Теплотехнический расчет трубчатой вращающей печи 28х2,3 м

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ПЕРМСКОГО КРАЯ

Государственное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение

«Соликамский горно-химический техникум»

Отделение заочное

Специальность 22.02.02

Курсовой проект

Теплотехнический расчет трубчатой вращающей печи 28х2,3 м

КП 22.02.02 00.00.00 ПЗ

Студент М.В. Полежаев

группа МЦМ-5

Преподаватель И.П. Патрушева

Нормоконтроль Н.Л. Пономаренко

Соликамск 2016

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Соликамский горно-химический техникум»

(ГБПОУ «СГХТ»)

ЗАДАНИЕ

для курсового проекта по МДК. 2.1 Теплотехника ПМ 02. Обслуживание основного, вспомогательного технологического оборудования и коммуникаций

студенту _V_ курса группы _МЦМ_

специальности 22.02.02 Металлургия цветных металлов

ФИО Полежаев Михаил Викторович _______________________________

Тема курсового проекта Теплотехнический расчет трубчатой вращающейся печи 28х2,3 м___

Данные по проекту ________________________________________________________________

В курсовом проекте должны быть разработаны и изложены:

ВВЕДЕНИЕ (кратко описать цель, задачи курсового проекта. Можно кратко раскрыть вопросы экологии металлургического процесса) - 1-2 стр.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ - 5-7 стр.

1.1 Конструкция и принцип работы металлургической печи

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ - 23-28 стр.

2.1 Расчет горения топлива

2.2 Расчет газохода и дымовой трубы

2.3 Расчет теплопотерь через многослойную стенку

2.4 Расчет теплового баланса и КПД печи.

ВЫВОДЫ (привести конкретные результаты проектных расчетов, сделать краткий анализ достижения цели, решения задач курсового проекта.) - 1-2 стр.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ (не менее 5 источников, последних лет издания) - 1-2 стр.

ПРИЛОЖЕНИЯ (при необходимости, вынести в приложения эскизы, таблицы, графики и т.д.)

ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Общий вид металлургической печи с достаточным и необходимым количеством видов и разрезов - не менее 1 листа формата А1.

дата выдачи «___»____________2015 г.

срок окончания «___»__________2016 г.

Преподаватель _________ /И.П. Патрушева/

РЕЦЕНЗИЯ

на курсовой проект

Ф. И. О. (студента) _____________________________________________

специальность 22.02.02 Металлургия цветных металлов

Тема курсового проекта Теплотехнический расчет трубчатой вращающейся печи 28х2,3м

Количество листов чертежей не менее 1 листа формата А1__________

Количество страниц пояснительной записки 31-41_______

Заключение о степени соответствия выполненного курсового проекта заданию ____________________________________________________________________________________________________________________________________

Проявленная обучающимся самостоятельность при выполнении курсового проекта. Плановость и дисциплинированность в работе. Умение пользоваться источниками __________________________________________________________________

Оценка качества выполнения графической части курсового проекта ____________________________________________________________

Перечень положительных качеств курсового проекта ___________________________________

Недостатки курсового проекта ______________________________________________________

Оценка курсового проекта __________________________________________________________

Нормоконтроль _______ /Пономаренко Н.Л./ «_____» _________2016 г.

подпись расшифровка подписи

Руководитель __________ /Патрушева И.П./ «_____» __________2016 г.

подпись расшифровка подписи

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Аппаратурно-технологическая схема производства

1.2 Конструкция и принцип работы вращающейся печи

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет горения топлива

2.2 Расчет газохода

2.3 Расчет теплопотерь через многослойную стенку

2.4 Расчет теплового баланса и КПД печи

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Разнообразие промышленных печей, используемых в металлургических цехах, вызывает необходимость подразделения их на основные группы. По условиям теплопередачи печи подразделяют на печи с теплопередачей преимущественно излучением и конвекцией.

По тепловому режиму печи подразделяют на печи, работающие по камерному режиму, и печи, работающие по методическому режиму. В печах, работающих по камерному режиму, температура рабочего пространства остается постоянной на протяжении всего времени работы печи. В печах, работающих по методическому режиму, температура в печи изменяется по длине печи или во времени.

