Теплотехнические расчеты для вайербарсовой печи (тип отражательный) для плавки медных катодов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ СПО Уральский государственный колледж ИМЕНИ И.И. Ползунова

Расчетно-пояснительная записка

Теплотехнические расчеты для вайербарсовой печи (тип отражательный) для плавки медных катодов

Разработал:

К.В. Кустова

Екатеринбург, 2010г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Технологические процессы, идущие в печи

1.1 Конструкция и принцип работы печи

1.2 Основные достоинства и недостатки работы печи

1.3 Пути усовершенствования работы печи

2. Расчеты для вайербарсовой печи (тип отражательный) для плавки медных катодов

2.1 Расчет горения топлива

2.1.1 Пересчет состава топлива с заданного на рабочий по составу топлива

2.1.2 Выполнение расчета горения топлива с составлением материального баланса

2.1.3 Определение температуры горения

2.2 Расчёт газоходного тракта печи с графическим определением при движении газа по заданному эскизу газохода

2.2.1.Расчет секундного объема дымовых газов

2.2.2 Определение высоты дымовой трубы

2.2.3.Графическое определение высоты дымовой трубы

2.3 Расчет по теплопередаче

2.3.1 Расчет для печной стенки из шамота без изоляции

2.3.2 Расчет для печной стенки с одним слоем изоляции

2.3.3 Расчет для печной стенки из шамота с двумя слоями изоляции

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей металлургического производства является получение металла из переработанного сырья в свободном металлическом состоянии или в виде химического соединения. На практике эта задача решается с помощью специальных технологических операций - металлургических процессов, протекающих при высоких температурах, и осуществляемых в специальных металлургических печах. Металлургические печи служат для нагрева, отжига или плавления металлов, полуфабрикатов или изделий, для подготовки их к дальнейшей обработке или придания им требуемых свойств. Качество и стоимость получаемых металлов и изделий из них определяются совершенством конструкции и экономичностью работы печи. В свою очередь экономичность работы печи определяется расходом и стоимостью используемых источников тепловой энергии, величиной потерь металла в результате его окисления, улетучивания или перехода в шлак, стоимостью и сроком службы печи и затратами на обслуживание.

Современные металлургические печи с газовым, мазутным и пылеугольным отоплением или электрическим нагревом, работающие с заданной атмосферой или вакуумом, с программным управлением режимом нагрева представляют собой сложный агрегат. Обслуживание такого агрегата требует знания законов теплопередачи, движения газов, методов сжигания топлива и превращения электрической энергии в тепловую

Среди первых металлов, вошедших в обиход человека, была медь. Сейчас медь используется во всех отраслях народного хозяйства.

Медь, благодаря её ценным свойствам и значительному распространению в природе её месторождений, является вслед за железом наиболее распространённым металлом. Медь - мягкий, вязкий, ковкий металл красно-розового цвета, находится в I группе Периодической системы, полиморфных превращений не имеет. На поверхности имеет плотную оксидную пленку, поэтому медь имеет высокую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, в атмосферных условиях и различных химических средах. В химическом отношении медь малоактивный металл, но может соединяться с кислородом, серой, галогенами и некоторыми другими элементами. В ряду напряжений медь более электроположительна, чем водород. Поэтому в растворах серной и других кислот при присутствии окислителя медь не растворяется. В кислотах - окислителях (азотная или концентрированная серная) медь растворяется легко. При температуре красного каления медь окисляется, образуя CuO, при температуре более 800 єС образуется Cu2O, с серой образуется два сульфида: CuS и СuS2. Медь легко прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку, а по электропроводимости уступает только серебру. Температура плавления меди при атмосферном давлении равна 1083є С, но положение точки плавления зависит от давления (при увеличении давления на 1 ат температура плавления увеличивается на 0,000505 єС). Температура кипения меди по различным исследованиям сильно колеблется и обычно принимается равной 2310єС. Медь способна образовывать многочисленные сплавы: бронзы, латуни, нейзильбер, мельхиор и др.

Сырьём для производства меди служит сульфидные руды и концентраты, окисленные руды, вторичное сырьё. В переработку поступает сложное полиметаллическое сырьё, содержащие: Cu, Zn, Pb, Ag, Se, Te, Sb, Pu, Ir, Pt.

Вредные примеси меди: висмут и свинец резко ухудшают способность меди обрабатываться прокаткой и волочением, т.к. вызывают горячеломкость меди. Cu2O вызывает повышенную хрупкость, затрудняет горячую и холодную деформацию меди. Медь, содержащая кислород, склонна к «водородной болезни», т.е. в восстановительной среде (Н2, СО, СН4) Cu2O восстанавливается с образованием пара и углекислого газа. Эти газы стремятся выйти из металла, вызывая образование трещин и разрушение медных изделий. Поэтому основной целью рафинирования меди сводится к очистке меди от примесей, стремятся максимально удалить кислород, серу, железо, никель, цинк, свинец, мышьяк, растворимые газы.

