 кВт

-потеря тепла с уходящими газами энтальпия уходящих газов

i_у = (2202,26·11,64 + 1724,96·13,65 + 1390,02·72,48 + 1477,91·2,23) ·10^-2 = 1532,24 кДж/м³

Q_У^Ф = V_п·i_у·В = 4,981·1532,24·В = 7632,09·В кВт

-потери тепла через кладку

Таблица 5

Материал	Теплопроводность, Вт/(м·К)
Шамотный кирпич ША	л = 0,88 + 0,00023
Шамотный кирпич ШЛБ	л = 0,25 + 0,0002 Вт/(м·К)
Хромомагнезитовый кирпич	л = 2,8 - 0,00087 Вт/(м·К)
Шамотный кирпич ШБ (ШВ)	л = 0,7 + 0,00064 Вт/(м·К)
Диатомовый кирпич Д - 500	л = 0,116 + 0,00015 Вт/(м·К)

Средняя по длине температура газов в томильной зоне близка по значению в сварочной, а конструкция кладки в этих зонах одинакова, поэтому удельные потери тепла в томильной зоне принимаем равным их значению для сварочной зоны

Первое приближение:

Плотность теплового потока:

,

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

Принимаем коэффициент теплоотдачи равным б = 15 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R₂ + R_в = 0,395 + 0,744 + 0,067 = 1,206 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока при t_к = 1300 и t_в = 30^oC

Вт/м²

Второе приближение:

Находим температуры на границах слоев кладки:

t₁ = t_k - q·R₁ = 1300 - 1053·0,395 = 884^oC

t₂ = t₁ - q·R₂ =884 - 1053·0,744 = 101^oC

Средняя температура слоя

^oC

^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,88 + 0,00023₁ = 0,88 + 0,00023·1092 = 1,13 Вт/(м·К)

л₂ = 0,25 + 0,0002₂ = 0,25 + 0,0002·492 = 0,348 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·101 = 13,96 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R₂ + R_в = 0,308 + 0,534 + 0,072 = 0,914 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q и q^' больше 5% , расчет необходимо повторить.

Третье приближение

Находим температуры на границах слоев кладки:

t₁ = t_k - q·R₁ = 1300 - 1389·0,308 = 872^oC

t₂ = t₁ - q·R₂ =872 - 1389·0,534 = 130^oC

Средняя температура слоя

^oC

^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,88 + 0,00023₁ = 0,88 + 0,00023·1080 = 1,13 Вт/(м·К)

л₂ = 0,25 + 0,0002₂ = 0,25 + 0,0002·501 = 0,35 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·130 = 15,64 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R₂ + R_в = 0,308 + 0,531 + 0,064 = 0,903 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q и q^'' меньше 5%, пересчета не требуется.

Расчетная поверхность кладки стен

-сварочная зона:

F = 2(2H_c + S_п)L_св + 4(B + S_cт)Н= 2(2·2,12 + 0,53) ·13,46 + 4(2,6 + 0,53) ·1,2 = = 143,43 м²

-томильная зона

F = 2(H_т + S_п)L_т + В(Н_т + S_cт) = 2(1,62 + 0,65) ·7,84 + 2,6(1,62 + 0,3) = 40,59 м²

Потери тепла через кладку стен сварочной и томильной зон:

F + F) = 10-³ ·1406(143,43 + 40,59) = 258,73 кВт.

Потери тепла через кладку свода:

Плотность теплового потока:

,

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

Принимаем коэффициент теплоотдачи равным б = 15 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R_в = 0,341+ 0,067 = 0,408 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока при t_к = 1300 и t_в = 30^oC

Вт/м²

Второе приближение:

Находим температуры на границе слоя кладки:

t_н = t_k - q·R₁ = 1300 - 3112,75·0,341 = 239^oC

Средняя температура слоя

^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,88 + 0,00023₁ = 0,88 + 0,00023·1539 = 1,234 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·239 = 21,904 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R_н = 0,243 + 0,046 = 0,289 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q и q^' больше 5% , расчет необходимо повторить.

Третье приближение

Находим температуры на границах слоев кладки:

t₁ = t_k - q·R₁ = 1300 - 4394,46·0,243 = 232^oC

Средняя температура слоя

^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,88 + 0,00023₁ = 0,88 + 0,00023·766 = 1,06 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·232 = 21,556 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R_н = 0,283 + 0,046 = 0,329 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q и q^'' больше 5% , расчет необходимо повторить.

Четвертое приближение

Находим температуры на границах слоев кладки:

t₁ = t_k - q·R₁ = 1300 - 3860,18·0,283 = 208^oC

Средняя температура слоя

 ^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,88 + 0,00023₁ = 0,88 + 0,00023·754 = 1,05 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·208 = 20,164 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R_н = 0,286 + 0,05 = 0,336 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q^'' и q^''' меньше 5%, пересчета не требуется

Расчетная поверхность пода:

F =(B + S_cт )L_св + (В + S_ст)(L_т + 0,5S_ст) = (2,6 + 0,6) ·13,46 + (2,6 + 0,6)(7,84 + 0,5·0,6)= = 69,12 м²

Потери тепла через свод:

F_с = 10-³ ·3779,76 · 69,12 = 261,26 кВт.

Потери тепла через под:

Тепловое сопротивление пода обычно больше, чем стен. Поэтому удельные потери тепла через можно принять равным 0,75 от потерь через стены, т.е.

q_п = 0,75 ·q_ст = 0,75 ·1406 = 1054,5 Вт/м²

Расчетная поверхность

F_п = (В + S_ст)L_св + (В + S_ст)(L_т + S_cт) = (2.6 + 0,528) ·13,46 + (2,6 + 0,646)(7,84 + 0,646)= 58,54 м²

F_п = 10-³ ·1054,5 · 58,54 = 61,73 кВт.

Общие потери через кладку сварочной и томильной зон:

Потери тепла через кладку методической зоны

Средняя по длине температура газов в методической зоне

^оС

Потери тепла через кладку стен:

Первое приближение

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

Принимаем коэффициент теплоотдачи равным б_о = 15 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R₂ + R_в = 0,497 + 0,744 + 0,067 = 1,308 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока, принимаем t_к = t_г,

Вт/м²

Второе приближение:

Находим температуры на границах слоев кладки:

t₁ = t_k - q·R₁ = 1150 - 856,27·0,497 = 724^oC

t₂ = t₁ - q·R₂ = 724 - 856,27·0,744 = 87^oC

Средняя температура слоя

^oC

^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,7 + 0,00064₁ = 0,7 + 0,00064·937 = 1,3 Вт/(м·К)

л₂ = 0,25 + 0,0002₂ = 0,25 + 0,0002·406 = 0,331 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·87 = 13,146 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R₂ + R_в = 0,268 + 0,562 + 0,076 = 0,906 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q и q^' больше 5% , расчет необходимо повторить.

Третье приближение

Находим температуры на границах слоев кладки:

t₁ = t_k - q·R₁ = 1150 - 1236,2·0,268 = 819^oC

t₂ = t₁ - q·R₂ =819 - 1236,2·0,562 = 124^oC

Средняя температура слоя

^oC

^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,7 + 0,00064₁ = 0,7 + 0,00064·985 = 1,33 Вт/(м·К)

л₂ = 0,25 + 0,0002₂ = 0,25 + 0,0002·471 = 0,344 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·124 = 15,292 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R₂ + R_в = 0,262 + 0,541 + 0,065 = 0,868 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q и q^'' меньше 5%, пересчета не требуется.

Расчетная поверхность кладки стен (верхней и нижней зон)

F = 2(2H_м + S_п)(L_м + 0,5S_ст) + (B + S_cт)Н= 2(2·1,62 + 0,462)(8,12 + 0,5·0,534) + (2,6 + 0,534) ·1,235 = 65,97 м²

Потери тепла через кладку стен методической зоны:

·F = 10-³ ·1290,32·65,97 = 85,122 кВт.

Плотность теплового потока через под принимаем равной

q_п = 0,75·q_ст = 0,75·1290,32 = 967,74 Вт/м²

Расчетная поверхность пода

F = (В + S_ст)(L_м + 0,5S_ст) = (2,6 + 0,534) ·(8,12 + 0,5·0,534) = 26,29 м²

Потери тепла через под

·F = 10-³ ·967,74·26,29 = 25,442 кВт.

Потери тепла через свод методической зоны:

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

Принимаем коэффициент теплоотдачи равным б = 15 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R_в = 0,429+ 0,067 = 0,496 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока при t_к = 1300 и t_в = 30^oC

Вт/м²

Второе приближение:

Находим температуры на границе слоя кладки:

t_н = t_k - q·R₁ = 1150 - 2560,48·0,429 = 52^oC

Средняя температура слоя

^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,7 + 0,00064₁ = 0,7 + 0,00064·601 = 1,085 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·52 = 11,116 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R_н = 0,277 + 0,09= 0,367 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q и q^' больше 5% , расчет необходимо повторить.

Третье приближение

Находим температуры на границах слоев кладки:

t₁ = t_k - q·R₁ = 1150 - 3051,77·0,277 = 305^oC

Средняя температура слоя

 ^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,7 + 0,00064₁ = 0,7 + 0,00064·727 = 1,165 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·305 = 25,79 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R_н = 0,258 + 0,039 = 0,297 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q^' и q^'' больше 5% , расчет необходимо повторить.

Четвертое приближение

Находим температуры на границах слоев кладки:

t₁ = t_k - q·R₁ = 1300 - 3771,04·0,258 = 177^oC

Средняя температура слоя

^oC

Теплопроводность слоя

л₁ = 0,7 + 0,00064₁ = 0,7 + 0,00064·664 = 1,13 Вт/(м·К)

Тепловое сопротивление слоя

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплоотдачи

б_о = 8,10 + 0,058 ·t_н = 8,10 + 0,058 ·177 = 18,366 Вт/(м²·К)

Внешнее тепловое сопротивление

(м²·К)/Вт

Общее тепловое сопротивление

R_o = R₁ + R_н = 0,265 + 0,054 = 0,319 (м²·К)/Вт

Плотность теплового потока

Вт/м²

Т.к. разность q^'' и q^''' меньше 5%, пересчета не требуется

Потери тепла через свод

·F = 10-³ ·3510,97·26,29 = 92,303 кВт

Общие потери тепла через кладку методической зоны

кВт

Общие потери тепла через кладку печи в целом

Q_к = кВт

-потери тепла излучением

Принимаем, что окно посада открыто все время (ц₁ = 1,0) на h₁ = 0,15 м, а окно выдачи открывается периодически на h₂ = 0,20 м. Доля открытия ц₂ = 0,2.

Площадь открытия окна посада

F₁ = В·h₁ = 2,6·0,15 = 0,39 м²

Площадь окна выдачи

F₂ = В·h₂ = 2,6·0,2 = 0,52 м²

Коэффициент диафрагмирования окна посада O = 0,4 и выдачи O = 0,5

Температура газов

у окна посада t_r1 = t_у = 1000^оС

у окна выдачи t_r2 = t^?_т = 1247^оС

Потери тепла через окно посада

кВт

Потери тепла через окно выдачи

кВт

Общие потери тепла излучением

Q_л = Q^??_л + Q^?_л = 23,351 + 15,822 = 39,173 кВт

-потери тепла с охлаждающей водой

Максимальное расстояние между продольными трубами

?_м = 5· = 5· = 1,732 м

С учетом запаса прочности :

?_пр = 0,75·?_м = 0,75·1,732 = 1,3 м

Диаметр подовых труб 133х22мм

Количество продольных труб

n_пр = n_р· (?_з/?_пр) =1· (2/1,3) = 1,54 шт

Принимаем n_пр = 2шт

Свешивание заготовки

Д?_з =

Общая длина продольных труб

L_пр = (L_м + L_св) ·n_пр = (1,732 + 13,46) ·2 = 30,4 м

Поверхность нагрева продольных труб

F_пр = d·р·L_пр = 0,133·р ·30,4 = 12,7 м²

Плотность теплового потока принимаем равным q_пр = 100 кВт/м²

Потери тепла с охлаждающей водой

Q_пр = q_пр·F_пр = 100·12,7= 127 кВт

Поперечные трубы

Количество сдвоенных поперечных труб

n_пп = (L_св + L_м/3)/?_пп + 1 = (13,46 + 8,12/3)/2,32+1 = 7,96 шт. Принимаем n_пп = 8 шт.

Длину одной сдвоенной поперечной трубы принимаем равной ширине пода В.

Общая длина поперечных труб

L_пп = 2·В·n_пп = 2·2,6·8 = 41,6 м

Поверхность нагрева поперечных труб

F_пп = d·р·L_пп = 0,133·р ·41,6 = 17,38 м²

Плотность теплового потока принимаем равным q_пп = 160 кВт/м²

Потери тепла с охлаждающей водой

Q_пп = q_пп·F_пп = 160·17,38 = 2780,8 кВт

Общие потери с охлаждающей водой подовых труб

Q^?_в = Q_пр + Q_пп = 127 + 2780,8 = 2907,8 кВт

Потери тепла с охлаждающей водой всех водоохлаждаемых элементов печи без теплоизоляции подовых труб

Q^б_в = (1,1 ? 1,2) ·Q^?_в = 1,115 · 2907,8 = 3242,2 кВт

То же, с учетом теплоизоляции подовых труб

Q^т_в = (1,1~1,2) ·0,25·Q^?_в = 1,115·0,25·2907,8 = 810,55 кВт

Количество воды при допустимом ее нагреве ?t_в = 10 ? 15 ^оС

При отсутствии теплоизоляции подовых труб

М^б_в = Q^б_в/(С_в·Дt_в) = 3242,2/(4,187·15) = 56,6 кг/с или 203,76 т/ч

То же, с учетом теплоизоляции труб

М^т_в = Q^т_в/(С_в·Дt_в) = 810,55/(4,187·15) = 12,91 кг/с или 46,48 т/ч

Неучтенные потери тепла без теплоизоляции подовых труб

Q^б_н = 0,1·(Q_к + Q_л + Q^б_в) = 0,1·( 784,587 + 39,173 + 3242,2) = 406,596 кВт

Тоже с теплоизоляцией

Q^т_н = 0,1·(Q_к + Q_л + Q^т_в) = 0,1· (784,587 + 39,173 + 810,55) = 163,431 кВт

Общий расход тепла без теплоизоляции труб

Q_м + Q_o + Q + Q_k + Q_л + Q^б_в + Q^б_н = 8395,9 + 165,6 + 7632,09·В_б + 784,587 + 39,173 + + 3242,2 + 406,596 = 7632,09·В_б + 13034,056 кВт

То же, с теплоизоляцией труб

Q_м + Q_o + Q + Q_k + Q_л + Q^т_в + Q^т_н = 8395,9 + 165,6 + 7632,09·В_т + 784,587 + 39,173 + + 810,55 + 163,431 = 7632,09·В_т + 10359,241 кВт

Приравнивая расход тепла приходу, получим уравнение теплового баланса:

- для труб без изоляции

16319,4·В_б + 627,8 = 7632,09·Вб + 13034,056

- с теплоизоляцией

16319,4·В_т + 627,8 = 7632,09·В_т + 10359,241

Решая уравнение относительно расхода топлива, получим:

В_б = м³/с или 5148 м³/ч

В_т = м³/с или 4032 м³/ч

Тепловой баланс печи (подовые трубы без изоляции)

статья	приход тепла	статья	расход тепла
	кВт	%		кВт	%
химическое тепло воздуха, Qх	20024,29	83,6	расход тепла на нагрев металла, Qм	8395,9	35,1
			потери тепла с окалиной, Qо	165,6	0,7
физическое тепло воздуха, Qвф	3312,452	13,8	потери тепла с уходящими газами, QФу	10913,87	45,6
			потери тепла через кладку, Qк	784,587	3,3
			потери тепла излучением, Qл	39,173	0,1
тепло экзотермических реакций, Qэ	627,8	2,6	потери тепла с охлаждающей водой, Qбв	3242,2	13,5
			неучтенные потери тепла, Qбн	406,596	1,7
всего	23964,542	100	Всего	23948,926	100

Тепловой баланс печи (подовые трубы теплоизолированы)

статья	приход тепла	статья	расход тепла
	кВт	%		кВт	%
химическое тепло воздуха, Qх	15683,36	83,0	расход тепла на нагрев металла, Qм	8395,9	44,3
			потери тепла с окалиной, Qо	165,6	0,9
физическое тепло воздуха, Qвф	2594,368	13,7	потери тепла с уходящими газами, QФу	8547,94	45,2
			потери тепла через кладку, Qк	784,587	4,2
			потери тепла излучением, Qл	39,173	0,2
тепло экзотермических реакций, Qэ	627,8	3,3	потери тепла с охлаждающей водой, Qтв	810,55	4,3
			неучтенные потери тепла, Qтн	163,431	0,9
всего	18905,528	100	Всего	18907,181	100

Определим другие показатели работы печи

-без теплоизоляции подовых труб

Коэффициент полезного действия

з_кпд = %

Удельный расход тепла

q = Q_х/G = 20024,29·3600/40000 = 1802,2 кДж/кг

Удельный расход условного топлива

в_у = 1000·Q_х/G·Q_у = 20024,29·3600/40·29300 = 61,5 кг_у.т. /т металла

Расход воздуха

V_в = V_в·В_б = 4,071·5148 = 20957,5 м³/ч

Расход продуктов горения

V_п = V_п·Вб = 4,981·5148 = 25642,2 м³/ч

-с теплоизоляцией подовых труб

Коэффициент полезного действия

з_кпд = %

Удельный расход тепла

q = Q_х/G = 15683,36 ·3600/40000 = 1411,5 кДж/кг

Удельный расход условного топлива

в_у = 1000 ·Q_х/G ·Q_у = 15683,36 ·3600/40 ·29300 = 48,2 кг_у.т. /т металла

Расход воздуха

V_в = V_в ·В_т = 4,071·4032 = 16414,3 м³/ч

Расход продуктов горения

V_п = V_п ·В_т = 4,981·4032 = 20083,4 м³/ч

Анализ результатов расчета теплового баланса показывает большое влияние теплоизоляции труб на технико - экономические показатели работы печи. Учитывая, что отсутствие теплоизоляции, кроме перерасхода топлива, приводит к ухудшению качества металла (увеличиваются так называемые холодные пятна) и снижению стойкости кладки (для обеспечения заданной производительности печь работает с повышенными температурами), создание надежной теплоизоляции подовых труб является одной из важнейших задач печной теплотехники.

5. Выбор и расчет горелочных устройств

горение печь энтальпия металл теплообмен

Для расчета горелочных устройств рекомендуется принимать следующие распределения топлива в зонах печи:

-в томильной зоне - 20 %

-в сварочной зоне:

верхней - 35 %

нижней - 45 %

Расходы газа по зонам составляют :

-в томильной зоне - 0,286м³/с

-в сварочной зоне:

верхней - 0,501 м³/с

нижней - 0,644 м³/с

Число горелок = 6

Пропускная способность горелки:

-в томильной зоне - 0,095м³/с

-в сварочной зоне:

верхней - 0,084м³/с

нижней - 0,111м³/с

Давление газа - 4 кПа, воздуха - 0,5 кПа.

Выбор и расчет горелок томильной зоны

Расход воздуха на горелку

V_во = V_в· V_го = 4,071·0,095 = 0,387 м³/с

Расчетный расход воздуха при подогреве

V_расч = V_во· К_t = 0,387·1,52 = 0,588 м³/с

Горелка типа ДНБ 200

V_расч^г= V_го· К_t· К_р = 0,095·1·1 = 0,095м³/с

dг = 65мм

щг^го = 70м/с

щв^го = 30м/с

Действие скорости:

- газа 70 ·1 = 70 м/с

- воздуха 30 ·1,52 = 45,6 м/с

Отношение действительных скоростей газа и воздуха:

- щ_г/щ_в = 70/45,6 = 1,54

Скорость газовоздушной смеси на выходе из носика горелки

щ_о =

м/с

м/с

м/с

м/с

Расчет сварочной зоны

-верхней

Расход воздуха на горелку

V_во = V_в· V_го = 4,071·0,084 = 0,342 м³/с

Расчетный расход воздуха при подогреве

V_расч = V_во· К_t = 0,342·1,52 = 0,52 м³/с

Горелка типа ДНБ 200

V_расч^г= V_го· К_t· К_р = 0,084·1·1 = 0,084м³/с

dг = 55мм

щг^го = 70м/с

щв^го = 30м/с

Действие скорости:

- газа 70 ·1 = 70 м/с

- воздуха 30 ·1,52 = 45,6 м/с

Отношение действительных скоростей газа и воздуха:

- щ_г/щ_в = 70/45,6 = 1,54

Скорость газовоздушной смеси на выходе из носика горелки

щ_о =

м/с

м/с

м/с

м/с

- нижней

Расход воздуха на горелку

V_во = V_в· V_го = 4,071·0,111 = 0,452 м³/с

Расчетный расход воздуха при подогреве

V_расч = V_во· К_t = 0,452·1,52 = 0,687 м³/с

Горелка типа ДНБ 300

V_расч^г= V_го· К_t· К_р = 0,111·1·1 = 0,111м³/с

dг = 38мм

щг^го = 70м/с

щв^го = 30м/с

Действие скорости:

- газа 70 ·1 = 70 м/с

- воздуха 30 ·1,52 = 45,6 м/с

Отношение действительных скоростей газа и воздуха:

- щ_г/щ_в = 70/45,6 = 1,54

Скорость газовоздушной смеси на выходе из носика горелки

щ_о =

м/с

м/с

м/с

м/с

6. РАСЧЕТ РЕКУПЕРАТОРА

Задание исходных данных

При выполнении расчета исходными данными являются:

1. Количество продуктов сгорания на входе в рекуператор

V'_пс = 4,981 м?/с;

2. Количество нагретого воздуха на выходе из рекуператора

V_в? = 4,071 м?/с;

3. Доля воздуха n, перетекающего через неплотности стыковочных соединений из воздушного тракта рекуператора в тракт продуктов сгорания ( n=0,1)

4. Температура продуктов сгорания при входе в рекуператор t?_пс=1000?С

5. Температура нагрева воздуха t _в? = 430?С

6. Скорость движения продуктов сгорания в рекуператоре при нормальных условиях w_пс,о = 2м/с

7. Скорость движения воздуха в рекуператоре при нормальных условиях w_в,о = 2 м/с

8. Содержание газов CO₂ = 11,64 %; H₂O = 13,65 %; N₂ = 72,48 %; O₂ = 2,23%;

9. з = 0,9

Определение температуры продуктов сгорания при выходе из рекуператора

Температура уходящих из рекуператора продуктов сгорания t?_пс определяется из уравнения теплового баланса, которое с учетом утечек воздуха принимает вид

Q=? · V'_пс ·C _пс · ( t?_пс -t?_пс) = V_в? ·C_в(t _в? - t _в?) + n ·V_в? · ( C? _пс ·t?_пс - C?_в · t _в?).

Пренебрегая теплом, вносимым холодным воздухом, из уравнения получают

t?_пс= 603 ?С

Теплопроводность продуктов сгорания C _пс необходимо вычислить с учетом содержания газов CO₂; H₂O; N₂ ; O₂

C_пс=0,01(%CO₂ ·C_CO2 + % H₂O ·C_H2O + % N₂ ·C _N2 + % O₂ ·C_O2) = = 0,01 · (11,64 ·2,21 + 13,65 ·1,71 + 72,48 ·1,39 + 2,23 ·1,45) = 1,53 кДж/(м? ·К)

Определение коэффициента теплопередачи

К = I/(1/б_пс + д/лст + 1/б_в)

Вычисление коэффициента б_пс

t_ст = 0,5 · (t'+ t'') = 0,5 · (1000 + 430) = 715 ?С

w = w_о · (1 + t_ст/273) = 2 ·(1 + 715/273) = 7,24 м/с

Число Рейнольдса:

Rе = = 7,24 ·0,114/(112 ·10^-6) = 7369

б^л_пс = 14 Вт/м²К

б^к_пс = 14 Вт/м²К

еэф = 0,9; Со = 5,76 Вт/м²К⁴; Рсо2 = %СО2 = 11,64

РН2О = 13,64; dв = 0,114м

lэф = 0,95*dв = 0,95 ·0,114 = 0,108

РН2О ·lэф = 1,45

РСО2 ·lэф = 1,28

еСО2 = 0,045; еН2О = 0,02; в = 1,16

tст = 0,5 · (tпс' + tв') = 585?С

tст = 0,5 · (tпс'' + tв'') = 698?С

б^л_пс1 = 22 Вт/м²К

б^л_пс2 = 21 Вт/м²К

б^л_пс = (22 + 21)/2 = 21,5 Вт/м²К

б_пс = б^к_пс1 + б^{^}_пс = 14 + 21,5 = 35,5 Вт/м²К

Вычисление коэффициента б_в

б_в = f(wво, tв)

tв = 0,5 · (tв' + tв'') = 0,5 · (20 + 430) = 225 ?С

б_в = 24 Вт/м²К

tст = 0,5 · (tст' + tст'') = 0,5 · (585 + 698) = 641,5 ?С

д = 0,013м

лст = 6,18 ·10^-2

К = 1/(0,028 + 0,21 + 0,04) = 1/0,278 = 3,6

Определение требуемой поверхности теплообмена

И = (tв'' - tв')/( tпс' - tв') = 0,29

при tв = 185?С, Св =1,3

m = = 3,56

Е = 0,4

Е = K ·F/Vв ·Vв

F= Е ·Vв'' · (1 + n) ·Св ·10³/к = 142 м²

Fвс = б* V'_пс/ wпс₁o = 1,2 ·5,01/2 = 2,76 м²

Fн = fпс/Sпс = 2,76/0,231 = 11,9м²

М1 = 2 ·В/S1 = 2 ·4,6/0,305 = 30

Н = F/(Sн ·p) = 142/(11,9 ·8,5) = 1,4 м

Sв = Vв' · (1 + n)/wв,o = 1,16 ·1,05/1,55 = 0,85 м²

Sв1 = 0,059* М1/2 - 0,033 = 0,852м²

n = Sв/Sв1 = 0.85/0.852 = 0.9977 = 1

N = Н/n*h = 3

Окончательные размеры

М1 = ((fв/n + 0,033)/0,059) ·2 = 15

М2 = N ·n + 1 = 4

В = 22

М3 = 36

L = 0,213 + S2 · (0,5 ·М3 - 1) = 5,381м

Н = (N ·n + 1) ·0,42 + 0,196 = 1,16

F = L ·B ·H = 137

7. Определение размеров газо, воздухопроводов и тягодувных устройств

Рис. 1. Схема газового и воздушного трактов методической нагревательной печи (при использовании металлического рекуператора для нагрева воздуха).

Газ:

fi = рdi²/4 = 1,25·Bi/wo,i

d1 = 0,2 м;

l1 = 2 м

f2 = 1,25·7,09·0,2/12 = 0,15 м

d2 = (4·f2/р)^1/2 = 0,43 м;

l2 = 9 м

f3 = 1,25·7,09·0,5/12 = 0,37 м

d3 = 0,68 м;

l3= 5м

f4 = 1,25·7,09/12 = 0,74 м

d4 = 0,97 м; l4 = 10 + 7,14 + 9,4 + 5,6 = 32,14 м

Воздух: d1 = 0,335 м; l

1 = 2 м

f2 = 1,25·7,09·0,2/9 = 0,2 м

d2 = (4·f2/р)^1/2 = 0,5 м;

l2 = 9 м

f3 = 1,25·7,09·0,5/9 = 0,49 м

d3 = 0,79 м;

l3= 5м

f4 = 1,25·7,09/9 = 0,98 м

d4 = 1,12 м;

l4 = 32,14 м

Аэродинамический расчет газо и воздухопроводов

Рг = Рг гор + УДРтрi + УДРмi + УДРg

ДРтр = (л·l·wопс²/2·d) ·сo· (1 + в·tср)

ДРтр1 = (0,05·4/)·1,29· ( 1+ (1/273) ·20) ·2/0,2 = 1,38

ДРтр2 = 2,89

ДРтр3 = 1,01

ДРтр4 = 4,55

УДРтр = 9,83

Рг гор = 4 кПа

ДРм = (е1+е2+е3+е4+е5+е6) · (wo²/2) ·сo· (1 + в·tср) = (0,5+0,3+2,4+1,2+0,5+0,6) ·2·1,29·

(1 + 0,0037·20) = 15,24

Рг = 29 кВт

Рв = 1,25· ( Рв гор + УДРтрi + УДРмi + УДРg + УДРр) = 0,5 кПа

ДРтр1 = 0,138· l1/ d1 = 0,138 + 2/0,335 = 0,82

ДРтр2 = 2,484

ДРтр3 = 0,87

ДРтр4 = 3,9

УДРтр = 8,074

ДРм = 15,24

Рв = 29,8 кВт

Определение размеров дутьевых устройств

Мощность электродвигателя

N = k·Bв·Рв/з; k = 1,1; з = 0,9

N = 1,1·1,16·29,8/0,9 = 42,2

Соотношение плотностей и температур

М = сo· (tв + 273)/ сoв· (t + 273)

t = 250 - 350^оС;

с0 = сoв = 1,29 кг/м³

М = 1,29· (20 + 273)/1,29· (250 + 273) = 0,56

Отношение давлений

Ш = Р/ Рв гор = 15/0,5 = 30

Расход интектированного воздуха

В = Вв/(m-1) = 1,16/7 = 1,17 м³/с

Скорость истечения инжекторной среды из сопла

wo = 0,85· (2· ( t + 273) · (101,33 + р)/( сo·273·101,33) ·р·10³)^1/2 = 357 м/с

Диаметр сопла инжектора

dс = (В·10⁶/0,785·w^o)^1/2 = 64,6 мм

Диаметр смесителя

dсм = dс· (0,725·р/ Рв гор)^1/2 = 303,62 мм

Длина смесителя

lсм = 4· dсм = 4·303,62 = 1214,48 мм

Длина конфузора

lк = от 4 до 6dсм = 5·303,62 = 1518,1 мм

Длина диффузора

lд = от 4 до 6dсм = 1518,1 мм

Диаметр конфузора

dк = dсм + 2· lк · tgвк/2; вк = 35^о

dк = 303,62 + 2·1518,1·tg17,5^о = 1275 мм

Диаметр диффузора

dд = dсм + 2·lд· tgвк; ву = 6-9^о

dд = 303,62 + 2·1518,1· tg4^о =516,14 мм

Библиографический список

1. Соломенцев С.Л. "Расчеты горения топлива и нагрева металла в пламенных печах". Воронеж: ВПИ, 1981. (М743)

2. Соломенцев С.Л "Тепловой баланс методической печи". Липецк, 1981.(МУ780)

3. Наумкин В.А. "Выбор конструкции и расчет керамических рекуператоров". Липецк, 1983 (МУ 938)

4. Казанцев Е.И. «Промышленные печи» Справочник. М.: Металлургия, 1975.

Размещено на Allbest.ru