Расчет основных показателей нагревательной печи

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Научный Исследовательский Технологический Университет

Московский Государственный Институт Стали и Сплавов

Кафедра теплофизики и экологии металлургического производства

Курсовая работа по курсу:

«Металлургическая теплотехника»

На тему:

«Расчет основных показателей нагревательной печи»

Выполнила: студентка Ляхова М. С.

группа РПМ-07

Проверила: Герцык С. И

г. Москва 2010 г

Содержание

Исходные данные

1. Расчёт горения топлива (коксодоменный газ)

2. Определение основных размеров печей

3. Определение коэффициента теплоотдачи излучением от печи газов к металлу

4. Определение температуры печи и температуры кладки

5. Расчёт времени нагрева металла

6. Определение производительности печи

7. Тепловой баланс

8. Выбор и расчет горелок

Список используемой литературы

Исходные данные

Среднеуглеродистая сталь

Длина заготовки L=0.9 м

Сечение O 40 мм

Конечная разность температур по сечению заготовки

Температура нагрева заготовок 1210°С

Температура нагрева воздуха Tвоз. = 340°С

Температура нагрева топлива Тт= 300°С

Коэффициент расхода воздуха п=1. 05

Теплотворная способность топлива 8500 кДж/м3

Топливо смешанный газ коксовальный-генераторный газ

Тип печи камерная нагревательная — двухкамерная

В печи одновременно находится 34 заготовок

1. Расчёт горения топлива (коксодоменный газ).

Топливо А. Генераторный газ из Донецкого антрацита (объемные %)

CO2

O2

CO

H2

CH4

N2

H2S

5,5

0,2

27,5

13,5

0,5

52,6

0,2

Топливо Б. Коксовальный газ (объемные %)

CO2

O2

CO

H2

CH4

N2

C3H8

2,9

0,5

7

58

26,7

2,5

2,4

Влажность исходных топлив [г/м3]: WA=19 г/м3; WБ=24 г/м3

Пересчет сухого газа на влажный.

Расчет состава влажных газов: Xвлген=Xсухген= 0. 98* Xсухген

Xвлкокс=Xсухкокс== 0. 97*Xсухкокс

Состав влажных газов.

печь коксодоменный теплоотдача металл

Генераторный газ.

CO2

CO

O2

CH4

H2

N2

H2S

5,39

26,87

0,2

0,49

13,19

51,39

0,2

Коксовальный газ.

CO2

O2

CO

H2

CH4

N2

C3H8

2,81

0,49

6,79

56,26

25,93

2,43

2,33

Определение Qнр генераторного и коксовального газов:

Qнр(ген.)=Xвлco*126. 45 + XвлH2*107. 60 + XвлCH4*358. 30 + XвлH2S*147. 30= 0. 2687*12 645 + 0. 1319*10 760 + 0. 0049*35 830 + 0. 002*14 730= 5022 кДж/м3

Qнр(кокс.)=Xвлco*126. 45 + XвлH2*107. 60 + XвлCH4*358. 30 + XвлC3H8*913. 00 = 0. 0679*12 645 + 0. 5626*10 760 + 0. 2593*35 830 + 0. 0233*91 300 = 18 330 кДж/м3

Доля коксовального газа в смеси:

a = = = 0. 261

Доля генераторного газа:

1 — а = 1 — 0. 261 = 0. 739

Определение состава смеси газа по соотношениям:

Xсм = Xкокс* а + Xген*(1 — а)

CO2(см) = 2. 81*0. 261 + 5. 39*0. 739 = 4. 72%

CO (см) = 26. 79*0. 261 + 26. 87*0. 739 = 21. 63%

O2(см) = 0. 49*0. 261 + 0. 2*0. 739 = 0. 28%

CH4(см) = 25. 93*0. 261 + 0. 49*0. 739 = 7. 13%

H2(см) = 56. 26*0. 261 + 13. 19*0. 739 = 24. 43%

N2(см) = 2. 43*0. 261 + 51. 39*0. 739 = 38. 61%

H2S (см) = 0. 2*0. 739 = 0. 15%

С3H8(см) = 2. 33*0. 261 = 0. 61%

Н2O (см) = 100 — (4. 72 + 21. 63 + 0. 28 + 7. 13 + 24. 43 + 38. 61 + 0. 15 + 0. 61) = 2. 44%