Основная часть магния в России производится из карналлита, что объясняется большими запасами качественного карналлита, которыми располагает наша страна.

Общим для большинства технологических схем является необходимость получения полностью обезвоженного сырья.

На практике процесс обезвоживания карналлита осуществляют в две стадии: в первой удаляется основная часть влаги, и твердый продукт с содержанием 4-8% воды поступает в другой аппарат для окончательного удаления влаги и снижения содержания окиси магния. Первая стадия обезвоживания карналлита осуществляется во вращающихся печах. В последние годы для этой цели разрабатывалась конструкция печи кипящего слоя.

Наиболее распространен электролитический способ получения магния. В качестве непосредственного исходного сырья для получения магния электролизом применяют безводный хлористый магний или безводный карналлит, сырьем для которого служит обезвоженный карналлит. Карналлит обезвоживают во вращающихся печах, расплавляют в карналлитовых хлораторах, применительно к ОАО «Соликамский магниевый завод», и загружают в электролизеры. Хлористый магний, входящий в состав безводного карналлита, электролитически разлагается на магний и хлор.

Основным поставщиком сырья, искусственного карналлита, является СКРУ-1 ПАО «Уралкалий».

В качестве альтернативного жидкого топлива применяют, как правило, мазут. В случае необходимости оснащаются насосно-циркуляционными системами, в которых мазут от насосов через подогреватель подается в циркуляционный трубопровод с отводами в непосредственной близости к потребляющим агрегатам. Весь неизрасходованный мазут возвращается в мазутохранилище через обратный клапан.

Перевод работы вращающихся печей с жидкого топлива, мазута, на газовое позволяет ликвидировать потери тепла с механическим и химическим недожогом, работать при меньших избытках воздуха, а значит, снижать потери с отходящими газами, что приводит к уменьшению расхода топлива.

Использование газового топлива позволяет значительно проще и дешевле осуществить комплексную автоматизацию работы промышленных печей.

Следует выделить одно важное достоинство газового топлива - возможность коренным образом изменять методы подвода тепла от продуктов горения к материалам, а, следовательно, возможность создавать новые более экономичные и производительные технологические аппараты, имеющие меньшие габариты и стоимость, позволяющие повышать качество выпускаемой продукции.

При переводе отделения вращающихся печей на природный газ (основной вид топлива), в качестве резервного топлива остается мазут с существующим мазутным хозяйством.

1. Технологическая часть

1.1 Аппаратурно-технологическая схема производства

1- загрузочная течка, 2-питатель, 3-бункер, 4-смесительная камера, 5-вентилятор вторичного дутья, 6 -вентилятор первичного дутья, 7-дробилка, 8-топка, 9-транспортер, 10-венцовая шестерня, 11-подвенцовая шестерня, 12-опорный ролик, 13-бандаж, 14-барабан вращающей печи, 15-боров, 16-разгрузочные устройства пылевой камеры, 17-пылевая камера, 18-транспортер, 19-элеватор.

Рисунок 1 - Аппаратурно-технологическая схема обезвоживания карналлита

карналлит магний печь

Со склада обогащенный карналлит скреперной лебедкой с ковшом, скребковыми транспортерами, элеватором, ленточными транспортерами подается в бункера вращающихся печей, откуда скребковыми питателями, производительность которых можно регулировать в желаемых пределах, по течкам подается на холодный конец барабанов печей, откуда он перемещается в направлении топки вдоль продольной оси барабана, постепенно нагревается встречным потоком топочных газов и теряет воду, которая в виде пара удаляется с отходящими газами.

Обезвоженный в печах карналлит через дробилки поступает на скребковые транспортеры, затем на элеваторы, откуда по течкам и транспортерам подается в загрузочные бункера карналлитовых хлораторов или по течкам в силоса.

Резервное топливо, мазут, подается в топки вращающихся печей от магистрального мазутопровода, предварительно нагревается в подогревателе трубчатого типа до температуры 100120 ^оС.

Мазут в печи подается из одного бака (в то время как другой подогревается) через теплообменник, в котором его температуру поднимают до 100?С. Кроме того, имеются: фильтр для очистки мазута, два насоса, воздушный ресивер для выравнивания давления, а также система трубопроводов. Применяют также установку теплообменников и насосов в мазутохранилище, откуда мазут подают потребителям по трубопроводам с паровыми спутниками.

Карналлит загружают в барабан с противоположного входу топлива конца; при вращении барабана материал передвигается вдоль барабана по направлению к топке, поднимается перегребающими устройствами - полками, и пересыпается сверху вниз, что улучшает контакт его с топочными газами и препятствует образованию комков.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет горения топлива

В топке вращающейся печи протекает процесс горения мазута в основе которого лежат реакции горения углерода, водорода, серы:

С+О₂= СО₂

Н₂+1/2О₂=Н₂О

S+О₂=SO₂

При подаче в топку хлорсодержащих газов содержащийся в них хлор, взаимодействуя с водяными парами продуктов горения природного газа, превращается в хлорид водорода по реакции:

С1₂+ Н₂О = НСI + 0,5 О₂,

Оксид углерода сгорает по реакции:

СО + 0,5 О₂ = СО_2.

Разбавленные вторичным дутьем в смесительной камере горячие газы поступают в барабан вращающейся печи.

Исходные данные: исходное топливо - мазут; элементарный состав жидкого топлива, %: С - 80; Н - 5,2; N - 1,9; О - 4,6; S - 0,5; А - 7,8; W^р - 4.

Пересчитываем сухой состав топлива на рабочую массу:

А^р = А^{с .} /1, с.98 /

С^{р =} С^{с .} %

Н^р = Н^с.

О^р = О^{с .} •0,96 = 4,416%

S^p = S^{с . .} 0,96 = 0,48%

N^p = N^{с . .} 0,96 = 1,824%

W^р = 4 %

Итого ? = 100%

Расчет расхода воздуха и объема продуктов сгорания ведется в табличной форме. Для удобства расчет ведется на 100 кг топлива. Результаты расчета представлены в таблице 1.

Находим низшую теплоту сгорания топлива по формуле Д.И. Менделеева, когда испарившаяся влага сохраняется в виде пара в дымовых газах.

Q^р_н = 339.1 C^p +1256 H^p - 148.86(O^p - S^p) -28(W^p + 9H^p) /1, с.101 /

где - C^p, H^p, O^p , S^p, W^p ,H^p - содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).

Q^р_н= 339,1•76,8+1256•4,992-148,86(4,416-0,48)-28(4+9•4,992)=30358,51 кДж.

Находим энтальпию продуктов горения

i_o = Q^p_н M/ V_пр /1, с.98 /

где: Q^p_н - низшая теплота сгорания топлива,

М - масса топлива, взятая за 100 кг,

V_пр - объем продуктов сгорания

i_o = 30358,51•100/840,11 = 3613,64 кДж/м³

Задаёмся возможной t⁰ горения t_k = 1100^oС. Для этой температуры удельная энтальпия продуктов горения:

i_CO2 = 0,15744•2,2593•1100 = 391 кДж/м³

i_N2 = 0,73412•1,4056•1100 = 1135,1 кДж/м³

i_H2O = 0,12826•1,7397•1100 = 245 кДж/м³

i₁= i_CO2+ i_N2+ i_H2O = 391+1135,1+245 = 1771,1 кДж/м³

Т.к. i₁<i₀, то повышаем t⁰_k до 2500 ⁰С и снова проводим расчет:

i_CO2 = 0,13598•2,5214•2500 = 857,15 кДж/м³

i_N2 = 0,73412•1,5144•2500 = 2779,38кДж/м³

i_H2O= 0,1295•2,0307•2500 = 2500,26 кДж/м³

i₂ = 6136,79 кДж/м³ , получаем i₁ < i₀ < i₂

Интерполяцией находим t⁰ горения, при которой сгорает топливо

t_k = t_k1 +

t_k = 1100 + ^?C

Истинная температура горения топлива - 1688^?С.

Таблица 1 - Расчет горения топлива

Компоненты, участвующие в горении	Продукты сгорания, дымовые газы, кмоль
Топливо	Воздух, кмоль	СО2	H2O	SO2	N2	О2	ВСЕГО
составляющие	Содержание %	Масса 100 кг	Молекулярная масса	Количество молей	О2 21%	N2 79%	всего
б=1,0
N	1,82	1,82	28	0,065	-	7,53*3,76= 28,31	7,53+28,31=35,84 35,84*22,4=802,82 м3				0,065+ 28,31		28,375
C	76,8	76,8	12	6,4	6,4			6,4					6,4
H	4,99	4,99	2	2,495	1,25				2,495				2,495
O	4,42	4,42	32	0,138	-0,138							-	-
S	0,48	0,48	32	0,015	0,015					0,015			0,015
A	7,49	7,49	-	-	-								-
W (H2O)	4,0	4,0	18	0,22	-				0,22				0,22
?	100	100	-	-	7,53	28,31	35,84 802,82 м3	6,4	2,715	0,015	28,375		37,51 840,11 м3
	?, %	17,09	7,25	0,04	75,76	-	100
б=1,1
	?	8,28	31,14	39,42 883,01 м3	6,4	2,715	0,015	28,375	0,78	38,29 857,70 м3
	?,%	16,07	7,09	0,04	74,06	2,04	100

В результате расчета получено: при б=1,0 теоретический расход воздуха на 1 кг мазута V_в= 802,82 м³, а объем дымовых газов V_д.г.=840,11м³; при б=1,1 - коэффициент избытка воздуха, расход воздуха на 1 кг мазута V_в =883,01 м³, а объем дымовых газов V_д.г = 857,70м³.

Правильность расчетов проверяем составлением материального баланса. Составим материальный баланс при б=1,1.

Таблица 2 - Материальный баланс горения топлива

Поступило	Расход
1. топливо 100 кг 2. воздух О2 = 8,28 . 32 = 264,96 кг N2 = 31,14 . 28 = 871,92 кг	1.продукты сгорания СО2 = 6,4 . 44 = 281,6 кг Н2О = 2,715 . 18 = 48,87 кг SO2 = 0,015 . 64 = 0,96 кг O2 = 0,78 . 32 = 24,96 кг N2 = 28,375 . 28 = 794,45 кг 2. зола - A = 7,49 кг
Всего: 1236,88 кг	Всего: 1158,33 кг

Невязка баланса составляет: (1236,88-1158,33/1236,88)•100% = 0,23%, что приемлемо для подобных расчетов.

2.2 Расчет газохода

Определим потери напора при движении газов в газоходе вращающей печи. Печь работает на мазуте. Количество продуктов горения, образующихся при сжигании мазута V = 56,568 м³/с. Подсос воздуха в конце рабочего пространства печи составляет 5% от общего количества дымовых газов. Плотность газов с_0г=1,3кг/м³.

2.3 Расчет теплопотерь через многослойную стенку

Из расчета горения топлива и по данным курсового проекта известна теплота при его сгорании Q^Р_Н= 33125,7605кДж/м³, также рассчитана калориметрическая температура при полном сжигании топлива t'_k= 1744 ⁰C

t^”- температура в цехе 25 ⁰С

f = 48,82 м² - площадь стенки

Стенка печи на «холодном» конце футерована графитовой плиткой. Толщина стального кожуха S₃ = 0.005 м, толщина асбеста S₂ = 0,005 м, толщину графитовой футеровки определим при расчете. Теплопроводность материалов слоев стенки печи принимаем по справочным данным:

= 0,148 Вт/ м ^.К - графит

= 63 Вт/ м ^.К - сталь

= 0,1 Вт/ м ^.К - асбест

Из чертежа определяем расчетные размеры стенки:

R = 1155 мм - внутренний радиус стенки,

l = 10 м - длина участка стенки, футерованного графитовой плиткой.

Q=

где рl -площадь;

Q = 3.14·10·(150-25)/(1/2·0,148)· ln (1155/1105)+ (Ѕ·63)· ln (1167/1155)= 3925/ 3,378·0,044+0,0079·0,0099 = 26399,33Вт

2.4 Расчет теплового баланса и КПД печи

Для того чтобы обеспечить получение нужной температуры, в печи должно выделяться определенное количество тепла за счет преобразования электроэнергии или горения топлива. Количество тепла, выделяемое в печи в единицу времени для данного момента времени, носит название тепловой нагрузки печи. Тепловая нагрузка печи может изменяться во времени в соответствии с требованиями технологического процесса, проводимого в печи, или по другим причинам.

Тепловая нагрузка печи может быть определена из теплового баланса печи, в котором учитываются все статьи прихода и расхода тепла (полезные затраты и потери). В результате определяется общее количество тепла, которое должно быть подведено к печи в единицу времени путем сжигания топлива.

В топливных печах учитываются следующие статьи прихода тепла.

Тепло от горения топлива. При расходе топлива В=390480 кг/ч и теплоте сгорания топлива Q^р_н= 33125,7605 кДж/кг, получим:

где числовой множитель 0,278 -- коэффициент перевода размерности кДж/ч в Дж/с.

Q_топл = 0,278•400•33125,7605 = 3683584,57 Дж/с

Физическое тепло воздуха. Если воздух, поступающий для горения топлива, предварительно подогревается, то учитывается тепло, вносимое подогретым воздухом:

где L -- практический расход воздуха на единицу топлива, м³/кг; из расчета табл.1;

с_в.ср - средняя теплоемкость воздуха, кДж/(м³•К);

t_в - температура нагрева воздуха, ?С.

Q _{нагр. возд.} = 0,278•838,21•1.48·365·400= 50351475,87 Дж/с

Расход тепла на технологические нужды. Эта статья определяет полезно затрачиваемое тепло на осуществление технологического процесса и включает в себя в общем случае, нагрев карналлита, а также на компенсацию тепловых эффектов реакций, происходящих в карналлите при нагреве:

Q_техн = 2366000 Дж/с

Тепловой эффект считается положительным при эндотермической реакции (при затрате тепла) и отрицательным при экзотермической (выделении тепла). В соответствии с этим - знаки суммарного теплового эффекта и даже Q_техн могут быть положительными и отрицательными. Отрицательное значение показывает, что технологический процесс не требует подвода тепла, а, наоборот, при его протекании тепло выделяется. Выделенное тепло может быть настолько большим, что печь потребуется не нагревать, а охлаждать.

Часто расчет тепла, затрачиваемого на технологические нужды, значительно осложняется из-за малой изученности химических процессов, происходящих в шихте при нагреве. В этом случае можно экспериментально в лабораторных условиях найти тепло, необходимое для проведения данного технологического процесса, относя его к единице массы шихты.

Физическое тепло отходящих газов. Дымовые газы -- продукты горения топлива при выходе из рабочего пространства печи в боров -- уносят определенное количество тепла. Если известны состав продуктов горения и их количество, образующееся при сжигании единицы топлива, а также температура их при выходе из печи (зоны печи), то физическое тепло отходящих газов может быть вычислено по формуле

где V₁, V₂, …, V_n - составляющие продуктов горения топлива в объемных долях;

с₁, с_2, …, с_n - их средние теплоемкости, кДж/(м³•К);

t_д - температура отходящих газов, ?С.

Q _д.г. = 0,278•110 (15,08·1,73+7,49·1,5+75,567·1,3+1,81·1,32)400= 1687465,56 Дж/с

При определении потерь тепла с отходящими газами необходимо учитывать подсос воздуха в рабочее пространство печи. Количество дымовых газов соответственно увеличивается.

Потери тепла через кладку печи. Эта статья потерь учитывает потери через боковые стенки, под и свод печи. Эти потери тепла рассчитывают для цилиндрической стенки по уравнению:

Q=

Для снижения потерь тепла через стенку их обычно выполняют многослойными. При этом внутренние слои делаются из огнеупорного материала, способного выдержать требуемую температуру печи и противостоять химическому и механическому воздействию нагреваемого материала и атмосферы печи.

Последующие слои выполняются из теплоизоляционных материалов, обладающих возможно меньшей теплопроводностью и выдерживающих температуру в данном месте кладки.

За температуру окружающей среды принимают температуру помещения, в котором находится печь t_возд.

Q = 26399,33 Вт

Неучтенные потери. Трудность учета ряда статей потерь тепла в печи (неполнота сгорания топлива, выбивание и подсос газов, ухудшение плотности кладки при работе печи, тепловые короткие замыкания металлическими деталями, закладываемыми в кладку, и др.) приводит к необходимости увеличения общего расхода тепла в зависимости от полноту учета расхода тепла.

Неучтенные потери = 49955195,55

Расход топлива находится из теплового баланса. Для этого суммируют все статьи прихода и расхода, из равенства находят расход топлива.

Тепловой баланс окончательно представляют в виде таблицы, состоящей из двух частей - прихода и расхода тепла.

Таблица 4 - Тепловой баланс

приход	расход
Тепло от горения топлива	3683584,57	Расход тепла на технологические нужды	2366000
Физическое тепло воздуха	50351475,87	Физическое тепло отходящих газов	1687465,56
		Потери тепла через кладку печи	26399,33
		Неучтенные потери	49955195,55
всего	54035060,44	всего	54035060,44

Невязка баланса 0%.

Из теплового баланса находится еще один важный показатель работы печи -- коэффициент полезного действия. КПД печи показывает, какая часть подводимой энергии используется на проведение технологического процесса и служит показателем эффективности использования топлива или электроэнергии в печах. КПД определяют при проектировании печи из расчетного теплового баланса. Для оценки эффективности работы действующей печи во время ее работы снимают данные для составления теплового баланса, из которого находят действительное значение к. п. д. и делают выводы о путях его повышения.

Коэффициент полезного действия печи (КПД) - отношение полезно затраченного тепла Q_техн ко всему подведенному теплу Q_общ:

Если подогрев топлива и воздуха осуществлен за счет тепла отходящих газов, то эти величины в приходе тепла не учитываются, тогда

з_печи= 236600 / 3683584,57 = 0,64

Общий КПД целесообразно представить в виде произведения

Коэффициент использования топлива показывает, какая доля тепла, подведенного с топливом, передается печи; он характеризует эффективность работы топливосжигающих устройств, использование тепла отходящих газов.

Тепловой КПД печи показывает, какая доля тепла из переданного печному пространству расходуется полезно; он зависит в основном от конструкции печи (тепловой изоляции), наличия транспортных устройств, потерь тепла на нагрев кладки при периодической работе и т. д.:

з_печи = 236600 / 3683584,57 = 0,64

= 1 • 0,6423 = 0,64

ВЫВОДЫ

Любая металлургическая печь предназначена для проведения определенного технологического процесса, характеризующегося необходимой для него температурой. Печь должна обеспечить достижение нужной температуры и возможность заданного изменения ее во времени. Кроме того, температура внутри печи может изменяться по высоте и длине печи. Все это определяет температурный режим печи, являющийся одной из основных характеристик ее тепловой работы.

Повышение экономической эффективности металлургического производства связано с экономией топлива и электроэнергии, потребляемых печами. На основе анализа теплового баланса действующей печи путем сопоставления относительных значений потерь тепла можно выявить наиболее значительные потери и определить характер мероприятий по экономии топлива и электроэнергии. Часто повысить эффективность металлургических печей позволяют организационные мероприятия, снижение потерь через стенки и с отходящими газами.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Крапухин В.В. Печи для цветных и редких металлов. М: Металлургия, 1980 г.

2. Кревандин В.А., Филимонов Ю.П. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей, том 1, М: Металлургия, 1986 г.

3. Тымчак В.М. Расчет нагревательных и термических печей. М: Металлургия, 1983 г.

4. Мастрюков Б.С. «Теория, конструкция и расчет металлургических печей».Т.2. Расчеты металлургических печей, М.: «Металлургия», 1978.272с.

5. Интернет-ресурсы

Размещено на Allbest.ru

...