Теплотехнические установки и агрегаты предприятий производства стекла

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

где - скорость газа, м/с; - эквивалентный диаметр насадки, м; Тг - абсолютная температура газа, К.

Для дымовых газов скорость определяется:

где - скорость воздушного потока,



Эквивалентный диаметр насадки определяется:

где F, П - площадь и периметр канала насадки.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией со стороны дымового и воздушного потока:

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием:

где - количество тепла, передаваемого лучеиспусканием от продуктов горения к поверхности насадки, Вт/м2; - температура продуктов горения, 0С; -температура поверхности материала насадки, 0С.



где - коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, ; -абсолютная температура продуктов горения, К; - коэффициент, учитывающий лучеиспускание насадки.

Степень черноты дымовых газов определяется, с учётом, что эффективная толщина слоя газов

где - объём газов в 1 м3 насадки.

где - заполнение кирпичом объёма насадки, .

и - парциальное давление СО2 и Н2О, поступающих в регенератор, кН/м2.

Коэффициент теплообмена в холодной части регенератора определяется

, --общие коэффициенты теплоотдачи продуктов горения и воздуха (в нижней части регенератора), Вт/(м2·К).

,



Расчёт основных размеров насадки регенератора

Количества тепла, аккумулированного насадкой за один период работы:

Средняя разность температур между продуктами горения и воздухом:



Требуемая поверхность нагрева насадки:

Объём насадки регенератора:

Горизонтальное сечение насадки:

Высота насадки регенератора:

длина регенератора а=24,7м, следовательно ширина регенератора составит:

2.8 Расчёт сечений каналов и газоходов

Действительная скорость газа равна,:

Размеры дымовоздушных каналов и горелок определяются по действительным скоростям газов в этих каналах.

Размеры каналов регенератора возьмем в таком пропорциональном соотношении:

1 регенератор - 20

2 регенератор - 20

3 регенератор - 15

4 регенератор - 15

5 регенератор - 10

6 регенератор - 10

7 регенератор - 10

Рекомендуемые к расчету скорости газов и участки дымовоздушных каналов приведены в справочнике [1] таблица 3.9 с.145.

Переводной канал для первых двух регенератров потребляет 40% от общего объема газа.

1.Определим размеры переводного клапана для регенераторов №1, №2:

? действительный расход воздуха, подаваемого на горение воздуха при t = 20єC, мі/с:

где и - соответственно объемный расход газа при температуре и нормальных условиях (0°С и 101,3 кН/м2), м3/с; t ? температура участка, °С.

? площадь сечения в переводном клапане, мІ:

? размеры клапана, м:



где a и h ? ширина и высота канала, м, которые принимаются конструктивно.

Таким образом, размеры клапана: а = 2,5 м и h = 2,02 м.

2.Определим размеры в середине переводного канала для регенераторов №1, №2:

? действительный расход воздуха, подаваемого на горение, мі/с:

где и - соответственно объемный расход газа при температуре и нормальных условиях (0°С и 101,3 кН/м2), м3/с; t ? температура участка, °С.

? площадь сечения в переводном клапане, мІ:

? размеры клапана где a и h ? ширина и высота канала, которые принимаются конструктивно.

Таким образом, размеры клапана: а = 2,5 м и h = 2,19 м.

3.Определяем размеры дымовоздушного канала, пользуясь формулами (102) - (103) и учитывая значения температур на участках:

? действительный расход воздуха при t = 45єC, мі/с,



? площадь сечения в дымовоздушном канале, мІ:

м2

? размеры клапана где a и h ? ширина и высота канала,которые принимаются конструктивно.

Таким образом, размеры клапана: а = 2 м и h = 1,37 м.

4.Определяем размеры поднасадочного канала:

? действительный расход воздуха при t =70 єC, мі/с:

мі/с.

? площадь сечения поднасадочного канала, мІ:

м2

5.Определим размеры горизонтального канала горелок № 1, 2:

- найдем средней температуре между насадочной частью и влетом:

єC, мі/с:

? действительный расход воздуха при средней температуре между насадочной частью и влетом:



? площадь сечения, мІ:

м2

? действительный расход воздуха при температуре влета:

? площадь сечения, мІ:

м2

С учетом того что площади сечения горизонтальных каналов различные по длине печи конструктивно примем ширину канала 2,4м

Площади влета горелок по длине так же имеют разные значения поэтому из принятых ранее расчетов принимаем высоту влета равной 1,05 м. Из [2] принимаем стандартные значения ширины влетов из следующих соображений. Для печей с поперечным направлением пламени:

- Общая ширина влетов горелок составляет 50 - 80% длины отапливаемой части.

