Конструирование ограждений печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Содержание

Задание

Часть 1. Конструирование ограждений печи

1.1 Стена над уровнем расплава

1.1.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя

1.1.2 Расчёт 2-го теплоизоляционного слоя

1.1.3 Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя

1.2 Стена под уровнем расплава

1.2.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя

1.2.2 Расчёт 2-го огнеупорного слоя

1.2.3 Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя

1.3 Расчёт свода

1.3.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя

1.3.2 Расчёт 2-го теплоизоляционного слоя

1.4 Расчёт подины

1.4.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя

1.4.2 Расчёт 2-го огнеупорного слоя

1.4.3 Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя

Часть 2. Расчет процесса сжигания топлива при заданных температурных условиях печи

2.1 Расчет горения топлива при n=1

2.2 Расчёт горения топлива при n=1,15

Часть 3. Расчет теплового баланса

Часть 4. Расчет сожигательного устройства

Заключение

Список литературы

печь топливо копильник

Задание

Копильник расплава заданного состава имеет площадь сечения AB и высоту в свету H. Высота уровня расплава h.

Для поддержания заданного уровня температуры расплава в рабочем пространстве копильника сжигается органическое топливо заданного состава.

Расчетная часть.

Разработать конструкцию ограждений печи.

Рассчитать процесс сжигания топлива при заданных температурных условиях печи.

Составить тепловой баланс копильника и определить расход топлива.

Выбрать и рассчитать сожигательные устройства.

Графическая часть.

1. Чертеж узла установки горелочного устройства на печи.

2. Чертеж узла стыковки свода печи со стеной.

3. Чертеж элемента подины печи.

4. Чертеж элемента кладки вертикальной стены.

A, мм	В, мм	H, мм	h, мм	Свод	Тп.с, °С	Тр.п., °С	То.г., °С	Основность расплава
5628	15465	2500	814	Распорный	1441	1085	1238	1,3

А - ширина копильника

В - длина копильника

H - высота копильника

h - высота уровня расплава

Тп.с - Температура продуктов сгорания

Тр.п - Температура расплава на поверхности

То.г - Температура отходящих газов

Падение температуры расплава по глубине 105 /м

Температура наружной стенки под уровнем расплава Тст.1= 70

Температура наружной стенки над уровнем расплава Тст.2 = 90

Температура наружной поверхности свода Тсв.= 250

Температура наружной поверхности подины Тпод.= 110

Режим работы копильника - непрерывный

Состав газообразного топлива:

Компонент	CH4	C2H4	СО2	N2
Содержание, % об.	60	3,5	0,2	36,4

Часть 1. Конструирование ограждений печи

1.1 Стена над уровнем расплава

1.1.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя

Выбор огнеупора для рабочего слоя: т.к. длинна копильника 15465 мм, то для того, чтобы сжечь газообразное топливо и обеспечить прогрев всего пространства печи, необходимо установить горелки типа «труба в трубе», для которых значение коэффициента расхода воздуха n=1,15 (таблица 4.1[1]). В этом случае газовая среда внутри копильника является кислой. Исходя из этого и того, что рабочий слой в этой зоне имеет температуру внутренней поверхности Твн.=Тп.с.=1441°С и работает без теплосмен, по таблице 3.7 выбираю форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79) и по приложению 13[1] определяю его рабочие свойства

Тпр=1450 - 1570 °С;

Высота надслоевого пространства H - h=2500 - 814 = 1686 мм = 1,686 м

По таблице 3.14 [1] выбираю толщину рабочего слоя: д1=0,23 м.

В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки над уровнем расплава не должна превышать Тнар=90 єС. По таблице 3.13 [1] определяю плотность теплового потока от вертикальной стенки: qо.с.= 984

Для определения л1 задаюсь предварительно приближённым значением: Т'1=1200 єС; Тогда:

Определяю уточнённое значение :

Относительная погрешность расчёта:

Окончательно получаю:

д1=0,23 м.

1.1.2 Расчёт 2-го теплоизоляционного слоя

По приложению 14 с учетом таблицы 3.10 [1], принимаю к установке во втором ряду шамотный легковес ШЛ - 0,9 (ГОСТ 5040-78) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1270 °C

Задаюсь целью сделать кладку в три слоя, поэтому принимаю температуру на внешней границе второго слоя Т2:

Т2=300 °C;

Коэффициент теплопроводности:



Толщина 2-го слоя:

Т.к. 0,43 не кратно 0,115 (стандартный размер о/у кирпича 230х115х65 мм) принимаю д2=0,46 м

Температура наружной поверхности 2-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Повторяю расчет, приняв для определения , :

Повторяю расчет, приняв для определения , :

Окончательно получаю:

д2 = 0,46 м

1.1.3 Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя

В качестве третьего слоя по приложению 14 [1] принимаю асбозурит мастичный материал марки 600 (ТУ 36-130-69):

Тпр= 900 °C;

Рассчитаю коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Толщина 3-го слоя:

Окончательно получаю:

Для проверки правильности расчёта определяю плотность теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку, и сраниваю её с принятым значением qо.с.:

Проверяю степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

1.2 Стена под уровнем расплава

1.2.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя

Принимая во внимание, что температура внутренней поверхности рабочего слоя равна температуре расплава Тп.р.=1085, высота стены Н=2,5 м, а основность расплава О=1,3 , по данным таблицы 3.7 и приложения 13 [1] устанавливаю, что в данном шлаке при заданной температуре хорошо будет стоять форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79) со следующими параметрами:

Тпр=1450 - 1570 °С;

По таблице 3.14 [1] выбираю толщину рабочего слоя: д=0,345м.

В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки под уровнем расплава не должна превышать 70 єС. По таблице 3.13 [1] определяю плотность теплового потока от вертикальной стенки в окружающую среду: qoc=641 .

Задаюсь приближённым значением: Т1=950 єС, тогда:

Уточняю температуру наружной поверхности 1-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Окончательно получаю:

1.2.2 Расчёт 2-го огнеупорного слоя

По приложению 14 и таблице 3.10 [1], выбираю к установке шамотный легковес ШЛ-0.9 (ГОСТ 5040-78) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1270 °C

С целью выполнения стены в три слоя принимаю толщину слоя легковеса: д=0,46 м

Задаю приближённое значение наружной поверхности 2-го: Т2=200

Рассчитаю коэффициент теплопроводности 2-го слоя:

Уточняю температуру наружной поверхности 2-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Повторяю расчет, приняв для определения , :

Окончательно принимаю:

1.2.3 Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя

В качестве третьего слоя по приложению 14 [1] принимаю асбозурит мастичный материал марки 600 (ТУ 36-130-69):

Тпр= 900 °C;

Рассчитаю коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Толщина 3-го слоя:

Окончательно получаю:

Для проверки правильности расчёта определяю плотность теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку, и сраниваю её с принятым значением qо.с.:

Проверяю степень расхождения с принятым в расчетах значением q:



Выполнено условие:

1.3 Расчёт свода

1.3.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя

Т.к. свод копильника распорный и внутренняя поверхность рабочего слоя свода контактирует с кислой средой, то по таблице 3.7 и приложению 13 [1] принимаю к установке динасовый огнеупор (ГОСТ 4159-79) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1650 - 1700 оС

По таблице 3.14 [1] принимаю толщину 1-го рабочего слоя д1=0,23 м

Плотность теплового потока через свод в окружающую среду определяю по таблице 3.13 [1]:

Задаю приближённое значение наружной поверхности 1-го слоя: Т1=1000:

Рассчитаю коэффициент теплопроводности 1-го слоя:

Температура наружной поверхности 1-го слоя:



Повторяю расчет, приняв для определения , :

Окончательно получаю:

д1=0,23 м

1.3.2 Расчёт 2-го теплоизоляционного слоя

Выбираю в качестве 2-го теплоизоляционного слоя по приложению 9.2 [2] каолиновую вату 2-8мкм со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1100

Рассчитаю коэффициент теплопроводности 2-го слоя:

Рассчитаю толщину 2-го слоя:

Окончательно получаю:

д2=0,015 м

Для проверки правильности расчёта определяю плотность теплового потока, переносимого через сконструированный многослойный свод, и сраниваю её с принятым значением qо.с.:

Проверяю степень расхождения с принятым в расчетах значением qо.с.:

1.4 Расчёт подины

1.4.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя

Т.к. внутренняя поверхность рабочего слоя подины копильника контактирует с расплавом основностью O=1,3, то по приложению 13 и табл. 3.7 [1] выбираю форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1450 - 1570 єС

При высоте расплава 814 мм и падении его 105 , найду температуру расплава на поверхности рабочего слоя подины:

Принимаю толщину 1-го слоя: д1=0,23 м

По таблице 13 [1] определяю плотность теплового потока от наружной поверхности подины к слою огнеупорного бетона фундамента при Тн.п.=110 оС:

Принимаю приближённую температуру внешней границы 1-го слоя: Т1=800 оС;

Рассчитаю коэффициент теплопроводности 1-го слоя:

Температура наружной поверхности 1-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Окончательно получаю:



д1=0,23 м

1.4.2 Расчёт 2-го огнеупорного слоя

Для обеспечения механической прочности и герметичности подины в кчестве 2-го слоя по таблице 3.10 и приложению 13 [1] выбираю шамотный огнеупор ШВ (ГОСТ 390-83) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1250 - 1400 оС.

Принимаю толщину слоя шамота: д2=0,26 м (4 кирпича на плашку).

Задаю приближённую температуру внешней поверхности 2-го слоя: Т2=500 оС;

Рассчитаю коэффициент теплопроводности 2-го слоя:

Уточняю температуру внешней поверхности 2-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:



Повторяю расчет, приняв для определения , :

Окончательно получаю:

1.4.3 Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя

Для обеспечения заданной температуры наружной поверхности подины Тпод=110 между наружной поверхностью второго слоя подины и поверхностью огнеупорного бетона фундамента необходимо положить дополнительный теплоизоляционный слой.

Для этого в качестве 3-го слоя по приложению 15 [1] принимаю диатомитовую обожженную крошку в засыпке:

Тпр=900єС,

Рассчитаю коэффициент теплопроводности 3-го слоя:



Рассчитаю толщину 3-го слоя:

Окончательно принимаю:

=110 єС

д3=0,022 м

Для проверки правильности расчёта определяю плотность теплового потока, переносимого через сконструированный многослойный под, и сравниваю её с принятым значением qо.с.:

;

Ошибка плотности теплового потока:

Суммарная толщина пода:

дпод=д1+д2+д3=0,23+0,26+0,022=0,512 м.

Часть 2. Расчет процесса сжигания топлива при заданных температурных условиях печи

Ранее было принято решение сжигать топливо с помощью диффузионных горелок типа «труба в трубе» среднего давления с коэффициентом расхода воздуха n=1,15.

2.1 Расчет горения топлива при n=1

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сжигания м3 топлива:

Объём 3-х атомных составляющих в продуктах сгорания:

Объём азота в продуктах сгорания:

Объём водяного пара в продуктах сгорания:

Объём продуктов сгорания:

2.2 Расчёт горения топлива при n=1,15

Действительное количество воздуха, подаваемое для сжигания единицы топлива:

Действительный объём продуктов сгорания:

Действительный объём 3-атомных составляющих:

Действительный объём азота:

Действительный объём водяного пара:

Действительный объём кислорода:

Действительный объём продуктов сгорания:

Ошибка вычислений:

Низшая теплота сгорания топлива:

Удельная энтальпия продуктов сгорания при n=1,15 и отсутствии предварительного подогрева топлива и воздуха:

Калориметрическая температура продуктов:

Расчет удельной энтальпии 3-атомных газов по приложению 8 [1] при ТК:

Расчет удельной энтальпии азота по приложению 8 [1] при ТК:

Расчет удельной энтальпии кислорода по приложению 8 [1] при ТК:

Расчет удельной энтальпии водяного пара по приложению 8 [1] при ТК:

Расчёт удельной энтальпии продуктов сгорания при ТК:

- это значит, что обеспечить заданную температуру продуктов сгорания можно только при условии ввода в зону горения дополнительного количества тепла путём подогрева воздуха до TВ, при которой удельная энтальпия воздуха:

По приложению 8[1] нахожу температуру воздуха, соответствующую значению iВ:

Для достижения заданной температуры продуктов сгорания, сжигание газа при коэффициенте расхода воздуха n=1,15 необходимо производить в воздухе, подогретом до температуры

Часть 3. Расчет теплового баланса

Потери тепла в окружающую среду через ограждения копильника

Площадь стен над уровнем расплава

м2;

Площадь стен под уровнем расплава

м2;

Площадь пода

м2;

Площадь свода

м2;

Потери тепла в окружающую среду: , Вт = 816,688 кВт. По приложению 8 [1] определяю удельную энтальпию компонентов продуктов сгорания при температуре отходящих газов = 1238:

=

кДж/м3;

кДж/м3;

кДж/м3;

кДж/м3;

==1924,18 кДж/м3;

Тепло отходящих газов:

кВт;

Тепло за счёт сжигания топлива:

кВт;

Тепло, вносимое воздухом:

кВт;

Тепловой баланс:



Тепловой баланс печи

Приход тепла	Расход тепла
№ статьи	Статья	Q, кВт	%	№ статьи	Статья	Q, кВт	%
1	Тепло сгорания топлива	21120,85	94,87	1	Тепло в окружающую среду	816,688	36,54
				2	Тепло отходящих газов	1430,46	64
2	Тепло воздуха	114,48	5,13
				3	Невязка баланса	11,818	0,53
3	Всего	2235,33	100	4	Всего	2235,33	100

Часть 4. Расчет сожигательного устройства

Дано:

Расход топлива: В= 0,09 м3/с

Теплота сгорания топлива: =23565 кДж/м3

Действительное количество воздуха необходимое для сжигания 1м3 газа: =7,1436 м3/м3

Плотность воздуха при н.у.: с0в=1,293 кг/м3

Избыточное давление газа перед горелкой: P'г=5300 Па

Избыточное давление воздуха перед горелкой: P'в=500 Па

Температура газа на входе в горелку Тг=293 К

Температура воздуха на входе в горелку Тв=136+273=409 К

Коэффициент расхода воздуха n=1,15

Коэффициент гидравлического сопротивления газового канала горелки (для горелок типа «труба в трубе») ог=1,5

Коэффициент гидравлического сопротивления воздушного канала горелки (для горелок типа «труба в трубе») ов=1

Плотность газа при н.у. находим из следующих выражений:

Отсюда плотность газа:

Так как ширина печи 5762 мм, принимаю решение установить 2 диффузионные горелки типа “труба в трубе”.

Расход топлива на 1 горелку

м3/с = 162 м3/ч.

Определяю расход воздуха при нормальных условиях:

м3/м3

Приведенные к нормальным условиям скорости истечения газа и воздуха в выходном сечении:

м/с

м/с

Площади выходных сечений газового и воздушного каналов:

Диаметр выходного сечения газового канала:

Принимая по табл. 2.2[1] скорость газа , определяю внутренний диаметр газового канала:



Наружный диаметр газового канала внутри горелки(при толщине стенки ):

Диаметр воздушного канала:

Принимая по табл. 2.2[1] приведенную к нормальным условиям скорость газовоздушной смеси в носике горелки , определяю площадь сечения носика горелки:

Диаметр носика горелки:

Температура смеси на выходе из носика горелки:

Действительную скорость смеси на выходе из носика горелки:

Определяю длину факела (при К=1,5 для природного газа):

Факел перекрывает: длины копильника

Определяю максимальный диаметр факела:

С учетом рассчитанных диаметров носика горелки и газового сопла по приложению 9[1] выбираю горелку ДВС-130/26.

Заключение

Сжигание топлива осуществляется с предварительным подогревом воздуха до температуры Тв = 136 °С с коэффициентом расхода воздуха n=1,15.

Сожигательное устройство - горелка ДВС-130/26

Конструкция ограждений печи

	Стена над уровнем расплава	Стена под уровнем расплава
№ слоя	Tвн-Tнар,єС	Материал	Толщина, м	№ слоя	Tвн-Tнар,єС	Материал	Толщина, м
1	1441-1212	Форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79)	0,23	1	1085-948	Форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79)	0,345
2	1212-228	ШЛ - 0,9 (ГОСТ 5040-78)	0,46	2	948-260	ШЛ - 0.9 (ГОСТ 5040-78)	0,46
3	228-90	Асбозурит мастичный марки 600 (ТУ 36-130-69)	0,02	3	260-70	Асбозурит мастичный марки 600 (ТУ 36-130-69)	0,05
У, м	0,71	У, м	0,855
Свод печи	Подина печи
1	1441-840	Динасовый огнеупор (ГОСТ 4159-79)	0,23	1	1000-816	Форстеритовый Огнеупор (ГОСТ 14832-79)	0,23
2	840-250	Каолиновая вата 2-8 мкм	0,015	2	646-254	ШВ (ГОСТ 390-83)	0,26
				3	254-110	Диатомитовая обожженная крошка в засыпке	0,022
У, м	0,245	У, м	0,512

Список литературы

1. Сборщиков Г. С., Крупенников С. А., Теплотехника: расчет и конструирование элементов промышленных печей. №1710,- М.: «Учеба», 2004 г.178 с.

2. Миткалинный В. И., Кривандин В. А. и др., Металлургические печи: атлас,- М,: «Металлургия», 1987 г.,384с.

3. Кривандин В. А., Белоусов В. В., Сборщиков Г.С. и др., Теплотехника металлургического производства т.2, -М.: «МИСИС», 2002 г.,607 с.

Размещено на Allbest

...