Катодную медь получают с помощью электролитического рафинирования. Так как катодная медь не всегда пригодна для непосредственного использования, особенно в электротехнике, она поступает на переплавку для получения вайербарсов (в виде которых выпускается основная масса рафинированной меди). Медные катоды наращиваются 6-8 суток, затем извлекаются, промываются, сушатся, переплавляются и разливаются в слитки. Катодная медь содержит ничтожное количество загрязнений. Обычно чистота катодов - 99,95 %, причем даже незначительные добавки примесей (даже в тысячных долях %) приводят к существенным изменениям свойств. В катодной меди, как и в большинстве электролитных металлов, всегда содержится некоторое количество водорода, и при нормальном ходе процесса это количество является достаточным для образования необходимого объема пара для понижения естественной усадки меди и получения слитка с равномерной поверхностью.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ИДУЩИЕ В ПЕЧИ

Наиболее распространенная технология производства меди предусматривает обязательное использование следующих металлургических процессов: обогащение, обжиг, плавка на штейн (реже на черновую медь), конвертирование медного штейна, огневое электролитическое рафинирование меди.

Пирометаллургические способы производят около 85 % от общего выпуска меди. Огневое окислительное рафинирование является одним из способов пирометаллургии. Оно основано на различии в сходстве к кислороду основного металла и примеси: оксиды примесей всплывают на поверхность рафинируемой меди, образуя шлак. Цель огневого рафинирования сводится к очистке меди от примесей, обладающих повышенным сродством к кислороду и получению плотных отливок, например, вайербарсов. Огневое рафинирование включает в себя стадии: загрузку, плавление меди, окисление, восстановление и разливку готовой меди. Расплавленную медь окисляют воздухом, который вдувают в ванну на глубину 600-800 мм с помощью погружаемых в расплав стальных трубок, покрытых снаружи огнеупорной обмазкой. Окисление примеси (Al, Zn, Fe) протекает по реакции:

Cu2O+Me=2Cuє+MeO

Так как между шлаком и расплавом меди сохраняется массообмен оксидов, то необходимо промежуточное удаление шлаков, что улучшает показатели рафинирования. Введение химически активного флюса, например соды, понижает активность оксида удаляемой примеси.

Медные катоды загружают в печь через рабочие окна с помощью загрузочной машины, продолжительностью загрузки - до двух часов, расплавление твердой меди занимает до десяти часов. Период расплавления и разогрева расплава сопровождается частичным окислением твердой меди расплава кислородом, присутствующим в атмосфере печи. После разогрева ванны до температуры около 1200єС начинается стадия окислительной продувки меди для окисления примесей с повышенным, по сравнению с медью, сродством к кислороду. Вначале окисляется медь до Cu2O, который переносит кислород к более активному металлу и окисляет его, образуя шлак. Шлак сгребают деревянными гребками.

Продолжительность окислительной продувки зависит от степени загрязнения меди. Продутая воздухом медь насыщенна кислородом и газовыми пузырьками. Также в меди остаются благородные металлы, никель, мышьяк, редкие металлы. Далее идет процесс дразнения, в результате которого кислород, водород, углекислый газ и углеводороды взаимодействуют с Cu2O и восстанавливают медь. Дразнение производится свежесрубленной древесиной, мазутом, природным газом, продолжительность дразнения: 2,5-3 часа (зависит от степени насыщения меди газами).

В процессе дразнения ванна хорошо перемешивается пузырькам восстановительных газов, что обеспечивает высокую степень восстановления меди и удаления газов. Медь восстанавливают не до полного удаления кислорода, чтобы водород меди окислился кислородом. В этом случае отливки получаются более плотными.

Окончание процесса определяют по уменьшению выхода, шлакоизменению его цвета и по ряду других особенностей ложечных проб расплава (усадка, кипение, цвет при охлаждении). Для удаления газа используют продувку расплава инертным газом или вакуумирование. Общая продолжительность огневого рафинирования при переплавке твердой меди составляет около суток.

По технологии огневого рафинирования перерабатывают катодную медь в вайербарсы. В этом случае медь дополнительно очищают от серы, которая перешла в медь в виде механических захватов сернокис-

лого электролита.

Переплавку катодов проводят в стационарных отражательных печах, полностью аналогичных анодным печам. Рафинировочные печи в этом случае называются вайербарсовыми. Вайербарсы различают на карусельных машинах одновременно по четыре штуки на изложницу.