-расстояние между вертикальными каналами горелок составляет 1,1 - 1,5м, а расстояние до торцевой стены бассейна 1,1 -1,2м.

- на первые две пары горелок подается примерно 40% от общего объема воздуха и топлива.

2.Определим размеры в середине переводного канала для регенераторов №5, №6, №7:

? действительный расход воздуха, подаваемого на горение, мі/с:

где и - соответственно объемный расход газа при температуре и нормальных условиях (0°С и 101,3 кН/м2), м3/с; t ? температура участка, °С.

мі/с.

? площадь сечения в переводном клапане, мІ:

м2

? размеры клапана где a и h ? ширина и высота канала, которые принимаются конструктивно.

Таким образом, размеры клапана: а = 2,5 м и h = 2,63 м.

3.Определяем размеры дымовоздушного канала, пользуясь формулами (104) - (105) и учитывая значения температур на участках:

? действительный расход воздуха при t = 45єC, мі/с,



? площадь сечения в дымовоздушном канале, мІ:

м2

? размеры клапана где a и h ? ширина и высота канала, которые принимаются конструктивно.

Таким образом, размеры клапана: а = 1,8 м и h = 0,76 м.

4.Определяем размеры поднасадочного канала:

? действительный расход воздуха при t =70 єC, мі/с:

мі/с.

? площадь сечения поднасадочного канала, мІ:

5.Определим размеры горизонтального канала горелок №5, №6, №7:

- найдем средней температуре между насадочной частью и влетом:

? действительный расход воздуха при средней температуре между насадочной частью и влетом:

? площадь сечения, мІ:

м2

? действительный расход воздуха при температуре влета:

? площадь сечения, мІ:

м2

размеры влета принимаем: а = 1,8 м и h = 0,7 м.

Дымовой канал за клапаном:

Рассчитываем при

Принимаем

,

Дымовой канал:

Рассчитываем при

Принимаем

,



Определим размеры горизонтального канала горелок № 3,4

? действительный расход воздуха при средней температуре между насадочной частью и влетом воздуха при t = 1175 єC, мі/с:

? площадь сечения, мІ:

Таким образом, размер влета:

? действительный расход воздуха при температуре влета:

? площадь сечения, мІ:

размеры влета принимаем: а = 2 м и h = 0,95



3. Аэродинамический расчет печи

Расчетом необходимо определить давление, затрачиваемое на преодоление сопротивлений по пути движения воздуха, и сравнить его с давлением, возникающим в регенераторах.

Последнее должно быть больше потерянного. Разница между ними представляет собой запас давления, который в начале работы печи гасится воздушными шиберами и в процессе работы печи позволяет компенсировать вновь возникающие сопротивления, связанные с износом печи. Такой запас должен быть не менее 20%. Схема движения газов и распределение температур для расчета аэродинамических сопротивлений ванной печи представлен на рисунке 3.1

Принят следующий порядок расчета:

1) рассчитываем потери давления на преодоление местных сопротивлений, так как на небольших участках сопротивление трения имеет ничтожное влияние, его не учитываем;

2) рассчитываем величину геометрического давления в регенераторе - горелке;

3) определяем запас давления и делаем вывод о возможности работы печи при естественном движении газов.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па:

где ж - коэффициент местного сопротивления, его находим по таблицам местных сопротивлений;

щ - скорость движения воздуха на данном участке при данной температуре, м/с;

с t - плотность воздуха при данной температуре, кг/м3.

Среднюю скорость на каждом участке определяем по формуле:

где Vt - объем воздуха, приведенный к данной температуре, м3/с;

F - площадь сечения данного участка (ее берем из расчета площади каналов и горелок).

На участке горелок принимаем площадь всех элементов горелок УF. Объем воздуха при данной температуре определяем по формуле:

Плотность воздуха при данной температуре:

где с0 =1,293 кг/м3 - плотность воздуха при нормальных условиях.

Динамическое давление на данном участке

Пример расчета первого участка. Объем газа подаваемый на последние пять горелок составляет 60 % от общего объема требуемого газа. Схема движения объема воздуха и газов по каналам представлена на рисунке 3.

Сопротивление - вход в клапан: Vв=0,6=27,070,6=16,24 м3/с.

Воздух входит в клапан при t=20оС.



м3/с.

Площадь сечения клапана 6,05 м2. Скорость на участке (действительная):

м/с.

Плотность воздуха при 20оС:

кг/м3.

Динамическое давление на данном участке

;

ж = 0,5; ДРм =3,750,5=1,875 Па.

Все остальные расчеты производим аналогично и сводим в табл. 3.1.

Таблица 3.1- Расчёт местных сопротивлений

Местные сопротивления	Vв, м3/с	T,С	Vt, м3/с	F,м2	, м/с	t, кг/м3	Pg, Па		ДРм
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1. Вход в клапан	14,088	20	15,12	6,05	2,5	1,2	3,75	0,5	1,875
2. Поворот в клапан на 45	14,088	20	15,12	6,05	2,5	1,2	3,75	1,1	4,125
3.Раздающий тройник	10,57	45	12,31	6,56	1,88	1,11	1,96	3,2	6,27
4. Раздающий тройник	7,044	45	8,2	6,56	1,25	1,11	0,87	3,2	2,78
5. Раздающий тройник	4,696	45	5,47	6,56	0,83	1,11	0,39	3,2	1,248

Геометрический напор (Па) рассчитываем по следующей формуле:



где H и св - полная высота участка (м) и плотность атмосферного воздуха (кг/м3) соответственно; Hn и сn - высота участков (м) и плотность газа (кг/м3) при движении в одном направлении; Hm и сm - то же, но при движении в противоположном направлении.

Потеря давления газа (Па) при его нагреве в регенераторе во время движения от t1 до t2 определяем по формуле:

где Wt2 и Wt1 - действительная скорость движения газов соответственно при температурах t1 и t2, м/с; сt1 и сt2 - плотность газов при температурах t1 и t2, кг/м3; t1=70°C и t2=1150°C - температуры соответственно на входе и на выходе из регенератора.

Запас давления определяется по формуле:

ДP=ДPгеом - ДPпот - ДPпад = 82,492-41,13-4,69=36,67 Па;

ДP%= (ДP/ ДPгеом)·100%=(36,67/82,492)·100%=44,45%

Вывод. Запас давления вполне достаточен для нормальной работы печи длительное время.

3.1 Расчет высоты и сечения дымовой трубы

Расчет выполняем для определения высоты дымовой трубы, обеспечивающей удаление из печи дымовых газов за счет естественного отрицательного давления. Расходуется это давление на преодоление местных сопротивлений по пути движения дымовых газов и на опускание последних от влета до основания регенератора. Необходимо также учесть сопротивление трения, заметно сказывающееся на длинных участках пути дымовых газов (от регенератора до дымовой трубы).

Расчет производим по формуле:

Робщ =(ДРм + Рr + ДРтр) К3 ,

где Робщ - отрицательное давление газов у основания дымовой трубы, Па;

ДРм - потеря давления на местные сопротивления движению газов, Па;

Рr - геометрическое давление, затрачиваемое на опускание газов на участке горелка-регенератор, Па;

ДРтр - потеря давления на трение, принимаем 10 Па;

К3 - коэффициент запаса давления.

Плотность дымовых газов при нормальных условиях (кг/м3) рассчитываем по формуле:

В свою очередь,

,

где м - молекулярная масса газа;

r - доля газа в смеси.

Рассчитаем значение с:



Через влет последней горелки уходит 10% топочных газов. Схема движения объема воздуха и газов по каналам представлена на рисунке 3

Сопротивление -влет в горелку: м3/с.

Топочный газ входит во влет горелки при t=1590оС.

м3/с.

Площадь сечения влёта 1,27 м2. Скорость на участке (действительная):

м/с.

Плотность воздуха при 20оС:

кг/м3.

Динамическое давление на данном участке

;

ж = 0,5; ДРм =17,320,5=8,66 Па.

Остальные расчеты производим аналогично и результаты сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2- Результаты расчёта

Местные сопротивления	Vg, м3/с	t, С	Vt, м/с	F, м2	щ, м/с	t, кг/ м3	Pg, Па	ж	Рм,Па
1. Влёт в горелку	2,56	1590	17,47	1,27	13,76	0,183	17,32	0,5	8,66
2. Расширение	2,56	1590	17,47	2,27	7,7	0,183	6,63	0,3	2,21
3. Поворот в шахту на 90°	2,56	1565	17,3	2,49	6,94	0,185	4,62	0,5	2,11
4. Вход в насадку	2,56	1540	17	11,86	3,43	0,188	1,1	2	2,2
5. Насадка	2,69	965	12,2	11,86	1,03	0,26	-	-	8,06
6. Выход из насадки	2,69	535	7,96	1,97	4,04	0,423	3,45	2	6,9
7. Поворот на 90°	2,69	535	7,96	1,97	4,04	0,423	3,45	0,5	1,73
8. Вход в поднасадочный канал	2,69	535	7,96	1,97	4,04	0,423	3,45	0,3	1,05
9. Шибер, открывающийся на 70%	2,83	535	6,88	1,97	3,49	0,423	2,57	1	2,57
10. Поворот на 90	2,83	525	6,78	6,56	1,03	0,428	0,22	1,2	0,264
11. Тройник, собирающий под 90	5,66	510	16,233	6,56	2,47	0,437	1,33	0,7	0,931
12. Тройник, собирающий под 90	8,49	495	23,88	6,56	3,64	0,445	2,95	0,5	1,475
13. Тройник, собирающий под 90	12,73	480	35,1	6,56	5,35	0,45	6,44	0,3	1,932
14. Тройник, собирающий под 90	16,98	465	45,9	6,56	7	0,463	11,34	0,1	1,134
15. Клапан	17,83	450	47,2	13,4	3,52	0,473	2,93	1	2,93
16. Поворот на 45°	25,63	435	66,46	13,4	4,96	0,483	5,94	1,2	7,128
17. Шибер поворотный	26,9	420	68,28	13,4	5,1	0,494	6,42	2,5	16,125
18. Шибер на трубу	28,26	405	70,18	13,4	5,23	0,505	6,9	2	13,8
19. Поворот на трубу	28,26	390	68,63	13,4	5,12	0,515	6,75	2	13,5
Итого									95,19

Расчет геометрического давления, затрачиваемого на опускание дымовых газов, Па:

где Н - общая высота опускания, м (Н = 10,74 м);

- плотность дымовых газов при температуре, средней по высоте опускания;

.

Рассчитаем отрицательное давление, создаваемое дымовой трубой:

Высоту дымовой трубы определяем по необходимому геометрическому давлению, Па:

Робщ =Н(св - сд)9,8 ,

где Н - высота дымовой трубы, м;

св - плотность воздуха, окружающего трубу, кг/м3;

сд - плотность дымовых газов при температуре, средней по высоте дымовой трубе, кг/м3.

Плотность воздуха, окружающего трубу, рассчитываем при температуре, создающей худшие условия работы дымовой трубы, т.е. летние. Принимаем температуру, максимальную в той местности, где проектируем строительство трубы. В данном расчете принимаем температуру равную 30оС.

Для определения средней температуры по высоте кирпичной трубы задаемся предварительно высотой ее 70 м и, принимая понижение температуры 2оС на 1 м высоты, определяем температуру трубы. Температура внизу трубы составляет tниз = 390оС.

Дt=702=100оС.

Тогда вверху трубы: tв =390-140=250 оС.

.

При этой температуре

.

.

Высоту трубы определяем по (2.92):

.

Площадь сечения и диаметр дымовой трубы на выходе (у устья) определяем по допустимой скорости вылета дымовых газов.

Принимаем щ = 4 м/с. Тогда

Тогда

.

Из условий строительной прочности dн = 1,5dв , где dн - диаметр нижнего сечения трубы, т.е.

dн =1,53=4,5м



Заключение

В данном курсовом проекте в результате проведенных расчетов спроектирована ванная регенеративная печь с поперечным направлением пламени, для варки листового стекла производительностью 780 т/сут и удельным съёмом стекломассы 2500 кг/(мІ·сут).