100%

Теплота сгорания смешанного газа: (см) = 0. 2163*12 645 + 0. 0713*35 830 + 0. 2443*10 760 + 0. 0015*14 730 + 0. 0061*91 300 = 8498 кДж/м3

Определение расхода воздуха, состава и количества продуктов сгорания на 100 м3 смеси газа:

Топливо

Воздух, м3

Образование продуктов сгорания

состав

содерж.

%

O2

N2

Всего

CO2

H2O

O2

N2

SO2

всего

CO2

CO

O2

CH4

H2

N2

H2S

C3H8

H2O

4,72

21,63

0,28

7,13

24,43

38,61

0,15

0,61

2,44

-

10,82

-0,28

14,26

12,22

-

0,225

3,05

-

40,3 * 3,762

4,72

21,63

7,13

-

1,83

14,26

24,43

0,15

2,44

2,44

38,61

0,15

n=1

%

100

40,3

21%

151,61

79%

191,91

100%

35,31

13,11%

43,72

16,23%

-

-

190,22*

70,61%

0,15

0,05%

269,4

100%

n=1,05

%

42,32

21%

159,19

79%

201,51

100%

35,31

12,66%

43,72

15,67%

2,02

0,72%

197,8**

70,9%

0,15

0,05%

279

100%

*N2(при n=1)= 38. 61 + 151. 61 = 190. 22

**N2(при n=1. 05) = 38. 61 + 159. 19 = 197. 8

CO + 0. 5O2 = CO2

H2 + 0. 5O2 = H2O

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O

H2S + 1. 5O2 = H2O + SO2

Находим плотность компонентов, составляющих смешанный газ, продуктов сгорания и воздуха:

?i =

?CO2 = = 1. 964 кг/м3 ?H2O = = 0. 804 кг/м3

?CO = = 1. 25 кг/м3 ?O2 = = 1. 428 кг/м3

?CH4 = = 0. 714 кг/м3 ?N2 = = 1. 25 кг/м3

?C3H8 = = 1. 964 кг/м3 ?H2S = = 1. 518 кг/м3

?H2 = = 0. 09 кг/м3 ?SO2 = = 2. 857 кг/м3

Правильность расчета горения топлива проверяется составлением материального баланса горения:

А. Поступило

а) 100 м3 топлива

CO2 4,72*1,964 = 9. 27 кг O2 0. 28*1. 428 = 0. 40 кг

CO 21,63*1,25 = 27. 04 кг H2 24. 43*0. 09 = 2. 20 кг

CH4 7,13*0,714 = 5. 09 кг N2 38. 61*1. 25 = 48. 26 кг

С3H8 0,61*1,964 = 1. 20 кг H2S 0. 15*1. 518 = 0. 23 кг

H2O 2,44*0,804 = 1. 96 кг

? = 95. 65 кг

б) воздух для горения 200. 71 м3

O2 42. 32*1. 428 = 60. 43 кг

N2 159. 19*1. 25 = 198. 99 кг

? = 259. 42 кг

Итого: топливо + воздух = 95. 65 + 259. 42 = 355. 07 кг

Б. Получено продуктов сгорания 278. 35, в т. ч.

