Расчет и конструирование копильника расплава

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчет и конструирование копильника расплава



Исходные данные

Ширина копильника …………………………………. А = 6499 мм

Длина копильника ……………………………………. В = 18975 мм

Высота копильника …………………………………… Н = 2760 мм

Высота уровня расплава ……………………………….h = 892 мм

Свод печи ………………………………………………. распорный

Температура продуктов сгорания ……………………. = 1493

Температура отходящих газов ………………………… = 1264

Температура расплава на поверхности ……………… = 1111

Основность расплава ………………………………………..О = 2.6

Падение температуры расплава по глубине ………..=105 град./м

Температура наружной стенки под уровнем расплава … t_ст.1= 70

Температура наружной стенки над уровнем расплава … t_ст.2 = 90

Температура наружной поверхности свода ……………t_св.= 250

Температура наружной поверхности подины …………t_под.= 110

Температура окружающей среды ……………………….t_о.с.= 20

Газовая среда внутри копильника кислая

Газообразное топливо состава:



1. Конструирование ограждений печи.

1.1 Расчет вертикальной стены над уровнем расплава

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Так как длина копильника 18975 мм, то для того, чтобы обеспечить прогрев всего пространства печи, необходимо установить горелки типа «труба в трубе», для которых значение коэффициента расхода воздуха равно n=1,15. В этом случае газовая среда внутри копильника является кислой. Исходя из этого и того, что рабочий слой в этой зоне имеет температуру внутренней поверхности и работает без теплосмен, определяем его материал. По табл. 3.7 [1] выбираем динасовый огнеупор и по прил. 13 [1] определяем его рабочие свойства: температуру начала деформации под нагрузкой , коэффициент теплопроводности и предельную рабочую температуру

По таблице 3.14 [1] выбираю толщину рабочего слоя: .

В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки над уровнем расплава не должна превышать 90єС. По таблице 3.13 [1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности верхней части стен:

при ;

Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя Т₁ огнеупора, приняв температуру внутренней поверхности

Для определения задаем приближенное значение

;

Тогда

Определяем уточненное значение

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив



Сопоставляем последующее приближение с предыдущим:

Окончательно принимаем:

Приступаем к конструированию теплоизоляции ограждения, принимая предварительное решение выполнить ее двухслойной, предусмотрев в качестве материала второго слоя огнеупор-легковес и третьего слоя - теплоизоляционный материал. По приложению 14 [1], принимаем к установке во втором слое шамотный легковес ШКЛ-1.0 со следующими рабочими свойствами:

В качестве теплоизоляционного материала для третьего слоя по приложению 14 [1] выбираем шамотный ультралегковес ШЛ - 0,4 со следующими рабочими свойствами:

Принимаем температуру на внешней границе второго слоя :

Толщина второго слоя д₂ легковеса:

Выбираем толщину второго слоя:. Уточняем температуру на внешней границе второго слоя:



Окончательно получаем:

Определяем толщину третьего слоя

Принимаем толщину третьего слоя и находим температуру на его наружной поверхности:

По принятой толщине третьего слоя уточняем значения и :

Определяем относительную погрешность расчета:



Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Окончательно получаем:

Для обеспечения заданной температуры наружной поверхности стен необходимо выложить четвертый слой ограждения. По приложению 15 [1] воспользуемся асбузурит мастичный со следующими рабочими свойствами:

По формуле определяем толщину четвертого слоя:

Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку в окружающую среду:

;

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

Суммарная толщина вертикальной стены над уровнем расплава:

м

1.2 Расчет вертикальной стены под уровнем расплава

печь расплав тепловой солжигательный

Определяем материал и толщину рабочего слоя ограждения с учетом заданной основности расплава О = 2.6. Согласно табл. 3.8 [1] расплав является ультраосновным. Температура внутренней поверхности рабочего слоя равна температуре расплава , высота стены 2,76 м. По данным табл. 3.7 [1] выбираем из табл. 8.3 [2] форстеритовый огнеупор со следующими рабочими свойствами:

Толщина рабочего слоя по данным табл. 3.14 [1] равна 0,345 м.

