Мартенівська піч, що працює на газовому паливі
Мартенівське виробництво сталі. Видалення з металу домішок. Розрахунок горіння палива в мартенівській печі. Визначення основних розмірів робочого простору печі. Тепловий баланс печі. Витрата палива по періодах плавки та визначення їх тривалості.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 30.04.2014 |
| Размер файла | 491,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Зміст
- Вступ
- 1. Розрахунок горіння палива
- 1.1 Задача розрахунку
- 1.2 Розрахунок горіння палива зведемо в таблицю 1. Обробка результатів розрахунків
- 1.4 Нижча теплота згорання палива Qрн, кДж/м3н, по формулі
- 2. Визначення основних розмірів робочого простору печі
- 2.1 Вихідні дані
- 2.2 Визначаємо довжину і ширину дзеркала ванни
- 2.3 Питома нагрузка площі поду рівна
- 2.4 По формулі Стальпроекта глибина ванни рівна
- 2.5 Отримана глибина ванни задовольняє умовам
- 2.6 Висота робочого простору над рівнем дзеркала ванни визначається по формулі
- 3. Тепловий баланс печі
- 3.1 Вихідні дані
- 3.2 Тепловий потік через кладку
- 3.3 Тепловіддаюча поверхня ванни
- 3.4 Витрата теплоти на холостий хід
- 3.5 При коефіцієнті використання теплоти палива до пальника, необхідно подати наступну кількість теплоти
- 3.6 Витрата теплоти на отримання сталі
- 3.7 Розрахунок теплоти
- 4. Витрата палива по періодах плавки та визначення їх тривалості
- 5. Період кипіння і перегріву металу
- 6. Період чистого кипіння і розкислення
- 7. Розрахунок регенераторів
- 8. Розрахунок опору на шляху руху продуктів згорання
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
На металургійних підприємствах є безліч процесів, пов'язаних з рухом рідин і газів. Мартенівське виробництво сталі, наприклад, супроводжується гідроаеродинамічними процесами при заповненні міксера чавуном, видачі його в чавуновозний ківш, заливки чавуну в піч, при русі газових потоків в робочому просторі печі, при зміщенні потоків повітря і газоподібного палива та ін.
Гідродинамічні процеси можуть частково або повністю описуватися однаковими диференційними рівняннями і відтворюватися на холодних моделях.
Мартенівська піч - піч, в якій шляхом переплавлення чавуну або залізного брухту виходять різні сорти сталі. Мартенівські печі будуються ємністю до 250-300т. і більше. Головні частини мартенівської печі: робочий простір, що представляє собою камеру, обмежену бічними, передніми і задніми стінками, склепінням і подом; в робочому просторі печі відбувається весь процес виготовлення сталі; головка призначена для підведення в піч пального і підігрітого повітря; шлаковики в яких осідає пил, що уноситься продуктами горіння; регенератори для попереднього підігріву до 1000-1200 ?С газу і повітря; канали за якими газ і повітря надходить у регенератори, а продукти горіння - до труби; перекладні пристрої - для зміни напряму газу та повітря, що надходять у піч, і регулюючі клапани; димова труба для створення необхідного розрідження й відводу продуктів горіння в атмосферу. Кладка робочого простору обмурована металевою арматурою на чавунних або сталевих плитах, що схрещуються вертикальними балками. У передній стінці робляться тени садочні для завантаження шихти, а в задній на рівні випускний отвір для спуску метала. Залежно від матеріалів, з яких викладена піч, вона може бути кислою або основною. Кисла мартенівська піч викладається з динасової цегли поверх якої наварюється шар чистого піску. В основній мартенівській печі кладка поду робиться з магнезитової цегли, а наварка проводиться з магнезитового порошку або з подрібненого випаленого шамоту. Передня і задня стінка в основних печах викладаються повністю або трохи вище найвищого підйому шлаку з магнезитової цегли. Звід мартенівської печі, як кислої так і основної викладається з динасової цегли. По своїй конфігурації мартенівські печі діляться на стаціонарні і хитні. Робочий простір хитних печей зроблений із залізних частин, викладених всередині вогнетривкою кладкою.
Мартенівський процес - процес отримання сталі на поду мартенівської печі шляхом переплавлення чавуну і залізного брухту. У піч завантажується шихта для заліза, чавун, руда і флюс. Під впливом великої температури шихта розплавляється, причому між окремими елементами шихти і кисло-пічних газів і руди відбуваються реакції. Оксиди елементів, флюси і частини футеровки печі, які руйнуються, з'єднуються між собою, утворюють шлак який вступає у взаємодію з розплавленим металом і окисними газами печі. Кисень, який міститься в пічних газах, діє на шлак. Окис вуглецю, що виділяється створює умову кипіння металевої ванни. Кипіння припиняється, коли шлак стає рідким. Ще тоді коли температура ванни недостатньо висока, окислюються: кремній, марганець. Надалі з підігрівом ванни, починає вигоряти вуглець. Видалити з металу повністю всі домішки при мартенівському процесі не можливо, тому у малих кількостях вони залишаються в залізі. З окису заліза домішки видаляються присадкою розкислювачів у вигляді феросилу і феромарганцю. Після розкислення метал випускається в ківш, де для деяких сортів сталі відбувається додаткове розкислення багатим феросіліцієм і алюмінієм. Залежно від характеру шахти і якості одержуваного металу мартенівська піч має кілька варіантів: кислий і основний скрап-процес, рудний і комбінований процес.
Кислий процес - головний процес в кислій мартенівській печі. Кисла футеровка печі, що складається з кремнезему, утворює з закисом заліза силікат, який діє розкислюючим чином, що дозволяє менше витрачати розкислювачів. Пружність сталі значно вище ніж основної того ж хімічного складу. Недоліком кислого процесу є: менша продуктивність в порівнянні з основним і необхідність роботи на чистому чавуні і брухті, тобто кислим процесом не можна видалити фосфор і сірку. Тому при кислому процесі користуються дорогим деревинно-вугільним чавуном. Кількість шлаків в цьому процесі невелика.
Основний процес дає можливість завдяки основній футеровці печі і основним шлакам видалити з металевої ванни значну кількість фосфору і сірки.
Для видалення з металу фосфору і сірки необхідно тримати в печі високоосновні шлаки у великій кількості. Такі шлаки зазвичай густі і погано проводять тепло, тому прагнуть до розрідження їх присадкою плавильного шлаку або бокситу.
Мартенсит - структура сталі, що отримується в результаті загартування: представляючи собою твердий розчин вуглецю і легуючих елементів альфазалізі. Мартенсит володіє низькою пластичністю, вельми твердий.
1. Розрахунок горіння палива
1.1 Задача розрахунку
Визначити нижчу теплоту згорання палива Qрн, теоретично необхідну кількість повітря для спалювання палива Vов, дійсні об'єми азота, кисню, трьохатомних газів і водню, віднесені до одиниці кількості палива.
Вихідні дані:
Коефіцієнт надлишку повітря б=1,15.
Вологовміст повітря, яке надходить на горіння dв=10 .
Вологовміст газу dг=10 .
Склад палива:
СН4=96,1%;
С2Н6=1,33%;
С3Н8=1,17%;
С4Н10=0,16%;
N2=1,24%;
Барометричний тиск Рбар=101,3 кПа.
Правильність заданого складу палива
,
Коефіцієнт перерахунку
(1.1) КГ =
мартенівська піч метал плавка
Склад вологого газу
1.2 Розрахунок горіння палива зведемо в таблицю 1. Обробка результатів розрахунків
Дійсні об'єми азота, кисню, трьохатомних газів і водяної пари, віднесені до одиниці кількості палива Viд, м3н/м3н палива
палива; палива; палива;
палива.
Дійсний об'єм продуктів згорання VДПР. ЗГ., віднесений до одиниці кількості палива
м3н пр. зг. /м3н палива.
Теоретична кількість повітря VОпов, необхідна для спалювання палива
м3н пов/м3н палива.
Дійсний об'єм повітря VДпов при нормальних умовах, який подається в пальник
(1.2)
м3н пов/м3н палива.
Об'ємні долі продуктів згорання розраховуються по формулі
; (1.3)
;
;
;
.
.
1.4 Нижча теплота згорання палива Qрн, кДж/м3н, по формулі
, (1.4)
де QЭКЗ, i - теплота екзотермічних реакцій i-го компонента газоподібного палива, кДж/м3н, (таблиця 9 [7])
QЭКЗ, СН4=35840 кДж/м3н;
QЭКЗ, С2Н6=63778 кДж/м3н;
QЭКЗ, С3Н8=91263 кДж/м3н;
QЭКЗ, С4Н10=118648 кДж/м3н;
кДж/м3н.
Таблиця1 - Розрахунок горіння газоподібного палива
|
Назва |
м3 в 100 м3н палива |
Реакція горіння |
Повітря, м3н/100м3н палива |
Продукти горіння, м3н/100м3н палива |
|||||||
|
О2 |
N2 |
Vпов |
RО2 |
О2 |
N2 |
Н2О |
Vпр. зг |
||||
|
СН4 |
94,947 |
СН4+2О2=СО2+2Н2О |
189,894 |
714,001 |
903,895 |
94,947 |
- |
714,001 |
189,894 |
998,842 |
|
|
С2Н6 |
1,314 |
С2Н6+3.5О2=2СО2+ +3Н2О |
4,599 |
17,292 |
21,891 |
2,628 |
- |
17,292 |
3,942 |
23,862 |
|
|
С3Н8 |
1,156 |
С3Н8+5О2=3СО2+ +4Н2О |
5,78 |
21,733 |
27,513 |
3,468 |
- |
21,733 |
4,624 |
29,825 |
|
|
С4Н10 |
0,158 |
С4Н10+6.5О2=4СО2+ +5Н2О |
1,027 |
3,862 |
4,889 |
0,632 |
- |
3,862 |
0,79 |
5,284 |
|
|
N2 |
1,225 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
1,225 |
- |
1,225 |
|
|
Н2О |
1,2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
1,2 |
1,2 |
|
|
100 |
б=1,0, повітря сухе |
201,3 |
756,888 |
958,188 |
101,675 |
- |
758,113 |
200,45 |
1060,238 |
||
|
Еґ=11,918 |
б=1,0, повітря вологе |
201,3 |
756,888 |
970,106 |
101,675 |
- |
758,113 |
212,368 |
1072,176 |
||
|
б=1,15, повітря сухе |
231,495 |
870,421 |
1101,916 |
101,675 |
30, 195 |
871,646 |
200,45 |
1203,966 |
|||
|
Еґґ=13,705 |
б=1,15, повітря вологе |
231,495 |
870,421 |
1115,621 |
101,675 |
30, 195 |
871,646 |
214,155 |
1217,671 |
2. Визначення основних розмірів робочого простору печі
2.1 Вихідні дані
а) садка печі Тс=40 т;
б) площа поду Fп=15 м2;
2.2 Визначаємо довжину і ширину дзеркала ванни
Основні розміри приймаємо по табл.2 [1], складеної з урахування даних проектних інститутів і аналізу печей.
Площа поду печі Fм=15м2. При відношенні довжини ванни до її ширини довжина дзеркала ванни на рівні металічних порогів садочних вікон складає:
(2.1)
і ширина:
(2.2)
2.3 Питома нагрузка площі поду рівна
(2.3)
2.4 По формулі Стальпроекта глибина ванни рівна
(2.4)
2.5 Отримана глибина ванни задовольняє умовам
0,07L < h=0,55 <0,3B.
2.6 Висота робочого простору над рівнем дзеркала ванни визначається по формулі
(2.5)
Товщина наклонної задньої стіни робочого простору печі по табл.3 [1] рівна: зверху під сводом sм=460 мм, внизу на рівні порогів sв=760 мм (враховуючи наварку).
Товщина передньої мартенівської печі така, як і задньої.
Головний свод робочого простору - динасовий ребристий, товщиною 300/380 мм (табл.5 [1]).
Загальна товщина кладки поду в найтоншій частині рівна 1000 мм.
3. Тепловий баланс печі
3.1 Вихідні дані
товщина кварцевої кладки S1=195 мм;
товщина динасової кладки S2=615 мм;
товщина шамотової кладки S3=180 мм;
товщина теплоізоляційної цегли і засипки S4=50 мм;
товщина кладки поду в найтоншій частині рівна 1000мм;
товщина головного своду робочого простору (динасовий, ребристий) - 300/380мм;
температура повітря біля печі
теплопровідність динасу
теплопровідність шамоту
теплопровідність теплоізоляції
3.2 Тепловий потік через кладку
(3.1)
де
t1 - температура внутрішньої поверхні наварки поду, приймаємо рівною 1600 гр. С;
tn+1 - температура зовнішньої поверхні кладки поду;
б2 - сумарний коефіцієнт тепловіддачі конвекцією і випромінюванням від зовнішньої поверхні поду в навколишнє середовище.
Тепловий опір магнезитової кладки і наварки
(3.2)
Тепловий опір шамотної кладки
(3.3)
Тепловий опір теплоізоляції
(3.4)
Загальний опір кладки
(3.5)
По графіку (рис.8 [1]) визначаємо різницю температур зовнішньої поверхні кладки поду і навколишнього повітря. При R=0,727 (м2· К) /Вт і температурі внутрішньої поверхні 1600 гр. С ця різниця складає 120 гр. С. У випадку, коли температура навколишнього повітря рівна 38 гр. С, температура зовнішньої поверхні складе:
(3.6)
По цьому ж графіку знаходимо б2:
Визначаємо тепловий потік через кладку:
.
3.3 Тепловіддаюча поверхня ванни
(3.7)
3.4 Витрата теплоти на холостий хід
(3.8)
3.5 При коефіцієнті використання теплоти палива до пальника, необхідно подати наступну кількість теплоти
(3.9)
3.6 Витрата теплоти на отримання сталі
Для визначення витрати теплоти на отримання сталі необхідно скласти тепловий баланс плавки.
Прихід теплоти
Теплота, яка отримується при окисленні домішок, з урахуванням теплоти, що виділяється при утворенні шлаку (5% від теплоти при окисленні домішок), складає:
Q1 = [74,23Si + 17,58Mn + 23,4С + 59,68Р] 1,05 (3.10)
де Si, Mn, С, Р - кількість вигоряючих домішок, числові коефіцієнти відповідають кількості тепла, що виділяється при окисленні 0,01 кг цього елемента. Металева шихта, згідно складом шихтових матеріалів, має такий склад вигоряючих елементів:
С = 4,23 0,5 + 0,3 0,5 = 2,265%;
Si = 0,8 0,5 + 0,15 - 0,5 == 0,475%;
Мn= 1,8 0,5 + 0,45 0,5 + 0,025= 1,15%;
Р = 0,25 0,5 + 0,04 0,5 = 0,145%.
Q1 = [74,23 - 0,475+ 17,58 (1,15 - 0,333) + 23,4 (2,265 - 0,67) + 59,68 (0,145 - 0,025)] 1,05 = 357,9 кВт/кг, або Q1 = 357900 кВт/т.
Фізична теплота рідкого чавуну
(3.11)
де m - кількість чавуну в 1 т металевої шихти, т;
cч. тв=0,7123 кДж/ (кг·К) - теплоємність чавуну до температури плавлення, [3];
Qпр=60 кВт/кг - прихована теплота плавлення чавуну, [3];
cч. р= 0,232 кДж/ (кг К) - теплоємність рідкого чавуну, [3];
tпл. ч=1200°С - температура плавлення чавуну, [3];
tч. р= 1250°С - температура рідкого чавуну при заливці його в піч, [3].
Q2= 0,5 [0,71231200 + 60 + 0,232 (1250 - 1200)] 1000 = 556870 кВт/т.
Загальний прихід теплоти
Q = Q + Q2 (3.12)
Q= 357900 +556870 =914770кВт/т.
3.7 Розрахунок теплоти
Тепломісткість сталі при 1450°С (температурі її плавлення) складе
Q1 = 1,05 (сст tпл. ст + Qпл. ст) 1000 (3.13)
де 1,05-коефіцієнт, що враховує вихід рідкої сталі по відношенню до металевої шихти;
сст= 0,7 кДж / кг К - теплоємність сталі, [3];
Qпл. ст =75,58 кВт/кг - прихована теплота плавлення сталі, [3].
Q1 = 1,05 (0,7 1450 + 75,58) 1000 = 1145110кВт/т.
Тепломісткість, що виділяється з ванни СО, нагрітої до 1600°С
Q2 = VСО сСО 1600 (3.14)
де VСО - обсяг СО, що виділяється з ванни на 1 т сталі;
сСО=1,4776 кДж/ (кг К) - середня теплоємність СО при нагріванні до 1600°С, [3].
Q2 = 29,61,47571600 = 69889,152 кВт/т.
Витрата теплоти на розкладання вапняку
Q3 = mвап Qрозкл, (3.15)
де mвап - витрата вапняку, кг / т;
Qрозкл =491,98 кВт/кг - теплота розкладання вапняку, [3].
Q3 = 87,1491,98 = 42851 кВт/т.
Підігрів СО2 в вапняку від 30°С до 1780°С
, (3.16)
де
сСО2= 1,214 кДж/ (кг К) - теплоємність СО2, [3];
mCO2 - місткість СО2 в вапняку, кг/кг
кВт/т.
Відновлення залізної руди
Витрата руди на 1 т металевої шихти дорівнює 45 кг. Зміст Fe2O3 в руді 0,7кг. Приймаємо, що все залізо руди відновлюється до Fe.
кВт/т,
де 1846,6 кВт/кг - теплота, необхідна для отримання 1 кг заліза при відновленні з руди (Fe3 O4 - Fe).
Тепловміст шлаку і пилу при 1450°С
, (3.17)
де m - кількість шлаку і пилу, кг / т;
cпл=0,347 кДж / (кгК) - середня теплоємність шлаку, [3];
Qпл= 58,13 кВт/кг - прихована теплота плавлення шлаку, [3].
кВт/т.
Витрата теплоти на перегрів сталі і шлаку до 1650°С
кВт/т,
де 1,05-коефіцієнт, що враховує вихід рідкої сталі з металевої шихти,
0,232 - теплоємність рідкого чавуну, кДж/кг К [3].
Витрата теплоти на випаровування вологи руди при вмісті її 0,8%
, (3.18)
де св= 4,19 кДж / (кгК) - середня теплоємність води від 0°С до 100°С [3];
Qпр= 690 кВт / кг - прихована теплота пароутворення при 0°С [3];
Св. п= 0,66 кДж/ (кгК) - середня теплоємність водяної пари при 1780° [3],
кВт/т.
Загальна витрата теплоти складе
(3.19)
Ванні потрібно передати теплоти за рахунок палива, що спалюється і СО, що виділяється з ванни
(3.20)
Для отримання 185 т сталі потрібно теплоти (без урахування втрати теплоти через под печі)
(3.21)
4. Витрата палива по періодах плавки та визначення їх тривалості
Витрата палива і теплова потужність печі в період заправки подини.
Приймаємо тривалість заправки рівною двом годинам і теплову потужність печі в цей період рівною
Таким чином, витрата природного газу і мазуту в цей період плавки складає:
(4.1)
де, Qг=35,3·103 кДж/год - теплотворність газу,
м3/год;
(4.2)
де, Qм=41,1·103 кДж/год - теплотворність мазуту,
Із загальної кількості теплоти, яку потрібно передати 1т сталі на протязі всієї плавки, в цей період буде недодана наступна кількість теплоти.
На перегрів метала і шлаку від 1450 гр. С до 1600 гр. С потрібно теплоти:
(4.3)
де, ср. ст= 0,838 кДж/ (кг·К) - теплоємність рідкої сталі [3];
mр. ст - вихід рідкої сталі металічної заливки;
mшл - кількість шлаку металу;
сшл=1,249 кДж/ (кг·К) - теплоємність шлаку,
Приймаємо, що у період кипіння і доводки вигоряє 0,6%С. Кількість окису вуглецю, що виділяється із ванни, рівна:
Отримана кількість СО при 1600 гр. С має теплоти:
(4.4)
Відповідно, із всієї необхідної кількості теплоти ванні в період плавлення буде недодано:
(4.5)
Теплота окиснення 0,6%С в ванні до СО рівна
Теплота, яка виділяється в результаті спалювання СО в СО2 над поверхнею ванни, складає
(4.6)
де, VCO - кількість отриманого СО при вигоранні 0,6%С, м3/т;
QT - теплоутворення СО, кДж/м3;
звик - коефіцієнт використання теплоти СО при 1600?С,
Загальна кількість теплоти, яка не отримана в період плавлення шихти, рівна
(4.7)
Таким чином, в період плавлення ванні повинно бути передано тепла
(4.8)
При загрузці площі поду, рівній
(4.9)
Потрібно в цей період на 1 м2 площі поду печі передати теплоти:
(4.10)
Величина теплового потоку приходиться на поверхню ванни від факела, продуктів згорання і кладки печі, визначаємо по формулі Стефана-Больцмана, в якій константу випромінювання увид знаходимо по методу Д.В. Будрина з виразу:
де, - відношення внутрішньої поверхні кладки печі до площі поду;
- умовна степінь чорноти факела;
- степінь чорноти тепло сприймаючої поверхні шлаку.