CO2 35. 31*1. 964 = 69. 35 кг SO2 0. 15*2. 857 = 0. 43 кг

O2 2. 02*1. 428 = 2. 88 кг H2O 43. 72*0. 804 = 35. 15 кг

N2 197. 8*1. 25 = 247. 25 кг

? = 355. 06 кг

Невязка баланса:? = *100% = 0. 0028%

Определение калориметрической температуры горения топлив с подогревом топлива и воздуха:

iд =

im: (до 300°С)

iCO2 = 0. 0472*564. 24 = 26. 63 кДж/м3 iC3H8 = 0. 0061*758. 68 = 4. 63 кДж/м3

iCO = 0. 2163*395. 67 = 85. 58 кДж/м3 iO2 = 0. 0028*407. 48 = 1. 14 кДж/м3

iH2O = 0. 0244*461. 36 = 11. 26 кДж/м3 iN2 = 0. 3861*392. 41 = 151. 51 кДж/м3

iCH4 = 0. 0713*567. 75 = 40. 48 кДж/м3 iH2 = 0. 2443*390. 65 = 95. 44 кДж/м3

iCO2 = 0. 0015*482. 34 = 0. 72 кДж/м3

im = 417. 39 кДж/м3

iд = = 3580. 48

t = 2100 °C t = 2200°C

iCO2 = 0. 1266*5186. 81 = 656. 65 кДж/м3 iCO2 = 0. 1266*5464. 20 = 691. 77 кДж/м3

iH2O = 0. 1567*4121. 79 = 645. 88 кДж/м3 iH2O = 0. 1567*4358. 83 = 683. 03 кДж/м3

iO2 = 0. 0072*3314. 85 = 23. 87 кДж/м3 iCO2 = 0. 0072*3487. 44 = 25. 11 кДж/м3

iN2 = 0. 709*3131. 96 = 2220. 56 кДж/м3 iCO2 = 0. 709*3295. 84 = 2336. 75 кДж/м3

? = i1 = 3546. 96 кДж/м3? = i2 = 3736. 66 кДж/м3

Ткал = Т1 + = 2100 + = 2118°C

2. Определение основных размеров печи

При однорядном расположении заготовок:

Длина печи:

.

Ширина печи:

Высота печи:

; A = 0. 65

h = (0. 65+0. 05*1. 1)*1310*10-3 = 0. 924 м

3. Определение коэффициента теплоотдачи излучением от печи газов к металлу.

, (Вт/К)

Спр = 5. 7*?ме*К; ?ме = 0. 8

Fкл = BL + 2BH + 2LH = 1. 1*1.2 + 2*1. 1*0. 924+2*1. 2*0. 924 = 5. 57

Fме =

F6 = 2BL + 2BH + 2LH = 2*1. 1*1.2 + 2*1. 1*0. 924 + 2*1. 2*0. 924 = 6. 89

Определим эффективную длину луча:

Sэф = 3. 6*V/F6 = 3. 6*L*B*H/F6 = (3. 6*1. 2*1. 1*0. 924)/6. 89 = 0. 64

Находим степень черноты дымовых газов при температуре газа. Парциальное давления и равно:

Температура газа t = 1310:

.

Тогда степень черноты дымовых газов:

Подсчитаем К:

Спр = 5. 7*0. 8*0. 52 = 2,46

Теперь можно подсчитать коэффициент теплоотдачи излучением:

(Вт/К)

4. Определение температуры печи и температуры кладки

Теперь можно найти температуру печи и клади:

Тпечи = 1537. 43 К = 1264. 43 °С

Ткладки = 1527. 41 К=1254. 41 °С

5. Расчёт времени нагрева металла.

По приложению находим

. S = d = 0. 04

— термически-тонкое тело

?расч=µ*d;; ?расч = 0. 6*0. 04=0. 024

?=7800 кг/м3; Сме (615°С) = 0. 595 кДж/(кг К)

Теперь рассчитаем время нагрева:

6. Определение производительности печи

7. Тепловой баланс

При проектировании печи, тепловой баланс составляется с целью определения расхода топлива. Просуммировав отдельные статьи прихода и расхода тепла и приравняв, получим уравнение с одним неизвестным, которым будет величина расхода топлива.

