Расчет секционной печи для нагрева труб

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Исходные данные

1. Тип и название печи Проходная секционная печь для скоростного нагрева труб

2. Размеры труб

2.1 наружный диаметр dтр=50 мм

2.2 толщина стенки Sтр=1мм

2.3 длина l =12 м

3. Марка стали (плотность, кг/м3) малоуглеродистая, 7850 кг/м3

4. Производительность печи P =0,3 т/ч

5. Число ручьев n=1 шт

Разрыв между трубами в печи м 0,5

6. Температура в 1 секции печи tc 0С выбрать

7. Температура трубы 0С

7.1 начальная tмнач =20 0С

7.2 конечная tмкон =600 0С

8. Топливо

Наименование топлива

Состав сухого топлива в объемных %

Влажность W г/м3

CH4

C2H4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

CO2

N2

Всего

Природный газ Туймазинского

мр

57,50

0,00

15,00

11,00

8,00

4,00

1,50

3,00

100

28

9. Температура подогрева воздуха tв =3700С

10. Коэффициент расхода воздуха бв =1,08

11. Тип горелок выбрать

12. Размеры рабочего пространства секции

12.1 длина Lc=1,5 м

12.2 диаметр Dc =1,0 м

13. Размеры рабочего пространства тамбура

13.1 длина Lт=0,5 м

13.2 диаметр Dт=0,5 м

14. Размеры проема между секцией и тамбуром

14.1 диаметр Dпр=0,3 м

14.2 толщина lпр = 0,2 м

15. Футеровка секции

15.1 материал шамотно-волокнистые плиты ШВП-350

15.2 толщина Sс=300 мм

16. Футеровка тамбура

16.1 материал муллитокремнеземистый войлок МКВР-200

16.2 толщина Sт=200 мм

1. Краткое описание печи и ее схема

Секционные печи скоростного нагрева применяют для нагрева больших партий однородного сортамента трубной заготовки и труб диаметром до 200 мм и длиной не менее 2,5--3 м. Иногда в этих печах нагревают квадратную заготовку небольших размеров.

Секционные печи состоят из установленных в одну линию отапливаемых камер. (секций) и расположенных между ними неотапливаемых тамбуров, в которых находятся транспортирующие ролики. Ролики косо расположены, что обеспечивает непрерывное вращение заготовки во время нагрева. Заготовки можно перемещать в печи в один, два или три ряда (ручья). Каждая секция имеет самостоятельное," отопление — и дымоотбор; несколько секций объединяют в общую систему регулирования (зону). Длина секции 1,5-- 1,75 м, поперечные размеры на 0,4--0,6 м больше поперечных размеров нагреваемой заготовки; длина неотапливаемого тамбура 0,35 -- 0,5 м.

2. Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи

1. Наружная поверхность трубы (на 1 м длины), м2

2. Внутренняя поверхность кладки (на 1 м длины), м2

3. Угловой коэффициент излучения кладки на трубу

4. Приведенный коэффициент излучения, Вт/(м2. К4)

5. Приведенный коэффициент излучения с учетом конвекции, Вт/(м2. К4)

3. Расчет нагрева труб

1. Температура кладки, оС

Принимаем температуру кладки:

2. Температура трубы, оС

· Начальная

· Конечная (задаемся)

· Средняя

3. Теплотворность металла при средней температуре, Вт/(м. К)

4. Средняя теплоемкость металла в интервале температур нагрева,

5. Число Старка

< 0,15 --- тело тонкое

6. Коэффициент заполнения печи

где: l- длина трубы, t-разрыв между трубами в печи.

7. Масса одного метра трубы, т/м

т/м

8 Продолжительность нагрева трубы в секции, ч

где: n-число ручьев; Lc-длина секции; M- масса 1 м длины заготовки; P- производительность печи; kз- коэффициент заполнения печи.

9. Коэффициент формы

10. Начальный температурный фактор, К-3

К-3

11. Конечный температурный фактор, К-3

К-3

12. Конечная температура трубы, оС

4. Расчет горения топлива (состав исходного газа, состав и калориметрическая температура продуктов горения)

Пересчет сухую массу на влажную, в исходном топливе появляется H2O (сумма каждой составляющей = 100%)

Таблица № 1

Наименование топлива

Состав сухого топлива в объемных, %

Влажность W г/м3

CH4

C2H4

С2H6

C3H8

C4H10

C5H12

CO2

N2

Всего

Природный газ Мухановского м/р.

57,50

0,00

15,00

11,0

8,00

4,00

1,50

3,00

100

28

Состав влажного топлива в объемных, %

Природный газ Мухановского м/р.

55,57

0,00

14,5

10,6

7,73

3,87

1,45

2,9

100

Дано: n=1,08; Tв=370 оС

а). Определим теплоту сгорания природного газа, пользуясь табличными значениями тепловых эффектов горения горючих компонентов топлива.

б). Определение расхода воздуха необходимого для горения количества и состава продуктов сгорания ведется на 100 м³ исходного топлива, а вычисления делаются в табличной форме.

Реакция окисления горючих компонентов топлива:

CH4+2O2=2H2O (пар)

С2H4+3O2=2CO2+2H2O (пар)

C2H6+7/2O2=2CO2+3H2O (пар)

C3H8+5O2=3CO2+4H2O (пар)

C4H10+13/2O2=4CO2+5H2O (пар)

C5H12+8O2=5CO2+6H2O (пар)

Таблица № 2

Топливо

Воздух, м3

Образуется продуктов сгорания, м3

Состав

Содержание, м3, %

O2

N2

Всего

CO2

H2O

O2

N2

Всего

CH4

55,57

111,14

55,57

111,14

C2H6

14,5

50,75

29

29

C3H8

10,6

53

31,8

42,4

C4H10

7,73

50,245

30,92

38,65

C5H12

3,87

30,96

19,35

23,22

CO2

1,45

---

1,45

N2

2,9

---

5,07

H2O

3,4

---

3,4

n=1

100

296,1

1113,9

1410

168,09

247,81

1124,2

1540

%

21

79

100

11

16

73

100

n=1,08

319,8

1203,012

1522,8

168,09

247,81

34,86

1228,77

1663,2

%

21

79

100

10,1

15

2,096

73,88

100

в). Находим плотность компонентов газа и продуктов сгорания топлива.

, кг/м3

г). Составим материальный баланс горения.

Поступило:

100 м³ топлива, в том числе:

CH4=> 55,57•0,714=39,68 кг

C2H6=> 14,5•1,339=19,41 кг

C3H8=> 10,6•1,964=20,82 кг

C4H10=> 7,73•2,589=20 кг

C5H12=> 3,87•3,214=12,44 кг

CO2=> 1,45•1,964=2,85 кг

N2=> 2,9•1,25=3,63 кг

H2O=> 3,4•0,804=2,734 кг

Всего топлива: 121,6 кг

Воздуха 1758,46 м³, в том числе:

О2 => 319,8 • 1,429=457 кг N2=> 1228,77•1,25=1536 кг

Всего воздуха: 1993 кг

Итого: топлив + воздух = 121,6+1993=2114,6 кг

Получено продуктов сгорания 1663,2 м³, в то числе:

CO2=> 168,09•1,964=330,13 кг

H2O=> 247,81•0,804=199,24 кг

О2=> 34,86•1,429=49,81 кг

N2=> 1228,77•1,25=1536 кг

Всего: 2115,18кг

Невязка баланса:

е). Определение колориметрической температуры горения топлива методом последовательных приближений.

где =0 — в таблице энтальпий, энтальпия зависит от T

при температуре Tв=370 оС => Cв=1,318 кДж/(м3К) =>

кДж/м3

кДж/м3

Задаемся Т1=2100 оС

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

Т2=2200 оС

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

5. Тепловой баланс печи

1. Химическое тепло топлива, кВт

2. Физическое тепло воздуха, кВт

3. Средняя теплоемкость металла в секции, кДж/(кг K)

4. Расход тепла на нагреве труб, кВт

5. Температура уходящих продуктов сгорания ,?С

6. Потери тепла с уходящими продуктами сгорания, кВт

7. Температура внутренней поверхности кладки секции, ?C

8. Материал (толщина, мм) кладки секции

Шамотно-волкнистые плиты ШВП-350

9. Удельный тепловой поток через кладку, кВт/м2

10. Поверхность кладки, м2

11. Потери тепла через кладку, кВт

12. Неучтенные потери, кВт

кВт

13. Уравнение теплового баланса

14. Расход газа, м3/ч

15. Тепловая мощность, кВт

кВт

6. Расчет расхода топлива по секции

1. Химическое тепло топлива, кВт

2. Физическое тепло воздуха, кВт

3. Расход тепла на нагреве труб, кВт

4. Потери тепла с уходящими продуктами сгорания, кВт

5. Потери тепла через кладку, кВт

6. Неучтенные потери, кВт

кВт

7. Расход газа, м3/ч

8. Тепловая мощность, кВт

кВт

9. Потребление тепла печью, кВт

10. Удельный расход тепла, кДж/кг

7. Определения основных размеров и параметров печи

1. Количества секций, шт

N=1шт

2. Длина печи, м

3. Общая продолжительность нагрева, ч

4. Скорость перемещения трубы в печи, м/ч

5. Удельное время нагрева, мин/см

8. Расчет горелок

По расчетам горения топлива общий расход газа на печь составляет =0,0006 м3/с; теплота сгорания топлива — Qн = 53,66 МДж/м3; температура подогрева воздуха — tв=370 0С, tг=20 0С, =1,08,=16,09 м³.

Принимаем давление газа перед горелкой 5 кПа

Давление воздуха 3 кПа

Нормализованные горелки типа «труба в трубе» вида ДВМ-20. По графику определяем, что при данном давлении пропускная способность горелки для газа с заданной теплотой сгорания составит VВ=0,01 м3/с.

По таблице находим, что полученному значению к соответствует горелка с диаметром носика dн.г. =30, т. е. горелка ДВМ-20. Считая газ холодным, т. е. Тг=Т0=293 К, находим скорость истечения газа из сопла:

Количества воздуха

м3/с

Расчетной расход воздуха

м3/с

Диаметр газового сопла определяется по графику: d2=12мм

Расчетной пропускной способность по газу определяется

м3/с

Скорость истечения газа и воздуха из горелки равен: v=60м/с

Горелка типа «труба в трубе» малой мощности для газов с высокой теплотой сгорания: 1 — газовое сопло; 2 — воздушная коробка

секционный печь труба газ

Литература

1. В. С. Мастрюков. Теория, конструкция и расчёты металлургических печей. М., Металлургия, 1986(1972, 1978)

2. Металлургические печи. Атлас. Учебное пособие для вузов. В. И. Миткалинный, В. А. Кривандин и др. 3-е издание, перераб. и доп. М., Металлургия, 1987г

3. Расчет нагревательных и термических печей. Справочник. Под ред. В. М. Тымчака и В. Л. Гусовского Издательство М., Металлургия, 1987 г стр 76−84

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой