МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
з теплотехніки
на тему:
«Розрахунок металургійної печі»
Липецьк 2001
Анотація
С. 36, рис. 6, табл. 3, дод. 2, бібл. 8 назв.
У даній роботі розраховується методична піч з двостороннім обігрівом, призначена для нагрівання виробів з вуглецевої сталі Ст20 розмірами 230'850'9200. Продуктивність розраховується печі складає 155 т / ч. Піч обігрівається продуктами згоряння суміші природно-доменного газу.
Зміст.
1. Розрахунок горіння палива ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... .... ... 4
2. Розрахунок нагрівання металу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... 10
2.1. Розрахунок основних розмірів робочої камери і
параметрів зовнішнього теплообміну ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .10
2.2. 1-й ступінь нагріву - методична зона ... ... ... ... ... ... ... 11
2.3. 2-й ступінь нагріву - зварювальний зона ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 14
2.4. 3-й ступінь нагріву - томильную зона .. ... ... ... ... ... ... ... ... .... .... ... 17
3. Тепловий баланс методичної печі .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 19
4. Розрахунок керамічного рекуператора ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
4.1.Определеніе коефіцієнта тепловіддачі
продуктів згоряння ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
4.2. Визначення необхідної поверхні теплообміну ... ... ... ... ... ... 31
4.3. Визначення розмірів рекуператора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
4.4. Остаточні розміри рекуператора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 34
4.5. Розрахунок аеродинамічного опору повітряного тракту ... 35
4.6. Розрахунок аеродинамічного опору тракту продуктів згоряння ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
5. Вибір пальникових пристроїв ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .37
6. Розрахунок газового, повітряного та димового
трактів нагрівальних печей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... 38
6.1. Визначення розмірів газо-і повітропроводів ... ... ... ... 40
6.2. Розрахунок димового тракту ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .40
6.3.Аеродінаміческій розрахунок димового тракту ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41
Бібліографічний список .... ... ... ... .... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .42
Програми ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .45
1. Розрахунок горіння палива.
Виконуємо розрахунок горіння суміші природно-доменного газу з теплотою згоряння Q p н = 8100 кДж / м 3 в нагрівальному колодязі для нагріву злитків до 1230 о С.
У нагрівальних колодязях застосовують пальники без попереднього змішування газу з повітрям, тому приймаємо коефіцієнт витрати повітря a = 1,1.
З довідкової літератури беремо складу сухих газів.
Приймаються вологість газів:
- Доменного W 1 = 30 г / м 3,
- Природного W 2 = 10 г / м 3.
Визначаємо вміст вологи у вологому газі:
доменному
Н 2 О = 100 × W 1 / (803,6 + W 1) = 3,598%,
природному
Н 2 О = 100 × W 2 / (803,6 + W 2) = 1,229%.
Перерахуємо складу сухих газів на вологі.
Доменний газ.
Вміст СО 2 у вологому газі:
Аналогічно знаходимо зміст інших компонентів у вологому доменному газі.
Хімічний склад вологого доменного газу,%:
СО 2 Р СО Р СН 4 Р Н 2 Р N 2 Р Н 2 О Всього
9,64 26,41 0,867 3,18 56,29 3,598 100
Таким же шляхом визначаємо склад вологого природного газу:
СН 4 Р С 2 Н 6 Р N 2 Р С 4 Н 10 Р Н 2 О Всього
91,06 0,79 5,926 0,987 1,229 100
Визначаємо нижчу теплоту згоряння газів:
- Доменного
Q н Р = 126,45 × СВ +107,6 × Н 2 +358 × СН 4 = 3992,712 кДж / м 3
- Природного
Q н Р = 358 × СН 4 +635 × З 2 Н 6 +1253,36 × З 4 Н 10 = 34340,34 кДж / м 3
Знаходимо частку доменного газу в суміші:
Частка природного газу (1 -
Визначаємо склад суміші вологого газу:
Х =
де Х 1-зміст даного компоненту (наприклад СО 2,%) в доменному газі;
Х 2-те ж, у природному газі.
Аналогічно визначаємо зміст інших компонентів змішаного газу і отримуємо його складу,%:
СО 2 СО СН 4 Н 2 N 2 С 2 Н 6 З 4 Н 10 Н 2 О Всього
8,329 22,82 13,07 2,748 49,44 0,106 0,133 3,27 100
Для перевірки точності розрахунку визначаємо теплоту згоряння змішаного газу:
Q н Р = 126,45 × СВ +107,6 × Н 2 +358 × СН 4 +635 × З 2 Н 6 +1253,36 × З 4 Н 10 = 8095,6 кДж / м 3
Визначаємо помилку теплоти згоряння:
dQ =
Різниця між розрахунковою і заданої теплотою згоряння змішаного газу не перевищує ± 0,5%.
Табличним способом розраховуємо питомий теоретичне кількість повітря та продуктів горіння (табл. 2)
Використовуючи дані табл.2, визначаємо питомий дійсну кількість повітря, кількість та склад продуктів горіння для прийнятого коефіцієнта витрати повітря a = 1,1.
Питома кількість повітря:
V В = V У 0 + (a-1) × V В 0 = 1,1 × 1,911 = 2,102 м 3
Питома кількість продуктів горіння:
V п = V п 0 + (a-1) × V В 0 = 2,785 +0,1 × 1,911 = 2,976 м 3 / м 3.
Питома кількість азоту:
V N = V N 0 + (a-1) × V N В 0 = 2,005 +0,151 = 2,155 м 3 / м 3.
Питома кількість кисню:
V О = (a-1) × V ОВ 0 = 0,0401 м 3 / м 3.
Питома кількість інших компонентів продуктів горіння (табл. 2):
Склад продуктів горіння:
СО 2 =
N 2 = V N 2 / V п × 100% = 72,41%,
Н 2 О =
О 2 = V О2 / V п × 100% = 1,34%.
Щільність середовища:
r у = 1,293 кг / м 3 - щільність повітря.
Щільність продуктів згоряння:
Точність розрахунку перевіряємо складанням матеріального балансу горіння на 1 м 3 газу. Надійшло:
- Газу r ГО × V Г = 1,194 × 1 = 1,194 кг;
- Повітря r під × V В = 2,102 × 1,293 = 2,718 кг.
Всього: М у = 1,194 +2,718 = 3,912 кг.
Отримано продуктів згоряння:
М п = r по × V п = 2,976 × 1,310 = 3,9 кг.
Баланс виконаний, якщо нев'язка менше 0,5%:
Розрахунок калориметричної температури горіння.
Ентальпія продуктів горіння:
i п = Q p н / V п = 8095,6 / 2,976 = 2720,295 кДж / м 3.
Попередньо приймаємо температуру t 1 = 1700 ° C і знаходимо ентальпію продуктів горіння:
Так як i 1> i п, то дійсна калориметричних температура горіння менше 1700 ° C.
Повторно приймаємо t 2 = 1600 ° C.
Ентальпія продуктів горіння при t 2 = 1600 ° C:
i 2 = (3815,86 × 15,11 +2328,65 × 72,4 +2463,97 × 11,139 +2979,13 × 1,347) × 10 -2 = = 2577,427 кДж / м 3.
Маємо i 2 <i n <i 1, отже, t 2 <t k <t 1.
Інтерполяцією знаходимо:
Необхідна калориметричних температура:
де t М = 1230 - температура нагріву сляба,
Dt = 100 - тому що методична піч з трьох ступінчастим режимом нагріву,
h = 0,7 - тому що методична піч.
Оскільки t k <t k ТР, то необхідний підігрів повітря.
Ентальпію продуктів горіння при t k ТР = 1900 ° С знаходимо екстраполяцією:
Визначаємо мінімальну необхідну температуру підігріву повітря:
Приймаються при t ¢ 1 = 400 ° C i ¢ 1 = 532,08 кДж / м 3 і при t ¢ 2 = 500 ° C i ¢ 2 = 672,01 кДж / м 3,
а потім інтерполяцією знаходимо:
Отже, для отримання температури печі 1330 ° С температура підігріву повітря повинна бути 454 ° С.
2. Розрахунок нагрівання металу.
2.1 Розрахунок основних розмірів робочої камери і параметрів
теплообміну.
Приймемо напруженість робочого пода P = 600
Площа робочого пода:
Довжина робочого пода:
де l - довжина заготовки, м.
Допустима довжина робочого пода:
де d - товщина заготовки, м;
k - коефіцієнт, що характеризує нахил пода до горизонталі [2. стор.27].
Так як L p <L пр, приймаємо однорядну укладання заготовок, n р = 1.
Ширина пода при e = 0,2 м:
де е - проміжок між стінкою печі і металом і між рядами заготовок.
Розміри нагрівається сляба: d × B × l = 230'850'9200 (мм).
Посад холодний, температура нагріву Ме - 1230 ° С.
Продуктивність печі: 155 т / ч.
Склад стали: С = 0,3%; Si = 0,15%; Mn = 0,3%.
Теплопровідність вуглецевої сталі при 0 ° С:
l = 70-10,1 × С-16, 8 × Mn-33, 8 × Si = 70-10,1 × 0,3-33,8 × 0,15 = 56,86 Вт / (м 2 × К ).
Метод нагрівання в печі приймається двосторонній. Коефіцієнт несиметричності нагріву m = 0,55 при двосторонньому нагріванні на поду з водо-охолоджуваних труб. Підігрівалася товщина вироби:
S = m × d = 0,55 × 0,23 = 126,5 мм.
Максимальна робоча температура газів (печі) - t п = 1330 ° С.
2.2 1-й ступінь нагріву - методична зона.
Початкові температури металу: поверхні t ми = 0 ° С
середини t см = 0 ° С.
Кінцева температура середини заготовки - t ск = 600 ° С.
Різниця температур між поверхнею і серединою заготовки (700-800) × S приймаємо рівною 90 ° С. Тоді кінцева температура поверхні заготовки - t мк = 690 ° С. Середня теплопровідність металу в процесі нагрівання даному ступені: l = 0,9 × 56,86 = 51,174 Вт / (м 2 × К).
Кінцева середня по масі температура металу:
`T к = (t ск + t мк) / 2 = (600 +690) / 2 = 645 ° С.
Кінцеве тепломісткість металу при 645 ° С приймаю:
Середня теплоємність металу від початкової температури 0 ° С до кінцевої 640 ° С:
Середній коефіцієнт температуропровідності металу:
а ср = l / (С × r) = 51,174 / (0,5826 × 10 3 × 7800) = 0,011259 × 10 -3 м 2 / с.
На основі аналізу рекомендованих креслень приймаємо висоту вільного простору над металом H 0 = 1 м.
Ефективна довжина променя:
Твір ефективної довжини на парціальний тиск випромінюючих газів:
При температурі печі (газів) 1100 ° С ступінь чорноти
Ступінь чорноти газів:
а ступінь чорноти металу приймається e м = 0,8.
Ступінь розвитку кладки:
Приведений коефіцієнт випромінювання:
де С 0 = 5,7-коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.
Початкове значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням
Середнє значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням обчислюємо за формулою:
Коефіцієнта тепловіддачі конвекцією приймається a КОН = 15 Вт / (м 2 × К).
Сумарне значення коефіцієнта тепловіддачі:
Визначаємо критерій БІО за формулою:
Температурний критерій для середини заготовки:
За графіками Д.В. Будрін [2, пріл.5] для Bi = 0,3304 і q = 0,4849; критерій Фур'є дорівнює Fo = 2,8.
Час нагріву металу в методичній зоні печі визначається як:
При значеннях Bi = 0,3304 і Fo = 2,8 за графіком Д.В. Будрін для поверхні пластини [2, пріл.5] температурний критерій q п = 0,42. Звідки:
Раніше була прийнята
2.3 2-й ступінь нагріву - зварювальний зона.
Температура металу початкова:
t c н = 600 ° С і t пн = 675 ° С, t м = 1230 ° С.
Кінцева температура середини металу - t c к = 1165 ° С.
Середня температура металу за масою і часу:
Середня теплопровідність металу:
l 913 = 0,68 × l 0 = 0,68 × 56,86 = 38,664 Вт / (м 2 × К).
Початкова середня по масі температура металу:
t c р = (600 +675) / 2 = 637,5 ° С.
Початкове тепломісткість металу при 637,5 ° С [2, дод.3]:
Кінцева середня по масі температура металу:
t c р = (1230 +1165) / 2 = 1197,5 ° С.
Кінцеве тепломісткість металу при 1197,5 ° С [2, дод.3]:
Середня теплоємність металу від початкової температури 637,5 ° С до кінцевої 1197,5 ° С:
На основі аналізу рекомендованих креслень приймаємо висоту вільного простору над металом у зварювальній зоні H 0 = 1,7 м.
Ефективна довжина променя:
Твір ефективної довжини на парціальний тиск випромінюючих газів:
При температурі печі (газів) 1330 ° С ступінь чорноти
Ступінь чорноти газів:
а ступінь чорноти металу приймається e м = 0,8.
Ступінь розвитку кладки:
Приведений коефіцієнт випромінювання:
де С 0 = 5,7-коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.
Середній коефіцієнт температуропровідності металу:
а ср = l 913 / (С 637 × r) = 38,664 / (
Початкове значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням
Середнє значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням обчислюємо за формулою:
Коефіцієнта тепловіддачі конвекцією приймається a КОН = 15 Вт / (м 2 × К).
Сумарне значення коефіцієнта тепловіддачі:
Визначаємо критерій БІО за формулою:
Температурний критерій для поверхні заготовки:
За графіками Д.В. Будрін [2, додаток 7] для Bi = 0,8584 і q = 0,1526; критерій Фур'є дорівнює Fo = 2,6.
Час нагріву металу в зварювальній зоні печі визначається як:
При значеннях Bi = 0,8584 і Fo = 2,6 за графіком Д.В. Будрін для поверхні пластини [2, додаток 6] температурний критерій для середини заготовкіq з = 0,21. Звідки:
Раніше була прийнята
При нагріванні заготовок перепад температур по товщині заготовки приймаємо Dt м = (250 ¸ 300) × S = (31,6 ¸ 37,95) ° C, вибираємо Dt мк = 30 ° C.
2.4 3-й ступінь нагріву - томильную зона.
Температури металу:
- Початкові t мн = 1230 ° С, t c н = 1176 ° С;
- Кінцеві t мк = 1230 ° С, t c к = 1200 ° С. ЛИПЕЦЬКА ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра теплофізики
Курсова робота
РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКАз теплотехніки
на тему:
«Розрахунок металургійної печі»
Липецьк 2001
Анотація
С. 36, рис. 6, табл. 3, дод. 2, бібл. 8 назв.
У даній роботі розраховується методична піч з двостороннім обігрівом, призначена для нагрівання виробів з вуглецевої сталі Ст20 розмірами 230'850'9200. Продуктивність розраховується печі складає 155 т / ч. Піч обігрівається продуктами згоряння суміші природно-доменного газу.
Зміст.
1. Розрахунок горіння палива ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... .... ... 4
2. Розрахунок нагрівання металу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... 10
2.1. Розрахунок основних розмірів робочої камери і
параметрів зовнішнього теплообміну ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .10
2.2. 1-й ступінь нагріву - методична зона ... ... ... ... ... ... ... 11
2.3. 2-й ступінь нагріву - зварювальний зона ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 14
2.4. 3-й ступінь нагріву - томильную зона .. ... ... ... ... ... ... ... ... .... .... ... 17
3. Тепловий баланс методичної печі .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 19
4. Розрахунок керамічного рекуператора ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
4.1.Определеніе коефіцієнта тепловіддачі
продуктів згоряння ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
4.2. Визначення необхідної поверхні теплообміну ... ... ... ... ... ... 31
4.3. Визначення розмірів рекуператора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
4.4. Остаточні розміри рекуператора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 34
4.5. Розрахунок аеродинамічного опору повітряного тракту ... 35
4.6. Розрахунок аеродинамічного опору тракту продуктів згоряння ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
5. Вибір пальникових пристроїв ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .37
6. Розрахунок газового, повітряного та димового
трактів нагрівальних печей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... 38
6.1. Визначення розмірів газо-і повітропроводів ... ... ... ... 40
6.2. Розрахунок димового тракту ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .40
6.3.Аеродінаміческій розрахунок димового тракту ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41
Бібліографічний список .... ... ... ... .... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .42
Програми ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .45
1. Розрахунок горіння палива.
Виконуємо розрахунок горіння суміші природно-доменного газу з теплотою згоряння Q p н = 8100 кДж / м 3 в нагрівальному колодязі для нагріву злитків до 1230 о С.
У нагрівальних колодязях застосовують пальники без попереднього змішування газу з повітрям, тому приймаємо коефіцієнт витрати повітря a = 1,1.
З довідкової літератури беремо складу сухих газів.
Таблиця 1
Склад сухих газів
| Газ | СО 2 | СО | СН 4 | З 2 Н 6 | Н 2 | N 2 | З 4 Н 10 | Всього |
| доменний | 10,0 | 27,4 | 0,9 | - | 3,3 | 58,4 | - | 100 |
| природний | - | - | 92,2 | 0,8 | - | 6,0 | 1,0 | 100 |
- Доменного W 1 = 30 г / м 3,
- Природного W 2 = 10 г / м 3.
Визначаємо вміст вологи у вологому газі:
доменному
Н 2 О = 100 × W 1 / (803,6 + W 1) = 3,598%,
природному
Н 2 О = 100 × W 2 / (803,6 + W 2) = 1,229%.
Перерахуємо складу сухих газів на вологі.
Доменний газ.
Вміст СО 2 у вологому газі:
Аналогічно знаходимо зміст інших компонентів у вологому доменному газі.
Хімічний склад вологого доменного газу,%:
СО 2 Р СО Р СН 4 Р Н 2 Р N 2 Р Н 2 О Всього
9,64 26,41 0,867 3,18 56,29 3,598 100
Таким же шляхом визначаємо склад вологого природного газу:
СН 4 Р С 2 Н 6 Р N 2 Р С 4 Н 10 Р Н 2 О Всього
91,06 0,79 5,926 0,987 1,229 100
Визначаємо нижчу теплоту згоряння газів:
- Доменного
Q н Р = 126,45 × СВ +107,6 × Н 2 +358 × СН 4 = 3992,712 кДж / м 3
- Природного
Q н Р = 358 × СН 4 +635 × З 2 Н 6 +1253,36 × З 4 Н 10 = 34340,34 кДж / м 3
Знаходимо частку доменного газу в суміші:
Частка природного газу (1 -
Визначаємо склад суміші вологого газу:
Х =
де Х 1-зміст даного компоненту (наприклад СО 2,%) в доменному газі; Х 2-те ж, у природному газі.
Знаходимо вміст СО 2 в змішаному газі:
Аналогічно визначаємо зміст інших компонентів змішаного газу і отримуємо його складу,%:
СО 2 СО СН 4 Н 2 N 2 С 2 Н 6 З 4 Н 10 Н 2 О Всього
8,329 22,82 13,07 2,748 49,44 0,106 0,133 3,27 100
Для перевірки точності розрахунку визначаємо теплоту згоряння змішаного газу:
Q н Р = 126,45 × СВ +107,6 × Н 2 +358 × СН 4 +635 × З 2 Н 6 +1253,36 × З 4 Н 10 = 8095,6 кДж / м 3
Визначаємо помилку теплоти згоряння:
dQ =
Різниця між розрахунковою і заданої теплотою згоряння змішаного газу не перевищує ± 0,5%.
Табличним способом розраховуємо питомий теоретичне кількість повітря та продуктів горіння (табл. 2)
Таблиця 2
Розрахунок горіння палива
Беруть участь у горінні | Отримано газооб-різних продуктів | |||||||||
| Паливо | Повітря | |||||||||
| Сос- тав | Содер жание % | Кількість во, м 3 | Реакціїгоріння | О 2, м 3 | N 2, м 3 | Всі го м 3 | СО 2, м 3 | Н 2 О, м 3 | N 2, м 3 | Всього м 3 |
| Н 2 | 2,74 | 2,74 | Н 2 +0,5 О 2 = Н 2 О | 1,37 | 40,16 × 3,76 | 151,01 +40,16 | - | 2,748 | 2,7480 | |
| СО | 22,82 | 22,82 | СО +0,5 О 2 = СО 2 | 11,4 | 22,82 | - | 22,827 | |||
| СН | 13,07 | 13,07 | СН 4 +2 О 2 = СО 2 +2 Н 2 О | 26,1 | 13,07 | 26,14 | 39,210 | |||
| СО 2 | 8,33 | 8,33 | - | - | 8,33 | - | 49,44 - + 151,0 | 8,3290 | ||
| N 2 | 49,44 | 49,44 | - | - | - | - | 200,45 | |||
| З 2 Н 6 | 0,106 | 0,106 | З 2 Н 6 +3,5 О 2 = 2СО 2 +3 Н 2 О | 0,37 | 0,213 | 0,320 | 0,5334 | |||
| З 4 Н 10 | 0,133 | 0,133 | З 4 Н 10 +6,5 О 2 = 4СО 2 +5 Н 2 О | 0,86 | 0,534 | 0,667 | 1,2015 | |||
| Н 2 О | 3,275 | 3,275 | - | - | - | 3,275 | 3,275 | |||
| Всього | 100 | 100 | 40,1 | 151 | 191 | 44,97 | 33,15 | 200,4 | 278,57 | |
| На 1 м 3 газу | 0,4 | 1,51 | 1,91 | 0,449 | 0,331 | 2,004 | 2,7857 | |||
Питома кількість повітря:
V В = V У 0 + (a-1) × V В 0 = 1,1 × 1,911 = 2,102 м 3
Питома кількість продуктів горіння:
V п = V п 0 + (a-1) × V В 0 = 2,785 +0,1 × 1,911 = 2,976 м 3 / м 3.
Питома кількість азоту:
V N = V N 0 + (a-1) × V N В 0 = 2,005 +0,151 = 2,155 м 3 / м 3.
Питома кількість кисню:
V О = (a-1) × V ОВ 0 = 0,0401 м 3 / м 3.
Питома кількість інших компонентів продуктів горіння (табл. 2):
Склад продуктів горіння:
СО 2 =
N 2 = V N 2 / V п × 100% = 72,41%,
Н 2 О =
О 2 = V О2 / V п × 100% = 1,34%.
Щільність середовища:
r у = 1,293 кг / м 3 - щільність повітря.
Щільність продуктів згоряння:
Точність розрахунку перевіряємо складанням матеріального балансу горіння на 1 м 3 газу. Надійшло:
- Газу r ГО × V Г = 1,194 × 1 = 1,194 кг;
- Повітря r під × V В = 2,102 × 1,293 = 2,718 кг.
Всього: М у = 1,194 +2,718 = 3,912 кг.
Отримано продуктів згоряння:
М п = r по × V п = 2,976 × 1,310 = 3,9 кг.
Баланс виконаний, якщо нев'язка менше 0,5%:
Розрахунок калориметричної температури горіння.
Ентальпія продуктів горіння:
i п = Q p н / V п = 8095,6 / 2,976 = 2720,295 кДж / м 3.
Попередньо приймаємо температуру t 1 = 1700 ° C і знаходимо ентальпію продуктів горіння:
Так як i 1> i п, то дійсна калориметричних температура горіння менше 1700 ° C.
Повторно приймаємо t 2 = 1600 ° C.
Ентальпія продуктів горіння при t 2 = 1600 ° C:
i 2 = (3815,86 × 15,11 +2328,65 × 72,4 +2463,97 × 11,139 +2979,13 × 1,347) × 10 -2 = = 2577,427 кДж / м 3.
Маємо i 2 <i n <i 1, отже, t 2 <t k <t 1.
Інтерполяцією знаходимо:
Необхідна калориметричних температура:
де t М = 1230 - температура нагріву сляба,
Dt = 100 - тому що методична піч з трьох ступінчастим режимом нагріву,
h = 0,7 - тому що методична піч.
Оскільки t k <t k ТР, то необхідний підігрів повітря.
Ентальпію продуктів горіння при t k ТР = 1900 ° С знаходимо екстраполяцією:
Визначаємо мінімальну необхідну температуру підігріву повітря:
Приймаються при t ¢ 1 = 400 ° C i ¢ 1 = 532,08 кДж / м 3 і при t ¢ 2 = 500 ° C i ¢ 2 = 672,01 кДж / м 3,
а потім інтерполяцією знаходимо:
Отже, для отримання температури печі 1330 ° С температура підігріву повітря повинна бути 454 ° С.
2. Розрахунок нагрівання металу.
2.1 Розрахунок основних розмірів робочої камери і параметрів
теплообміну.
Приймемо напруженість робочого пода P = 600
Площа робочого пода:
Довжина робочого пода:
де l - довжина заготовки, м.
Допустима довжина робочого пода:
де d - товщина заготовки, м;
k - коефіцієнт, що характеризує нахил пода до горизонталі [2. стор.27].
Так як L p <L пр, приймаємо однорядну укладання заготовок, n р = 1.
Ширина пода при e = 0,2 м:
де е - проміжок між стінкою печі і металом і між рядами заготовок.
Розміри нагрівається сляба: d × B × l = 230'850'9200 (мм).
Посад холодний, температура нагріву Ме - 1230 ° С.
Продуктивність печі: 155 т / ч.
Склад стали: С = 0,3%; Si = 0,15%; Mn = 0,3%.
Теплопровідність вуглецевої сталі при 0 ° С:
l = 70-10,1 × С-16, 8 × Mn-33, 8 × Si = 70-10,1 × 0,3-33,8 × 0,15 = 56,86 Вт / (м 2 × К ).
Метод нагрівання в печі приймається двосторонній. Коефіцієнт несиметричності нагріву m = 0,55 при двосторонньому нагріванні на поду з водо-охолоджуваних труб. Підігрівалася товщина вироби:
S = m × d = 0,55 × 0,23 = 126,5 мм.
Максимальна робоча температура газів (печі) - t п = 1330 ° С.
2.2 1-й ступінь нагріву - методична зона.
Початкові температури металу: поверхні t ми = 0 ° С
середини t см = 0 ° С.
Кінцева температура середини заготовки - t ск = 600 ° С.
Різниця температур між поверхнею і серединою заготовки (700-800) × S приймаємо рівною 90 ° С. Тоді кінцева температура поверхні заготовки - t мк = 690 ° С. Середня теплопровідність металу в процесі нагрівання даному ступені: l = 0,9 × 56,86 = 51,174 Вт / (м 2 × К).
Кінцева середня по масі температура металу:
`T к = (t ск + t мк) / 2 = (600 +690) / 2 = 645 ° С.
Кінцеве тепломісткість металу при 645 ° С приймаю:
Середня теплоємність металу від початкової температури 0 ° С до кінцевої 640 ° С:
Середній коефіцієнт температуропровідності металу:
а ср = l / (С × r) = 51,174 / (0,5826 × 10 3 × 7800) = 0,011259 × 10 -3 м 2 / с.
На основі аналізу рекомендованих креслень приймаємо висоту вільного простору над металом H 0 = 1 м.
Ефективна довжина променя:
Твір ефективної довжини на парціальний тиск випромінюючих газів:
При температурі печі (газів) 1100 ° С ступінь чорноти
Ступінь чорноти газів:
а ступінь чорноти металу приймається e м = 0,8.
Ступінь розвитку кладки:
Приведений коефіцієнт випромінювання:
де С 0 = 5,7-коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.
Початкове значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням
Середнє значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням обчислюємо за формулою:
Коефіцієнта тепловіддачі конвекцією приймається a КОН = 15 Вт / (м 2 × К).
Сумарне значення коефіцієнта тепловіддачі:
Визначаємо критерій БІО за формулою:
Температурний критерій для середини заготовки:
За графіками Д.В. Будрін [2, пріл.5] для Bi = 0,3304 і q = 0,4849; критерій Фур'є дорівнює Fo = 2,8.
Час нагріву металу в методичній зоні печі визначається як:
При значеннях Bi = 0,3304 і Fo = 2,8 за графіком Д.В. Будрін для поверхні пластини [2, пріл.5] температурний критерій q п = 0,42. Звідки:
Раніше була прийнята
2.3 2-й ступінь нагріву - зварювальний зона.
Температура металу початкова:
t c н = 600 ° С і t пн = 675 ° С, t м = 1230 ° С.
Кінцева температура середини металу - t c к = 1165 ° С.
Середня температура металу за масою і часу:
Середня теплопровідність металу:
l 913 = 0,68 × l 0 = 0,68 × 56,86 = 38,664 Вт / (м 2 × К).
Початкова середня по масі температура металу:
t c р = (600 +675) / 2 = 637,5 ° С.
Початкове тепломісткість металу при 637,5 ° С [2, дод.3]:
Кінцева середня по масі температура металу:
t c р = (1230 +1165) / 2 = 1197,5 ° С.
Кінцеве тепломісткість металу при 1197,5 ° С [2, дод.3]:
Середня теплоємність металу від початкової температури 637,5 ° С до кінцевої 1197,5 ° С:
На основі аналізу рекомендованих креслень приймаємо висоту вільного простору над металом у зварювальній зоні H 0 = 1,7 м.
Ефективна довжина променя:
Твір ефективної довжини на парціальний тиск випромінюючих газів:
При температурі печі (газів) 1330 ° С ступінь чорноти
Ступінь чорноти газів:
а ступінь чорноти металу приймається e м = 0,8.
Ступінь розвитку кладки:
Приведений коефіцієнт випромінювання:
де С 0 = 5,7-коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.
Середній коефіцієнт температуропровідності металу:
а ср = l 913 / (С 637 × r) = 38,664 / (
Початкове значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням
Середнє значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням обчислюємо за формулою:
Коефіцієнта тепловіддачі конвекцією приймається a КОН = 15 Вт / (м 2 × К).
Сумарне значення коефіцієнта тепловіддачі:
Визначаємо критерій БІО за формулою:
Температурний критерій для поверхні заготовки:
За графіками Д.В. Будрін [2, додаток 7] для Bi = 0,8584 і q = 0,1526; критерій Фур'є дорівнює Fo = 2,6.
Час нагріву металу в зварювальній зоні печі визначається як:
При значеннях Bi = 0,8584 і Fo = 2,6 за графіком Д.В. Будрін для поверхні пластини [2, додаток 6] температурний критерій для середини заготовкіq з = 0,21. Звідки:
Раніше була прийнята
При нагріванні заготовок перепад температур по товщині заготовки приймаємо Dt м = (250 ¸ 300) × S = (31,6 ¸ 37,95) ° C, вибираємо Dt мк = 30 ° C.
2.4 3-й ступінь нагріву - томильную зона.
Температури металу:
- Початкові t мн = 1230 ° С, t c н = 1176 ° С;
Середня температура металу за масою і часу:
Середня теплопровідність металу:
l 1209 = 0,72 × l 0 = 0,72 × 56,86 = 40,939 Вт / (м 2 × К).
Початкова середня по масі температура металу:
t c р = (1230 +1176) / 2 = 1203 ° С.
Кінцева середня по масі температура металу:
t c р = (1230 +1200) / 2 = 1215 ° С.
Отримані температури мало відрізняються між собою, так що теплоємність від 1203 ° С до 1215 ° С можна приймати рівною теплоємності від 0 до (1203 +1215) / 2 = 1209 ° С.
Тепломісткість сталі при 1209 ° С [2, дод.3]:
Середня теплоємність металу від 0 до 1209 ° С:
Середній коефіцієнт температуропровідності металу:
а ср = l 1209 / (С × r) = 40,939 / (0,7 × 10 3 × 7800) = 7,498 × 10 -6 м 2 / с.
Ступінь вирівнювання температур:
де
За графіком [2, додаток 6] для коефіцієнта несиметричності нагріву m = 0,5 знаходимо критерій Fo за формулою:
Тривалість витримки металу в томильной зоні:
Загальний час нагрівання металу в печі:
S t = t 1 + t 2 + t 3 = 1,105 +1,949 +0,414 = 3,469 год
3. Тепловий баланс методичної печі.
Прихід тепла.
1) Визначимо хімічне тепло палива:
де В (м 3 / с) - витрата газу подаваного па піч.
2) Фізичне тепло повітря:
де i В - ентальпія повітря при t У = 454 о С [3. стор.37].
3) Тепло екзотермічних реакцій:
де а = 0,012 - частка окисленого металу [4. стор.8];
5650 - тепловий ефект окислення 1 кг заліза,
G = 155 т / год - продуктивність печі.
Загальний прихід тепла:
Витрата тепла.
1) Витрата тепла на нагрів металу:
де i к = 861 (кДж / кг) і i н = 0 (кДж / кг) - ентальпія металу в кінці і на початку нагріву.
2) Втрати тепла на нагрів окалини:
де m - кількість окалини від окислення 1 кг заліза, m = 1,38
З 0 - теплоємність окалини, З 0 = 1
t м = 1503 (К) і t н - температура окалини, приймається рівною температурі поверхні металу відповідно на початку і наприкінці нагріву.
3) Втрати тепла з димовими газами:
Ентальпія газів:
4) Втрати тепла через кладку теплопровідністю.
Стіни печі двошарові виконані:
- Внутрішній шар - ША h = 348 мм;
- Зовнішній - діатомітовий цегла h = 116 мм.
Під печі тришаровий:
- Перший (внутрішній) шар - хромомагнезитових цегла;
- Другий (робочий) шар - ШБ (шамотна цегла класу Б);
- Третій шар - Д-500 теплоізоляційний діатомітовий цегла.
Звід печі одношаровий виконаний з каолінового цегли: ШБ 300 мм.
Формули для розрахунку теплопровідності матеріалів кладки:
Шамотна цегла ША:
Хромомагнезитових цегла:
Шамотна цегла ШБ:
Діатомовий цегла Д-500:
Каоліновий цегла:
де
а) Розрахунок стіни печі:
|
|
|
|
|
|
Температура, о С |
Температура, о С |
|
|
|
|
|
Рис.1 Схема стінок печі.
Розрахунок ведеться методом послідовних наближень.
Перше наближення.
Попередньо знаходимо тепловий опір кладки при температурі
Тепловий опір шару:
Приймаються коефіцієнт тепловіддачі рівним a 0 = 15,
Зовнішнє тепловий опір:
Загальне тепловий опір:
Щільність теплового потоку при t п = 1330 о С і t в = 20 о С:
Оскільки різниця між попереднім і отриманим значеннями
q> 5%, розрахунок необхідно повторити.
Друге наближення.
Знаходимо температуру на границях шарів кладки:
Середня температура шару:
Теплопровідність шару:
Теплове опору шару:
Коефіцієнт тепловіддачі:
Зовнішнє тепловий опір:
Загальне тепловий опір:
Щільність теплового потоку при t к = 1330 о С і t в = 20 о С:
Оскільки різниця між попереднім і отриманим значеннями q> 5%, розрахунок
необхідно повторити: dq = | q ¢-q 0 | / q ¢ × 100% = (1341-896) / тисячі триста сорок один × 100% = 33,18%.
Третє наближення.
Цей розрахунок виконується за аналогією з попереднім, тому наведемо тільки його результати:
t ¢ = 922,3 о С; t н = 124,4 о С; `t 1 = 1126,1 про C;` t 2 = 523,379 о C;
R 1 = 0,305 (м 2 × К) / Вт; R 2 = 0,598 (м 2 × К) / Вт;
a = 15,31 Вт / (м 2 × К); R н = 0,065 (м 2 × К) / Вт;
R 0 = 0,968 (м 2 × К) / Вт; q ² = 1353, 305
Так як різниця q ¢ і q ² менше ± 5%, перерахунку не потрібно.
Тепловий опір пода більше, ніж стін. Звідси можна прийняти питомі втрати через під 0,75 від втрат через стіни, тобто:
q n. n = 0,75 × q c т = 0,75 × 1353,305 = 1015 Вт / м 2.
б) Втрати тепла через кладку склепіння.
Розрахунок проводимо методом послідовного наближення аналогічно розрахунку втрат через кладку стін, тому наведемо тільки результати розрахунку: t н = 183,9 о С, a = 52
|
Товщина зводу, мм |
Рис.2 Схема склепіння печі.
Втрати тепла через кладку обчислюємо за формулою:
де
Розрахункова поверхню пода:
де В п = 9,6 (м) - ширина печі,
L - довжина пода при торцевої завантаженні:
L = L розр × 1,045 = 1,045 ×
Розрахункова поверхню зводи:
де `H м = H 0 + d = 1,23 м,
H св = H ¢ 0 + d = 1,93 м,
H т = 1,5 + d = 1,73 м.
Визначення активної довжини пода по зонах:
методична - L м = L × t 1 / St = 34,03 × 1,105 / 3,469 = 10,84 м;
зварювальний - L св = L × t 2 / St = 34,03 × 1,949 / 3,469 = 19,12 м;
методична - L т = L × t 3 / St = 34,03 × 0,414 / 3,469 = 4,07 м.
Конструктивно приймаємо два зварювальні зони з L св = 9,56 м.
Отже втрати тепла через кладку:
5) Втрати тепла через вікна:
Приймаємо, що вікно посаду відкрито весь час (j 1 = 1) на h 0 = 2 × d = 0,46 м
Площа відкриття вікна посаду:
Товщина кладки стін
Коефіцієнт діафрагмування вікна Ф = 0,7 [5. рис.1].
Температура газів:
- У вікна завдання
- У вікна видачі
Втрати тепла через вікно завдання:
Втрати тепла через вікно видачі:
Загальні втрати тепла випромінюванням:
6) Втрати тепла з охолоджувальною водою.
У табл.1 [4] вказані водо-охолоджувані елементи методичних печей і втрати в них.
Розрахунком визначаємо лише втрати в поздовжніх і поперечних трубах, так як це становить 80-90% від усіх втрат. Решта втрати враховуються збільшенням отриманих втрат в трубах на 10-20%.
Максимальна відстань між поздовжніми трубами:
З урахуванням запасу міцності відстань між трубами приймаємо на 20-30% менше максимального:
Діаметр і товщина подових труб: 127'22 мм.
Кількість поздовжніх труб:
де l з - довжина заготовки, м.
Звішування заготовки:
Загальна довжина поздовжніх труб:
Поверхня нагріву поздовжніх труб:
Щільність теплового потоку приймаємо рівної q пр = 100
Втрати тепла з охолоджувальною водою поздовжніх труб:
Приймаються конструкцію здвоєних по висоті поперечних труб. По довжині зварювальної зони і 1 / 3 методичної відстань між поперечними трубами приймаємо рівним
Кількість здвоєних поперечних труб:
Загальна довжина поперечних труб:
Поверхня нагріву поперечних труб:
Щільність теплового потоку приймаємо рівної [3.табл.1]:
q пп = 150
Втрати тепла з охолоджувальною водою поперечних труб:
Загальні втрати з охолоджувальною водою подових труб:
а втрати тепла з теплоізоляцією:
Втрати тепла з охолоджувальною водою всіх водо-охолоджуваних елементів печі без теплоізоляції подових труб:
а з теплоізоляцією подових труб:
7) Невраховані втрати тепла складають (10-15)% від суми статей Q к + Q п + Q в:
Загальна витрата тепла:
Прирівнюючи витрата тепла до приходу, отримаємо рівняння теплового балансу:
або
Вибираємо труби без ізоляції.
Таблиця 3
Тепловий баланс печі
| Стаття | Прихід тепла | Стаття | Витрата тепла | ||
| кВт | % | кВт | % | ||
| Хімічне тепло палива Q x Фізичне тепло повітря Q в Тепло екзотермічних реакцій Q е. | 106930,7 16884,7 2919,16 | 84,37 13,32 2,30 | Витрата тепла на нагрів металу Q м Втрати тепла з окалиною Q o Втрати тепла з димовими газами Q У Втрати через кладку Q до Втрати тепла випромінюванням Q л Втрати з охолоджуючою водою Q б у Невраховані втрати Q б н | 36625,98 1071,630 61090,04 3771,379 1435,846 20199,47 2540,670 | 28,89 0,845 48,20 2,975 1,133 15,93 2,004 |
Невязка складає - 0,00033%
Визначимо інші показники.
Коефіцієнт корисної дії печі:
Питома витрата тепла:
Питома витрата умовного палива:
де Q у = 29300 кДж / кг - теплота згоряння умовного палива.
Для подальших розрахунків:
- Витрата повітря:
- Витрата продуктів горіння:
4. Розрахунок керамічного рекуператора.
Витрата продуктів згорання через рекуператор
Тепловий потік через поверхню теплообміну:
де k - коефіцієнт тепловіддачі;
Dt - середньо логарифмічна різниця температур між повітрям і продуктами згоряння;
F - поверхня теплообміну.
Рівняння теплового балансу з урахуванням витоків повітря
де h = 0,95 - коефіцієнт урахування втрат тепла в навколишнє середовище;
n = 0,2 - частка витоку повітря.
З цього рівняння висловлюємо температуру продуктів згоряння на виході з рекуператора:
де
За формулою отримаємо
Визначення коефіцієнта теплопередачі від продуктів згоряння до повітря.
Згідно рекомендації [4] швидкість продуктів згоряння і швидкість повітря при нормальних умовах рівні відповідно
Продукти згоряння рухаються всередині рекуператорні труб.
4.1Определеніе коефіцієнта тепловіддачі продуктів згоряння.
Тепловіддача конвекцією.
Температура, середня по довжині поверхні теплообміну:
Число Рейнольдса:
де
n-коефіцієнт кінематичної в'язкості при 957,5 ° С;
d Е-характерний геометричний параметр простору, в якому відбувається рух продуктів згоряння. При русі всередині рекуператорні труб d Е = 0.144 м.
Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією по рис.2.2 [4]:
Тепловіддача випромінюванням.
Середня температура стінки для входу по продуктам згоряння:
Середня температура стінки для виходу з продуктів згорання:
У рекуператорі прямоточне рух середовищ.
Ефективна довжина променя:
Ефективна ступінь чорноти стінок труб рекуператора:
де e СТ = 0,8 - ступінь чорноти шамотного вогнетриву.
Парціальні тиску газів чисельно рівні їх об'ємним змістів:
Твори парціальних тисків на ефективну довжину променя:
Ступеня чорноти газів визначаємо за графіками [4]:
1. Для входу, при 1000 ° С:
2. Для виходу, за 915 ° С:
3. Поправочний коефіцієнт:
Значення коефіцієнта тепловіддачі:
1. Вхід:
2. Вихід:
Середній коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням:
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі:
Визначення коефіцієнта тепловіддачі повітря.
Коефіцієнт тепловіддачі a В = f (w B, O; t B) при t B = 0,5 × (
Середня температура стінки:
Теплопровідність стінки при 597 ° С:
Товщина стінки труби:
Коефіцієнт теплопередачі:
4.2 Визначення необхідної поверхні теплообміну.
Для визначення величини поверхні теплообміну F необхідно використовувати графічну залежність Е = f (m, q) рис.2.1 [4]. Відносна температура повітря q обчислюється за формулою:
а комплекс m як:
де З 237 В = З 200 +
З графіка Е = 0,5, тоді з урахуванням витоків повітря поверхню теплообміну обчислюється:
4.3 Визначення розмірів рекуператора.
Сумарна площа прохідного перетину труб:
де a = 1,1 - коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу продуктів згоряння по трубах рекуператора.
Площа насадки рекуператора в горизонтальній площині:
де S ПС - прохідний перетин однієї труби, віднесене до 1м 2 площі перерізу насадки.
Ширина насадки рекуператора В = В П - 1 = 9,6 - 1 = 8,6 м.
Число рядів труб у напрямку, перпендикулярному руху повітря:
де S 1 = 0,305 м - крок розміщення труби по ширині печі.
Висот насадки рекуператора:
де P = 8,5 м 3 / м 3 - поверхня теплообміну на 1м 3 насадки для керамічних рекуператорів.
Площа прохідного перерізу для руху повітря:
Площа прохідного перерізу повітря по висоті одного ряду труб:
Кількість рядів труб по висоті одного горизонтального проходу:
Число горизонтальних проходів по шляху руху повітря:
де h = 0,42 м - висота трубного елемента з урахуванням міжфланцеве торцевого зазору.
4.4 Остаточні розміри рекуператора.
Число рядів труб по ширині рекуператора:
Число рядів труб по висоті рекуператора з урахуванням можливості збільшення висоти останнього проходу на 1 трубу:
Ширина насадки рекуператора:
Число рядів труб по довжині рекуператора:
де S 2 = 0,304 м - крок труб по довжині рекуператора.
Довжина насадки рекуператора:
Висота насадки рекуператора:
Дійсна поверхню теплообміну.
4.5 Розрахунок аеродинамічного опору повітряного тракту.
де l Т - коефіцієнт тертя для каналів з вогнетривів (0,05);
N = 1 - число горизонтальних проходів;
d е - еквівалентний діаметр для вертикальних каналів (0,114 м);
b = 1/273- коефіцієнт об'ємного розширення газів;
g = 9,81 м / с 2 - прискорення вільного падіння;
w В, О = 1,5 м / с; r Під = 1,293 кг / м 3;
коефіцієнти місцевих опорів:
x 1 = 0,5;
x 2 = 0,3;
x 4 = 1,2;
x 7 = до × (S 2 / S 1 × n p × a + b) = 1,4 × (304/305 × 54 × 0,1 +2) = 10,335,
де к - коефіцієнт враховує турбулентність руху газу;
n p = М 1 - 1 = 54 - число міжрядне проходовпо довжині горизонтальних каналів;
a, b - коефіцієнти залежать від S 2 і діаметра труб (a = 0,1; b = 2).
4.6Расчет аеродинамічного опору тракту продуктів згоряння.
d е - еквівалентний діаметр для вертикальних каналів (0,114);
x 5, x 6 - коефіцієнти місцевих опорів (0,5; 0,6);
r ПСО, r по - щільність продуктів згоряння та повітря;
b - коефіцієнт об'ємного розширення газів.
5. Вибір пальникових пристроїв.
Для даної методичної печі використовуємо пальники типу "труба в трубі".
Приймемо наступний розподіл тепла по зонах печі [8]:
- Томильную зона - 15%;
- Перша зварювальний зона:
- Верхня - 20%;
- Нижня - 22,5%;
- Друга зварювальний зона:
- Верхня - 20%;
- Нижня - 22,5%.
Число пальників в кожній зоні:
де S р - крок пальників [8], м;
k - число рядів пальників.
Пропускна здатність одного пальника по газу:
Тиск газу перед пальником приймаємо 4 кПа, для повітря - 0,5 кПа.
Перша зварювальний зона.
Теплота згоряння палива: Q H P = 8095,6 кДж / м 3.
Газ холодний (20 ° С): r = 1,194 ГО кг / м 3.
Температура підігріву повітря: t У = 454 ° С.
Питома витрата повітря: V У = 2,1021 м 3 / м 3.
Витрата повітря на пальник:
Розрахунковий витрата повітря при підігріві його до 454 о С:
де k = 1,56 - коефіцієнт визначається за Рис.5 [8].
За Рис.5 [8], за розрахунковим витраті повітря і тиску перед пальником 0,5 кПа визначаємо тип пальників: ДНБ-275 / d Г.
Розрахунковий витрата газу:
де k t - визначається з рис.6 [8];
k p = 1,31 кг / м 3 - визначається з рис.7 [8].
При тиску 4 кПа і розрахунковій витраті газу V Г рас = 0,405 м 3 / с діаметр газового сопла - d Г = 85 мм.
Перевіримо швидкості в характерних перетинах пальника. За рис.8 [8] знайдемо швидкості W г 20 = 65 м / с і повітря-W у 20 = 20 м / c на виході з пальника при t = 20 о С.
Дійсні швидкості середовищ:
Відношення швидкостей:
Відношення швидкостей знаходиться в межах допустимого [8]. За табл.4 [8] визначаємо розміри пальники ДНБ-275/85 (див. дод 1.).
Швидкість газової суміші на виході з носика пальника:
Швидкості руху середовищ у підвідних трубопроводах:
6. Розрахунок газового, повітряного та димового трактів нагрівальних печей.
6.1 Визначення розмірів газо-і повітропроводів.
Ділянка 1 діаметром d 1 (D 1) і довжиною l 1 (L 1) з'єднує кожну конфорку з роздатковим колектором.
l 1 = 6 м - газопровід, L 1 = 3 м - повітропровід; d 1 = D 5, a D 1 = D 2
Ділянка 2 (зонний колектор) діаметром d 2 (D 2) і довжиною l 2 (L 2) забезпечує рівномірний розподіл газу (повітря) на групу пальників даної зони опалення.
Задаємося раціональними швидкостями руху газу та повітря:
w Г 2 = 15 м / с; w У 2 = 8 м / с.
Площа прохідного перерізу труби для газу:
Звідси діаметр труби:
Площа прохідного перерізу труби для повітря:
Звідси діаметр труби:
Довжина l 2 = L 2 = B n +2 = 11,6 м.
Ділянка 3 діаметром d 3 (D 3) і довжиною l 3 (L 3) з'єднує зонний колектор з пічним. На ньому розміщують дросельний клапан для плавного регулювання витрати газу (повітря) на групу пальників зони та вимірювальну діафрагму для контролю витрати газу (повітря) на зону опалення.
l 3 = L 3 = 12 м; d 3 = d 2 = 0,56154 м; D 3 = D 2 = 0,76892 м.
Ділянка 4 діаметром d 4 (D 4) і довжиною l 4 (L 4) забезпечує підведення газу (повітря) до печі з цехового газопроводу (повітропроводу) і роздачу його по зонах колектора.
Діаметр труби газу:
Діаметр труби під повітря:
Загальна довжина l 4 = L 4 = 35 м.
6.2 Розрахунок димового тракту.
Димовий тракт являє собою систему каналів - кнурів, які забезпечують рух продуктів горіння з печі до димової труби. Розрахунок ведемо у відповідності з типовою схемою димового тракту методичної печі. Швидкість продуктів горіння w 02 = 2,5 м / с [6].
1) З'єднання печі з рекуператором.
Прохідний перетин кабана f 1 = a'b = 2,9 × 9,6 = 27,84 м 2, а довжина l 1 = 5,5 м. Тоді:
2) горизонтальна ділянка - рекуператор з димарем.
Довжина l 2 = 40 м. Прохідний перетин кабана:
Вибираємо борів з прохідним перетином f Б = 21 м 2 (див. рис.4), [6, додаток 6].
Розміри кабана: В = 3944 (мм) і М = 5681 (мм).
Реальна швидкість димових газів:
Схема димового тракту представлена в дод. 2.
Рис.4. Димовий борів.
6.3 Аеродинамічний розрахунок димового тракту.
Втрати тиску на тертя па першій ділянці (при `t 1 = 1000 ° C):
де
Для цегляних каналів l = 0,05 Вт / (м × К).
Щільність димових газів r ПС, 0 = 1,31 кг / м 3.
Середня температура газів на другій ділянці:
Втрати тиску на тертя па 2-й ділянці (при `t 2 = 875 ° C):
де
Сумарні втрати на тертя:
Розрахунок втрат тиску на місцевих опорах.
Ділянка 1: при значеннях b ¢ / b = 1,16 і h / b ¢ = 3,31 за додатком 8 [6] приймаємо коефіцієнт місцевого опору x 1 = 0,9, а при b ¢ / b = 2,2 і h / b ¢ = 1,47 - x 2 = 0,75.
Втрати тиску знаходять за формулою:
Ділянка 2: при значенні j = 25 ° - кут відкриття дросельной клапана в прямокутному каналі [6, пріл.8] приймаємо коефіцієнт місцевого опору x 4 = 2, а при L / H = 0,75 (засувка - шибер у прямокутному перерізі) - x 5 = 0,6 і приймаємо що x 3 = 1,4. Так як труба кругла h / b ¢ = 1 і b ¢ / b = 1,3 отже коефіцієнт місцевого опору x 6 = 1.
Тоді втрати тиску знаходять за формулою:
Сумарні втрати на місцевих опорах:
Зміна геометричного напору, залежне від вертикальних ділянок кабана, розраховується за формулою:
де H - висота опускання продуктів у димовому тракті, (5,5 м).
Розрахунок аеродинамічного опору рекуператора див. пункт 4.6.
Для димового тракту розрядження, створюване димарем (з 50% запасом):
Бібліографічний список.
1. Соломенцев. С.Л. Розрахунок горіння палива. -Липецьк: ЛПІ, 1980. - 38с.
2. Лукоянов Б. І. Навчальний посібник для розрахунку металургійних печей. - Воронеж: ВПІ, 1976. - 110с.
3. Соломенцев. С.Л. Тепловий баланс печі. -Липецьк: ЛПІ, 1981. - 26с.
4. Наумкіна В. А. Вибір конструкції і розрахунок керамічних рекуператорів. -Липецьк: ЛПІ, 1983. - 32с.
5. Соломенцев. С.Л. Методичні вказівки по курсовому проектуванню металургійних печей. -Липецьк: ЛПІ, 1981.
6. Наумкіна В. А. Розрахунок газового, повітряного та димового трактів нагрівальних печей. -Воронеж: ВПІ, 1989. -56с.
7. Крівандін В. А., Марков Б. Л. Металургійні печі. -М.: Маталлургія, 1997. -463с.
8. Щапов Г. А., Карамишева Є. П. Вибір пристроїв для спалювання палива в печах. Пальники типу "труба в трубі". -Липецьк: ЛПІ, 1985.
Висот насадки рекуператора:
де P = 8,5 м 3 / м 3 - поверхня теплообміну на 1м 3 насадки для керамічних рекуператорів.
Площа прохідного перерізу для руху повітря:
Площа прохідного перерізу повітря по висоті одного ряду труб:
Кількість рядів труб по висоті одного горизонтального проходу:
Число горизонтальних проходів по шляху руху повітря:
де h = 0,42 м - висота трубного елемента з урахуванням міжфланцеве торцевого зазору.
4.4 Остаточні розміри рекуператора.
Число рядів труб по ширині рекуператора:
Число рядів труб по висоті рекуператора з урахуванням можливості збільшення висоти останнього проходу на 1 трубу:
Ширина насадки рекуператора:
Число рядів труб по довжині рекуператора:
де S 2 = 0,304 м - крок труб по довжині рекуператора.
Довжина насадки рекуператора:
Висота насадки рекуператора:
Дійсна поверхню теплообміну.
4.5 Розрахунок аеродинамічного опору повітряного тракту.
де l Т - коефіцієнт тертя для каналів з вогнетривів (0,05);
N = 1 - число горизонтальних проходів;
d е - еквівалентний діаметр для вертикальних каналів (0,114 м);
b = 1/273- коефіцієнт об'ємного розширення газів;
g = 9,81 м / с 2 - прискорення вільного падіння;
w В, О = 1,5 м / с; r Під = 1,293 кг / м 3;
коефіцієнти місцевих опорів:
x 1 = 0,5;
x 2 = 0,3;
x 4 = 1,2;
x 7 = до × (S 2 / S 1 × n p × a + b) = 1,4 × (304/305 × 54 × 0,1 +2) = 10,335,
де к - коефіцієнт враховує турбулентність руху газу;
n p = М 1 - 1 = 54 - число міжрядне проходовпо довжині горизонтальних каналів;
a, b - коефіцієнти залежать від S 2 і діаметра труб (a = 0,1; b = 2).
4.6Расчет аеродинамічного опору тракту продуктів згоряння.
d е - еквівалентний діаметр для вертикальних каналів (0,114);
x 5, x 6 - коефіцієнти місцевих опорів (0,5; 0,6);
r ПСО, r по - щільність продуктів згоряння та повітря;
b - коефіцієнт об'ємного розширення газів.
5. Вибір пальникових пристроїв.
Для даної методичної печі використовуємо пальники типу "труба в трубі".
Приймемо наступний розподіл тепла по зонах печі [8]:
- Томильную зона - 15%;
- Перша зварювальний зона:
- Верхня - 20%;
- Нижня - 22,5%;
- Друга зварювальний зона:
- Верхня - 20%;
- Нижня - 22,5%.
Число пальників в кожній зоні:
де S р - крок пальників [8], м;
k - число рядів пальників.
Пропускна здатність одного пальника по газу:
Тиск газу перед пальником приймаємо 4 кПа, для повітря - 0,5 кПа.
Перша зварювальний зона.
Теплота згоряння палива: Q H P = 8095,6 кДж / м 3.
Газ холодний (20 ° С): r = 1,194 ГО кг / м 3.
Температура підігріву повітря: t У = 454 ° С.
Питома витрата повітря: V У = 2,1021 м 3 / м 3.
Витрата повітря на пальник:
Розрахунковий витрата повітря при підігріві його до 454 о С:
де k = 1,56 - коефіцієнт визначається за Рис.5 [8].
За Рис.5 [8], за розрахунковим витраті повітря і тиску перед пальником 0,5 кПа визначаємо тип пальників: ДНБ-275 / d Г.
Розрахунковий витрата газу:
де k t - визначається з рис.6 [8];
k p = 1,31 кг / м 3 - визначається з рис.7 [8].
При тиску 4 кПа і розрахунковій витраті газу V Г рас = 0,405 м 3 / с діаметр газового сопла - d Г = 85 мм.
Перевіримо швидкості в характерних перетинах пальника. За рис.8 [8] знайдемо швидкості W г 20 = 65 м / с і повітря-W у 20 = 20 м / c на виході з пальника при t = 20 о С.
Дійсні швидкості середовищ:
Відношення швидкостей:
Відношення швидкостей знаходиться в межах допустимого [8]. За табл.4 [8] визначаємо розміри пальники ДНБ-275/85 (див. дод 1.).
Швидкість газової суміші на виході з носика пальника:
Швидкості руху середовищ у підвідних трубопроводах:
6. Розрахунок газового, повітряного та димового трактів нагрівальних печей.
6.1 Визначення розмірів газо-і повітропроводів.
Ділянка 1 діаметром d 1 (D 1) і довжиною l 1 (L 1) з'єднує кожну конфорку з роздатковим колектором.
l 1 = 6 м - газопровід, L 1 = 3 м - повітропровід; d 1 = D 5, a D 1 = D 2
Ділянка 2 (зонний колектор) діаметром d 2 (D 2) і довжиною l 2 (L 2) забезпечує рівномірний розподіл газу (повітря) на групу пальників даної зони опалення.
Задаємося раціональними швидкостями руху газу та повітря:
w Г 2 = 15 м / с; w У 2 = 8 м / с.
Площа прохідного перерізу труби для газу:
Звідси діаметр труби:
Площа прохідного перерізу труби для повітря:
Звідси діаметр труби:
Довжина l 2 = L 2 = B n +2 = 11,6 м.
Ділянка 3 діаметром d 3 (D 3) і довжиною l 3 (L 3) з'єднує зонний колектор з пічним. На ньому розміщують дросельний клапан для плавного регулювання витрати газу (повітря) на групу пальників зони та вимірювальну діафрагму для контролю витрати газу (повітря) на зону опалення.
l 3 = L 3 = 12 м; d 3 = d 2 = 0,56154 м; D 3 = D 2 = 0,76892 м.
Ділянка 4 діаметром d 4 (D 4) і довжиною l 4 (L 4) забезпечує підведення газу (повітря) до печі з цехового газопроводу (повітропроводу) і роздачу його по зонах колектора.
Діаметр труби газу:
Діаметр труби під повітря:
Загальна довжина l 4 = L 4 = 35 м.
6.2 Розрахунок димового тракту.
Димовий тракт являє собою систему каналів - кнурів, які забезпечують рух продуктів горіння з печі до димової труби. Розрахунок ведемо у відповідності з типовою схемою димового тракту методичної печі. Швидкість продуктів горіння w 02 = 2,5 м / с [6].
1) З'єднання печі з рекуператором.
Прохідний перетин кабана f 1 = a'b = 2,9 × 9,6 = 27,84 м 2, а довжина l 1 = 5,5 м. Тоді:
2) горизонтальна ділянка - рекуператор з димарем.
Довжина l 2 = 40 м. Прохідний перетин кабана:
Вибираємо борів з прохідним перетином f Б = 21 м 2 (див. рис.4), [6, додаток 6].
Розміри кабана: В = 3944 (мм) і М = 5681 (мм).
Реальна швидкість димових газів:
Схема димового тракту представлена в дод. 2.
Рис.4. Димовий борів.
6.3 Аеродинамічний розрахунок димового тракту.
Втрати тиску на тертя па першій ділянці (при `t 1 = 1000 ° C):
де
Для цегляних каналів l = 0,05 Вт / (м × К).
Щільність димових газів r ПС, 0 = 1,31 кг / м 3.
Середня температура газів на другій ділянці:
Втрати тиску на тертя па 2-й ділянці (при `t 2 = 875 ° C):
де
Сумарні втрати на тертя:
Розрахунок втрат тиску на місцевих опорах.
Ділянка 1: при значеннях b ¢ / b = 1,16 і h / b ¢ = 3,31 за додатком 8 [6] приймаємо коефіцієнт місцевого опору x 1 = 0,9, а при b ¢ / b = 2,2 і h / b ¢ = 1,47 - x 2 = 0,75.
Втрати тиску знаходять за формулою:
Ділянка 2: при значенні j = 25 ° - кут відкриття дросельной клапана в прямокутному каналі [6, пріл.8] приймаємо коефіцієнт місцевого опору x 4 = 2, а при L / H = 0,75 (засувка - шибер у прямокутному перерізі) - x 5 = 0,6 і приймаємо що x 3 = 1,4. Так як труба кругла h / b ¢ = 1 і b ¢ / b = 1,3 отже коефіцієнт місцевого опору x 6 = 1.
Тоді втрати тиску знаходять за формулою:
Сумарні втрати на місцевих опорах:
Зміна геометричного напору, залежне від вертикальних ділянок кабана, розраховується за формулою:
де H - висота опускання продуктів у димовому тракті, (5,5 м).
Розрахунок аеродинамічного опору рекуператора див. пункт 4.6.
Для димового тракту розрядження, створюване димарем (з 50% запасом):
Бібліографічний список.
1. Соломенцев. С.Л. Розрахунок горіння палива. -Липецьк: ЛПІ, 1980. - 38с.
2. Лукоянов Б. І. Навчальний посібник для розрахунку металургійних печей. - Воронеж: ВПІ, 1976. - 110с.
3. Соломенцев. С.Л. Тепловий баланс печі. -Липецьк: ЛПІ, 1981. - 26с.
4. Наумкіна В. А. Вибір конструкції і розрахунок керамічних рекуператорів. -Липецьк: ЛПІ, 1983. - 32с.
5. Соломенцев. С.Л. Методичні вказівки по курсовому проектуванню металургійних печей. -Липецьк: ЛПІ, 1981.
6. Наумкіна В. А. Розрахунок газового, повітряного та димового трактів нагрівальних печей. -Воронеж: ВПІ, 1989. -56с.
7. Крівандін В. А., Марков Б. Л. Металургійні печі. -М.: Маталлургія, 1997. -463с.
8. Щапов Г. А., Карамишева Є. П. Вибір пристроїв для спалювання палива в печах. Пальники типу "труба в трубі". -Липецьк: ЛПІ, 1985.