Приход тепла:

Тепло от горения топлива

,

где — расход топлива,, при нормальных условиях..

Тепло, вносимое подогретым воздухом

.

Тепло экзотермических реакций (принимая, что угар металла составляет 1%),

,

где G — производительность, , — угар металла..

кВт

Расход тепла:

1. Тепло, затрачиваемое на нагрев металла

2. Расход тепла, вследствие потерь через футеровку печи

; Sвнутр = 5. 65

Найдем наружные размеры:

Bнар = Ввн + 2*(0. 116 + 0. 232) = 1. 796 м

Lнар = Lвн + 2*(0. 116 + 0. 232) = 1. 896 м

hнар = hвн + 2*(0. 116 + 0. 232) = 1. 62 м

Sнар = BL + 2BH + 2LH = 1. 796*1. 896 + 2*1. 796*1. 62 + 2*1. 896*1. 62 = 15. 37

;

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев.

Средняя температура слоев шамота равна, а слоя диатомита

,

где — температура на границе раздел слоев, — температура наружной поверхности кладки, которую можно принять равной.

Коэффициент теплопроводности шамота

.

Коэффициент теплопроводности диатомита

.

В стационарном режиме

.

Подставив значения коэффициентов теплопроводности получим:

Решение этого квадратного уравнения дает значение. Тогда ,. Окончательно получим, .

Количество тепла, теряемого теплопроводностью через кладку печи, равно

3. Потери тепла излучением, через открытые окна и щели печи

Со = 5,7

fокн = 0. 06 * 0. 696 = 0. 042

4. Тепло, теряемое в результате выбивания газов из окон и дверей

СГ=1. 535 кДж/(м3 К)

ТГ=1310 °С

Нокн = 1. 5*0. 04 = 0. 06 м

bокн = 0. 696 м

tгаз = 1310

5. Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами

.

Найдем энтальпию продуктов сгорания при температуре

Ico2 = 0. 1266*3037.2 = 384. 51

IH2O = 0. 1567*2354. 63 = 368. 97

Io2 = 0. 0072*1992. 67 = 14. 35

IN2 = 0. 709*1884. 36 = 1336. 01

6. Потери из-за химических неполностей

7. Потери тепла из-за мех. потерь топлива

,

где d= 2% (газообразное топливо)

8. Неучтенные потери

Уравнение теплового баланса:

9572. 19*B + 4. 58 = 57. 35 + 9.7 + 1. 07 + 3. 73 +5919. 93*В — 1. 804 + 502. 898*B — 0. 153 + 170*B + 547. 84*В — 7. 65

Откуда

В = 0. 2 372

Приход

кВт

%

Расход

кВт

%

Qхим

201. 58

87. 04

Qме

57. 35

24. 76

Qфиз

25. 43

10. 98

Qкл

9. 7

4. 19

Qэкз

4. 58

1. 98

Q излокн

1. 07

0. 46

Qокнгаз

3. 73

1. 61

231. 59

100

Qпр. сг

138. 6

59. 85

Qхим.

11. 77

5. 08

Qмех.

4. 03

1. 74

Qпотер.

5. 34

2. 31

?Qрасх.

231. 59

100

Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла

.

8. Расчет и выбор горелки

выбираем горелку типа «Труба в трубе»

Так как теплота сгорания низкая, выбираем горелку типа ДНС

1 Расчетное количество воздуха

, где

Vв- пропускная способность горелки по воздуху, м3 / с

Тв — температура нагрева воздуха, К

2 Расчетное количество газа

, где

Vг- пропускная способность горелки по газу, м3 / с

Тв — температура газа, К

— плотность газа кг/м3

Выбираем горелку ДНС70

Список используемой литературы

1. Мастрюков Б. С. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей; Металлургия, 1978

2. Герцык С. И. Курс лекций по предмету «Теплотехника», 2010

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой