Расчет методической трехзонной толкательной печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Расчётно-пояснительная записка

К курсовой работе

На тему: расчет методической трёхзонной толкательной печи

Нормоконтролёр Реш А.Г

Руководитель Берсенева И.А

автор проекта Юлин В.С.

Челябинск 2021



Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по дисциплине «Промышленные печи»

для студентов по направлению 22.03.02

Факультет: Энергетический

Группа: ПЗ-238

Студент: ***.

Исходные данные:

Наименование печи: трёхзонная методическая толкательная печь

Производительность: 160 т/ч

Нагреваемый металл: 20

Начальная температура материала: tн =20 єС

Конечная температура материала (поверхности): tпк = 1230°С

Конечный перепад температур по сечению слитка, заготовки: Д tк = 15°С

Вид топлива, калорийность: доменный - 40 % ; коксовый - 60 %

Химический состав газов, %

газ	СН4	C2Н6	СО2	О2	СО	Н2S	Н2	N2	Влажность
Доменный	0.3	-	12.5	0.2	27.0	-	5.0	55.0	40
Коксовый	25.5	2.3	2.4	0.5	6.5	-	59.8	3.0	35
Природный	93.8	4.9	0.6	-	-	-	-	0.7	50

Температура уходящих газов: 800°С

Температура подогрева воздуха: и газа:

Размер заготовки 130х260х7000 мм

Руководитель курсовой работы: Берсенева И.А.

Зав. кафедрой ПТЭ Осинцев К.В.

Дата сдачи:



Аннотация

Юлин В.С.. - трёхзонная методическая толкательная печь :

ЮУрГУ. Э, 2021, с.

В пояснительную записку входит расчет основных размеров печи, продолжительности нагрева заготовки в различных зонах печи. Определение приходных и расходных статей баланса и на их основе определение расхода топлива, технологического КПД и коэффициента использования топлива.



Содержание

Введение

1. Расчёт горения топлива

2. Температурный режим нагрева металла

3. Нагрев металла

3.1 Методическая зона

3.1.1 Расчет коэффициента теплоотдачи в методической зоне

3.1.2 Нагрев металла в методической зоне

3.2 Сварочная зона

3.2.1Определение коэффициента теплоотдачи в сварочной зоне

3.2.2 Нагрев металла в сварочной зоне

3.3 Томильная зона

3.3.1 Нагрев металла в томильной зоне

4. Длина печи и напряжение пода

5. Тепловой баланс печи

5.1 Расход тепла

5.1.2 Потери тепла излучением через открытые окна

5.1.3 Потери тепла с охлаждающей водой

5.1.4 Тепло затраченное на нагрев металла

5.1.5 Неучтенные потери тепла

5.2 Расход топлива

5.3 Приход тепла

5.4 Тепло уносимое продуктами сгорания

5.5 Приходные и расходные статьи баланса

5.6 Технологический К.П.Д.

5.7 Коэффициент использования топлива

Заключение

Литература



Введение

Основной задачей управления процессом нагрева металла в методической печи является выбор и поддержание такого теплового режима, чтобы получить металл, прогретый равномерно по сечению до заданной температуры, с заданной кристаллической структурой и обладающий заданными не химическими свойствами, а также обеспечить нужный процесс и до минимума уменьшить угар (окисление) металла, создать экономичную, безопасную и безаварийную работу печи. Система регулирования температуры предназначена для поддержания заданной температуры в каждой зоне печи в отдельности, с учетом изменения производительности. Поддержание температуры в каждой зоне производится изменением подачи газа в каждую зону. Температура в печи должна поддерживаться с высокой точностью.

При увеличении температуры металл теряет свою кристаллическую решетку, она начинает распадаться, будет происходить оплавление слитков, они становятся мягкими и теряют свои характеристики. Так же будет увеличиваться количество угара. Кроме получения бракованных слитков идет перерасход топлива, что ведет к неэкономной работе печи.

При уменьшении температуры в рабочем пространстве печи, слиток не равномерно прогревается по сечению. Непрогретый металл имеет жесткую форму и происходит коррозия металла, что приводит к невыполнению дальнейшей обработки.

В период нагрева металла, когда его температура и температура в печи ниже заданной, в печь подается максимально допустимое количество топлива. В период выдержки в верхней зоне регулятор обеспечивает необходимую температуру, изменяя расход газа. По мере прогрева металла тепловая нагрузка в печи снижается тогда, когда температура в печи становится меньше заданной. Величина максимальной тепловой нагрузки определяется стойкостью конструктивных элементов кладки, свода. При нагреве холодных заготовок из высокоуглеродистой и легированных сталей необходимо ограничивать скорость подъема температуры и тепловой нагрузки, чтобы избежать расстрескивание заготовок из-за возникновения больших термических напряжений.

На температуру и на ее изменения влияют:

изменение марки, размера заготовки;

изменение производительности печи;

открытие окон при загрузке, выгрузке заготовок и контроля параметров печи;

изменения параметров топлива (состав, давление, температура, теплота сгорания);

изменение параметров воздуха (давление, температура, влажность);

изменение соотношения “газ-воздух”;

изменение тяги дымовой трубы.

Методическая печь, как объект регулирования является объектом статистическим, т.е. имеет самовыравнивание. Это объект большой емкости и обдает большим запаздыванием. В процессе нагрева изменяются динамические параметры, коэффициент передачи и постоянная времени, что требует перенастройки средств регулирования в процессе работы.

Методические печи применяются, для нагрева металла перед прокаткой на сортовых и листовых прокатных станах.

Методическая печь разделена на зоны. Металл нагревается непрерывно, постепенно перемещаясь из одной зоны в другую. В каждой зоне поддерживается заданная для нее температура. Зоны имеют разное назначение:

а) методическая зона или зона предварительного нагрева:

Как правило, эта зона не отапливается. Нагрев металла осуществляется за счет тепла отходящих дымовых газов, поступающих из других зон.

б) сварочная зона:

Металл нагревается интенсивно за счет подачи тепла от теплоносителя.

в) томильная зона:

Происходит полный нагрев заготовки. Чем толще заготовка, тем больше температура и тепла необходимо для ее нагрева.

г) нижняя сварочная зона:

Служит для интенсивного нагрева металла снизу.

В методические печи загружают холодные или горячие (600-800 0С) заготовки. Заготовки подаются в печь через окно посада наиболее холодную часть печи, т.е. со стороны методической зоны так, чтобы их продольные оси были перпендикулярны продольной оси печи, а боковые грани соприкасались по всей длине. Уложенные таким образом заготовки занимают всю активную площадь печи. Когда очередная заготовка подается в печь, толкатель продвигает все заготовки вдоль печи в более горячую часть - к окну выдачи и выдается одна нагретая заготовка. Продвигаясь в печи, металл нагревается постепенно до определенной температуры за счет сгорания топлива, поступающего через инжекционные горелки, которые устанавливаются по шесть штук в верхней и нижней зонах по ширине печи. Для наилучшего горения в горелки поступает воздух из атмосферы. Перед тем, как топливо поступает в горелки, его подогревают в рекуператоре. Рекуператор нагревается с помощью отходящих дымовых газов. Температура нагрева воздуха должна быть не менее 300 0С. Это придает топливу эффективное и экономическое горение при нагреве металла.

Нагрев каждой марки стали, осуществляется по специальной инструкции.

При нагреве металла в сварочной зоне температура поверхности заготовки приближается к заданной, т.е. 1350 0С, в то время температура середины заготовки может быть еще низкой. Для ускорения нагрева заготовки служит нижняя сварочная зона, при наличии этой зоны в методической и сварочной зонах, заготовка лежит на водоохлаждаемых трубах. По ним слябы продвигаются в печи. А в области контакта с этими трубами на заготовки образуются холодные пятна. С целью выравнивания температуры по сечению заготовки и устранения холодных пятен предусматривается часть печи, где заготовку выдерживают на томильном огнеупорном поде. Эту часть печи конструктивно оформляют, как отдельную зону - томильная, с индивидуальным отоплением.

Продукты сгорания топлива, сжигаемого в томильной и сварочной зонах, отводятся через методическую зону, таким образом, в печи заготовка и продукты сгорания движутся противоточно.

После того, как металл нагрели до определенной температуры, его при помощи все тех же толкателей выталкивают из печи и по рольгангам он поступает на многоклетьевой стан.

Достоинства печи:

непрерывный характер работы и относительно стабильный тепловой режим;

методический, постепенный нагрев, что имеет большое значение для легированных сталей;

относительно небольшой удельный расход топлива на нагрев металла.

Недостаток печи - большое время нагрева заготовок вследствие того, что металл в печи греют лишь с двух сторон.



1. Расчёт горения топлива

Целью расчета является определение расхода воздуха, количества и состава продуктов сгорания.

Для отопления нагревательных печей главным образом применяют газообразное топливо. Состав газообразного топлива задается в виде процентного содержания составных компонентов смеси. Влага задается в виде массы воды на единицу объема сухого газа W, г/м3.

1) Пересчитаем состав сухого газа на влажный, для этого определим содержание водяного пара в газах (формула 1.1 [1])

а) Доменный :

б) Коксовый :

и состав влажных газов (формула 1.2 [1])

где: xiвл, xiс - объёмные доли компонента соответственно во влажных и сухих газах. Пересчитанные составы сводим в таблицу 1:

Таблица 1

газ	СН4	C2Н6	СО2	О2	СО	Н2	N2	Н2О	Сумма
Доменный	0,29	-	11,91	0,19	25,72	4,76	52,39	4,74	100%
Коксовый	24,44	2,21	2,3	0,48	6,23	57,3	2,87	4,17	100%
Смешанный	14,78	1,326	6,144	0,364	14,026	36,284	22,678	4,398	100%



2) Рассчитаем теплоту сгорания доменного, природного газов и их смеси (формула 1.5 [1]).

Где : - доли компонентов входящих в состав газа , в %

а) доменный газ:

б) коксовый газ:

Qpн2=0,1276,23+0,10857,3+0,35824,44+0,6362,21=17,135(МДж/м3)в) смешанный:

Qpнсм=Хдом Qpн1+ Хкокс Qpн2=0,4 3,88+0,6 17,135=11,833 (МДж/м3)

3) Рассчитаем состав смешанного газа (формула 1.4 [1]):

,

=14,78%

хсмС2Н6=00,4+2,210,6=1,326 %

хсмСО2=11,910,4+2,30,6=6,144%

хсмО2 =0,190,4+0,480,6=0,364%

хсмСО =25,720,4 +6,230,6 =14,026%

хсмН2 =4,760,4+57,30,6=36,284 %

хсмN2 =52,390,4+2,870,6=22,678%

хсмН2О =4,740,4+4,170,6=4,398%

4) Расход кислорода на горение смешанного газа (формула 1.6 [1]):



VО2 =0,01[0,5(14,026+36,284)+(1+1)14,78+(2+6/4)1,326-0,364]=0,59(м3/м3)

5) Действительный расход воздуха (формула 1.7 [1]):

Vв =(1+k) VО2 =1,1(1+3,762) 0,59=3,090(м3/м3)

- коэффициент расхода воздуха

k - отношение объёмных содержаний N2, O2 в дутье

6) Объём компонентов продуктов сгорания: (формула 1.8 [1]

VСО2 =0,01[ СО2 + СО+Н2S+m СmHn)

VСО2 =0,01[6,144+14,026+0+1 14,78+21,326]=0,376

VН2О =0,01(Н2О+Н2+Н2S+0,5n СmHn)

VН2О =0,01(4,398+36,284+0+0,5(4 14,78+21,326)=0,716

V N2 =0,01 N2 +k VО2= 0,01 22,678+1,1 3,7620,59=2,668

V О2 =(-1) V О2 =0,1 0,59=0,059

7) Общий объём продуктов сгорания (формула 1.9 [1]):



Vd=0,376+0,716+2,668+0,059=3,819 (м3/м3)

8) Состав продуктов сгорания (формула 1.10 [1])

,

,

,

,

компоненты	сумма
СО2	Н2О	N2	O2	%
9,846	18,748	69,861	1,545	100



2. Температурный режим нагрева металла

Под режимом нагрева подразумевают характер изменения температуры печных газов и металла во времени. Характер температурного режима нагревательной печи определяется пластичностью материала, массивностью нагреваемых изделий, начальным и требуемым конечным состоянием металла, конструктивными особенностями печи.

При трехступенчатом режиме имеются три теплотехнические зоны: методическая, сварочная и томильная.

Трёхступенчатый режим нагрева металла.

- начальная температура металла (20°С)

- температура уходящих газов (800°С)

- температура сварочной зоны (1300°С)

- конечная температура поверхности металла (1230°С)

- температура газов в томильной зоне (1260°С)

- конечный перепад температур по сечению слитка (15°С)

- температура поверхности металла

- температура середины материала.



3. Нагрев металла

3.1 Методическая зона

Одним из факторов, лимитирующих скорость нагрева металла, являются термические напряжения, обусловленные разностью температур. Наружные, более нагретые слои, стремятся расшириться и находятся, поэтому в сжатом состоянии. Внутренние, более холодные слои, подвержены при этом растягивающим усилиям. Если эти напряжения не превосходят предела упругости, то с выравниванием температуры по сечению термические напряжения исчезают. Сталь (за исключением некоторых специальных марок) обладает упругими свойствами до температуры 450 500 0С, выше этой температуры переходит в пластическое состояние. Следовательно, температурные напряжения должны учитываться до перехода металла из упругого состояния в пластическое. Поэтому рекомендуется медленный (методический) нагрев заготовок до тех пор, пока температура центра не превысит 500 0С.

3.1.1 Расчет коэффициента теплоотдачи в методической зоне

1) Найдём парциальное давление поглощающих компонентов смеси:

,

,

2) Ширина рабочего пространства печи (формула 2.1 [1])



B=nl+(n+1)0,3=17+(1+1)0,3=7,6 м

где: l - длина заготовки ; n - число рядов заготовок в печи

3) Эффективная длина луча:

,

- высота рабочего пространства печи в методической зоне.

4) Определим степень черноты газов: (По табл. П3 и П4 [1])

=0,122

=0,209

где -определены при температуре уходящих газов (800°С)

5) Определим интегральный коэффициент излучения (формула 3.9 [1]):

=0,122 +1,11 0,209=0,354 где

6) Определим угловой коэффициент излучения кладки на металл:

,

7) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл (формула 3.39 [1])



ем = 0,8 - коэффициент теплового излучения материала (табл. П2 [1]);

с0 = 5,67 Вт/(м2·К) - коэффициент излучения абсолютно чёрного тела;

=3,091 Вт/(м2К).

8) Удельный тепловой поток

Тм - температура поверхности металла, К

Тг - температура уходящих газов, К

Тм =tм+273=20+273=293 К

=40 745,20Вт/(м2)

9) Определим коэффициент теплоотдачи в начале методической зоны:

=52,237 Вт/(м2К)



10) Коэффициент теплоотдачи в конце методической зоны:

при температуре в конце методической зоны 1300 °С: (По табл.П3 и П4 [1])

=0,151

=0,097+1,11 0,151=0,265

11) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл (формула 3.39 [1] )

=2,64 Вт/(м2К).

12) Удельный тепловой поток

,

13) Определим коэффициент теплоотдачи в конце методической зоны:

,

14) Определим средний коэффициент теплоотдачи по крайним значениям в начале и в конце зоны:



=104,482Вт/(м2К)

3.1.2 Нагрев металла в методической зоне

1) Определим среднюю температуру газов в зоне:

2) Средняя температура металла в зоне:

- температура поверхности металла (20°С - в начале, 600°С - в конце зоны)

k1 = 1 - для пластины

tсер - температура середины металла (20°С - в начале, 525°С - в конце зоны)

tмнач=20?

tмкон=600-(2/3)(600-525)=550?

tм=0,5(20+550)=285?

3) По этой температуре находим коэффициент теплопроводности материала (для стали 20 по таблице IV - 9 [2]).

=45,0 Вт/(мС)

4) коэффициент температуропроводности:



=11,19510-6 (м2/с)

Сср=0,517 кДж/(кг?) -по таблице IV - 10 [2]).

=7775 кг/м3 -по таблице IV - 13 [2]).

5) Вычислим число Био: горение топливо теплоотдача сварочный

где: д ? 0,5S =0,5130=65 мм S ? 130 мм - толщина заготовки

0,151

6)

7) Определяем число Фурье: (по рис.П.1.[1]): F0=6,0

8) По Bi и Fo используя номограмму П2 [1], находим 0,49

9) Используя номограммы П3 и П4 [1], определим температурный критерий:

Фпов=0,32 ; Фсер=0,25.

10) ;

,

,



11) Уточним температуру на поверхности и середине материала:

,

,

Полученные значения температур незначительно отличаются от принятых (не более 15…20 °С).

12) Определим время нагрева в методической зоне:

,

3.2 Сварочная зона

В сварочной зоне при ускоренном нагреве температура газов остается постоянной. Так как температура поверхности металла изменяется по ходу нагрева, то коэффициент теплоотдачи излучением будет также изменяться.

3.2.1Определение коэффициента теплоотдачи в сварочной зоне.

1) Эффективная длина луча:

,



Где : hсв ? 2,6 (м)- высота рабочего пространства печи в сварочной зоне

2) Определим степень черноты газов: (По табл. П3 и П4 [1])

=0,122

=0,217

-определены при температуре уходящих газов (1350°С)

3) Определим интегральный коэффициент излучения (формула 3.9 [1]):

=0,122 +1,110,217=0,363

Где : в = 1,11

4) Определим угловой коэффициент излучения кладки на металл:

,

,

5) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на еталл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл (формула 3.39 [1])

ем = 0,8 - коэффициент теплового излучения материала (табл. П2 [1]);

с0 = 5,67 Вт/(м2·К) - коэффициент излучения абсолютно чёрного тела;



=3,329 Вт/(м2К)

6) Удельный тепловой поток в начале сварочной зоны :

Тм - температура поверхности металла, К

Тг - температура уходящих газов, К

Тм=t +273=619,04+273=892,04 К

,

7) Определим коэффициент теплоотдачи в начале сварочной зоны:

)

8) Удельный тепловой поток в конце сварочной зоны :

33928,58

- конечная температура материала в сварочной зоне.

9) Определим коэффициент теплоотдачи в конце сварочной зоны:



,

10) Определим средний коэффициент теплоотдачи по крайним значениям в начале и в конце зоны:

=365,921

3.2.2 Нагрев металла в сварочной зоне

1) Определим среднюю температуру газов в зоне

2) Средняя температура метала в зоне:

- температура поверхности металла (619,04°С - в начале, 1230°С - в конце зоны) k1 = 1 - для пластины

tсер - температура середины металла (543°С - в начале,1215 °С - в конце зоны)

tмнач=619,04-(2/3)(619,04-543)=568,35 ?

tмкон=1230-(2/3)(1230-1215)=1220?

tм =0,5(568,35+1220 )=894,17?

3) По этой температуре находим коэффициент теплопроводности материала =26,4 Вт/(м К) (для стали 20 по таблице IV - 9 [2]).

4) Коэффициент температуропроводности:



4,94110-6 м2/с

Сср=0,703 кДж/(кг?) -по таблице IV - 10 [2]).

=7600 кг/м3 -по таблице IV - 13 [2]).

5) Вычислим число Био:

,

6)

7) По Bi и Ипов используя номограмму П2 [1], находим: F0= 2,9

8) По Bi и Fo используя номограмму П2 [1], находим: Иcер=0,15

9) Используя номограммы П3 и П4 [1], определим температурный критерий :

,

,

11) Уточним температуру на поверхности и середине материала:

,

,



Полученные значения температур незначительно отличаются от принятых (не более 15…20 °С).

12) Определим время нагрева в сварочной зоне:

m

3.3 Томильная зона

Температура продуктов сгорания в томильной зоне обычно выше на 30 - 50 0С выше конечной температуры поверхности металла.

3.3.1 Нагрев металла в томильной зоне

Время нагрева металла в томильной зоне при tпов = Const можно рассчитать с помощью графика на рис 4.3 [1].

м = 0,5 - коэффициент, учитывающий несимметричность обогрева в сварочной зоне.

tнач=1221,69-1197,86=23,83? - перепад температур по сечению металла в начале томильной зоны.

tкон=15С- перепад температур по сечению металла в конце томильной зоны. (задан )

1) F0=0,5 - по рисунку 4.3 [1]. (при tкон/tнач =15/23,83=0,63

2)tмнач=1221,69-(2/3)( 1221,69-1197,86)=1206,0?

tмкон=1221,89-(2/3)15=1211,89?

tм =0,5(1206+1211,89)=1208,95 ?

3) Коэффициент температуропроводности (при =1208,95?)



5,7910-6 м2/с

где: =29,8 Вт/(м К) -по таблице IV - 9 [2] ;

Сср=0,687 кДж/(кг?) -по таблице IV - 10 [2] ;

=7496 кг/м3 -по таблице IV - 13 [2] .

,

4) Температуру газов в томильной зоне примем 1230+30=1260?

5) Высоту томильной зоны примем hт=1,6 м ([6], п.2.4, таблица 2.2.)



4. Длина печи и напряжение пода

1)Определим длину зон печи :

где: P - производительность печи

фi - продолжительность нагрева в зоне

S - толщина заготовки (130 мм)

l - длина заготовки 7 м)

с - плотность металла при средней температуре в каждой зоне

смет=7775 кг/м3 св=7600 кг/м3

том=7496 кг/м3 мет=37,74 (мин)

св=41,33 (мин)

том=6,1 (мин)

=14,22 (м)

=15,94 (м)

=2,39 (м)

2) Длина активного пода (длина, на которой происходит нагрев металла):

=14,22+15,94+2,39=32,55 м

3)Длина полезного пода (длина печи, по которой происходит перемещение металла):



- коэффициент заполнения полезной длины.

=43,4 м

4) Длина габаритного пода печи:

Lг= Lп+ Lнр =43,4+1,5=44,9м

- длина неработающего участка.

5) Напряжение активного пода:

Под На понимается удельная производительность печи, определяющая количество металла, нагреваемого на единице поверхности в единицу времени.

Fа - площадь активного пода

Fа= Lаln=32,55 71=227,85 м2

=0,195 кг/(м2с)



5. Тепловой баланс печи

Тепловой баланс печи составляется для определения расхода топлива на нагрев металла и представляет собой уравнение, связывающее приход и расход тепла.

5.1 Расход тепла

Потери тепла теплопроводностью через кладку печи

Распределение температуры в кладке печи.

5.1.1 Потери тепла через кладку печи

Таблица 5.1.1

Определяемая величина	Расчётная формула	зоны
		мето-дич.	сва-рочн	то-мильн
Коэффициент диафрагмирова-ния		0,571	0,662	0,572
Определяемая величина	Расчётная формула	зоны
		мето-дич.	сва-рочн	то-мильн
Температура внутренней поверхности кладки		884	1194	1206
Площадь теплоотдающей поверхности стен в зоне	(мет. и свар.), м2 (том.), м2	56,88	82,89	7,65
Температура воздуха в цехе	принимаем	30	30	30
Температура наружной по- верхности стен	принимаем	82	89	83
Коэффициент теплоотдачи конвекцией		13,108	13,821	13,47
Коэффициент теплоотдачи излучением		6,908	7,142	6,941
Общий коэффи циент теплоот- дачи		20,016	20,963	20,411
Толщина огне- упорного слоя	по таблице 5.1. [1]	116	348	232
Толщина изоля- ционного слоя	по таблице 5.1. [1]	232	232	348
Температура соприкоснове- ния слоёв		740	810	990
Коэфф. тепло-проводности огнеупорного материала (шамот класс А)		1,063	1,108	1132
Определяемая величина	Расчётная формула	зоны
		мето-дич.	сва-рочн	то-мильн
Коэффициент теплопровод -ности изоляци- онного матери- ала (шамот легковесный ШЛБ - 0,9 )		0,385	0,393	0,413
Удельный тепловой поток через кладку		1081,3	1199,44	1064,61
Уточним темпе- ратуру сопри- косновения слоёв		735,5	795,3	979,2
Уточним темпе- ратуру наруж- ной поверхнос- ти кладки		83,9	87,3	82,2
Тепловые поте- ри через стены зоны		61,504	99,418	8,144
Суммарные тепловые поте- ри через стены		167,07
Площадь теплоотдачи поверхности свода		108,072	121,144	58,14
Температура воздуха в цехе	принимаем	30	30	30
Температура наружной по- верхности стен	принимаем	100	124	125
Коэффициент теплоотдачи конвекцией		14,645	15,983	15,940
Коэффициент теплоотдачи излучением		7,524	8,414	8,453
Общий коэффи- циент теплоот- дачи		22,169	24,397	24,393
Определяемая величина	Расчётная формула	зоны
		мето-дич.	сва-рочн	то-мильн
Толщина огне- упорного слоя	по таблице 5.1. [1]	300	300	300
Толщина изоля- ционного слоя	по таблице 5.1. [1]	65	65	65
Температура соприкоснове- ния слоёв		400	510	570
Коэффициент теплопровод -ности огнеу- порного мате- риала (шамот класс А)		1,024	1,076	1,080
Коэффициент теплопровод -ности изоляци- онного матери- ала (шамот легковесный ШЛБ - 0,9 )		0,348	0,366	0,367
Удельный тепловой поток через кладку		1569	2296	2354,2
Уточним темпе- ратуру сопри- косновения слоёв		393,83	531,86	543,46
Уточним темпе- ратуру наруж- ной поверхнос- ти кладки		100,77	124,11	126,5
Тепловые потери через свод зоны		169,565	278,147	136,873
Суммарные потери через свод		584,585
Суммарные потери		751,655

5.1.2 Потери тепла излучением через открытые окна

Методическая зона

а) Потери через окно загрузки:

1) Площадь окна загрузки:

Fокзаг= B2S=7,620,2 =3,04(м2)

2) Потери:



Ф1 = 0,10 - коэффициент диафрагмирования (по рис 3.7 [1])

ш = 1 - доля времени по истечении которого окно открыто.

,

б) Потери через смотровые окна:

1) Количество смотровых окон:

n=Lмет/2,32= 14,22/2,326,137 шт.

2) Размер окон:

3) Площадь смотровых окон: Fcм=0,4640,4647= 1,507 м2

4) Потери:

Ф1 = 0,10

ш = 0,15

,

Сварочная зона

а) Потери через смотровые окна:

1) Количество смотровых окон:



n= Lсв/2,32=(15,94/2,32)2=13,7414 шт.

2) Размер окон:

3) Площадь смотровых окон: Fcм=0,4640,46414= 3,014 м2

4) Потери:

Ф1 = 0,10 ш = 0,3

,

Томильная зона.

а) Потери через смотровые окна:

1) Количество смотровых окон:

n=(2,39/2,32)22шт.

2) Размер окон:

3) Площадь смотровых окон: Fcм=0,4640,4642=0,431м2

4) Потери: Ф1 = 0,10 ш = 0,3

,

б) Потери через окно выгрузки:

1) Площадь окна выгрузки:

Fоквыг =B2S=7,620,2 =3,04(м2)

2) Потери: Ф1 = 0,1 ш = 1



,

Суммарные потери тепла через открытые окна

Qизл.=52,673+3,916+31,367+3,735+26,345=118,036 кВт

5.1.3 Потери тепла с охлаждающей водой

а) Методическая зона

- удельный тепловой поток через стенку охлаждаемого элемента (по рис 5.3 [1])

14,22 (м)

Fохл - площадь поверхности глиссажных труб:

n = 7 - число труб ; d - диаметр труб

Fохл=dLметn=3,140,07614,227=23,754 м2

124,38623,754=2954,693 кВт

б) Сварочная зона

Площадь поверхности глиссажных труб

Fгл=dLсвn=3,140,07615,947=26,627 м2

165,71426,627=4412,541 кВт



Количество сдвоенных поперечных труб:

n= (Lсв/1,16)2=(15,94/1,16)2=27,4828(шт)

Площадь поверхности сдвоенных поперечных труб:

Fпоп=dВn=3,140,0767,628=50,783 м2

165,71450,783=8415,386 кВт

Полные потери с охлаждающей водой:

2954,693 +4412,541 +8415,38615782,62 кВт

5.1.4 Тепло затраченное на нагрев металла

- конечная и начальная теплоёмкость металла

При tмнач=20? смнач=0,486 кДж/(кг К)

при tмкон=1215 ? смкон=0,687 кДж/(кг К)

,

5.1.5 Неучтенные потери тепла

Qнеуч=0,1( Qм+ Qкл + Qохл+ Qизл)=0,1(36666,0+751,655+15782,62+118,036)=5331,831 кВт



5.2 Расход топлива

Составим уравнение теплового баланса:

Где:

- химическое тепло топлива

- физическое тепло топлива

- физическое тепло воздуха

- тепло экзотермической реакции окисления железа

- тепло уносимое с дымовыми газами.

Qнр=11,833 (МДж/м3).

Vd =3,819 (м3/м3) - объём продуктов сгорания ;

Vв =3,090 (м3/м3) - действительный расход воздуха;

hв - энтальпия подогретого воздуха hв=210,9кДж/м3

hд - энтальпия уходящих газов



hд=xi hi= xCO2 hCO2+ xН2О hН2О+ xN2 hN2 + xO2 hО2= 0,09846501,735+0,18748382,640+0,69861297,808+0,01545319,403=334,124 кДж/м3

hт = t·cp - энтальпия подогретого топлива при

По таблицам 1-4,1-5,1-6 [2] определяем теплоёмкости газов

срm= xiсi = ( xCO2 c'CO2+ xCO c'CO + xН2 c'Н2 + xN2 c'N2 + xО2 c'О2+ xН2О c'Н2О+ xCН4 c'CН4+ xC2Н6 c'C2Н6)=0,01(6,1440,815+14,0261,040+36,2841,428+22,6781,034+ 0,3640,915+4,3982,102+14,782,448+1,3262,067)1,434 кДж/кг

т=0,01(6,1441,447+14,0260,916+36,2840,0657+22,6780,916+0,3641,05+4,3980,588+14,780,525+1,3260,983) =0,786 кг/м3

hт =1001,434=143,4 кДж/кг=112,71 кДж/м3

=4,836 м3/с

5.3 Приход тепла

1) Химическое тепло топлива

Qх=QрнВт=118334,836=57221,163 (кВт)

2) Физическое тепло воздуха

Qфв= Вт Vв hв =4,8363,09210,9=3151,352(кВт)



3) Физическое тепло подогретого топлива

Qфт= Вт hт =4,836112,71=545,035(кВт)

4) Тепло экзотермических реакций

=3754,667 (кВт)

а = 0,015 - угар металла

5.4 Тепло уносимое продуктами сгорания

Qd= Вт Vd hd =4,8363,819334,124=6170,483 (кВт)

5.5 Приходные и расходные статьи баланса

Таблица 5.5

Приходные данные	кВт	%	Расходные данные	кВт	%
1. Химическое тепло топлива	57221,163	88,48	1. Нагрев металла	36666	56,57
2. Физическое тепло воздуха	3151,352	4,87	2. Потери через кладку	751,655	1,16
3. Тепло экзотермических реакций окисления железа	3754,667	5,81	3. Тепло уходящих продуктов сгорания	6170,483	9,52
4. Физическое тепло подогретого топлива	545,035	0,84	4. Потери с охлаждающей водой	15782,62	24,34
			5. Потери излучения через окна	118,036	0,18
			6. Неучтённые потери	5331,831	8,23
ИТОГО:	64672,217	100		64820,625	100



=0,23 %

5.6 Технологический К.П.Д

,

5.7 Коэффициент использования топлива

,



Заключение

В курсовом проекте рассмотрен расчет трехзонной методической печи и определены следующие ее параметры : температура газов и заготовки на входе и выходе из зон , основные размеры печи (ширина пода, высота зон, длина зон). Определены размеры окон и их количество . Рассчитаны основные потери и на основание этого расчета определен расход топлива на печь, составлен материальный баланс печи, определен технологический КПД печи и коэффициент использования топлива.



Литература

1) Расчет нагревательных печей.: Учебное пособие для курсового проектирования Степанцова Л.Г . - Челябинск : ЧПИ, 1989. - 44 с.

2) Промышленные печи : Справочное руководство для расчётов и проектирования, Казанцев Е.И.: - Москва : Металлургия, 1975. - 368 с

3) Металлургическая теплотехника В 2-х томах. 2. Конструкция и работа печей: Учебник для вузов / Кривандин В.А. , Неведомская И.Н. - М.: Металлургия, 1986 г. 592 с

4) Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки: Учебник для вузов/ И.И. Перелётов, Л.А. Бровкин и др. - М. : Энергоатомиздат, 1989 г. - 336 с.

5) Проектирование и эксплуатация огнетехнических установок : Учебное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1988 г. -256 с.

6) Расчет нагревательных и термических печей: Справ. изд. Под ред. Тымчака В.М. и Гусовского В.Л. М: , Металлургия,1983.480 с

Размещено на Allbest.ru

...