На рис. 1 показана схема пирометаллургического получения вайербарсов из сульфидных руд.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Схема пирометаллургического получения вайербарсов из сульфидных руд

1.1 КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПЕЧИ

Основным агрегатом применяемым для переплавки катодной меди на вайербарсы, является пламенная рафинировочная печь отражательного типа.

Ёмкость печей достигает 400 тонн, современные печи имеют прямоугольный под, суживающийся к борову печи. Отношение ширины пода к его длине находится в пределах от 1:2 до 1:3, причем ширина пода превышает 5 метров. При увеличении площади пода требуется сооружение достаточно устойчивого пода, а также осложняет удаление с поверхности ванны рафинировочных шлаков.

Основные конструктивные особенности печи связанные с характером самого процесса, отличительными чертами которого является его периодичность, применение более низких температур, чем при отражательной плавке.

Характер шихты и методы ее загрузки вызывают необходимость устройства у печи специальных загрузочных окон. Высокий удельный вес меди и ее большая теплопроводность сказывается на конструктивных особенностях пода. Система отопления печи должна удовлетворят требованиям быстрого и удобного регулирования режимов подачи и сжигания топлива в различных стадиях процесса и т. п.. Печи сооружают из динасового кирпича, с частичной футеровкой стенок ванны до уровня выше зеркала ванны магтезитовым кирпичом.

Фундамент печи является основанием, на котором сооружают печь, и предназначен для передачи ее массы на грунт (до 250 кПа). Конструкция фундамента предусматривает воздушное охлаждение лещади печи.

Загрузка меди осуществляется со стороны загрузочного пролета цеха. Выпуск металла осуществляется с противоположной стороны печи через особую вертикальную щель в продольной стенке. Для отопления применяют пылевидный каменный уголь. Все современные рафинировочные снабжены утилизационными паровыми котлами, а иногда и воздухоподогревателями.

При сооружении мощных печей в основание печи укладывается плита

из бетона или бутового камня на цементном растворе, на которой возводится ряд столбиков из красного кирпича или бетона. Поверх кладут чугунные плиты, на которых производится кладка пода печи. Под -одна из самых ответственных частей конструкции печи, наличие в поде даже малых щелей может привести к утечке металла из печи и аварии. Для предотвращения этого всю печь до верхнего уровня металла заключают в металлический кожух. Свободная циркуляция воздуха под лещадью между столбиками обеспечивает достаточное охлаждение.

Поверхности фундамента плиты обычно придается небольшой уклон в сторону разливочного пролёта, что обеспечивает свободный сток с нее воды, в случае попадания воды из системы водоснабжения арматуры печи.

Размеры ванны печи принято определять исходя из заданной производительности и длительности каждой отдельной операции. Ширина ванны находится в пределах 4-4,5 до 5 метров. Глубина ванны при плавке катодной меди может быть принята в пределах 700-900 миллиметров. Ванны выполняются обычно из кислого материала, иногда стенки печи футеруют магнезитовым кирпичом с целью предохранения их от преждевременной коррозии шлаками, как кислыми, так и основными. Стены ванны защищаются кварцевыми откосами. Материал - высокосортный динасовый кирпич или магнезит. Толщина стенок невелика: около 500 мм, поэтому прочность стенок недостаточна для удержания ванны с жидкой медью.

Для придания стенке ванны прочности, ее армируют массивными чугунными плитами, скреплёнными арматурой печи и специальными плитами с водяным или воздушным охлаждением. Металлический каркас печи скрепляет кладку печи, увеличивает прочность стен. Принимает на себя усилия, возникающие в кладке при нагреве, и усилия распора свода. Каркас служит основой, на которую крепятся рамы рабочих окон, загрузочных и других устройств печи.

Лещадь печей тоже делают из кислого материала. Это исключительно кирпичные поды: шамотные забиваются дробленым кварцем. Стены печи выше уровня ванны строятся из высокосортного динасового кирпича или высокоглиноземистого шамота. Толщина - 500 мм, высота определяется общей высотой газового пространства печи. В головной части устраивается специальная камера сгорания, т. к. для нагрева топлива до температуры воспламенения необходимо некоторое время. Камера выполняется из того же материала, что и стены печи.

Свод выкладывается из высокосортного динасового кирпича или термостойкого хромомагнезитового кирпича. Свод опирается на специальные магнезитовые балки. Свод подвергается постоянному воздействию брызг металлической меди и ее окислов. Динас ошлакуется основными окислами меди. Кладка свода обычно выполняется впритирку для достижения максимальной плотности кладки и стойкости свода. Кампания арочного динасового свода- 6-12 месяцев, магнезитохромистого - 24-25 месяцев при условии проведения текущих ремонтов.

Балки из свода изготавливаются двух видов: пустотелая сварная коробка, внутри которой для её охлаждения циркулирует вода (из стального листа 8-10 мм) и литая чугунная балка, которая охлаждается естественной циркуляцией воздуха.

Воздухонагреватели также существуют двух типов: паровые котлы, нагревающие воздух до температуры 350єС, и карборундовые трубки, нагревающие воздух до температуры 500-550єС.

Рафинирование меди - периодический процесс. Он состоит из последовательных стадий, включая разгрузку и загрузку печи, плавление или разогрев меди, окислительную обработку расплава и съём шлака. Восстановительную обработку (дразнение) и разливку готовой меди. Большую роль при нагреве получило отраженное от кладки тепло, что и послужило основанием для наименования таких печей отражательными.

Различают три периода процесса рафинирования, отличающихся между собой тепловыми и составом дымовых газов.

Первый период- плавление: печь отапливается форсировано с достижением наивысшей температуры 1350-1500єС. Второй период - окисление: температура в рабочем пространстве снижается до 1200-1400єС, атмосфера в печи окислительная. Третий период- восстановление и разливка: температура поддерживается с таким расчетом, чтобы при разливке температура меди составляла около 1150єС, атмосфера в печи восстановительная.

При огневом рафинировании решаются две задачи: полное и частичное удаление примесей и получение однородных по структуре отливок с минимальной газонасыщенностью.

Сжигание топлива в свободном объеме приводит к заполнению его продуктами горения с высокой температурой. Эта теплота передается меди излучением и конвекцией. А также и кладке. Так как медь - металл с невысокой температурой плавления, то используют печи с внешним обогревом. Все это способствует получению более чистого металла.

1.2 ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ РАБОТЫ ПЕЧИ

Достоинства:

-печь проста по конструкции;

-печь работает на любом виде топлива;

-удельная производительность печи составляет 4,5-6 т/мІ в сутки при переработке твердой меди;

-печь не требует большого количества воды для охлаждения конструкций печи;

-возможно получение отливок высокого качества, без примесей и высокой плотности;

-высокая температура дымовых газов используется или в паровых котлах-утилизаторах (где теплота дымовых газов используется для производства пара) или в рекуператорах (для подогрева воздуха, поступающего в печь на сжигание топлива).

Недостатки:

-процесс периодический, перерывы и простои занимают 20-40 % календарного времени (это снижает производительность печи);

-повышен расход топлива;

-требуется тяжелый физический труд, который нельзя заменить механизацией и автоматизацией (например, переноска бревен и погружение их в ванну);

-применяемые огнеупоры очень дороги;

-дымовые газы приводят к загрязнению окружающей среды;

-тепловой коэффициент полезного действия, из-за высокой температуры дымовых газов, не превышает 30 %;

-существуют потери цветных металлов со шлаками вследствие неполного разделения слоев шлака и штейна.

1.3 ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РАБОТЫ ПЕЧИ

Дутьё, обогащенное кислородом, позволяет интенсифицировать горение топлива, увеличить теоретическую температуру горения топлива, увеличить теплопередачу излучением (что повышает производительность процесса).

Использование флюсов (окисление ведут в присутствии флюсов, благодаря чему образуются легкоплавкие и легко отделяемые фазы шлака).

Обеспечение (для более полного удаления газа) интенсивного барботажа расплава, его продувают инертным газом или вакуумируют.

Для понижения растворимости газов перед разливкой не поддерживают минимальную температуру, обеспечивающую его жидкотекучесть.

Сохранение остаточного содержания кислорода ( в сотых долях %), чтобы исключить наводораживание расплава.

Подогрев дутья снижает расход топлива.

При переходе на поточные режимы производительность может быть повышена на 10-50 %.

Замена восстановления меди деревом на дразнение угольной пылью поможет избежать тяжелого физического труда ( но приведет к увеличению количества шлака).

Распорно-подвесной свод позволил на некоторых заводах увеличить кампанию печей до нескольких лет.

Повышение производительности печи можно достичь, совершенствуя технологию нагрева, плавления металла, а также улучшая конструкцию печи.

Работа печи с полной загрузкой уменьшает удельный расход теплоты.

При использовании контейнеров и транспортных устройств следует делать их более легкими или использовать теплоту, затраченную на их нагрев при возврате в печь.

Для снижения потерь теплоты стенками печи применяют в кладке печи теплоизоляционные материалы с учетом минимальных эксплуатационных расходов.

Плотное закрытие окон, устранение всех щелей путем наружной обмазки кладки или применения металлического кожуха снижает выбивание горячих газов печи через неплотности в кладке.

Для отопления печей можно применять комбинированное газо-мазутное отопление, это увеличит светимость факела и повысит эффективность теплопередачи излучением.

Улавливание дымовых газов предотвратит загрязнение атмосферы и поможет наладить производство серной кислоты, которая необходима при электролизе.

2. РАСЧЕТЫ ДЛЯ ВАЙЕРБАРСОВОЙ ПЕЧИ (ТИП ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ) ДЛЯ ПЛАВКИ МЕДНЫХ КАТОДОВ

2.1 РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

2.1.1 Пересчет состава топлива с заданного на рабочий по заданному составу топлива

Таблица 1. Состав топлива

Вид топлива	Состав горючей массы, вес %	Wp вес %	Ас вес %	Коэффициент расхода воздуха, б	Температура подогрева воздуха tв єС
	Cг	H	Sоб	N	O
Ленгеровский бурый уголь (Южно-Казахстанский край)	76,3	4,1	4,0	0,6	15	29,0	18,0	1,6	300

Определяем содержимое элементов в рабочем топливе:

Ар=Ас* 18 12,78

Ср=Сг*=76,3*=44,42

Н_р=Нг*= 4,1* =2,39

N_р= Nг*= 0,6 * =0,35

Ор=Ог*= 15 * = 8,74

Теоретическая сумма элементов в рабочем топливе должна быть 100%

Сp+Hp+Op+Np+Sp+Wp+Ap=100%

44.42+2.39+8.74+0.35+2.33+29+12.78=100%

2.1.2 Выполнение расчета горения топлива с составлением материального баланса теплопередача вайербарсовый медный катод

Состав топлива указан выше, на горение поступает атмосферный воздух. В составе топлива три горючих компонента C, H, S. Определим количество кислорода, необходимого для горения

С+О=СО2

12-32-44 х=(32*44,42)/12=118,453кг

44,42-х

Н2+1/2О2=Н2О

2 - 16- 18 х=(2,39*16)/2=19,12 кг

2,39-х

S +O2 =SO2

32-32-64 х= (32*2,33)/32=2,33кг

2,33-х

Общееуколичествовкислорода,внеобходимоеадлявгорения:

m O2 = 118.453+19.12+2.33=139.903 кг

Масса кислорода с учетом кислорода топлива, в топливе 8,74 кг

139,903-8,74=131,163кг-теоретическое количество кислорода.

m O2 практ. =О2 теор. * б= 131,163*1,6=209,86 кг- практическое количество кислорода.

Избыточное количество кислорода составит:

О2 изб. =О2практ. -О2 теор.

О2 изб. =209,86-131,163=78,697 кг

Находим практическое количество воздуха:

209,86=23% х=912,43кг

х= 100%

В нем азота

N2 практ. =912,43-209,86=702,57 кг

Определим количество и состав дымовых газов. В них перейдут СО2, Н2О, SO2 , O2 изб.

Количество СО2 , образующееся по реакции:

С+О2 = СО2 12-32-44 у=44,42*44/12=162,87 кг

44,42-х-у

Количество Н2О, образующееся по реакции:

Н2+1/2 О= Н2О

2-16-18 у=2,39*18/2=21,51 кг

2,39-х-у

Количество SO2, образующееся по реакции:

S+O2= SO2

32-32-64 у=64*2,33/32=4,66кг

ВсегокН2Оквкгазахк21,51+29=50,51ккг

КоличествоWN2ФвФгазахЖ702,57+0,35=702,92Дкг

(ВесьФазотФпереходитФвФгазы).

ПравильностьФрасчётаФпроверяемФсоставлениемФматериальногоФбаланса.

Таблица 2.ФМатериальныйФбалансФгорения.

Приход, кг	Расход, кг
Топливо 100 Обогащенный воздух 912,43	Дымовые газы 999,657 Зола 12,78
1012,43	1012,437

Избыточный кислород переходит в газы = 78,697кг

Переведем массу в объем.

Расчет будем производить, используя молярную массу и молярный объем методом пропорции:

CO2

22.4 - 44 х=162,87*22,4/44=82,915 мі

х-162,87

Н2О

22,4 - 18 х=50,51*22,4/18=62,857 мі

х - 50,51

N2

22.4 - 28 x=702.92*22.4/28=562.336 мі

О2

22,4Ф-32 х=78,697*22,4/32=55,09 мі

x - 78.697

SO2

22.4 - 64 x=4.66*22.4/64=1.63 мі

х - 4,66

Данные расчета сводим в таблицу.

Таблица 3. Состав дымовых газов.

Комп. Кол-во	Кг.	%, m	мі	%, V
CO2	162,87	16,3	82,915	10,84
Н2О	50,51	5,07	62,857	8,21
SO2	4,66	0,46	1,63	0,21
N2	702,92	70,3	562,336	73,52
О2 изб.	78,657	7,87	55,09	7,22
Итого	999,657	100	764,828	100

2.1.3 Определение температуры горения

1) Определим теплоту сгорания топлива:

Qн = 340*44,42+1260*2,39-109(8,74-2,33)-25(29+9*2,39)= 16152,76кДж/кг

2) Определить количества тепла от горения топлива:

Qгор.топ=100*16152,76=1615276кДж/кг

3) Определить количество тепла, вносимое в печь воздухом.

Qподогр.воз= 707,31*1,3181*300=279691,59кДж

4) Определить общее количество тепла:

? Q=Qгор.топ.+Qподогр.возд.

? Q=1615276+279691.59=1894967.5кДж

5) определить количества тела, приходящегося на каждый Мі отходящих газов (теплосодержание - энтальпия)

i0 =Q ?/ Vот.г =1894967,5/764,828=2477,6кДж/мі

где,

? Q- общее количество тепла кДж,

Vот.г - объем отходящих газов, Мі

t - задаваемая температура, ъ С;

I0 - удельная энергия, кДж/Мі

Задается возможной температурой горения t1 =1500 ъC

i1=1500(0.1084*2.3636+0.0821*1.8389+0.0021*2.3636+0.7352*1.4470+ +0.0722*1.5312)=2379кДж/Мі

Т.к. энтальпия i1 получилась меньше i0 увеличиваем температуру на 200ъС

и I2 =1700(0.1084*2.4042+0.0821*1.8841+0.0021*2.4042+ 0.7352*1.4625+0.0722*1.5483)=2731.9кДж/Мі

I1 <i0 <i2 , температуру горения находим по формуле:

tx = t1+i0-i1/i2-i1*(t2-t1)= 1500+(2477.6-2379)/ (2731,9-2379)* *200=1555,88ъС

2.2 РАСЧЁТ ГАЗОХОДНОГО ТРАКТА ПЕЧИ С ГРАФИЧЕСКИМ ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ПРИ ДВИЖЕНИИ ГАЗА ПО ЗАДАННОМУ ЭСКИЗУ ГАЗОХОДА

Исходные данные:

расход топлива-13%

ёмкость печи-200 т

время плавки-15 ч

размеры газохода : а=3,5 м, б=4,5 м, в=5,5 м.

Необходимо определить секундный объем отходящих газов, V0.

1) Определяем суточную производительность печи:

200 т - 15 ч

х - 24 ч х= 24*200/15=320 т/сут.

2) Определяем секундную производительность печи :

сек. произ. = сут. произ./24*3600=320/86400=3,704 кг/с

3) Определяем секундный расход условного топлива:

сек. р.=сек.произ.*%РУТ/100=3,704*13/100=0,48 кг/с

4) Находим калорийный эквивалент:

Эк=Q p.m./Q y.m.=16152.76/29310=0.55 Рад

5) Определяем секундный расход реального топлива:

сек.рас. р.т.=сек.рас.усл.т./Эк=0,48/0,55=0,87 кг/с

6) Определяем секундный объем отходящих газов:

100кг - 764,828 мі х=754,828*0,87/100=6,65 мі/с

0,87кг- х мі

P0=m/V0=999.657/764.828=1.3 кг/мі,

Где m - масса отходящих газов, кг;

V0 - объем отходящих газов, мі.

2.2.2 Определение высоты дымовой трубы

Определим суммарную потерю напоров газа по заданному эскизу газохода.

1)Находим потерю напора при повороте на 90ъ

h пов. =К пов. *(W0 І/2)*p0(1+бt),

где К пов. - коэффициент поворота на 90ъ (справочная величина, зависящая от отношения площади сечений);

W0 - скорость газа при н. у. ,м/с;

P0 - плотность газа при н. у., кг/мі;

б - температурный коэффициент расширения;

t - температура газа в данном месте газохода (принимаем согласно данным по рисунку 1)

W0=V0/F,

Где V0 - секундный объем отходящих газов, мі/с;

F - площадь сечения, мІ.

Fa-a=(2.5+2.8)/2*4.4=11.66 мІ

Fб-б=2,2*1,4=3,08 мІ

Fа-а/Fб-б=3,08/11,66=0,26

отсюда К=1,7

W0=V0/F=V0/(Fа-а+Fб-б)=6,65/(11,66+3,08)=0,45 м/с

h пов.= 1,7*(0,45І/2)*1,3*(1+(1/273)*800)=0,88 Па

2)Определяем потерю напора на опускание газа вниз:

h оп.=Н*g ( pв - pг),

где Н - высота опускания газа, м: Н=а;

g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с

pв - плотность воздуха, pв = 1,29 кг/мі;

pг - плотность газа, кг/мі.

pг= p0/(1+бt)= 1.3/(1+750/273)=0,35 кг/мі,

где б- температурный коэффициентрасширения1/273 К;

t - температура газа в данном месте газохода (принимаем согласно данным рисунка)

h оп. =3,5*9,8(1,29-0,35)=32,242 Па

3)Определяем потерю напора на трение в вертикальном канале:

h тр. = К тр.* (W0 І/2)*p0 (1+бt),

где Ктр. - коэффициент трения;

W0 - скорость газа при н. у., м/с

p0 - плотность газа при н.у. , кг/мі;

dб-б= 4F/P=4*2,2*1,4/((2,2+1,4)*2)=1,71

Ктр. =?*(L/d)= 0,05*935/1,71)=0,1

W=V0/Fб-б=6,65/3,08=2,16 м/с

hтр=0.1*(2.16І/2)*1.3(1+750/273)=1.14 Па

4)Определяем потерю напора при повороте на 90?:

hпов=Кпов*(W0 І/2)*p0(1+бt)

W0=V0F=V0/(Fб+Fв);

Fв-в=1,8/2*2=3,8 мІ;

Fв-в/Fб-б=3,8/3,08=1,2 отсюда Ктр=1,15;

W0=6.65/(3.08+3.8)=0.97 м/с;

h пов.= 1,15*(0,97І/2)*(1+750/273)=2,03 Па

5)Определяем потерю напора на трение до рекуператора:

hтр=Ктр*(W0І/2)p0(1+бt)

Ктр=?*(L/d)=0,05*(4,5/1,71)=0,13

W0=V0/Fв-в=1,7/3,8=0,45 м/с,

Где V0 - секундный объем газов, мі/с;

Fв-в - площадь сечения, мІ.

hтр=0.31*(1,75І/2)*1,3(1+700/273)=0,9 Па

6)Определяем потерю напора на сопротивление рекуператора: воздухонагревателя:

hрек=а*g(n+m)Tcp*W0 І*10П4,

где а - коэффициент, зависящий от поверхности труб рекуператора, а=0,61

g - ускорение свободного падения, g=9,8;

n - число труб в рекуператоре, n=2;

m - число секций в рекуператоре, m=4;

Тср - средняя температура в рекуператоре (согласно данным по рисунку 3 )

Т=(700+450)/2+273=848 К

W0- скорость газа в рекуператоре,

W0 = V0/Fр,

Где Fр- площадь сечения труб в рекуператоре, Fр=1мІ;

W0 = 6.65/1=6.65 м/с.

hрек=0.61*9,8*6848*6,65І*10П 4=134,44 Па

7)Определяем потерю напора на сопротивление шибера:

hш=Кш*(W0І/2)*p0(1+бt),

где Кш - коэффициент, учитывающий потерю напора на преодоление шибера, Кш=4,02

W0=V0/Fб-б=6,65/3,08=2,16 м/с;

hш=4,02(2,16І/2)*1,3(1+450/273)=32,24 Па

8)Определяем потерю напора после рекуператора:

hтр=Ктр*( W0І/2)* p0(1+бt), где

Ктр-?*L/d L=в=5,5

d=1,71

?=0,05

Ктр=0,16

W0=V0/Fв-в=6,65/3,8=1,75 м/с

hтр=0,16*(1,75І/2)*1,3*(1+450/273)=5,82 Па

9) Определяем потерю напора при повороте в трубу:

hпов=Кпов**(W0І/2)*p0(1+бt),

Кпов=1,15;

W0=V0/Fв-в=6,65/3,8=1,75 м/с;

hпов=1,15*(1,75І/2)*1,3*(1+450/273)=5,65 Па

10)Определяем суммарную потерю напора:

h?=0.88+32.242+1.14+2.03+0.9+134.44+32.24+5.65+5.82=215.342 Па

2.3 РАСЧЕТЫ ПО ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ

2.3.1 Расчет для печной стенки из шамота без изоляции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Стенка без изоляции.

S1=0.23м л1=1.163Вт/мІ ъс tґ=900 ъC б1 =122,12 Вт/мК F=10мІ

S2=0.13м л2=0.349Вт/мІ ъс tґґ=6 ъC б2 = 16,28 Вт/мК

1)Находим частные тепловые сопротивления:

r1=1/ б1 =1/122.12=0.008мІК/Вт

r2 =S1/ л1=0.23/1.163=0.198 мІК/Вт r3=1/ б2=1/16.28=0.061 мІК/Вт

2)Находим общее тепловое сопротивление:

R= r1+ r2+ r3=0.267 мІК/Вт

3)Находим общий коэффициент теплопередачи:

К=1/R=1/0,267=3,745 Вт/мІК

4)Находим плотность теплового потока:

q1=K*( tґ+ tґґ)=3.745*(900-6)=3348.03Вт/мІ

5)Находим тепловой поток:

Q=q*F=3348.03*10=33480.3Вт

6)Находим температуру на стыке слоев:

t1= tґ- q/ б1=900-3348.03/122.12=872.584ъ C

t2= t1-q*S1/ л1=872.584-(3348.03*0.23/1.163)=210.462ъ C

2.3.2 Расчет для печной стенки с одним слоем изоляции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3. Стенка с одним слоем изоляции.

Все расчеты ведем аналогично предыдущему варианту с тем условием, что добавился еще один слой.

1)Находим частные тепловые сопротивления:

а) тепловое сопротивление при передаче тепла от газа к стенке:

r1=1/ б1 tґ=1/122,12=0,008 мІК/Вт

б) тепловое сопротивление при передаче тепла через стенку со слоем теплоизоляции:

r2=S/ л1+S2/ л2=0.57 мІК/Вт

в)тепловое сопротивление с внешней стороны стенки:

r3=1/ б2=1/1,28=0,4 мІК/Вт

2)Находим суммарное тепловое сопротивление:

R= r1+ r2+ r3=1.12 Вт/мІк

3)Находим общий коэффициент теплопередачи:

К=1/R=1/1.192=1.313 Вт/ мІ к

4)Находим плотность теплового потока:

q2=K*( tґ- tґґ)=1.313*(900-6)=1173.822 Вт/мІ

5)Находим тепловой поток:

Q=q*F=117382,2 Дж

Найдем температуру на стыке слоев, учитывая, что количество тепла, проходящего через каждый слой должно быть одинаковым, тогда можно вывести следующую формулу:

Q=б1( tґ- tґґ),

отсюда

t1= tґ-q/ б1=888.543 ъC

Находим температуру внешней поверхности стенки, t2:

t2= t1-q*S1/ л1=611.849 ъC

t3= t2- q*S2/ л2=90.69 ъC

2.3.3 Расчет для печной стенки из шамота с двумя слоями изоляции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4. Стенка с двумя слоями изоляции.

1)Находим частные тепловые сопротивления:

r1=1/ б1 =1/122.12=0.008мІК/Вт,

r2 =S1/ л1+2 S2/ л2=0,23/1,163+2*0,13/0,349=0,943 мІК/Вт,

r3=1/ б2=1/1,28=0,4 мІК/Вт

2)Находим общее тепловое сопротивление:

R= r1+ r2+ r3=0,008+0,943+0,61=1,012 мІК/Вт.

3)Находим коэффициент теплового потока:

К=1/R=1/1,012=0,988 Вт/ мІ к.

4)Находим плотность теплового потока:

q3= K*( tґ- tґґ)=0.988*(900-6)=883.272 Вт/мІ

5)Находим тепловой поток:

Q=q3*F=883.272*10=8832.72Дж

6)Температура на границе печи - внутренняя стенка печи находится по формуле:

t1= tґ-q3/ б1=900-883,272/122,12=892,767ъ С;

t2= t1-q3*S1/ л1=892,767-883,272*0,23/1,163=718ъ С;

t3= t2- q3*S2/ л2=718-883,272*0,13/0,349=389 ъС

t4= t3- q3*S2/ л2=883.272*0.13/0.349=60 ъC

Определяем снижение потерь тепла во 2 и 3 вариантах по сравнению с вариантом 1:

?q=(q1-q2)/ q1 *100%=(3348.03- 1173.822)/ 3348.03*100=64.9

Для стенки с двойным слоем изоляции:

?q=(q1-q3)/ q1 *100%=(3348.03- 883.272) / 3348.03*100=73,6

Вывод: в третьем варианте потеря тепла минимальна, это доказывает эффективность использования теплоизоляционных материалов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Арутюнов В.А., Миткалинный В.И., Старк С.Б. Металлургическая теплотехника. Т. 1. М., «Металлургия», 1974.

2.Крапухин В.В., Печи для цветных и редких металлов. М.:Металлургия, 1985.

3.Михеев М.А, Михеева И.М. Основы теплопередачи. М., «Энергия»,1973.

Размещено на Allbest.ru

...