Рассчитан состав шихты для стекла следующего состава, мас. %: SiO2 - 72,75; Al2O3 - 1,399; CaO - 9,22; MgO - 3,146; Na2O - 13,36; Fe2O3 - 0,125. Компонентный состав шихты в мас.ч.: песок кварцевый Гомельского ГОКа - 70,005;полевой шпат - 4,636; доломит «Руба»- 15,108; мел (Волковыск) - 8,127; сода калцинированная - 20,676.

Произведен расчет состава горения топлива: теплотворная способность природного газа Коробинского месторождения составляет 33997,89 кДж/м3, действительный расход атмосферного воздуха Lб = 11,076 м3/м3, общий объём дымовых газов =12,081 м3/м3, расхода тепла на варку 1 кг стекломассы qст = 3184,17 кДж/кг.

Определены основные размеры ванной стекловаренной печи: площадь варочной части Vвар=312 м2, площадь студочной части Vстуд=131,6 м2 длина варочной части печи l=28,89м её ширина b= 10,8 м высота бассейна печи hб=1,35 м, высота стен пламенного пространства hпл=1,940 м.

Выбраны основные материалы для кладки различных частей печи, исходя из состава печи, температуры варки. Для кладки дна бассейна используем шамотные уплотненные брусья ШСУ - 33, а сверху покрываем слоем плиток из бадделеитокорундового огнеупора БК - 33. Стены бассейна выложены из брусьев бадделеитокорундового огнеупора БК - 33. Так же используется шамотный огнеупор ШСУ - 33 и слой теплоизоляции из муллитокренеземистого волокна МКРГПО - 650. Стены пламенного пространства выкладываются из выкладывают из БК-33 - боделито корундовые огнеупоры для кладки менее ответственных участков печи (Al2O3 не менее 33%), а в качестве теплоизоляции используют шамотные огнеупоры кажущейся плотностью не более (ША №9).

Стены бассейна выработочной части выложены из БК - 33, а стены пламенного пространства из динаса ДСУ.

Из теплового баланса печи рассчитан расход топлива на горение B=2,12 кг. усл. топл./кг. ст..

Рассчитаны показатели эффективности работы стекловаренной печи: КПД по общей теплоте на реакции стеклообразования составляет 25,4% и по химической теплоте топлива составляет 36,02%.

Представлен расчёт регенератора: ширина регенератора составляет 4,8 м, высота регенератора 8,04 м. Рассчитаны сечения каналов и газоходов, произведён аэродинамический расчёт, расчёт дымовой трубы (высота дымовой трубы составляет 40,79м).



Список использованных источников

1 Левицкий, И. А. Теплотехнические установки и агрегаты предприятий производства стекла. Расчёт стекловаренных печей: учеб. пособие для студентов специальности «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» / И. А. Левицкий, Ю. Г. Павлюкевич. - Мн.: БГТУ, 2006. - 232 с.

2 Папко, Л. Ф. Огнеупоры для стекловаренных печей: учеб. пособие для студентов специальности «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» / Л. Ф. Папко, Ю. Г. Павлюкевич. - Мн.: БГТУ, 2008. - 97 с.

3 Гинзбург Д.Б. Стекловаренные печи. - М.: Издательство литературы по строительству, 1967. - 340 с.

4 Плышевский С. В. Тепловые процессы технологии силикатных материалов: учеб. пособие для студентов специальности «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» / С. В. Плышевский, М. И. Кузменков. - Мн.: БГТУ, 2006. - 332 с.

5 Терещенко, И.М. Технология листового стекла / И. М. Терещенко. - Минск: БГТУ, 2006. - 243 с.

6 Бабкова, Н. М. Химическая технология стекла и ситаллов: практикум для студентов специальности «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» / Н. М. Бабкова, Л. Ф. Папко. - Мн.: БГТУ, 2005. - 196 с.

7 Стекло. Справочник / Н.П. Амосов (и др.); под общ. ред. Н.М. Павлушкина. - М.: Стройиздат, 1973. - 487 с.

8 Павлушкин, Н.М. Химическая технология стекла и ситаллов / Н.М. Павлушкин. - М: Стройиздат, 1983. - 430 с.

Размещено на Allbest.ru

...