Розрахунок рекуперативного нагрівального колодязя з однієї верхньої пальником

Федеральне агентство з освіти Російської Федерації

Південно - Уральський Державний університет

Філія ГОУ ВПО «ЮУрГУ» у м. Златоусті

Факультет металургійний

Кафедра "Загальної металургії»

Пояснювальна записка до курсового проекту

по курсу «Теплотехніка»

на тему «Розрахунок рекуперативного нагрівального колодязя з одного

верхньої пальником »

150101.2008.1754.00.00 ПЗ

Златоуст 2008

Анотація

У проекті виконані наступні розрахунки: розрахунок горіння палива, визначення розмірів робочого простору печі, розрахунок нагріву металу, розрахунок теплового балансу печі, розрахунок топлівосжігающего пристрої та розрахунок рекуператора. Зроблено вибір вогнетривкої футеровки і способу утилізації димових газів.

Зміст

1 Розрахунок горіння палива

2 Визначення розмірів робочого простору печі

3 Розрахунок нагрівання металу

3.1 Температурний режим нагріву металу

3.2 Час нагріву металу

3.2.1 Перший інтервал

3.2.2 Другий інтервал

3.2.3 Третій період

4 Вибір вогнетривкої футеровки

5 Розрахунок теплового балансу печі

5.1 Прихід тепла

5.2 Витрата тепла

5.3 Втрати тепла через склепіння печі

5.4 Втрати тепла через стіни печі

6 Розрахунок топлівосжігающего пристрої

7 Розрахунок рекуператора

8 Вибір способу утилізації димових газів

Бібліографічний список

Додаток

1 аркуш формату А1

1 аркуш формату А3

Електронна версія презентації

Електронна версія пояснювальної записки

1 Розрахунок горіння палива

Розрахунок горіння палива виконують з метою визначення: кількості необхідного для горіння повітря, кількості та складу продуктів згоряння і температури горіння. Склад сухого природного газу наведений у таблиці 1.

Таблиця 1 - Склад сухого природного газу

Для спалювання газу вибираємо інжекторних пальник, для даної конструкції пальника коефіцієнт витрати повітря n = 1,1. Вологість природного газу приймаємо W = 30 г / м ^3. Зробимо перерахунок складу сухого газу на вологе (робочий) стан (за формулою 1):

, (1)

де W ^P - Процентний вміст вологи в робочому паливі.

Склад вологих газів розраховуємо (за формулою 2):

(2)

Визначаємо склад вологих газів (за формулою 2):

;

;

;

;

;

;

.

де Х ^Р, Х ^З - процентний вміст компонентів природного газу відповідно в робочій і сухий масах.

Таблиця 2 - Склад вологих газів

Нижчу теплоту згоряння знаходимо (за формулою 3):

(КДж / м ³⁾ (3)

Знаходимо витрату кисню при спалюванні природного газу при коефіцієнті витрати повітря n = 1,1 (за формулою 4):

(М ³ / м ³⁾ (4)

Витрата сухого повітря при n = 1,1 знаходиться (за формулою 5):

(М ³ / м ³⁾ (5)

Знаходимо обсяги компонентів продуктів згоряння. Знаходимо обсяг згоряння вуглекислого газу (за формулою 6):

(М ³ / м ³⁾ (6)

Знаходимо обсяг згоряння компонента (За формулою 7):

=

(М ³ / м ³⁾ (7)

Знаходимо обсяг згоряння компонента азот (за формулою 8):

(М ³ / м ³⁾ (8)

Знаходимо обсяг згоряння компонента (за формулою 9):

(М ³ / м ^3). (9)

Сумарний склад продуктів згоряння знаходиться (за формулою 10):

(М ³ / м ³⁾ (10)

Процентний склад продуктів згоряння знаходимо як відношення обсягу компонента до всього обсягу продуктів згоряння (див. [1]):

;

;

;

.

Правильність розрахунку перевіряємо складанням матеріального балансу.

Таблиця 3 - Матеріальний баланс

Одиниці виміру - кг

Надійшло		Отримано
СН 4	0,82699 ∙ 0,714 = 0,590	СО 2	1,021 ∙ 1,964 = 2,005
З 2 Н 4	0,04666 ∙ 1,250 = 0,058	Н 2 О	1,904 ∙ 0,804 = 1,531
З 3 М 8	0,01427 ∙ 1,964 = 0,028	N 2	8,113 ∙ 1,250 = 10,141
З 4 Н 10	0,01001 ∙ 2,589 = 0,026	О 2	0,1949 ∙ 1,429 = 0,279
N 2	0,04772 ∙ 1,250 = 0,060
Н 2 О	0,03726 ∙ 0,804 = 0,030
Н 2 S	0,01221 ∙ 1,696 = 0,021
СО 2	0,0056 ∙ 1,964 = 0,011
Всього	0,824	Всього	13,956
Повітря	10,209 ∙ 1,293 = 13,200	Невязка	0,078
Разом	14,024

Щільність газу знаходиться (за формулою 11):

(Кг / м ^3). (11)

Щільність продуктів згоряння обчислимо (за формулою 12):

(Кг / м ^3). (12)

Для визначення калориметричної температури горіння знайдемо ентальпію продуктів згоряння з урахуванням підігріву повітря (за формулою 13):

(КДж / м ^3), (13)

де i _У = 1109,05 кДж / м ³ при t _У = 800 ^° С (див. [1]).

Задамо температуру t _'К = 2500 ^° С і при цій температурі знаходимо ентальпію продуктів згоряння (див. [1]) (За формулою 14):

4238 (кДж / м ³⁾ (14)

Оскільки i _2500> i _0, приймаємо _t''До = 2400 ° С і знову знаходимо ентальпію продуктів згоряння за формулою (15):

(КДж / м ³⁾ (15)

Знаходимо калориметричну температуру горіння газу заданого складу за наступною формулою (за формулою 16):

(° С) (16)

Дійсна температура горіння обчислюється (за формулою 17):

= (° С) (17)

де - Пірометричний коефіцієнт. Приймаються його рівним 0,75.

2 Визначення розмірів робочого простору печі

Внутрішні розміри робочого простору печі визначаються на підставі практичних даних.

Ширина робочого простору обчислюється (за формулою 18) (див. [2]):

(М), (18)

де n - кількість рядів заготовок по ширині печі, приймаємо n = 3

a - зазор між рядами заготовок і між заготовками і стінками печі, приймаємо а = 0,25 м .

Для забезпечення продуктивності 20,83 кг / с у печі має одночасно знаходиться 120 тонн металу.

Маса однієї заготовки дорівнює 3,7 тонн (див. [3]).

Кількість заготовок, які можуть одночасно знаходитися в печі, розраховуємо (за формулою 19):

(Шт) (19)

Приймаються штуки.

У дворядному розташуванні заготовок загальна довжина печі розраховується (за формулою 20):

(М) (20)

При ширині печі , Площа поду знаходиться (за формулою 21):

(М ²⁾ (21)

3 Розрахунок нагрівання металу

3.1 Температурний режим нагріву металу

Процес нагріву поділяють на ряд періодів, при цьому температура пічних газів в різні періоди різна. Температурний режим нагріву впливає на зміну температури газів у печі.

На малюнку 1 показані графіки зміни температури газів t _Г, температури поверхні t _П і центру заготівлі t _Ц протягом процесу нагрівання.

Рисунок 1 - Графік зміни температури в процесі нагрівання металу: двоступінчастий нагрів

Температура газів в печі у момент завантаження заготовок t _0г залежить від величини допускаються термічних напружень, конструкції печі, її паливної інерції.

Значення температури газів у другому періоді t _2Г при Двоступінчастому режимі нагріву і в третьому періоді t _3Г при трехступенчатом режимі призначається таким, щоб отримати в кінці нагрівання різниця температур по перетину Δ t _До не більше допустимої величини. Допустиму різницю температур по перетину приймають зазвичай по практичним даним при нагріванні у таких межах:

- Для високолегованих сталей Δ t _К = 100 S;

- Для інших марок сталі Δ t _К = 200 S при S ≤ 0,1 (м);

Розрахунок допустимої різниці температур по перетину заготовки проводиться (за формулою 22):

Δ t _К = 300 S = 300 ∙ (22)

де S - прогрівається товщина металу, S> 0,2 (м).

Зазвичай величина t _3Г становить (за формулою 23):

⁽⁰ С), (23)

де t _ПК - кінцева температура поверхні металу, ⁰ С (див. [1]).

Температура газів у другому періоді t _2Г при трехступенчатом режимі нагріву визначається з умов служби вогнетривів та інших міркувань. Величина t _2Г зазвичай дорівнює (за формулою 24):

⁽⁰ С) (24)

Температури поверхні металу в кінці проміжних етапів t _П і температури центру t _Ц попередньо задаються на основі практичних даних, а потім уточнюються розрахунком.

3.2 Час нагріву металу

Виріб є досить масивним, тому приймемо, що температурний режим складається з двох періодів: нагріву і витримки. У період нагріву температура поверхні виробу підвищується від до , Температура димових газів в печі t _Г змінюється від 700 º С до значення, обчисленого (за формулою 25):

⁽⁰ С) (25)

Температура футеровки знаходиться (за формулою 26):

⁽⁰ С) (26)

Період нагріву розіб'ємо на три інтервали, в межах яких температуру продуктів згоряння будемо вважати сталою.

У період нагрівання теплове навантаження печі (витрата палива) незмінна. У період витримки теплове навантаження печі знижується так, що температура димових газів , Металу і футеровки залишаються незмінними.

Площа теплосприймаючої поверхні металу (за формулою 27):

(М ²⁾ (27)

Площа внутрішньої поверхні робочого простору печі (за винятком площі, зайнятої металом) знаходиться (за формулою 28):

(М ²⁾ (28)

Ступінь розвитку кладки знаходиться (за формулою 29):

(29)

Ефективна довжина променя знаходиться (за формулою 30):

(М) (30)

3.2.1 Період нагріву

3.2.1.1 Перший інтервал

Середні за інтервал температури обчислюються шляхом середнього арифметичного між початковою температурою інтервалу і кінцевої рівні (див. [1]):

Парціальні тиску випромінюючих компонентів продуктів згоряння рівні (див. [1]):

(КПа), (сюди включено );

(КПа).

Твори парціальних тисків на ефективну довжину променя

рівні (див. [1]):

(КПа ∙ м);

(КПа ∙ м).

За номограммам (див. [1]) при знаходимо:

Щільність потоку результуючого випромінювання металу знаходимо за формулою, приймаючи ступінь чорноти металу рівної і шамотної кладки , Знаходимо значення комплексів.

Знаходимо значення комплексу М (за формулою 31):

(31)

Знаходимо значення комплексу А (за формулою 32):

(32)

Знаходимо значення комплексу В (за формулою 33):

(33)

Знаходимо значення результуючого потоку енергії (за формулою 34):

(34)

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням в 1-му інтервалі періоду нагріву знаходиться наступним чином (формула 35):

(35)

Беручи значення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією рівним Вт / м ² ∙ К, знаходимо величину сумарного коефіцієнта тепловіддачі (за формулою 36):

(36)

Заготівлю прямокутного перерізу з b / h <1,8 можна представити у вигляді еквівалентного циліндра з діаметром, обчислюваним (за формулою 37)

(М) (37)

Для заготовок, у яких відношення довжини до еквівалентного діаметру , Можна знехтувати передачею тепла через торцеві стінки.

У разі чотиристороннього нагріву коефіцієнт несиметричності нагріву дорівнює (Див. [1]) розрахункова товщина обчислюється (за формулою 38):

(М) (38)

де - Коефіцієнт несиметричності нагрівання;

- Геометрична товщина виробу, м.

Критерій Біо знаходиться (за формулою 39):

(39)

де (Вт / м ² ∙ К) (див. [1]) при

Температурний критерій знаходиться (за формулою 40):

(40)

За номограмі для поверхні циліндра (див. [1]) знаходимо значення критерію Фур'є:

Тривалість 1-го інтервалу періоду нагріву (за формулою 41):

(З) (41)

де а = м ² / с - коефіцієнт температуропровідності сталі при (Див. [1]).

Знайдемо температуру в середині заготівлі в кінці 1-го інтервалу періоду нагріву. Для цього по номограмі для центру циліндра (див. [1]) при значеннях знаходимо . Температура центру знаходиться (за формулою 42):

. (42)

Середню по масі температуру заготовки в кінці 1-го (на початку 2-го) інтервалу періоду нагріву знаходимо (за формулою 43):

. (43)

3.2.1.2 Другий інтервал

Середні за інтервал температури продуктів згоряння і поверхонь металу і кладки рівні (див. [1]):

Твори парціальних тисків на ефективну довжину променя (див. [1]) рівні:

(КПа ∙ м);

(КПа ∙ м).

За номограммам (див. [1]) при знаходимо:

Знаходимо значення комплексу М (за формулою 31):

Знаходимо значення комплексу А (за формулою 32):

Знаходимо значення комплексу В (за формулою 33):

Знаходимо значення результуючого потоку енергії (за формулою 34):

Середній за другий інтервал коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням (за формулою 35):

З урахуванням конвективного теплообміну (за формулою 36):

(Вт / м ² ∙ К)

Значення критерію Біо (за формулою 39):

Значення температурного критерію (за формулою 40):

За номограмме (див. [1]) знаходимо, що .

Тривалість другого інтервалу періоду нагріву (формула 41):

(С)

Знайдемо температуру в середині заготівлі в кінці другого інтервалу періоду нагріву (за формулою 42). Для цього по номограмі для центру циліндра (див. [1]) при значеннях знаходимо .

Середню по перерізу температуру заготовки в кінці другого (на початку третього) інтервалу періоду нагріву знаходимо (за формулою 43):

3.2.1.3 Третій період

Середні за інтервал температури продуктів згоряння і поверхонь металу і кладки рівні (див. [1]):

Твори парціальних тисків на ефективну довжину променя (див. [1]) рівні:

За номограммам (див. [1]) при знаходимо:

Знаходимо значення комплексу М (за формулою 31):

Знаходимо значення комплексу А (за формулою 32):

Знаходимо значення комплексу В (за формулою 33):

Знаходимо значення результуючого потоку енергії (за формулою 34):

Середній за інтервал коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням (формула 32):

(Вт / м ² ∙ К)

А з урахуванням конвективного теплообміну (за формулою 36):

(Вт / м ² ∙ К)

Значення критерію Біо (за формулою 39):

;

де λ = 30 (Вт / м × К)

Значення температурного критерію (за формулою 40):

За номограмме (див. [1]) визначаємо .

Тривалість третього інтервалу періоду нагріву (формула 41):

,

де а = 5,83 × 10 ^-6 м ² / с при 1100 ⁰ С (див. [1]).

Знайдемо температуру в середині заготівлі в кінці 3-го інтервалу періоду нагріву (за формулою 42). Для цього по номограмі для центру циліндра (див. [1]) при значеннях знаходимо .

Перепад температур по перетину заготовки в кінці періоду нагріву (за формулою 43):

Загальна тривалість періоду нагріву (за формулою 44):

(44)

Згідно з технологічною інструкції, час нагрівання сталі 45 нагрівальному колодязі становить 1,58 години (див. [3]).

3.2.2 Період витримки

Протягом періоду витримки середня температура продуктів згоряння дорівнює (див. [1]):

Температура поверхні металу (див. [1]):

Температура кладки (див. [1]):

В кінці періоду витримки перепад температур по перетину заготовки , Тоді ступінь вирівнювання розраховується (за формулою 45):

(45)

За номограмме (див. [1]) знаходимо значення критерію Фур'є для періоду витримки.

Тоді тривалість періоду витримки (за формулою 46):

(46)

Загальний час перебування металу в печі (за формулою 47):

(47)

4 Футеровка печі

Футеровка печі виконується, як правило, багатошаровою: вогнетривкий шар і теплоізоляційний. Подину колодязів викладають зазвичай в три шари: внутрішній шар з хромомагнезітного цегли, середній - шамотна цегла, зовнішній теплоізоляційний шар з діатомітової цегли.

Стіна колодязів виконують тришаровими. Зовнішній шар - теплоізоляційний, потім шар шамотної цегли. Внутрішній шар в нижній частині стін (приблизно на 1 м висоти) виконують з хромомагнезіта, решта з динасів.

В даний час застосовують кришки як з арочної футеровкой, так і з підвісним склепінням. І в тому, і в іншому випадку можна застосовувати шамотна цегла (див. [2]).

Футеровка печі наведена на малюнку 2.

Малюнок 2 - Футеровка печі:

1 - шамотна присипка;

2 - Дінас;

3 - хромомагнезіт

Обрана наступна кладка. Стіни печі складаються із шару динасів товщиною = 0,23 м і шару хромомагнезіта товщиною = 0,35 м.

Сумарна товщина кладки дорівнює 0,57 м, що не перевищує максимально допустимі 0,6 м.

5 Тепловий баланс печі

Тепловий баланс робочого простору печі являє собою рівняння, що зв'язує прихід і витрата тепла. При проектуванні печі тепловий баланс складають з метою визначення витрат палива (в паливних печах) або потужності (в електричних печах). У цьому випадку статті витрат і приходу тепла визначають розрахунковим шляхом.

Тепловий баланс діючої печі складають з метою визначення техніко-економічних показників її роботи. У цьому випадку статті балансу можна визначати як експериментально, так і розрахунком.

Для печей безперервної дії тепловий баланс звичайно складають на одиницю часу, для печей періодичної дії - на час циклу (або окремого періоду обробки).

5.1 Прихід тепла:

- Тепло від горіння палива обчислюється (за формулою 48):

(КВт), (48)

де В - витрата палива, м ³ / с;

- Тепло, внесене підігрітим повітрям (за формулою 49):

(КВт), (49)

де i _В - ентальпія повітря при температурі t _В = 800 ° С (див. [1]);

V _У - Витрата сухого повітря.

- Тепло екзотермічних реакцій (приймаємо, що чад металу становить 1%, а при окислюванні 1 кг металу виділяється 5652 кДж) обчислюється (за формулою 50):

(КВт), (50)

де Р - продуктивність печі, кг / с;

а - угар металу.

5.2 Витрата тепла

- Тепло, витрачений на нагрівання металу обчислюється (за формулою 51):

(КВт), (51)

де - Ентальпії маловуглецевої (Ст.45) сталі (див. [1]):

- Тепло, що буря йдуть димовими газами в (за формулою 52):

(КВт) (52)

Знаходимо ентальпію продуктів згоряння i _П.С при температурі t _0г = 800 ° С (див. [1]):

(КДж / м ^3);

(КДж / м ^3);

(КДж / м ^3);

(КДж / м ^3);

i _П.С = 1192,127 (кДж / м ^3).

- Втрати тепла теплопровідністю через кладку. Втратами тепла через під нехтуємо.

5.3 Втрати тепла через склепіння печі

Площа зводу приймаємо рівної площі пода F _З = 32,5 м ^2; товщина зводу 0,3 м; матеріал - хромомагнезіт.

Приймаємо, що температура внутрішньої поверхні склепіння дорівнює середній по довжині печі температурі газів, яка дорівнює (за формулою 53) (див. [1]):

(° C) (53)

Приймемо температуру навколишнього середовища рівною t _ОК = 20 ° С, а температуру зовнішньої поверхні склепіння t _НАР = 300 ° С.

При середній по товщині температурі зводу коефіцієнт теплопровідності каоліну (див. [1]) обчислюється (за формулою 54):

(° С) (54)

Коефіцієнт теплопровідності хромомагнезіта (за формулою 55):

(Вт / м ∙ К) (55)

Тоді втрати тепла через склепіння печі обчислюється (за формулою 56):

(КВт) (56)

5.4 Втрати тепла через стіни печі

Стіни печі складаються із шару динасів товщиною = 0,23 м і шару хромомагнезіта товщиною = 0,35 м.

Зовнішня поверхня стін (див. [1]) обчислюється таким чином:

- Методичної зони і зварювальної зони обчислюється (за формулою 57):

(М ²⁾ (57)

- Торців печі обчислюється (за формулою 58):

(М ²⁾ (58)

- Повна площа стін обчислюється (за формулою 59):

(М ²⁾ (59)

Коефіцієнти теплопровідності для прийнятих матеріалів (див. [1]):

Далі визначаємо середню температуру для кожного матеріалу (див. [1]). Використовується така формула:

(60)

В отриманих формулах є невідомою змінною. Вона обчислюється рішенням рівняння (формула 61):

(61)

Знаючи температуру між шарами, можна знайти (за формулою 62):

(62)

Дані температури задовольняють умовам експлуатації, так як вони менше максимально допустимих (див. [1]).

Обчислення коефіцієнта теплопровідності при температурі (Див. [1]):

Тепловий потік дорівнює частці від ділення різниці температур кладки і на суму опорів вогнетривів (за формулою 63):

(Вт / м ²⁾ (63)

де .

Перевіряємо прийняте значення температури зовнішньої поверхні стінки. (За формулою 64):

(° С) (64)

Обчислюємо відносну похибку (за формулою 65):

(65)

Загальна кількість тепла, що втрачається теплопровідністю через кладку, визначається (за формулою 66):

(КВт), (66)

де кВт

Втрати тепла з охолоджувальною водою з практичних даними приймаються рівними 10% від тепла, внесеного паливом і повітрям (за формулою 67):

(КВт) (67)

Невраховані втрати тепла визначаємо за наступною формулою:

кВт (68)

Рівняння теплового балансу буде мати вигляд (за формулою 69):

(69)

Витрата палива для методичної печі м ³ / с.

Тепловий баланс печі представлений в таблиці 1.

Таблиця 1 - Тепловий баланс печі

Підбираємо пальник типу «труба в трубі» для спалювання 0,525 м ³ / с природного газу з теплотою згоряння кДж / м ^3. Тиск газу перед пальником становить 4,0 кПа, тиск повітря 1,0 кПа. Газ холодний (за умовою підігрів палива відсутній), а повітря підігрітий до температури 800 ° С. Коефіцієнт витрати повітря n = 1,1.

Щільність газу кг / м ^3; кількість повітря м ³ / м ^3.

Пропускна здатність пальника по повітрю (за формулою 70):

(М ³ / с) (70)

Розрахункова кількість повітря визначаємо за наступною формулою:

(М ³ / с) (71)

З довідкової літератури (див. [5]) випливає, що при заданому тиску необхідну витрату повітря забезпечує пальник ДВБ 425.

Знайдемо кількість палива, що проходить через одну пальник (формула 72):

(М ³ / с) (72)

Далі знайдемо розрахункову кількість газу за такою формулою:

(М ³ / с) (73)

За графіками (див. [1]) визначаємо, що діаметр газового сопла повинен бути дорівнює 80 мм; при тиску 4,0 кПа і щільності кг / м ³ швидкість витікання газу дорівнює 78 м / с, а повітря - 35 м / с.

7 Розрахунок рекуператора

Керамічні рекуператори, застосовувані в нагрівальних колодязях, виконують з восьмигранних трубок. Зазвичай монтують 6 - 8 рядів труб, з них два верхніх і нижній ряди з карбошамотних трубок, решта - з шамотних.

У рекуператорі повітря підігрівається від ° С до ° С. Температура диму на вході в рекуператор ° С; кількість підігрівається повітря м ³ / с; кількість димових газів м ³ / с; складу димових газів: 12% СО, 3% О _2, 10   % Н ₂ О, 75   % N _2.

Рекуператор набирається з трубок, кожна з яких має загальну висоту 398 мм, корисну висоту 356 мм, зовнішній діаметр 140 мм і внутрішній діаметр 114 мм. Димові гази проходять усередині трубок, повітря - між трубками. Схема роботи рекуператора - багаторазовий перехресний протитечія.

Приймемо теплові втрати дорівнюють 10% і величину витоку повітря в димові канали рівною 20%. З урахуванням витоку в рекуператор потрібно подавати кількість повітря, що дорівнює м ³ / с.

Отже, величина витоку повітря (формула 74):

(М ³ / с) (74)

Приймаючи температуру димових газів на виході з рекуператора 650 ° С і визначаючи теплоємність димових газів аналогічно попередньому розрахунку, складаємо рівняння теплового балансу (формула 75):

(° С) (75)

Рекуператор даної конструкції працює за принципом багаторазового перехресного протитоку, поправкою на перехресний струм нехтуємо і визначаємо середню різницю температур (формула 76):

(76)

Для визначення сумарного коефіцієнта теплопередачі приймаємо середню швидкість димових газів м / с, середню швидкість повітря м / с.

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією на повітряній стороні для шахового пучка знаходимо за формулою і номограмме (див. [1]).

Знайдемо з деяким наближенням середню по всій поверхні нагрівання температуру стінки (див. [1]):

(° С);

(° С);

(° С).

Середня температура повітря (формула 77):

(° С) (77)

Середня дійсна швидкість потоку повітря (формула 78):

(М / с) (77)

Беручи для рекуператора значення , і число рядів у пучку рівним 7, обчислюємо за такою формулою:

(Вт / м ² ∙ К) (78)

Враховуючи шорсткість стінок, обчислюємо за такою формулою:

(Вт / м ² ∙ К) (79)

Коефіцієнт тепловіддачі на димовій стороні (формула 80):

(80)

Згідно з графіком (див. [1]), при швидкості руху потоку м / с і діаметрі труби м (Вт / м ² ∙ К).

З урахуванням шорсткості стін, обчислюємо за такою формулою:

Вт / (м ² ∙ К) (81)

Для визначення по номограммам (див. [1]) знаходимо:

- Для верху рекуператора ( , ):

; ; ;

;

.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням (приймаючи і, отже, ), (Формула 82):

(Вт / м ² ∙ К) (82)

- Для низу рекуператора ( , ):

; ;

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням (формула 82):

(Вт / м ² ∙ К)

Середнє значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням на димовій стороні рекуператора обчислюємо за такою формулою:

(Вт / м ² ∙ К) (83)

Коефіцієнт тепловіддачі на димовій стороні (формула 84):

(Вт / м ² ∙ К) (84)

Теплопровідність карбошамота на 30   % Вище теплопровідності шамоту. Отже, при середній температурі стінки коефіцієнт теплопровідності карбошамота (формула 85):

(Вт / м ² ∙ К) (85)

Враховуючи, що ; і , Сумарний коефіцієнт теплопередачі рекуператора знаходимо (за формулою 86):

(Вт / м ² ∙ К) (86)

Знаходимо кількість тепла, що проходить через поверхню нагріву (за формулою 87):

(Вт) (87)

Поверхня нагріву рекуператора (формула 88):

(М ²⁾ (88)

Питома поверхня нагріву карбошамотного рекуператора становить 8,5 м ² / м ³ (див. [1]).

Обсяг рекуператора без урахування місць з'єднання труб м ^3.

Початкова кількість димових газів (2,31 м ³ / с) внаслідок витоку повітря збільшується до 2,68 м ³ / с. Отже, середня кількість 2,5 м ³ / с.

Визначимо загальну площу отворів для проходження димових газів обчислюємо за такою формулою:

(М ²⁾ (89)

Так як площа отворів для проходу диму в карбошамотном рекуператорі становить 23,1% від загальної площі дзеркала рекуператора, то площа поперечного перерізу рекуператора обчислюємо за такою формулою:

4,16 / 0,231 = 18,0 (м ²⁾ (90)

Витрата повітря середній - 1,64 м ³ / с.

Оскільки середня швидкість руху повітря прийнята рівною 1,0 м / с, то необхідна площа для проходу повітря складе (формула 91):

(М ²⁾ (91)

Корисна висота одного ходу дорівнює 0,356 м, що при зовнішньому діаметрі труби рекуператора 0,14 м і відстані між осями сусідніх труб 0,304 м складає 0,0585 м ² площі, вільною для проходу повітря.

Отже, по ширині рекуператора слід розташовувати наступне число труб (формула 92):

(Шт) (92)

Загальна ширина з урахуванням відстані від крайніх труб до стінки рекуператора дорівнює (формула 93):

0,304 +2 ∙ 0,117 = 14 ∙ 0,304 +2 ∙ 0,117 = 4,49 (м) (93)

Орієнтовна довжина рекуператора (формула 94):

18,0 / 4,49 = 4,08 (м) (94)

де - площа поперечного перерізу рекуператора, м;

B - загальна ширина рекуператора, м.

Точніше, довжина рекуператора при восьми трубах по довжині (формула 95):

(М) (95)

Площа дорівнює (формула 96):

4,49 ∙ 2,36 = 10,6 (м ²⁾ (96)

Корисна висота рекуператора (формула 97):

(М) (97)

8 Вибір способу утилізації димових газів

Димові гази, що покидають робоче простір печі мають дуже високу температуру і тому забирають багато тепла з простору печі (до 80%). Димові гази забирають тим більше тепла, чим вище їх температура і чим менше коефіцієнт використання тепла в печі. У зв'язку з цим доцільніше забезпечувати утилізацію тепла в печі. Дану задачу можна вирішити двома способами:

1. З використанням котлів - утилізаторів. Тепло йдуть димових газів не повертається в піч, а йде на використання в теплових котельних і турбінних установках.

2. З використанням теплообмінників рекуперативного і регенеративного типу. Частина тепла відхідних димових газів повертається в теплообмінник і йде на підігрів повітря, що подається в пальник.

Використання теплообмінника дозволяє підвищити коефіцієнт корисної дії пічного агрегату, збільшує температуру горіння, дозволяє заощадити паливо. Якщо температура димових газів або диму після теплообмінників залишається високою, то подальша утилізація тепла доцільніше в теплових установках.

Для розраховується печі раціональніше використовувати другий спосіб утилізації тепла димових газів, так як використовується рекуперативного теплообмінника.

Рекуператор обраний з наступних причин:

рекуператор забезпечує постійну температуру в печі, тобто режим роботи печі стаціонарний;

не потрібно ніяких перекидних пристроїв, що забезпечує рівний хід печі і можливість автоматизації і контролю її теплової роботи;

відсутня винос газу в димову трубу;

обсяг і маса рекуператора менше, ніж у регенератора.

Рекуперативні нагрівальний колодязь з однієї верхньої пальником є одним з найбільш прогресивних типів нагрівальних печей. Димові гази повертаються в рекуператор, проходять по трубах і здійснюють підігрів повітря, що подається в пальник, де змішується з паливом. Згідно з правилом, одиниці фізичного тепла, відібрані в димових газів та внесені до піч повітрям, виявляються значно цінніше, ніж одиниці тепла, отримані від згоряння палива, так як тепло, підігрітого повітря не тягне за собою втрат тепла з димовими газами.

Бібліографічний список

1 Теплотехніка і теплоенергетика металургійного виробництва: Навчальний посібник до курсового проектування / Упорядник О. В. Сухотина - Челябінськ: Вид-во ЮУрГУ, 2007. - С. 55 - 69, с. 80 - 106

2 Теплотехніка і теплоенергетика металургійного виробництва: Методичний посібник до курсового проектування / Упорядник Д. В. Прінцман - Челябінськ: ЧДТУ, 1991. - С. 12 - 13, с. 25 - 31

3 Технологічна інструкція до першого прокатного цеху ВАТ «Златоустівський Металургійний Завод». - С. 18 - 53

4 Крівандін В. А. Металургійна теплотехніка навч. Посібник: у 2 кн. Москва, Металургія, 1986. -Т.2 - с. 286 - 295

5 Мастрюков Б.С. Теорія, конструкції та розрахунки металургійних печей: навч. Посібник: у 2 кн. Москва, Металургія, 1986. -Т.2 - с. 250 - 258