Главная Сочинения Рефераты Краткое содержание ЕГЭ Русский язык и культура речи Курсовые работы Контрольные работы Рецензии Дипломные работы Карта
загрузка...
Главная arrow Курсовые работы arrow Физика, химия, механика arrow Расчет печи с двусторонним обогревом для нагрева изделий из углеродистой стали

Расчет печи с двусторонним обогревом для нагрева изделий из углеродистой стали

Расчет печи с двусторонним обогревом для нагрева изделий из углеродистой стали
В работе рассчитывается печь с двусторонним обогревом, предназначенная для нагрева изделий из углеродистой стали Ст20 размерами 2308509200. Производительность рассчитываемой печи составляет 155 т/ч. Печь обогревается продуктами сгорания смеси природно-доменного газа.
1. Содержание.Расчет горения топлива.....................................................4
2. Расчет нагрева металла.....................................................10
2.1. Расчет основных размеров рабочей камеры и
параметров внешнего теплообмена.........................................10
2.2. 1-я ступень нагрева - методическая зона .....................11
2.3. 2-я ступень нагрева - сварочная зона ....................................14
2.4. 3-я ступень нагрева - томильная зона.....................................17
3. Тепловой баланс методической печи....................................19
4. Расчет керамического рекуператора ...................................30
4.1.Определение коэффициента теплоотдачи
продуктов сгорания...............................................................31
4.2. Определение требуемой поверхности теплообмена..................31
4.3. Определение размеров рекуператора....................................33
4.4. Окончательные размеры рекуператора.................................34
4.5. Расчет аэродинамического сопротивления воздушного тракта...35
4.6. Расчет аэродинамического сопротивления тракта продуктов сгорания.......................................................................................36
5. Выбор горелочных устройств ...........................................37
6. Расчет газового, воздушного и дымового
трактов нагревательных печей....................................................38
6.1. Определение размеров газо- и воздухопроводов ............40
6.2. Расчет дымового тракта...........................................40
6.3. Аэродинамический расчет дымового тракта..........................41
Библиографический список.......................................................42
Расчет горения топлива.Производим расчет горения смеси природно-доменного газа с теплотой сгорания Qpн=8100 кДж/м3 в нагревательном колодце для нагрева слитков до 1230оС.
В нагревательных колодцах применяют горелки без предварительного смешения газа с воздухом, поэтому принимаем коэффициент расхода воздуха =1,1.
Из справочной литературы берем состав сухих газов.
Таблица 1
Состав сухих газов
Газ СО2 СО СН4 С2Н6 Н2 N2 С4Н10 Всего
доменный 10,0 27,4 0,9 - 3,3 58,4 - 100
природный - - 92,2 0,8 - 6,0 1,0 100
Принимаем влажность газов:
- доменного W1=30 г/м3,
- природного W2=10 г/м3.
Определяем содержание влаги во влажном газе:
доменном
Н2О=100W1/(803,6+ W1)=3,598 %,
природном
Н2О=100W2/(803,6+ W2)= 1,229 %.
Пересчитаем состав сухих газов на влажные.
Доменный газ.
Содержание СО2 во влажном газе:
=9,64 %.
Аналогично находим содержание других компонентов во влажном доменном газе.
Химический состав влажного доменного газа, %:
СО2Р СОР СН4Р Н2Р N2Р Н2О Всего
9,64 26,41 0,867 3,18 56,29 3,598 100
Таким же путем определяем состав влажного природного газа:
СН4Р С2Н6Р N2Р С4Н10Р Н2О Всего
91,06 0,79 5,926 0,987 1,229 100
Определяем низшую теплоту сгорания газов:
- доменного
QнР=126,45СО+107,6Н2+358СН4=3992,712 кДж/м3
- природного
QнР=358СН4+635 С2Н6+1253,36 С4Н10=34340,34 кДж/м3
Находим долю доменного газа в смеси:
=0,864
Доля природного газа (1- )=0,135.
Определяем состав смеси влажного газа:
Х= Х1+(1- )Х2,
где Х1-содержание данного компонента (например СО2,% ) в доменном газе;
Х2-то же, в природном газе.
Находим содержание СО2 в смешанном газе:
=0,8649,64+0=8,329 %
Аналогично определяем содержание других компонентов смешанного газа и получаем его состав, %:
СО2 СО СН4 Н2 N2 С2Н6 С4Н10 Н2О Всего
8,329 22,82 13,07 2,748 49,44 0,106 0,133 3,27 100
Для проверки точности расчета определяем теплоту сгорания смешанного газа:
QнР=126,45СО+107,6Н2+358СН4+635 С2Н6+1253,36С4Н10=8095,6кДж/м3
Определяем ошибку теплоты сгорания:
Q= 100=5,410-4 %<0,5%.
Разность между расчетной и заданной теплотой сгорания смешанного газа не превышает  0,5 %.
Табличным способом рассчитываем удельное теоретическое количество воздуха и продуктов горения (табл. 2)Таблица 2
Расчет горения топлива
Участвуют в горении Получено газооб-
разных продуктов
Топливо Воздух
Сос-
тав Содер
жание
% Кол-
во,
м3 Реакции
горения О2,
м3
N2,
м3
Все
го
м3 СО2,
м3 Н2О,
м3 N2,
м3 Всего
м3
Н2 2,74 2,74 Н2+0,5О2=Н2О 1,37 40,163,76 151,01+40,16 - 2,748 2,7480
СО 22,82 22,82 СО+0,5О2= СО2 11,4 22,82 - 22,827
СН 13,07 13,07 СН4+2О2=СО2+2Н2О 26,1 13,07 26,14 39,210
СО2 8,33 8,33 - - 8,33 - 49,44
- +
151,0 8,3290
N2 49,44 49,44 - - - - 200,45
С2Н6 0,106 0,106 С2Н6+3,5О2=2СО2+3Н2О 0,37 0,213 0,320 0,5334
С4Н10 0,133 0,133 С4Н10+6,5О2=4СО2+5Н2О 0,86 0,534 0,667 1,2015
Н2О 3,275 3,275 - - - 3,275 3,275
Всего 100 100 40,1 151 191 44,97 33,15 200,4 278,57
На 1 м3 газа 0,4 1,51 1,91 0,449 0,331 2,004 2,7857
Используя данные табл.2, определяем удельное действительное количество воздуха, количество и состав продуктов горения для принятого коэффициента расхода воздуха =1,1.
Удельное количество воздуха:
VВ=VВ0+(-1) VВ0=1,11,911=2,102 м3
Удельное количество продуктов горения:
Vп= Vп0+(-1)VВ0=2,785+0,11,911=2,976 м3/м3.
Удельное количество азота:
VN= VN0+(-1)VNВ0=2,005+0,151=2,155 м3/м3.
Удельное количество кислорода:
VО= (-1)VОВ0=0,0401 м3/м3.
Удельное количество других компонентов продуктов горения (табл. 2):
=0,4497 м3/м3
=0,3315 м3/м3.
Состав продуктов горения:
СО2= /Vп100%=15,11%,
N2=VN2/Vп100%=72,41%,
Н2О= /Vп100%=11,14%,
О2=VО2/ Vп100%=1,34%.
Плотность среды:
+ +Н2ОН2О/(10022,4)=2674,381/2240=1,194 кг/м3.
во=1,293 кг/м3 - плотность воздуха.
Плотность продуктов сгорания:
=2936,026/2240=1,31 кг/м3.
Точность расчета проверяем составлением материального баланса горения на 1 м3 газа. Поступило:
- газа ГОVГ=1,1941=1,194 кг;
- воздуха воVВ=2,1021,293=2,718 кг.
Всего: Му=1,194+2,718=3,912 кг.
Получено продуктов сгорания:
Мп=поVп=2,9761,310=3,9 кг.
Баланс выполнен, если невязка меньше 0,5%:
.
Расчет калориметрической температуры горения.
Энтальпия продуктов горения:
iп=Qpн/Vп=8095,6/2,976=2720,295 кДж/м3.
Предварительно принимаем температуру t1=1700C и находим энтальпию продуктов горения:
=(4087,115,11+2486,2872,4++2632,0911,139+3203,051,347)10-2=2754,3 кДж/м3.
Так как i1 iп, то действительная калориметрическая температура горения меньше 1700C.
Повторно принимаем t2=1600C.
Энтальпия продуктов горения при t2=1600C:
i2=(3815,8615,11+2328,6572,4+2463,9711,139+2979,131,347)10-2= =2577,427 кДж/м3.
Имеем i2 Интерполяцией находим:
=1700 - 19,225=1680,775С.
Требуемая калориметрическая температура:
=(1230+100)/0,7=1900С,
где tМ=1230 - температура нагрева сляба,
t=100 - т.к. методическая печь с трех ступенчатым режимом нагрева,
=0,7 - т.к. методическая печь.
Т.к. tk < tkТР , то необходим подогрев воздуха.
Энтальпию продуктов горения при tkТР=1900С находим экстраполяцией:
=3105,035 кДж/м3.
Определяем минимальную необходимую температуру подогрева воздуха:
кДж/м3.
Принимаем при t1=400C i1=532,08кДж/м3 и при t2=500C i2=672,01кДж/м3,
а затем интерполяцией находим:
=454,34С.
Следовательно, для получения температуры печи 1330С температура подогрева воздуха должна быть 454С.
2. Расчет нагрева металла.2.1 Расчет основных размеров рабочей камеры и параметров
теплообмена. Примем напряженность рабочего пода P=600
Площадь рабочего пода:
Длина рабочего пода:
где l - длина заготовки, м.
Допускаемая длина рабочего пода:
где  - толщина заготовки, м;
k - коэффициент, характеризующий наклон пода к горизонтали [2. стр.27].
Так как Lp Ширина пода при e=0,2 м:
где е - промежуток между стенкой печи и металлом и между рядами заготовок.
Размеры нагреваемого сляба: l=2309200 (мм).
Посад холодный, температура нагрева Ме - 1230 С.
Производительность печи: 155 т/ч.
Состав стали: С=0,3%; Si=0,15%; Mn=0,3 %.
Теплопроводность углеродистой стали при 0С:
=70-10,1С-16,8Mn-33,8Si=70-10,10,3-33,80,15=56,86 Вт/(м2К).
Метод нагрева в печи принимается двусторонний. Коэффициент несимметричности нагрева =0,55 при двустороннем нагреве на поду из водо-охлаждаемых труб. Подогреваемая толщина изделия:
S==0,550,23=126,5 мм.
Максимальная рабочая температура газов (печи) - tп=1330С. 1-я ступень нагрева - методическая зона.Начальные температуры металла: поверхности tми=0С
середины tсм=0С .
Конечная температура середины заготовки - tск=600С .
Разность температур между поверхностью и серединой заготовки (700-800)S принимаем равной 90С. Тогда конечная температура поверхности заготовки - tмк=690С. Средняя теплопроводность металла в процессе нагрева данной ступени: =0,956,86=51,174 Вт/(м2К).
Конечная средняя по массе температура металла:
tк=( tск+ tмк)/2=(600+690)/2=645С.
Конечное теплосодержание металла при 645С принимаю:
Средняя теплоемкость металла от начальной температуры 0С до конечной 640С:
.
Средний коэффициент температуропроводности металла:
аср=(С)=51,174/(0,58261037800)=0,01125910-3 м2/с.
На основе анализа рекомендуемых чертежей принимаем высоту свободного пространства над металлом H0=1 м.
Эффективная длина луча:
Произведение эффективной длины на парциальное давление излучающих газов:
При температуре печи (газов) 1100С степень черноты а поправка для
Степень черноты газов:
а степень черноты металла принимается м=0,8.
Степень развития кладки:
Приведенный коэффициент излучения:
где С0=5,7-коэффициент излучения абсолютно черного тела.
Начальное значение коэффициента теплоотдачи излучением (при t0=1000C, tп=0C) и конечное значение - (при t0=1330C, tп=690C) рассчитываем соответственно по формулам:
Среднее значение коэффициента теплоотдачи излучением вычисляем по формуле:
.
Коэффициента теплоотдачи конвекцией принимается КОН =15 Вт/(м2К).
Суммарное значение коэффициента теплоотдачи:
.
Определяем критерий БИО по формуле:
.
Температурный критерий для середины заготовки:
.
По графикам Д.В. Будрина [2] для Bi=0,3304 и =0,4849; критерий Фурье равен Fo=2,8.
Время нагрева металла в методической зоне печи определяется как:
.
При значениях Bi=0,3304 и Fo=2,8 по графику Д.В. Будрина для поверхности пластины [2] температурный критерий п=0,42. Откуда:
=1165-11650,42=675,7С.
Ранее была принята =690С. Расхождения между принятой и полученной температурами составляет 14,3С, и оно не может отразиться на результатах расчета.2.3 2-я ступень нагрева - сварочная зона.Температура металла начальная:
tcн=600С и tпн=675С, tм=1230С .
Конечная температура середины металла - tcк=1165С.
Средняя температура металла по массе и времени:
Средняя теплопроводность металла:
913=0,680=0,6856,86=38,664 Вт/(м2К).
Начальная средняя по массе температура металла:
tcр=(600+675)/2=637,5С.
Начальное теплосодержание металла при 637,5С [2]:
.
Конечная средняя по массе температура металла:
tcр=(1230+1165)/2=1197,5С.
Конечное теплосодержание металла при 1197,5С [2]:
.
Средняя теплоемкость металла от начальной температуры 637,5С до конечной 1197,5С:
.
На основе анализа рекомендуемых чертежей принимаем высоту свободного пространства над металлом в сварочной зоне H0=1,7 м.
Эффективная длина луча:
Произведение эффективной длины на парциальное давление излучающих газов:
При температуре печи (газов) 1330С степень черноты а поправка для - [2].
Степень черноты газов:
а степень черноты металла принимается м=0,8.
Степень развития кладки:
Приведенный коэффициент излучения:
где С0=5,7-коэффициент излучения абсолютно черного тела.
Средний коэффициент температуропроводности металла:
аср=913(С637)=38,664 /( 1037800)= 5,929110-6 м2/с.
Начальное значение коэффициента теплоотдачи излучением (при t0=1330C, tп=675C) и конечное значение - (при t0=1330C, tп=1230C) рассчитываем соответственно по формулам:
Среднее значение коэффициента теплоотдачи излучением вычисляем по формуле:
.
Коэффициента теплоотдачи конвекцией принимается КОН =15 Вт/(м2К).
Суммарное значение коэффициента теплоотдачи:
.
Определяем критерий БИО по формуле:
.
Температурный критерий для поверхности заготовки:
По графикам Д.В. Будрина [2] для Bi=0,8584 и =0,1526; критерий Фурье равен Fo=2,6.
Время нагрева металла в сварочной зоне печи определяется как:
.
При значениях Bi=0,8584 и Fo=2,6 по графику Д.В. Будрина для поверхности пластины [2] температурный критерий для середины заготовкис=0,21. Откуда:
=1330-13300,21=1176С.
Ранее была принята =1165С. Расхождения между принятой и полученной температурами составляет 11С, и оно не может отразиться на результатах расчета.
При нагреве заготовок перепад температур по толщине заготовки принимаем tм=(250300)S=(31,637,95)C, выбираем tмк=30C.2.4 3-я ступень нагрева - томильная зона.Температуры металла:
- начальные tмн=1230С , tcн=1176С;
- конечные tмк=1230С , tcк=1200С.
Средняя температура металла по массе и времени:
Средняя теплопроводность металла:
1209=0,720=0,7256,86=40,939 Вт/(м2К).
Начальная средняя по массе температура металла:
tcр=(1230+1176)/2=1203С.
Конечная средняя по массе температура металла:
tcр=(1230+1200)/2=1215С.
Полученные температуры мало отличаются между собой, так что теплоемкость от 1203С до 1215С можно принимать равной теплоемкости от 0 до (1203+1215)/2=1209С.
Теплосодержание стали при 1209С [2]:
.
Средняя теплоемкость металла от 0 до 1209С:
.
Средний коэффициент температуропроводности металла:
аср=1209(С)=40,939 /(0,71037800)= 7,49810-6 м2/с.
Степень выравнивания температур:
,
где = tМН - tСН=1230 - 1176=54С.
По графику [2] для коэффициента несимметричности нагрева  = 0,5 находим критерий Fo по формуле:
.
Продолжительность выдержки металла в томильной зоне:
.
Общее время нагрева металла в печи:
=1+2+3=1,105+1,949+0,414=3,469ч

3. Тепловой баланс методической печи.Приход тепла.
1)Определим химическое тепло топлива:

где В(м3/с) - расход газа подаваемого па печь.
2)Физическое тепло воздуха:

где iВ - энтальпия воздуха при tВ=454 оС [3. стр.37].
3)Тепло экзотермических реакций:

где а=0,012 - доля окисленного металла [4. стр.8];
5650 - тепловой эффект окисления 1 кг железа, [3. стр.8];
G=155 т/ч - производительность печи.
Общий приход тепла:

Расход тепла.
1) Расход тепла на нагрев металла:

где iк=861(кДж/кг) и iн=0(кДж/кг) - энтальпия металла в конце и начале нагрева.
2) Потери тепла на нагрев окалины:

где m - количество окалины от окисления 1 кг железа, m=1,38
С0 - теплоемкость окалины, С0=1
tм=1503(К) и tн - температура окалины, принимается равной температуре поверхности металла соответственно в начале и конце нагрева.
3) Потери тепла с уходящими газами:

Энтальпия уходящих газов:

4)Потери тепла через кладку теплопроводностью.
Стены печи двухслойные выполненные:
- внутренний слой - ША h=348 мм;
- внешний - диатомитовый кирпич h=116 мм.
Под печи трехслойный:
- первый (внутренний) слой - хромомагнезитовый кирпич;
- второй (рабочий) слой - ШБ (шамотный кирпич класса Б);
- третий слой - Д-500 теплоизоляционный диатомитовый кирпич.
Свод печи однослойный выполнен из каолинового кирпича: ШБ 300 мм.
Формулы для расчета теплопроводности материалов кладки:
Шамотный кирпич ША:
Хромомагнезитовый кирпич:
Шамотный кирпич ШБ :
Диатомовый кирпич Д-500:
Каолиновый кирпич:
где - средняя по толщине температура слоя.
а)Расчет стены печи:

Рис.1 Схема стенок печи.

Расчет ведется методом последовательных приближений.
Первое приближение.
Предварительно находим тепловое сопротивление кладки при температуре ,где - на границе слоев (ШБ) и - наружных слоев.
Тепловое сопротивление слоя:


Принимаем коэффициент теплоотдачи равным 0=15, .
Внешнее тепловое сопротивление:

Общее тепловое сопротивление:

Плотность теплового потока при tп=1330оС и tв=20оС:

Так как разница между предыдущим и полученным значениями
q> 5%,расчет необходимо повторить.
Второе приближение.
Находим температуру на границах слоев кладки:
Средняя температура слоя:
Теплопроводность слоя:

епловое сопротивления слоя:


Коэффициент теплоотдачи:

Внешнее тепловое сопротивление:

Общее тепловое сопротивление:

Плотность теплового потока при tк=1330оС и tв=20оС:

Так как разница между предыдущим и полученным значениями q > 5%, расчет
необходимо повторить: q=q-q0/ q100%=(1341-896)/1341100%=33,18%.
Третье приближение.
Этот расчет выполняется по аналогии с предыдущим, поэтому приведем только его результаты:
t=922,3оС; tн=124,4оС; t1= 1126,1оC; t2=523,379оC;
R1=0,305 (м2К)/Вт; R2=0,598 (м2К)/Вт;
=15,31 Вт/(м2К); Rн=0,065 (м2К)/Вт;
R0=0,968 (м2К)/Вт; q=1353, 305
Так как разность q и q меньше 5%, пересчета не требуется.
Тепловое сопротивление пода больше, чем стен. Отсюда можно принять удельные потери через под 0,75 от потерь через стены, т. е.:
qn.n=0,75qcт=0,751353,305=1015 Вт/м2.
б)Потери тепла через кладку свода.
Расчет проводим методом последовательного приближения аналогично расчету потерь через кладку стен, поэтому приведем только результаты расчета: tн=183,9оС, =52 , R0=0,144 , q=9087,81 .

Рис.2 Схема свода печи.
Потери тепла через кладку вычисляем по формуле:

где - плотность теплового потока в окружающую среду (через стены, под и свод печи);
- расчетная поверхность i-го элемента кладки, м2.
Расчетная поверхность пода:

где Вп=9,6 (м) - ширина печи,
L - длина пода при торцевой загрузке:
L=Lрасч1,045=1,045 .
Расчетная поверхность свода:

где Hм=H0+=1,23 м,
Hсв=H0+=1,93 м,
Hт=1,5+=1,73 м.
Определение активной длины пода по зонам:
методическая - Lм= L1/=34,033,469=10,84 м;
сварочная - Lсв= L2/=34,039493,469=19,12 м;
методическая - Lт= L3/=34,0304143,469=4,07 м.
Конструктивно принимаем две сварочные зоны с Lсв=9,56м.
Следовательно потери тепла через кладку:

5) Потери тепла через окна:
Принимаем, что окно посада открыто все время (1=1) на h0=2=0,46 м
Площадь открытия окна посада:
Толщина кладки стен ст=0,464 м.
Коэффициент диафрагмирования окна Ф=0,7 [5. рис.1].
Температура газов:
- у окна задачи =1273К;
- у окна выдачи =1533К.
Потери тепла через окно задачи:

Потери тепла через окно выдачи:

Общие потери тепла излучением:

6) Потери тепла с охлаждающей водой.
В табл.1 [4] указаны водо-охлаждаемые элементы методических печей и потери в них.
Расчетом определяем только потери в продольных и поперечных трубах, так как это составляет 80-90% от всех потерь. Остальные потери учитываются увеличением полученных потерь в трубах на 10-20%.
Максимальное расстояние между продольными трубами:

С учетом запаса прочности расстояние между трубами принимаем на 20-30% меньше максимального:

Диаметр и толщина подовых труб: 12722 мм.
Количество продольных труб:

где lз - длина заготовки, м.
Свешивание заготовки:

Общая длина продольных труб:

Поверхность нагрева продольных труб:

Плотность теплового потока принимаем равной qпр=100 [3.табл.1].
Потери тепла с охлаждающей водой продольных труб:

Принимаем конструкцию сдвоенных по высоте поперечных труб. По длине сварочной зоны и 1/3 методической расстояние между поперечными трубами принимаем равным =2,32 м. На остальной части длины методической зоны продольные трубы опираются на продольные стенки.
Количество сдвоенных поперечных труб:

Общая длина поперечных труб:

Поверхность нагрева поперечных труб:

Плотность теплового потока принимаем равной [3.табл.1]:
qпп=150 .
Потери тепла с охлаждающей водой поперечных труб:

Общие потери с охлаждающей водой подовых труб:

а потери тепла с теплоизоляцией:

Потери тепла с охлаждающей водой всех водо-охлаждаемых элементов печи без теплоизоляции подовых труб:

а с теплоизоляцией подовых труб:

7)Неучтенные потери тепла составляют (10-15)% от суммы статей Qк+Qп+Qв:


Общий расход тепла:


Приравнивая расход тепла к приходу, получим уравнение теплового баланса:



или
, тогда расход топлива с термоизоляцией

Выбираем трубы без изоляции. Таблица 3
Тепловой баланс печи
Статья Приход тепла Статья Расход тепла
кВт % кВт %

Химическое тепло топлива QxФизическое тепло воздуха QвТепло экзотермических реакций Qэ
106930,716884,72919,16 84,3713,322,30 Расход тепла на нагрев металла Qм
Потери тепла с окалиной Qo
Потери тепла с уходящими газами QУ
Потери через кладку Qк
Потери тепла излучением Qл
Потери с охлаждающей водой Qбв
Неучтенные потери Qбн 36625,981071,630 61090,04
3771,379
1435,846 20199,47
2540,670 28,89 0,84548,20
2,975
1,13315,93
2,004
Всего 126734,6 100 126735,03 100Невязка составляет - 0,00033%
Определим другие показатели.
Коэффициент полезного действия печи:

Удельный расход тепла:

Удельный расход условного топлива:

где Qу=29300 кДж/кг - теплота сгорания условного топлива.
Для дальнейших расчетов:
- расход воздуха:

- расход продуктов горения:


4. Расчет керамического рекуператора.Расход продуктов сгорания через рекуператор ; расход воздуха ; температура воздуха на входе и на выходе соответственно и ; температура продуктов сгорания на входе .
Тепловой поток через поверхность теплообмена:

где k - коэффициент теплоотдачи;
t - средне логарифмическая разность температур между воздухом и продуктами сгорания;
F - поверхность теплообмена.
Уравнение теплового баланса с учетом утечек воздуха
,
где =0,95- коэффициент учета потерь тепла в окружающую среду;
n=0,2 - доля утечки воздуха.
Из этого уравнения выражаем температуру продуктов сгорания на выходе из рекуператора:

где
- концентрация воздуха, =1,334 (кДж)/(м3К).
По формуле получим .
Определение коэффициента теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху.
Согласно рекомендации [4] скорость продуктов сгорания и скорость воздуха при нормальных условиях равны соответственно и .
Продукты сгорания движутся внутри рекуператорных труб.4.1Определение коэффициента теплоотдачи продуктов сгорания.Теплоотдача конвекцией.
Температура, средняя по длине поверхности теплообмена:
.
Число Рейнольдса:
,
где -скорость продуктов сгорания при 957,5С;
-коэффициент кинематической вязкости при 957,5 С;
dЭ-характерный геометрический параметр пространства, в котором происходит движение продуктов сгорания. При движении внутри рекуператорных труб dЭ = 0.144 м.Коэффициент теплоотдачи конвекцией по рис.2.2[4]:
,
Теплоотдача излучением.
Средняя температура стенки для входа по продуктам сгорания:
.
Средняя температура стенки для выхода по продуктам сгорания:
.
В рекуператоре прямоточное движение сред.
Эффективная длина луча:
.
Эффективная степень черноты стенок труб рекуператора:
,
где СТ=0,8 - степень черноты шамотного огнеупора.
Парциальные давления газов численно равны их объемным содержаниям: .
Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча:
.
Степени черноты газов определяем по графикам [4]:
1. Для входа, при 1000 С: ;
2. Для выхода, при 915 С: ;
3. Поправочный коэффициент: .
Значения коэффициента теплоотдачи:
1. Вход:

2. Выход:

Средний коэффициент теплоотдачи излучением:
.
Суммарный коэффициент теплоотдачи:
.
Определение коэффициента теплоотдачи воздуха.
Коэффициент теплоотдачи В=f(B,O;tB) при tB=0,5( + )=237С по рис.2.4[4]:
.
Средняя температура стенки:
.
Теплопроводность стенки при 597С:
.
Толщина стенки трубы: .
Коэффициент теплопередачи:
.4.2 Определение требуемой поверхности теплообмена.Для определения величины поверхности теплообмена F необходимо использовать графическую зависимость Е=f(m,) рис.2.1[4].Относительная температура воздуха  вычисляется по формуле:
,
а комплекс m как:
,
где С237В=С200+ 1,31+0,01(1,32-1,31)37=1,3137 кДж/(м2К) - теплоемкость воздуха при tВ=237С [4].
Из графика Е=0,5, тогда с учетом утечек воздуха поверхность теплообмена вычисляется:
.4.3 Определение размеров рекуператора.Суммарная площадь проходного сечения труб:
,
где a=1,1 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения продуктов сгорания по трубам рекуператора.
Площадь насадки рекуператора в горизонтальной плоскости:
,
где SПС - проходное сечение одной трубы, отнесенное к 1м2 площади сечения насадки.
Ширина насадки рекуператора В=ВП - 1=9,6 - 1=8,6 м.
Число рядов труб в направлении, перпендикулярном движению воздуха:
,
где S1=0,305 м - шаг размещения трубы по ширине печи.
Высот насадки рекуператора:
,
где P=8,5 м3/м3 - поверхность теплообмена на 1м3 насадки для керамических рекуператоров.
Площадь проходного сечения для движения воздуха:
.
Площадь проходного сечения воздуха по высоте одного ряда труб:
.
Количество рядов труб по высоте одного горизонтального прохода:
.
Число горизонтальных проходов по пути движения воздуха:
,
где h=0,42м - высота трубного элемента с учетом межфланцевого торцевого зазора. 4.4 Окончательные размеры рекуператора.Число рядов труб по ширине рекуператора:
.
Число рядов труб по высоте рекуператора с учетом возможности увеличения высоты последнего прохода на 1 трубу:
.
Ширина насадки рекуператора:
.
Число рядов труб по длине рекуператора:
,
где S2=0,304м - шаг труб по длине рекуператора.
Длина насадки рекуператора:
.
Высота насадки рекуператора:
.
Действительная поверхность теплообмена.
.4.5 Расчет аэродинамического сопротивления воздушного тракта.
где Т - коэффициент трения для каналов из огнеупоров (0,05);
N=1 - число горизонтальных проходов;
dэ - эквивалентный диаметр для вертикальных каналов (0,114м);
 =1/273- коэффициент объемного расширения газов;
g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;
В,О=1,5 м/с; Во=1,293 кг/м3;
коэффициенты местных сопротивлений:
1 =0,5;
2 =0,3;
4 =1,2;
7 =к(S2/S1npa+b)=1,4(304/305540,1+2)=10,335 ,
где к - коэффициент учитывающий турбулентность движения газа;
np=М1 - 1=54 - число межрядных проходовпо длине горизонтальных каналов;
a,b - коэффициенты зависящие от S2 и диаметра труб (a=0,1;b=2).4.6Расчет аэродинамического сопротивления тракта продуктов сгорания. где Т - коэффициент трения для каналов из огнеупоров (0,05);
dэ - эквивалентный диаметр для вертикальных каналов (0,114);
5, 6 -коэффициенты местных сопротивлений (0,5; 0,6);
Псо, во - плотность продуктов сгорания и воздуха;
 - коэффициент объемного расширения газов.

5. Выбор горелочных устройств.Для данной методической печи используем горелки типа "труба в трубе".
Примем следующее распределение тепла по зонам печи [8]:
- томильная зона - 15%;
- первая сварочная зона:
- верхняя - 20%;
- нижняя - 22,5%;
- вторая сварочная зона:
- верхняя - 20%;
- нижняя - 22,5%.
Число горелок в каждой зоне:

где Sг - шаг горелок [8], м;
k - число рядов горелок.
Пропускная способность одной горелки по газу:
.
Давление газа перед горелкой принимаем 4 кПа, для воздуха - 0,5 кПа.
Первая сварочная зона.
Теплота сгорания топлива: QHP=8095,6 кДж/м3.
Газ холодный (20С): ГО=1,194 кг/м3.
Температура подогрева воздуха: tВ=454С.
Удельный расход воздуха: VВ=2,1021 м3/м3.
Расход воздуха на горелку:

Расчетный расход воздуха при подогреве его до 454оС:

где k =1,56 - коэффициент определяется по рис.5а [8].
По рис.5а [8], по расчетному расходу воздуха и давлению перед горелкой 0,5 кПа определяем тип горелок: ДНБ-275/dГ.
Расчетный расход газа:

где kt - определяется из рис.6 [8];
kp=1,31 кг/м3 - определяется из рис.7 [8].
При давлении 4 кПа и расчетном расходе газа VГрас=0,405 м3/с диаметр газового сопла - dГ =85 мм.
Проверим скорости в характерных сечениях горелки. По рис.8[8] найдем скорости Wг20=65 м/с и воздуха- Wв20=20 м/c на выходе из горелки при t=20 оС.
Действительные скорости сред:

Отношение скоростей:

Отношение скоростей находится в пределах допустимого [8]. По табл.4 [8] определяем размеры горелки ДНБ-275/85.
Скорость газовой смеси на выходе из носика горелки:

Скорости движения сред в подводящих трубопроводах:



6. Расчет газового, воздушного и дымового трактов нагревательных печей.6.1 Определение размеров газо- и воздухопроводов.Участок 1 диаметром d1(D1) и длиной l1(L1) соединяет каждую горелку с раздаточным коллектором.
l1 = 6 м - газопровод; L1=3 м - воздухопровод; d1 =D5, a D1= D2
Участок 2 (зонный коллектор) диаметром d2(D2) и длиной l2(L2) обеспечивает равномерное распределение газа(воздуха) на группу горелок данной зоны отопления.
Задаемся рациональными скоростями движения газа и воздуха:
Г2=15 м/с; В2=8 м/с.
Площадь проходного сечения трубы для газа:
, где V2=BБ0,225=2,971 м3/с.
Отсюда диаметр трубы:
;
Площадь проходного сечения трубы для воздуха:
, где V2=BБ0,225=2,971 м3/с.
Отсюда диаметр трубы:
.
Длина l2 =L2=Bn+2=11,6 м.
Участок 3 диаметром d3(D3) и длиной l3(L3) соединяет зонный коллектор с печным. На нем размещают дроссельный клапан для плавного регулирования расхода газа(воздуха) на группу горелок зоны и измерительную диафрагму для контроля расхода газа (воздуха) на зону отопления.
l3=L3=12 м; d3=d2 =0,56154 м; D3=D2=0,76892 м.
Участок 4 диаметром d4(D4) и длиной l4(L4) обеспечивает подвод газа (воздуха) к печи из цехового газопровода (воздухопровода) и раздачу его по зонам коллектора.
Диаметр трубы газа:
;
Диаметр трубы под воздух:
.
Общая длина l4=L4=35 м.6.2 Расчет дымового тракта.Дымовой тракт представляет собой систему каналов - боровов, обеспечивающих движение продуктов горения из печи к дымовой трубе. Расчет ведем в соответствии с типовой схемой дымового тракта методической печи. Скорость продуктов горения 02=2,5 м/с [6].
1) Соединение печи с рекуператором.
Проходное сечение борова f1=ab=2,99,6=27,84 м2, а длина l1=5,5 м. Тогда:

2) горизонтальный участок - рекуператор с дымовой трубой.
Длина l2=40 м. Проходное сечение борова:

Выбираем боров с проходным сечением fБ=21 м2 (см. рис.4), [6].
Размеры борова: В=3944 (мм) и Н=5681 (мм).
Реальная скорость дымовых газов:

Рис.4. Дымовой боров.6.3 Аэродинамический расчет дымового тракта.Потери давления на трение па первом участке (при t1=1000C) :

где
Для кирпичных каналов =0,05 Вт/(мК).
Плотность дымовых газов ПС,0=1,31 кг/м3 .
Средняя температура газов на втором участке:
Потери давления на трение па 2-ом участке (при t2=875C) :
где
Суммарные потери на трение:
Расчет потерь давления на местных сопротивлениях.
Участок 1: при значениях b/ b=1,16 и h/ b=3,31 по [6] принимаем коэффициент местного сопротивления 1=0,9, а при b/ b=2,2 и h/ b=1,47 - 2=0,75.
Потери давления находят по формуле:
Участок 2: при значении =25 - угол открытия дросельного клапана в прямоугольном канале [6] принимаем коэффициент местного сопротивления 4=2, а при L/H=0,75 (задвижка - шибер в прямоугольном сечении) - 5=0,6 и принимаем что 3=1,4.Так как труба круглая h/ b=1 и b/ b=1,3 следовательно коэффициент местного сопротивления 6=1.
Тогда потери давления находят по формуле:
Суммарные потери на местных сопротивлениях :
Изменение геометрического напора, зависящее от вертикальных участков борова, рассчитывается по формуле:
где H - высота опускания продуктов в дымовом тракте,(5,5 м).
Расчет аэродинамического сопротивления рекуператора см. пункт 4.6.
Для дымового тракта разряжение, создаваемое дымовой трубой (с 50% запасом):
Библиографический список.1. Соломенцев. С.Л. Расчет горения топлива. -Липецк: ЛПИ, 1980. - 38с.
2. Лукоянов Б. И. Учебное пособие для расчета металлургических печей. - Воронеж: ВПИ, 1976. - 110с.
3. Соломенцев. С.Л. Тепловой баланс печи. -Липецк: ЛПИ, 1981. - 26с.
4. Наумкин В. А. Выбор конструкции и расчет керамических рекуператоров. -Липецк: ЛПИ, 1983. - 32с.
5. Соломенцев. С.Л. Методические указания по курсовому проектированию металлургических печей. -Липецк: ЛПИ, 1981.
6. Наумкин В. А. Расчет газового, воздушного и дымового трактов нагревательных печей. -Воронеж: ВПИ, 1989. -56с.
7. Кривандин В. А., Марков Б. Л. Металлургические печи. -М.: Маталлургия, 1997. -463с.
8. Щапов Г. А., Карамышева Е. П. Выбор устройств для сжигания топлива в печах. Горелки типа "труба в трубе". -Липецк: ЛПИ, 1985.

 
« Пред.
Понравилось? тогда жми кнопку!

Заказать работу

Заказать работу

Кто на сайте?

Сейчас на сайте находятся:
8 гостей
загрузка...
Проверить тИЦ и PR