По табл. 3.13 [1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности нижней части стен в окружающую среду при t_cт1=70єС:

Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя.

Задаемся приближенным значением . Тогда

Уточняем значение :

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :



Сопоставляем последующее приближение с предыдущим:

Окончательно принимаем:

Перед выбором материала второго слоя, учитываем, что суммарная толщина нижней части стены не может быть меньше суммарной толщины ее верхней части. Приступаем к конструированию теплоизоляции ограждения, принимая предварительное решение выполнить ее двухслойной, предусмотрев в качестве материала второго слоя огнеупор-легковес и третьего слоя - теплоизоляционный материал. По приложению 14 [1], принимаем к установке во втором слое шамотный легковес ШКЛ-1.0 со следующими рабочими свойствами:

Принимаем температуру на внешней границе второго слоя :

Толщина второго слоя д₂ легковеса:

Выбираем толщину второго слоя:. Уточняем температуру на внешней границе второго слоя:



В качестве теплоизоляционного материала для третьего слоя по приложению 14 [1] выбираем шамотный ультралегковес ШЛ - 0,4 со следующими рабочими свойствами:

Определяем толщину третьего слоя

Принимаем толщину третьего слоя и находим температуру на его наружной поверхности:

По принятой толщине третьего слоя уточняем значения и :



Определяем относительную погрешность расчета:

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Окончательно получим:

В качестве материала четвертого слоя по приложению 15 [1] принимаем к установке асбазурит мастичный со следующими свойствами:

,

Определяем толщину слоя:

Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку в окружающую среду:

;

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

Суммарная толщина вертикальной стены под уровнем расплава:

1.3 Расчет свода

Так как свод копильника - распорный и внутренняя поверхность рабочего слоя свода контактирует с окислительной (n = 1,15) газовой средой, по приложению 13 [1] и табл. 3.7 [1] целесообразно выбрать динасовый огнеупор с температурой начала деформации под нагрузкой , коэффициентом теплопроводности , и предельной рабочей температурой

Из конструкционных соображений принимаем .

По табл. 3.13 [1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности свода в окружающую среду при :

=5380 Вт/м²

Находим температуру наружной поверхности рабочего слоя Т₁, приняв . Тогда

Определяем уточненное значение

==922.77 єС

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Сопоставляем последующее приближение с предыдущим:

Окончательно принимаем:

По таблице 9.2. [2] выбираю в качестве теплоизоляционного слоя каолиновую вату 2…8 мкм со следующими рабочими свойствами:

=1100єС

Определяем толщину слоя теплоизоляции:

=0,017 м

Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированный двухслойный свод в окружающую среду:



;

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

Суммарная толщина свода:

1.4 Расчет подины

Внутренняя поверхность рабочего слоя подины копильника контактирует с основным расплавом. При высоте расплава 0,892 м и падении его температуры по глубине 105 град./м находим температуру расплава на поверхности рабочего слоя подины:

Подина подвергается механической нагрузке. Таким образом, основной задачей при проектировании подины является обеспечение ее герметичности и механической прочности.

По табл. 8.3 [2] и табл. 3.7. [1] выбираем в качестве рабочего форстеритовый огнеупор со следующими свойствами:

Толщину рабочего слоя принимаем равной 0,230 м.