При температурі факела 2023К і середній температурі тепло сприймаючої поверхні ванни (шлаку) 1773К тепловий потік до поверхні ванни складе
(4.12)
Тривалість періоду плавлення
(4.13)
Кількість теплоти, яке залишається в печі продуктами згорання
(4.14)
Теплова потужність печі на пальнику (з урахуванням звик)
(4.15)
З цієї кількості 10% виносить мазут
(4.16)
;
або
(4.17)
Кількість теплоти, що виноситься природним газом
(4.18)
або
(4.19)
Кількість утворених продуктів згорання в цей період плавки складе
при спалюванні природного газу:
(4.20)
при спалюванні мазуту:
(4.21)
Додаткова кількість продуктів згорання, що отримується від згорання СО, яка виділяється із ванни:
де, 3,5 м3/м3 - кількість продуктів згорання від горіння СО;
40 т - ємність печі;
4,13 год. - тривалість періоду.
Загальна кількість продуктів згорання, отримана в другому періоді плавки:
(4.22)
де, 1,13 - коефіцієнт, який враховує підсос атмосферного повітря до регенераторів.
Потрібна кількість повітря, що подається до регенераторів
для спалювання природного газу
(4.23)
для спалювання мазуту
(4.24)
де, 12,89 м3/кг - витрата повітря для спалювання мазуту;
для спалювання СО, що виділяється із ванни, потрібно повітря:
де, 2,86 - витрата повітря для спалювання 1м2 СО при бпов=1,15 м3;
205 - кількість СО, що утворюється в цей період, м3/год.
Загальна кількість повітря, яке потрібно нагріти в регенераторах:
(4.25)
,
де, 1,11 - коефіцієнт, який враховує протікання повітря в регенераторі.
5. Період кипіння і перегріву металу
В цей період плавки мартенівська піч працює при граничній температурі своду, яка для динасу рівна 1680°С; температура теплосприймаючої поверхні шлаку в цей період підвищується з 1550 гр. С до 1650°С. Тепловий потік на початку періода при температурі поверхні шлака t'п. шл= 1550°С і при відповідній температурі факела tф =17300С складає
а в кінці при t''п. шл=16500С:
Розрахунковий період плавки
Кількість теплоти, яку потрібно передати розплавленим матеріалам шихти за цей період, складає
(5.3)
де, - теплота необхідна для перегріву сталі і шлака від 1450?С до 1650°С, кВт/т;
- теплота отримана від окислення вуглецю (до СО), який залишився від попереднього періоду плавки (в кількості 40% від всього окисленого вуглецю), кВт/т;
q - загрузка площі пода.
Слід врахувати, що в період доводки потрібно додатково ввести руди в кількості 15 кг/т сталі, тобто потрібна додаткова витрата теплоти
(5.4)
де, Qнагр - витрата теплоти на нагрів і утворення 1кг руди, кДж/кг.
Таким чином, в третій період потрібно передати теплоти
(5.5)
або в перерахунку на 1м2 дзеркала ванни
(5.6)
Рівняння теплового балансу третього періоду плавки
(5.7)
звідки
(5.8)
Середня кількість теплоти, яка залишається продуктами згорання в робочому просторі печі на протязі третього періода
(5.9)
Середня за період теплова потужність печі
(5.10)
Із даної кількості теплоти 10% отримується в результаті спалювання мазута
(5.11)
або
(5.12)
Кількість теплоти, що поступає в результаті спалювання природного газу
(5.13)
або
(5.14)
Необхідна кількість повітря для горіння мазуту
Для горіння природного газу необхідно повітря
Необхідна кількість повітря для допалювання СО
де, Всо - витрата СО, м3/т;
Vпов - необхідна кількість повітря для спалювання 1м3 СО при б=1,15, м3/м3;
Загальна необхідна кількість повітря в третій період плавки
(5.16)
6. Період чистого кипіння і розкислення
Вихідні дані
тривалість періода кипіння:
тепловий потік кінця третього періода рівний:
тепловий потік холостого ходу:
Середня кількість теплоти, яка залишається продуктами згорання в робочому просторі печі за одну годину четвертого періоду, рівна
(6.1)
Теплова потужність печі на пальнику в четвертий період плавки складає
Приведена теплова потужність на 90% забезпечує спалюванням природного газу, якого потрібно подати
і на 10% спалюванням мазуту, якого необхідно:
Кількість повітря на цей період
(6.3)
Загальна тривалість плавки
(6.4)
Загальна витрата теплоти на всю плавку
Питома витрата теплоти
(6.6)
Середня витрата теплоти за годину
(6.7)
Середня витрата природного газу
Середня витрата мазуту
Коефіцієнт форсування печі
(6.10)
Середня продуктивність мартенівської печі
(6.11)
7. Розрахунок регенераторів
Вихідні дані
а) температура продуктів згорання 1500 0С;
б) температура холодного повітря з врахуванням підігріву 50 0С;
в) кількість продуктів згорання в другому періоді плавки V1=19050 м3н/год;
г) розміри шамотної цегли 230Ч113Ч65 мм;
д) розміри каналів при димовій тязі 65Ч100 мм.
Поверхня насадки рівна
(7.1)
Площа поверхні нагріву
(7.2)
Об'єм цегли в насадці
(7.3)
Еквівалентна товщина цегли
(7.4)
Площа проходу площі горизонтального розрізу насадки на стику двох цеглин складає
Живий розріз насадки генератора
(7.6)
Швидкість продуктів згорання в насадці генератора
(7.7)
Швидкість повітря в насадці генератора
(7.8)
Кількість повітря, що проходить через насадку в період її охолодження
(7.9)
де - тривалість періоду нагріву і охолодження насадки регенератора;
Кількість продуктів згорання, що проходять через насадку в період нагріву, з врахуванням прийнятого підсосу атмосферного повітря
(7.10)
Водяний еквівалент повітря за період нагріву його до 12000С
(7.11)
де св - середня теплоємність повітря при 1200 0С, кДж/ (м 3· К);
кДж/К період.
Водяний еквівалент продуктів згорання за період нагріву насадки з урахуванням 5% втрат теплоти через кладку регенератора складає
(7.12)
где сп. з - середня теплоємність продуктів згорання при 1500 0С, кДж/ (м 3К).
кДж/К період.
Кількість теплоти, яка необхідна для нагріву повітря до 1200 0С
(7.13)
кДж/період.
Кількість теплоти в перерахунку на дійсну температуру нагріву повітря в існуючому регенераторі, яка рівна 1165 0С
(7.14)
кДж/період.
Температура продуктів згорання внизу насадок
(7.15)
Коефіцієнт теплопередачі в насадці регенератора визначимо по формулі
- коефіцієнт тепловіддачі від насадки до повітря, кВт/м2;
/ - коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до поверхні насадки, ;
- тривалість періоду нагріву насадки, год.;
- тривалість періоду охолодження насадки, год.;
- коефіцієнт, який враховує нерівномірність нагріву цегли насадки;
- тривалість використання теплоти, акумульованої цеглою;
- теплоємність цегли насадки, кДж/кг0 С;
- об'ємна вага цегли, кг/м3;
- еквівалентна товщина цегли, м.
Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до поверхні насадки для верхньої частини насадки визначаємо із виразу
(7.17)
Визначимо по
Визначаємо конвективний коефіцієнт тепловіддачі
(7.18)
де к - температурний коефіцієнт, який рівний 1,2;
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до поверхні насадки для верхньої частини насадки
.
Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні насадки до повітря для нагріву регенератора
(7.19)
При малому вмісті СО2 і Н2О приймаємо:
(7.20)
Теплопровідність форстеритової цегли в тих же інтервалах температур рівна
(7.21)
Коефіцієнт температуропровідності цегли в умовах верху регенератора:
(7.22)
Критерій Фур'є для визначення і :
По Фур'є визначаємо и .
Тепловий опір цегли:
Коефіцієнт теплопередачі в насадці регенератора:
Визначення коефіцієнта теплопередачі внизу насадки
(7.25)
Приймаємо температуру поверхні насадки на 200 0С нижче температури продуктів згорання внизу насадки:
Коефіцієнти теплопередачі випромінюванням визначаємо по графікам [1]:
Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до поверхні насадки:
Коефіцієнт тепловіддачі від насадки до повітря:
де 0,78 - поправочний коефіцієнт для температури 50 0С.
Теплопровідність шамоту в інтервалі температур низу насадки рівна:
(7.26)
Коефіцієнт температуропровідності:
при температурі 5000С, сшам=1,09кДж/ (кг·К); =1800кг/м3;
Критерій Фур'є:
По Фур'є визначаєм и .
Тепловий опір цегли:
(7.29)
Коефіцієнт теплопередачі в насадці регенератора:
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі
(7.30)
Коефіцієнт ефективності рівний:
.
Температура підігріву повітря зверху регенератора
(7.31)
Звідси .
Об'єм насадки
(7.32)
Висота насадки
(7.33)
Перепад температури нагріву повітря за період
Максимальна температура насадки
Отже, верхні ряди насадки повинні бути викладені з високоглиноземистої або форстеритової цегли.
8. Розрахунок опору на шляху руху продуктів згорання
З метою перевірки тяги димової труби висотою 45м потрібно визначити загальний опір на шляху руху продуктів згорання від робочого простору печі до гирла труби.
1 - робочий простір; 2 - головки; 3 - вертикальні канали; 4 - шлаковики; 5 - регенеративні нагрівачі; 6 - борова; 7 - реверсивні і регулюючі клапани; 8 - димова труба
Рис. 8.1 - Розрахункова схема газового тракту мартенівської печі
Кількість продуктів згорання при максимальній тепловій потужності в другому періоді плавки складає:
.
Втрата напору при повороті продуктів згорання із головки печі в вертикальні повітряні канали
Переріз двох вертикальних каналів:
Втрати напору при повороті під кутом 90?:
. (8.1)
1) Величину коефіцієнта місцевого опору приймаємо рівним 0,7 (по рис.27 [1]) у випадку плавного заокруглення внутрішньої кромки.
2) Швидкість продуктів згорання у вертикальних каналах:
, (8.2)
3) Питома вага продуктів згорання при нормальних умовах
(8.3)
4) Біном розширення при температурі продуктів згорання 1750? С:
Втрата напору на подолання геометричного напору при опусканні нагрітих продуктів згорання в вертикальних каналах і шлаковиках на глибину 5,5м
(8.4)
де - питома вага сухого повітря при 20 гр. С, кг/м3;
- питома вага повітря при 1750 гр. С, кг/м3.
Втрата напору на подолання тертя в вертикальних повітряних каналах
(8.5)
де о - коефіцієнт втрати напору на подолання тертя в цегляних каналах;
Нк - висота вертикальних повітряних каналів, м;
d - приведений діаметр вертикального каналу, м, який визначається з виразу:
(8.6)
Втрата напору на виході продуктів згорання із вертикальних каналів і вході в шлаковик (перехід з вузького каналу в широкий)
F1= 2,29 м2; F2=1,7·3,75=6,36 м2.
Коефіцієнт місцевих втрат при
Тоді:
(8.7)
Втрата напору при повороті продуктів згорання на кут 90? із шлаковика в регенератор при наявності односторонньої ніші
Переріз пережиму між шлаковиком і регенератором
S=3,75·1,2=4,5 м2,де 3,75м - ширина шлаковика;
1,2м - середня висота вікна.
Швидкість продуктів згорання в вікні пережиму:
(8.8)
Втрата напору складе:
(8.9)
де о - коефіцієнт місцевого опору при повороті на 90? і при наявності ніші;
t - температура продуктів згорання над регенераторами, ?С;
Втрата напору при повороті і на вході продуктів згорання в насадку регенератора
При надходженні продуктів згорання в насадку втрачається весь динамічний напір, що відповідає швидкості w5=1,2 мн/с і, крім того, прибавляється опір на вході в решітку регенератора.
Тому
(8.10)
Опір насадки
(8.11)
де Нр - висота насадки регенератора, м;
k - коефіцієнт, який враховує тип насадки.
8.7.1 Коефіцієнт опору насадки на 1 м
, (8.12) .
Динамічний напір
(8.13)
Подолання геометричного опору при опусканні продуктів згорання в насадці на глибину 7,1 м
(8.14)
де Н - висота від верхньої частини насадки до середини борова (6,5+0,6);
Втрата напору при виході продуктів згорання із насадки регенератора в піднасадковий простір
(8.15)
де
- коефіцієнт місцевого опору, що являється функцією відношення площі насадки (живого перерізу) і піднасадкового простору (для F1/F2=5,8/11,96=0,25 [1]), де F2 - площа горизонтального перерізу двох піднасадкових каналів, дорівнює F2=5,98·2=11,96 м2.
Динамічний напір внизу насадки регенератора
Втрата напору при повороті продуктів згорання із під насадкових каналів на 90 гр.
При русі продуктів згорання в вертикальному напрямку втрачається динамічний опір, а в горизонтальному напрямку половина динамічного напору, тоді:
(8.16)
Швидкість продуктів згорання в вертикальній частині під насадкових каналів
де 1,25 - коефіцієнт, що враховує підсмоктування повітря.
Швидкість продуктів згорання в горизонтальній частині каналів
Тоді:
Втрата напору на подолання тертя в під насадкових каналах
(8.17)
де L - довжина під насадкових каналів, м;
о - коефіцієнт місцевого опору;
d - приведений діаметр, який дорівнює:
Втрата напору на два повороти під кутом 45гр. в борові
(8.18)
Розміри борова 1,5Ч2м при циркуляційному своді, його переріз дорівнює F10=2,7м2.
Швидкість продуктів згорання в борові
Тоді:
Втрати напору при з'єднуванні боровов правого і лівого регенераторів внаслідок утворення ніші
(8.19)
Втрати напору в перекидному клапані тарільчатого типу
(8.20)
де о - коефіцієнт місцевого опору в клапані діаметром 1400 мм;
w14 - швидкість продуктів згорання;
Втрати напору на тертя в димових боровах
(8.21)
де Lзаг - загальна довжина димових боровів;
d - приведений діаметр борова перерізом 1,5Ч2 м з півциркульним сводом, який дорівнює:
Втрати напору при повороті продуктів згорання в димову трубу під кутом 90 гр.
Загальні втрати напору на шляху руху продуктів згорання
Приймаємо, що температура продуктів згорання в боровах падає зі швидкістю 2 гр. С на 1м борова.
(8.22)
Приймаємо резерв рівним 10%, отримаємо наступну розрахункову величину тяги
(8.23)
Тяга, яка утворюється існуючою димовою трубою висотою 45+2,2=47,2 м
(8.24)
Швидкість продуктів згорання по каналу труби
де 1,8 м2 - середня площа внутрішнього перерізу труби.
Швидкість продуктів згорання в гирлі труби
де 1,2 м2 - площа внутрішнього перерізу в гирлі труби.
Питома вага продуктів згорання при 400?С
(8.25)
При цьому приймаємо, що падіння температури продуктів згорання в трубі складає 30 гр.
Таким чином, висота існуючої труби не забезпечує в літній період достатньої тяги при даній тепловій потужності печі і тому потрібно збільшити висоту труби до 50 м.
Висновки
У даній роботі комплексного курсового проекту я виконала розрахунок мартенівської печі.
Були проведені наступні розрахунки:
1) розрахунок горіння палива, де зроблено перерахунок з сухого палива на вологе і визначено нижчу теплоту згорання палива;
2) визначення основних розмірів робочого простору печі;
3) наближеного теплового балансу печі, для отримання тепла при 185 т сталі (без урахування втрати тепла через под печі);
4) теплової потужності мартенівської печі в період нагріву шихти до 1450°С, яка становить:
5) теплової потужність печі в кінці періоду доведення, вона дорівнює:
6) середньої продуктивності мартенівської печі:
7) температуру продуктів згорання внизу насадок печі:
8) максимальну температуру насадки:
9) розрахунок опору на шляху продуктів згорання та вибрана висота димової труби, яка дорівнює 50 м.
Перелік посилань
1. Грошев М.В. Тепловые расчеты мартеновских печей - М.: Металургиздат, 1957 - 247 с.
2. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий - М.: Энергия, 1970 - 406 с.
3. Краснощёков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередачи: учебное пособие для вузов - М.: Энергия, 1973. - 295 с.
4. Ривкин С.Л., Александров А.А. Тепло-физические свойства воды и водяного пара - М.: Энергия, 1980 - 422 с.
5. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Под ред. Кузнецова Н.В. и др. - М.: Энергия, 1973. - 296 с.
6. А.В. Гречко, Р.Д. Нестеренко, Ю.А. Кудинов - Практика физического моделирования на металлургическом заводе, "Металлургия", М., 1976, с.7 - 33, 51-59.
7. Таблиці для проведення розрахунків з курсів: "Паливо та пристрої для його спалювання", "Високотемпературні теплотехнологічні процеси та установки" і "Системи виробництва та розподілу енергоносіїв" (розділ "Газопостачання").
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Теплові та конструктивні схеми скловарних установок. Розрахунок регенеративної ванної печі для варіння побутового скла. Обсяг і склад продуктів горіння. Тепловий баланс варочної частини. Техніко-економічні показники роботи печі та економія палива.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.12.2014Загальна характеристика секційних печей. Обґрунтування вибору методу математичного моделювання. Розрахунок горіння палива, теплообміну у робочому просторі, нагріву металлу. Алгоритм розрахунку теплового балансу і визначення витрати палива по зонах печі.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.05.2015Розрахунок горіння природного газу та теплового балансу печі. Визначення втрат тепла через обгороджування. Кількість тепла, що аккумулюється або віддається футеровкою вагонетки. Конструктивний, тепловий та аеродинамічний розрахунок тунельної печі.
курсовая работа [577,9 K], добавлен 13.04.2012Огляд конструкцій індукційних печей. Плавка в печі з основною та кислою футеровкою. Устрій індукційної тигельної печі, трансформаторний принцип передачі енергії індукцією від первинного ланцюга до вторинного. Підбір розмірів, тепловий розрахунок печі.
курсовая работа [376,7 K], добавлен 06.07.2015Технічна характеристика електричної шахтної печі, призначенної для різних видів термічної обробки деталей. Розрахунок часу нагрівання деталей і визначення продуктивності печі (повного циклу процесу). Розрахунок втрат тепла склепіння й стінок печі.
контрольная работа [902,2 K], добавлен 25.04.2010Конструкція та основи роботи двохванної сталеплавильної печі, паливний, матеріальний та тепловий баланс. Заміна непродуктивних мартенівських печей, зразковий розрахунок двохванної сталеплавильної печі та інтенсивність продувки металу технічним киснем.
курсовая работа [240,9 K], добавлен 24.12.2010Обладнання й технологія прокатки на стані 2800. Ефективність екранування гарячих слябів при їх транспортуванні. Розрахунок режиму обтискань, швидкісного режиму прокатки, енергосилових параметрів, горіння палива, часу нагрівання металу та розмірів печі.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 17.08.2011Тепловий розрахунок конвективної тунельної сушильної установки: параметри горіння палива; визначення тривалості сушіння, розміру установки. Графоаналітичний розрахунок статики реального процесу сушіння в сушильному тунелі. Вибір допоміжного устаткування.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 09.12.2010Камерна термічна піч з нерухомим подом: теплообмін в робочому просторі печі. Геометричні параметри випромінювання, ступінь чорноти газу, коефіцієнт випромінювання системи "газ-кладка-метал". Видаткові та прибуткові статті теплового балансу печі.
курсовая работа [458,6 K], добавлен 15.04.2010Конструктивні характеристики котельного агрегату. Кількість повітря необхідного для горіння палива, склад димових газів та їх ентальпія. Тепловий баланс котельного агрегату і витрати палива. Тепловий розрахунок топки та конвективних поверхонь нагріву.
курсовая работа [658,9 K], добавлен 18.04.2013