Поскольку =110 єС, по таблице 3.13. [1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности подины к слою огнеупорного бетона фундамента:

Вт/м²

Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя , приняв =

=813.87єС

Вт/(м·К)

Определяем уточненное значение :

==847.14єС

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Окончательно принимаем:

Для обеспечения механической прочности и герметичности подины в качестве материала второго слоя по приложению 13 [1] выбираем шамотный огнеупор ШВ со следующими рабочими свойствами:

=1250…1400 єС

Принимаем толщину слоя шамота =0,345 м (5 кирпичей на плашку) и определяем температуру наружной поверхности слоя шамота Т₂. Для этого задаем и определяем значение :

Вт/(м·К)

Уточняем значение Т₂:

= 473.53єС

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Сопоставляем последующее приближение с предыдущим:

Окончательно принимаем:

Для обеспечения заданной температуры наружной поверхности подины t_под=110єС между наружной поверхностью второго слоя подины и поверхностью огнеупорного бетона фундамента необходимо положить дополнительный теплоизоляционный слой. Для этого по приложению 15 [1] принимаем диатомитовую обожженную крошку в засыпке со следующими рабочими свойствами:

= 900 єС

Определяем толщину слоя теплоизоляции:

=0,063 Вт/(м·К)

Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную подину:

;

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:



Суммарная толщина подины:



2. Расчет процесса сжигания топлива

Минимальное (теоретическое) количество воздуха, необходимое для полного сжигания одного кубометра газообразного топлива (при ):

Где C_mH_n принимаем C₂H_6.

Определяем объем продуктов сгорания:

Так как сжигание газообразного топлива ведется в горелке без предварительного смешения с (по табл. 2.1 [1]), определяем действительный расход воздуха и объем продуктов сгорания:

Определяем действительный объем продуктов сгорания:



Выполняем проверку:

Определяем ошибку:

Рассчитываем низшую теплоту сгорания газообразного топлива заданного состава:

Определяем удельную энтальпию продуктов сгорания при n =1,15 и отсутствии предварительного подогрева топлива и воздуха:

Рассчитываем калориметрическую температуру горения, соответствующую заданной по условию действительной температуре горения = 1493, принимая эмпирический пирометрический коэффициент равным 0,76:



.

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

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

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

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

Расчёт удельная энтальпия продуктов сгорания при Т_К:

Для принятия решения подогревать воздух или нет, сопоставляем полученное значение удельной энтальпии продуктов сгорания при калориметрической температуре с полученным ранее значением :



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

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

Для достижения заданной температуры продуктов сгорания, сжигание газа при коэффициенте расхода воздуха n=1,15 необходимо производить в воздухе, подогретом до температуры =259.21



3. Расчет теплового баланса

Для нашего случая потери тепла в окружающую среду состоят из потерь тепла через ограждения печи и с отходящими газами. Определяем потери тепла через ограждения копильника:

Площадь вертикальных стен над уровнем расплава:

м²

Площадь вертикальных стен под уровнем расплава:

м²

Площадь подины:

=123.32 м²

Площадь распорного свода:

м²

Потери тепла в окружающую среду:

= 1149.57кВт

По приложению 8 [1] определяем удельную энтальпию компонентов продуктов сгорания при температуре отходящих газов = 1264:



=

=2915.49 кДж/м³;

=1800.87 кДж/м³;

=2252.69 кДж/м³;

=1869.33 кДж/м³;

=

=1869.33 кДж/м³

Отсюда расход топлива:

= 0.11 м³/с = 396 м³/ч

Потери тепла с отходящими газами:

кВт

кВт

кВт;

кВт;

Q_В=0,11*1869.33=205,63 кВт



4. Тепловой баланс печи

Приход тепла	Расход тепла
№ статьи	Статья	Q, кВт	%	№ статьи	Статья	Q, кВт	%
1	Тепло сгорания топлива	2571.28	92,6	1	Тепло в окружающую среду	1149,57	41,4
				2	Тепло отходящих газов	1422.52	51,23
2	Тепло воздуха	205,63	7,4
				3	Невязка баланса	204,82	7,37
3	Всего	2776,91	100	4	Всего	2776,91	100



5. Расчет сожигательного устройства

ДАНО:

Расход топлива: В=396м³/ч = 0,11 м³/с

Теплота сгорания топлива: Q^р_н=кДж/м³

Действительное количество воздуха необходимое для сжигания 1м³ газа: V^д_в=6,593 м³/м³

Плотность воздуха при н.у.: с⁰_в=1,293 кг/м³

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

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

Температура газа на входе в горелку Т_г=293 К

Температура воздуха на входе в горелку Т_в=532,21 К

Коэффициент расхода воздуха n=1,15

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

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

Плотность газа при н.у. находим по формуле (стр. 11 [1]):

Решение:

Т.к. ширина печи составляет 6,499 м, а целесообразно устанавливать одну горелку на 3 м, принимаю решение установить 2 диффузионные горелки средней тепловой мощности типа «труба в трубе».

Находим расход топлива на одну горелку м³/с

Определяем расход воздуха при нормальных условиях: м³/м³

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

м/с

м/с

Рассчитываем площади выходных сечений газового и воздушного каналов:

Определяем диаметр выходного сечения газового канала:

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

Определяем наружный диаметр газового канала внутри горелки (при толщине стенки ):



Определяем диаметр воздушного канала:

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

Определяем диаметр носика горелки:

Определяем температуру смеси на выходе из носика горелки:

Ї объёмная доля воздуха в смеси при н.у.:

Ї удельная энтальпия природного газа при Тг=20 ⁰С

i_г? 35 кДж/м³

Ї удельная энтальпия воздуха при Тв= 259,21 ⁰С по прил. 8 [1]:

i_в= 340,97 кДж/м³

Ї удельная энтальпия смеси:

i_см=б* i_в + (1-б)* i_г=0,874*340,97+0,126*35=302,42 кДж/м³

Ї удельная энтальпия смеси при =200 ^oC (по прил. 7 и 8)

кДж/м³

Ї удельная энтальпия смеси при =300 ^oC (по прил. 7 и 8)

кДж/м³

Ї температура смеси

Находим действительную скорость смеси на выходе из носика горелки:

Определяем максимальный диаметр факела:

С учетом рассчитанных диаметров носика горелки и газового сопла по приложению 9 [1] выбираем горелку ДВС-130/22.

Т.к факел короткий, то принимаю решение разместить горелку на торцевых стенах печи в шахматном порядке с отводом продуктов сгорания через центр свода.



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

Таким образом, факел перекрывает: длины копильника

	Вертикальная стена над уровнем расплава	Вертикальная стена под уровнем расплава	Свод	Подина
Рабочий	Динасовый огнеупор (ГОСТ 4157-79)	Форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79)	Динасовый огнеупор (ГОСТ 4157-79)	Форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79)
Второй	Шамотный легковес ШКЛ - 1,0 (ГОСТ 5040-78)	Шамотный легковес ШЛ - 0,9 (ГОСТ 5040-78)	Каолиновая вата 2…8 мкм (ГОСТ 23619-79)	Шамотный огнеупор ШВ (ГОСТ 390-83)
Третий	Шамотный ультралегковес ШЛ - 0,4 (ГОСТ 5040-78)	Шамотный ультралегковес ШЛ - 0,4 (ГОСТ 5040-78)		Диатомитовая обожжённая крошка в засыпке
Четвертый	Асбазурит мастичный (ГОСТ 12871-93)	Асбазурит мастичный (ГОСТ 12871-93)



Заключение

1. Сжигание топлива осуществляется с предварительным подогревом воздуха до температуры Т_в = 259,21°С с коэффициентом расхода воздуха n=1,15.

2. Сожигательное устройство - горелка ДВС-130/22

3. Конструкция ограждений печи.

Результат расчета теплового баланса и расхода топлива

Приход тепла	Расход тепла
№ статьи	Статья	Q, кВт	%	№ статьи	Статья	Q, кВт	%
1	Тепло сгорания топлива	2571.28	92,6	1	Тепло в окружающую среду	1149,57	41,4
				2	Тепло отходящих газов	1422.52	51,23
2	Тепло воздуха	205,63	7,4
				3	Невязка баланса	204,82	7,37
3	Всего	2776,91	100	4	Всего	2776,91	100



Список литературы

печь расплав тепловой солжигательный

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

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

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

Размещено на Allbest.ru

...