Проектирование отделения методических печей. Рельсобалочный стан-900 МК "Азовсталь"
Выбор конструкции методических печей в зависимости от типа стана и вида топлива. Определение производительности печей, толщины применяемой заготовки, температуры нагрева металла, его сортамент. Расчет топливосжигающих устройств, применение рекуператоров.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.08.2012 |
| Размер файла | 1,6 M |
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/
Размещено на http://www.allbest.ru/
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Проектирование теплового агрегата
2. Выбор режима нагрева металла
3. Расчет горения топлива
4. Расчет параметров внешнего теплообмена
5. Расчет нагрева металла
6. Тепловой баланс
7. Выбор и расчет топливосжигающих устройств
8. Выбор и расчет рекуператора
9. Выбор схемы и расчет дымового тракта
10. Расчет количества агрегатов и их компоновка в отделении
Перечень ссылок
ВВЕДЕНИЕ
Нагревательные толкательные печи характеризуются противоточным движением нагреваемого металла и продуктов сгорания, а так же наличием в начале печи (со стороны посада металла) развитой не отапливаемой методической зоны, вследствие чего их часто называют методическими печами.
Методические печи по числу зон нагрева могут быть двух-, трёх - и многозонными с односторонним и двусторонним нагревом металла. При трёхзонном режиме нагрева имеются три теплотехнические зоны, по ходу металла: методическая, в которой повышается температура, сварочная с высокой постоянной температурой и томильная с постоянной температурой, близкой к заданной конечной температуре поверхности металла. Металл толщиной до 100 мм нагревают с одной стороны в печах без нижнего нагрева, а толщиной больше 100 мм - с двух сторон (с нижним нагревом).
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При торцевой выдаче необходим толкатель, который и выполняет роль выталкивателя.
Конструкцию методических печей выбирают в зависимости от типа стана и вида топлива. Тип стана определяет производительность печей толщину применяемой заготовки, температуру нагрева металла и его сортамент. От вида используемого топлива зависит конструкция горелочных устройств и применение рекуператоров.
1. Проектирование нагревательной печи
Рис. 1.1 - Схема методической печи
1 - рольганг загрузки;
2 - толкатель;
3 - рольганг выдачи.
Методическая печь предназначена для нагрева блюмов перед прокаткой на рельсобалочном стане 900. Печь рекуперативная прокатная с двухсторонним обогревом и торцевой посадкой и выдачей металла. Рабочее пространство каждой зоны - прямоугольной формы. В теплоутилизационной зоне свод - плоский, в остальных - «горбатый», для улучшения циркуляции дымовых газов и визуального разделения зон. В методической и сварочной частях печи заготовки передвигаются по глиссажным трубам и обогреваются также и с нижней стороны, в томильной -- они передвигаются по стелюгам, заложенным в под, и обогреваются только сверху и с торцов. Нагреваемые заготовки подают рольгангом к загрузочному окну и проталкивают по печи сдвоенным толкателем реечного типа. Они заполняют по длине весь под, поэтому при загрузке очередной заготовки в печь крайняя заготовка на противоположном конце печи автоматически выталкивается из томильной зоны и по наклонной водоохлаждаемой плите выдается через торцовое окно из печи на рольганг, подающий ее к прокатному стану.
Отходящие газы уходят через дымовой пролет в загрузочном конце печи в рекуператор для подогрева воздуха из изделий с четырьмя отверстиями и далее в боров и дымовую трубу. Для подачи к горелкам подогретого воздуха в печи установлен эксгаустер. Глиссажные трубы лежат на поперечных охлаждаемых водой трубах, опирающихся на стояки из труб, покрытые тепловой изоляцией из волокнистых материалов.
Печь отапливается смешанным коксодоменным газом, который сжигается с помощью двухпроводных горелок и горелок типа «труба в трубе». В каждой зоне печи расположено по 6 горелок. Конструкция горелок позволяет применять воздух, подогретый до 400°С.
Lп = 28960 мм;
Bп = 6728 мм
Размеры зон:
Методическая зона: высота 1760 мм; длина 6410 мм; ширина 6728 мм.
Первая сварочная зона: высота 2470 мм; длина 7030 мм; ширина 6728 мм.
Вторая сварочная зона: высота 2470 мм; длина 8600 мм; ширина 6728 мм.
Томильная зона: высота 1280 мм; длина 6920 мм; ширина 6728 мм.
Выдача заготовок - торцевая, ударного действия.
Шлакоудаление - сухое с помощью лопат и клещевого крана.
Футеровка печи: свод - подвесной, набранный из фасонного шамотного кирпича марки М829Н. Стены печи выложены из шамотного кирпича класса А, со стороны брони изолированы слоем асбеста толщиной 5 мм и слоем плит МКРП-340 толщиной 40 мм. Толщина боковых стен верхних зон составляет 510 мм, нижней сварочной зоны - 775 мм. Кроме того, рабочая поверхность боковых стен нижней сварочной зоны выложена слоем хромомагнезитового кирпича толщиной 115 мм.
Рабочая поверхность подин томильной и нижней сварочной зон выложена слоем хромомагнезитового кирпича толщиной 115 мм, нижние слои - шамотным кирпичом класса Б толщиной 350 мм и шамотным легковесом толщиной 130 мм.
Борова печи футерованы шамотным кирпичом класса Б и В.
В томильной зоне заготовки продвигаются по четырем стальным брусьям, вмонтированным в монолитную, выложенную хромомагнезитовым кирпичом, подину.
2. Выбор режима нагрева металла
Принимаем четырехступенчатый режим нагрева:
методическая зона - двухсторонний нагрев в среде с линейно-возрастающей температурой при равномерном (холодном посаде) начальном распределении температур;
две сварочные зоны - двухсторонний нагрев в среде с постоянной температурой при параболическом начальном распределении температур; томильная зона - односторонний нагрев в среде с постоянной температурой при параболическом начальном распределении температур.
Зная марку стали (ст70) выбираем величину конечной температуры нагрева - 1160°С.
Начальная температура печи выбирается из условий безопасного нагрева металла в первом периоде.
Принимаем допустимую разность температуры по сечению: .
Задаем температуры дымовых газов в каждой зоне:
начало печи - 900
1-я сварочная - 1220
2-я сварочная - 1300
нижний подогрев - 1260
томильная зона - 1200
Рекомендуется принять несколько меньшее значение начальной температуры печи:
Передача тепла нагреваемым заготовкам и кладке рабочего пространства происходит за счет излучения и конвекции.
При расчете внешнего теплообмена можно допустить, что доля конвективного тепла практически равна потерям тепла через кладку. Тогда единственным видом передачи тепла от газов, кладки к металлу является излучение. Физическая модель внешнего теплообмена в печи: печь является замкнутой системой, состоящей из двух серых поверхностей кладки и металла, между которыми размещен серый газ (продукты горения).
Нагрев слябов разбиваем на 4 расчетных участка: I участок - неотапливаемая (методическая) зона; II участок - 1-я сварочная зона; III участок - 2-я сварочная зона; IV участок - томильная зона.
Рис. 2. Распределение температур по зонам в рабочем пространстве
3. Расчет горения топлива
Вид топлива: коксодоменная смесь
Составы сухого газа
|
Название |
Коксовый газ |
Доменный газ |
|
|
Состав, % |
|||
|
, |
Окислитель: воздух (21% О2; 79% N2);
Влагосодержание воздуха dв=10 г/м3;
Коэффициент расхода воздуха б=1,05;
Влагосодержание топлива:
коксового газа г/м3,
доменного газа г/м3.
Температура подогрева воздуха tв=400°С;
Пирометрический коэффициент зпир=0,75;
Теплота сгорания смеси Мдж/м3
3.1 Рассчитаем состав влажного газообразного топлива:
(3.1)
Коксовый газ, % Доменный газ, %
3.2 Рассчитаем теплоту сгорания коксового и доменного газа, МДж/м3:
= 0,01(12,640 СО + 10,800 Н2 + 35,820 СН4 + 59,100 С2Н4 + 63,750
С2Н6 + 91,260 С3Н8 + 118,700 С4Н10 + 146,100 С5Н12 + 23,700 Н2S ) (3.2)
3.3 Определим долю каждого газа в смеси:
(3.3)
(3.4)
- доля коксового газа в смеси;
(1-0,4)=0,6 - доля доменного газа в смеси.
3.4 Определим состав смеси, %
, (3.5)
где Хк.г - компонент коксового газа в %;
Хд.г - аналогичный компонент доменного газа в %.
Для проверки пересчитаем теплоту сгорания смеси:
3.5 Определим объёмный теоретический и действительный расход сухого воздуха, необходимого для сжигания 1м3 газообразного топлива:
(3.6)
, (3.7)
.
3.6 Рассчитаем действительный расход влажного воздуха:
(3.8)
3.7 Рассчитаем выход дымовых газов:
(3.9)
(3.10)
(3.11)
(3.12)
(3.13)
(3.14)
3.8 Состав дымовых газов, %:
(3.15)
3.9 Рассчитаем калориметрическую температуру горения
Энтальпия продуктов сгорания:
, (3.16)
где hв - энтальпия воздуха, кДж/м3
Vд.г - выход дымовых газов, м3/м3 ;
Зададим , тогда энтальпия продуктов горения равна
Зададим , тогда
Калориметрическая температура горения:
(3.17)
3.10 Действительная температура горения:
(3.18)
Действительная температура горения больше максимальной температуры в печи, значит она сможет обеспечить необходимую температуру в печи.
4. Расчет параметров внешнего теплообмена
I расчетный участок.
Начальная температура продуктов сгорания tг.нач1=820°С. Конечная температура продуктов сгорания tг.кон.1=1220°С. Средняя температура продуктов сгорания tг.ср.1=1020°С.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл:
(4.1)
lм - длина металла, м;
В - ширина рабочего пространства, м;
Н1 - высота первого расчетного участка, м.
Объем газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)
(4.2)
Площадь поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).
(4.3)
Эффективная длина пути луча:
(4.4)
По расчету сгорания топлива при б=1,05: СО2=11,8%, Н2О=14,6%.
По номограммам степень черноты СО2 и Н2О при tг.ср.1=10200С и
При и находим .
Находим степень черноты продуктов сгорания:
(4.5)
Степень черноты кладки .
Приведенный коэффициент излучения:
(4.6)
II расчетный участок.
Температура продуктов сгорания tг.нач2=tг.кон2=tг.ср.2=1220°С.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл:
Объем газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)
Площадь поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).
Эффективная длина пути луча:
По расчету сгорания топлива при б=1,05: СО2=11,8%, Н2О=14,6%.
По номограммам степень черноты СО2 и Н2О при tг.ср.1=12200С и
При и находим .
Находим степень черноты продуктов сгорания:
Степень черноты кладки .
Приведенный коэффициент излучения:
III расчетный участок
Температура продуктов сгорания tг.нач3= tг.кон.3= tг.ср.3=1300°С.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл:
Объем газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)
Площадь поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).
Эффективная длина пути луча:
По расчету сгорания топлива при б=1,05: СО2=11,8%, Н2О=14,6%.
По номограммам степень черноты СО2 и Н2О при tг.ср.1=13000С и
При и находим .
Находим степень черноты продуктов сгорания:
Степень черноты кладки .
Приведенный коэффициент излучения:
IV расчетный участок.
Температура продуктов сгорания tг.нач4=tг.кон.4=tг.ср.4=1200°С.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл:
Объем газа, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи)
Площадь поверхности, ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи).
Эффективная длина пути луча:
По расчету сгорания топлива при б=1,05: СО2=11,8%, Н2О=14,6%.
По номограммам степень черноты СО2 и Н2О при tг.ср.1=12000С и
При и находим .
Находим степень черноты продуктов сгорания:
Степень черноты кладки .
Приведенный коэффициент излучения:
5. Расчет нагрева металла
Методика расчета приведена в [1] и включает в себя следующие пункты:
- принимаем удельное время нагрева z;
- находим общее время нагрева слябов в печи фобщ и время нагрева слябов в каждой зоне фзон, которое рассчитывается по отношению длины зоны к общей длине печи;
- для каждой зоны принимаем температуру поверхности сляба;
- находим критерий F0 и Bi, с помощью которых определяем и, а затем расчетную температуру поверхности сляба;
- сравниваем расчетную и принимаемую температуру, разница между ними не должна быть больше 20оС, если разница выше изменяем температуру печи или предполагаемую температуру поверхности металла;
- аналогично рассчитываем температуру центра.
Общее продолжительность нагрева (при S=320мм):
(5.1)
Относительные длины зон:
методическая зона - 22%;
1-я сварочная - 24%;
2-я сварочная - 30%;
томильная зона - 24%.
Исходя из относительных размеров зон, продолжительность нагрева на расчетных участках составит:
участок I:
участок II:
участок III:
участок IV:
I расчетный участок.
Расчетная схема нагрева металла - двухсторонний нагрев при линейном изменении температуры окружающей среды и равномерном начальном распределении температур.
Задаемся конечной температурой поверхности металла на первом участке tм.пов1=520°С.
Средняя температура поверхности на первом участке
.
При средней температуре поверхности металла по [3] определяем коэффициент теплопроводности металла л1= 34,3 Вт/м·C и коэффициент температуропроводности металла а1=0,0289 м2/ч.
Расчетная толщина металла при нагреве.
(5.2)
Продолжительность нагрева ф1=1,012ч.
Число Фурье
(5.3)
Коэффициент теплоотдачи излучением:
(5.4)
в начале участка
в конце участка
Средний
Число Био
(5.5)
Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo1=1,14 и Bi1=0,71 по номограммам - [1]:
Конечная температура поверхности металла:
что не совпадает с предварительно заданной.
I расчетный участок
Задаемся конечной температурой поверхности металла на первом участке tм.пов1=600°С.
Средняя температура поверхности на первом участке
.
При средней температуре поверхности металла по [3] определяем коэффициент теплопроводности металла л1=34,05 Вт/м·C и коэффициент температуропроводности металла а1=0,02815 м2/ч.
Число Фурье
Коэффициент теплоотдачи излучением:
в начале участка
в конце участка
средний
Число Био
Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo1=1,11 и Bi1=0,76 по номограммам - [1]:
Конечная температура поверхности металла:
что практически совпадает с предварительно заданной.
Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F01=1,11 и Bi1=0,76 [1]:
Конечная температура середины металла:
.
Определим допустимую разницу температур для центра и поверхности
,
где к - коэффициент, учитывающий форму тела: пластина к =1,05;
уmax - максимально допустимое напряжение (предел прочности или временное сопротивление разрыву): для ст.65Г уmax= 441,3МН/м2;
в - коэффициент линейного расширения, который выбирается по справочным данным для различных марок стали: для ст.65Г в=14,1?10-6 1/0С;
Е - модуль упругости, который выбирается по справочным данным: для ст.65Г Е=170·109 Н/м2.
Разница температур удовлетворяет допустимому значению.
II расчетный участок.
Расчетная схема нагрева металла - двухсторонний нагрев при постоянной температуре окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.
Задаемся конечной температурой поверхности металла на втором участке tм.пов2=1000°С и продолжительностью нагрева ф2=1,104ч.
Средняя температура поверхности на втором участке
.
При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла л2=28,3Вт/м·С и коэффициент температуропроводности металла а2=0,0172 м2/ч.
Расчетная толщина металла при нагреве:
Число Фурье
Коэффициент теплоотдачи излучением:
в начале участка
в конце участка
средний
Число Био
Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo2=0,74 и Bi2=1,89 по номограммам -
Конечная температура поверхности металла:
что практически совпадает с предварительно заданной температурой.
Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F02=0,74 и Bi1=1,89 -
Конечная температура середины металла:
.
III расчетный участок.
Расчетная схема нагрева металла - двухсторонний нагрев при постоянной температуре окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.
Задаемся конечной температурой поверхности металла на втором участке tм.пов3=1180°С с продолжительностью нагрева ф3=1,38ч.
Средняя температура поверхности на втором участке
.
При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла л3=32,96 Вт/м·К и коэффициент температуропроводности металла а2=0,0195 м2/ч.
Расчетная толщина
Число Фурье
Коэффициент теплоотдачи излучением:
в начале участка
в конце участка
средний
Число Био
Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo2=1,05 и Bi2=2,2 по номограммам -
Конечная температура поверхности металла:
что практически совпадает с предварительно заданной температурой.
Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F03=1,05 и Bi3=2,2 -
Конечная температура середины металла:
.
IV расчетный участок
Расчетная схема нагрева металла - односторонний нагрев при постоянной температуре окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.
Задаемся конечной температурой поверхности металла на первом участке
tм.пов4= tм.ср.4=1180°С и продолжительностью нагрева ф4 = 1,104ч.
При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла л4=33,8 Вт/м·К и коэффициент температуропроводности металла а4=0,02 м2/ч.
Расчетная толщина металла при одностороннем нагреве
Число Фурье
Коэффициент теплоотдачи излучением:
Число Био
Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo4=0,2 и Bi4=3,96 по номограммам -
Конечная температура поверхности металла:
,
что практически совпадает с предварительно заданной.
Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F04=0,2 и Bi4=3,96-
Конечная температура середины металла:
.
Следует также проверить температуру нижней поверхности металла, которая после одностороннего нагрева может оказаться ниже температуры середины металла.
Функции для вычисления температуры нижней поверхности металла определяем при F04=0,2 и Bi4=3,96 -
Конечная температура нижней поверхности металла:
Следовательно, самая низкая температура в середине металла и максимальный конечный перепад температур в металле:
6. Тепловой баланс
I. Приход тепла
1. Химическое тепло топлива:
(6.1)
2. Физическое тепло воздуха:
(6.2)
где Св=1,329 при tв=4000С,
3.Тепло экзотермической реакции окисления железа:
(6.3)
Р = 46,3 т/ч
II. Расход тепла
4. Тепло, затраченное на нагрев металла:
(6.4)
где средняя теплоемкость металла при tм.ср4=1171 0С
средняя теплоемкость металла при tн=20 0С
5. Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания
(6.5)
6. Потери тепла теплопроводностью через кладку
На первом расчетном участке
Потери через верхнюю часть боковых стен. Кладка верхней части боковых стен: шамот кл.А д=230мм, шамот кл.Б д=230мм и плиты МКРП д=50мм. Задаемся температурой наружной поверхности кладки - tнар1=100 0С. Температура в месте соприкосновения слоев шамота кл.А и шамота кл.Б tш-ш=7200С, в месте соприкосновения слоев шамота кл.Б и плит МКРП tш-пл=450 0С.
Средняя температура шамота кл.А:
tш1=0,5(1020+720)=870 0С,(6.6)
Коэффициент теплопроводности:
лш1=0,88+0,00023·870=1,08 Вт/мК,(6.7)
Средняя температура шамота кл.Б:
tш2=0,5(720+450)=585 0С,(6.8)
Коэффициент теплопроводности:
лш2=0,84+0,00058·585=1,18 Вт/мК,(6.9)
Средняя температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:
tш2-пл=0,5(450+100)=2750С,
Коэффициент теплопроводности:
лш2-пл=0,14 Вт/мК,
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
бнар1=7+0,05·tнар1=7+0,05·100=12 Вт/м2К. (6.10)
Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковой стенки:
(6.11)
Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.А и шамота кл.Б:
,(6.12)
Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.Б и плит МКРП:
,(6.13)
Проверяем температуру наружной поверхности кладки:
Потери через нижнюю часть боковых стен.
Кладка нижней части боковых стен: шамот кл.А д=260мм, шамот кл.Б д=260мм и плиты МКРП д=50мм.
Принимаю температуру на границе слоев t1=750 0С, на границе слоев 2 ого и 3ого t2=520 0C, а также tнар=85 0С.
Средняя температура шамота кл.А:
tш1=0,5(1020+750)=885 0С,
Коэффициент теплопроводности:
лш1=0,88+0,00023·885=1,09 Вт/мК,
Средняя температура шамота кл.Б:
tш2=0,5(750+520)=635 0С,
Коэффициент теплопроводности:
лш2=0,84+0,00058·635=1,21 Вт/мК,
Средняя температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:
tш2-пл=0,5(520+85)=302,50С,
Коэффициент теплопроводности:
лш2-пл=0,15 Вт/мК,
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
бнар1=7+0,05·tнар1=7+0,05·85=11,25 Вт/м2К.
Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковой стенки:
Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.А и шамота кл.Б:
,
Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.Б и плит МКРП:
,
Проверяем температуру наружной поверхности кладки:
методический стан металл топливо
.
Потери чрез свод. Кладка свода: шамот класса А(кирпич) д=510мм. Задаёмся наружной температурой поверхности tнар=97 0С. коэффициент теплопроводности
л=0,7+0,00064t,
Средняя температура шамота:
tш3=0,5(1020+97)=558,5 0С,
Коэффициент теплопроводности:
лд3=0,7+0,00064·558,5=1,057 Вт/мк,(6.15)
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
бнар3=7+0,05·tнар=7+0,05·97=11,85 Вт/м2К.
Удельный тепловой поток через кладку свода:
(6.16)
Проверяем температуру наружной поверхности кладки:
.(6.17)
Потери тепла через под:
Кладка пода: хромомагнезит - , шамот кл.Б - шамот-легковес- , Задаемся температурами в месте соприкосновения слоев хромомагнезита и шамота- , шамота и шамота-легковеса - , наружной поверхности кладки - .
По табл. П24 приложения коэффициент теплопроводности шамота кл. Б, шамота-легковеса , хромомагнезита
Средняя температура хромомагнезита:
Коэффициент теплопроводности хромомагнезита:
Средняя температура шамота:
Коэффициент теплопроводности шамота:
Средняя температура шамота-легковеса:
Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса:
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
.
Удельный тепловой поток через кладку пода:
Проверяем температуру на границе слоев шамота и хромомагнезита:
Проверяем температуру на границе слоев шамота и шамота-легковеса:
Проверяем температуру наружной поверхности кладки:
Площадь поверхности боковых стен с учетом его наклона:
Fст=2·1,76·6,41=22,56м2.(6.18)
Площадь поверхности свода:
Fсв1=1,2·В·L1=1,2·6,728·6,41=51,75 м2.(6.19)
Площадь поверхности пода:
Общие потери тепла через верхнюю часть боковых стен:
(6.20)
Общие потери тепла через нижнюю часть боковых стен:
(6.21)
Общие потери тепла через свод:
(6.22)
Общие потери через под:
Общие потери тепла теплопроводностью через кладку в первом расчетном участке:
(6.23)
Аналогичным образом рассчитываем тепловые потери через кладку на других расчетных участках.
Второй расчетный участок.
1. Боковые верхние стены -
2. Боковые нижние стены -
3. Свод -
4. Под -
Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на втором расчетном участке:
Третий расчетный участок.
1. Боковые верхние стены -
2. Боковые нижние стены
3. Свод
4. Под -
Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на третьем расчетном участке:
Четвертый расчетный участок.
1. Боковые стены -
2. Свод -
3. Под -
Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на четвертом расчетном участке:
Общие потери тепла в печи теплопроводностью через кладку:
7. Потери тепла на охлаждаемые подовые трубы.
Первый расчетный участок
- 4 продольных подовых труб диаметром 121х20, l=4176мм.
Поверхность подовых труб:
Fтр=nтр·рdтрlтр(6.24)
Fтр=4·3,14·0,121·4,176=6,35 м2.
Удельный тепловой поток подовых труб в методической зоне - изолированный - 15 кВт/м2,
Потери тепла на изолированные подовые трубы:
(6.25)
Второй расчетный участок
- 6 продольных подовых труб диаметром 121х20, l=9634мм,
- 7 поперечных труб диаметром 180х32, l=7,888м,
- 8 стояков из труб диаметром 440мм и общей длиной 16,992м.
Поверхность продольных подовых труб: 6·3,14·0,121·9,634=23,06м2.
Удельный тепловой поток для продольных труб согласно таблице 6.1: изолированные - 15кВт/м2, неизолированные - 200кВт/м2.
Потери на изолированные продольные трубы:
Qохл= 3,6·15·23,06=1245МДж/ч.
Поверхность поперечных подовых труб: 7·3,14•0,18·7,888=31,2 м2.
Удельный тепловой поток для поперечных подовых труб, изолированных - 20 кВт/м2, неизолированных - 250 кВт/м2.
Потери тепла на изолированные поперечные подовые трубы:
3,6·20·31,2=2246,4 МДж/ч.
Поверхность стояков: 3,14·0,44·16,992=23,48 м2
Удельный тепловой поток для стояков: изолированный - 15 кВт/м2, неизолированный - 200 кВт/м2.
Потери тепла на изолированные стояки: 3,6·15·23,48=1268 МДж/ч
Общие потери тепла на втором расчетном участке на охлажденные подовые трубы:
Qтр2=1245+2246,4+1268=4759 МДж/ч.
Третий расчетный участок
6 продольных подовых труб даметром 121мм и длиной 9308мм,
7 поперечных труб даметром 180мм и длиной 7,888м,
8 стояков из труб диаметром 440мм и общей длиной 10,472м.
Поверхность продольных подовых труб: 6·3,14·0,121·9,308=21,22м2.
Удельный тепловой поток для продольных труб: изолированные - 20кВт/м2, неизолированные - 250кВт/м2.
Потери на изолированные продольные трубы:
Qохл= 3,6·20·21,22=1527,8МДж/ч.
Поверхность поперечных подовых труб: 7·3,14•0,18·7,888=31,2 м2.
Удельный тепловой поток для поперечных подовых труб, изолированных - 20 кВт/м2, неизолированных - 250 кВт/м2.
Потери тепла на изолированные поперечные подовые трубы:
3,6·20·31,2=2246,4 МДж/ч.
Поверхность стояков: 3,14·0,44·10,472=14,47 м2
Удельный тепловой поток для стояков: изолированный - 15 кВт/м2, неизолированный - 200 кВт/м2.
Потери тепла на изолированные стояки: 3,6·15·14,47=781 МДж/ч
Общие потери тепла на третьем расчетном участке на охлажденные изолированные подовые трубы:
Qтр3=1527,8+2246,4+781=4555,2 МДж/ч.
Общие потери тепла в печи на охлажденные изолированные подовые трубы:
Qтр= Qтр1+ Qтр2+ Qтр3=343+4759+4555,2=9657 МДж/ч
8. Потери тепла излучением через окна печи
Потери тепла излучением через окна печи рассчитываем по формуле:
.
Где
,
из формулы Ф - коэффициент диафрагмирования определяем по рис 1.5 в зависимости от соотношений размеров окон.
Принимаем, что все боковые рабочие окна печи закрыты. А окно загрузки и выгрузки постоянно открыто.
Первый расчетный участок
На первом участке со средней температурой продуктов сгорания tг.ср1=820 0С имеется окно загрузки.
Окно загрузки имеет размеры 0,605х6,495м, площадь Fзаг=5,1м2, толщина футеровки у окна загрузки 0,58м, окно постоянно открыто - шзаг=1. Окно загрузки рассматриваем как полосу (а/b=0). Тогда, коэффициент дифрагмирования при а/l=0,605/0,58=1,04 равен Фзаг=0,65.
Потери тепла излучением через окна на первом участке:
Четвертый расчетный участок
Окно выдачи Fвыд=0,625х6,728м2, коэффициент дифрагмирования равен Фвыд=0,67, при а/l=0,625/0,58=1,08. Fок4=5,1 м2. Доля времени открытия окна швыд=0,2.
Потери тепла излучением через окна:
Общие потери тепла излучением через окна печи:
Qизл= Qизл1 + Qизл4=961+656=1617 МДж/ч.
Неучтенные потери:
Qнеуч=0,1(Qм+ Qкл+ Qохл+ Qизл)(6.28)
Qнеуч =0,1(1617+4378,5+9657+43511)=5916 МДж/ч.
Уравнение теплового баланса печи без изоляции:
Qх+ Qв+ Qэкз= Qм+ Qд+ Qкл+ Qтр+ Qизл+ Qнеуч,(6.29)
9,5В+1,31В+2616,88=43511+4,082В+4378,5+9657+1617+5916
6,73В=62463, т.е. В=9281 м3/ч.
Химическое тепло топлива:
Qх=9,5·В=9,5·9281=88169,5 МДж/ч.
Физическое тепло топлива:
Qв=1,31·В=1,31·9281=12158 МДж/ч.
Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания:
Qд=4,082·В=4,082·9281=37885 МДж/ч.
Тепловой баланс печи без изоляции.
Тепловая мощность печи
М=Qх/3600=88169,5/3600=24,5 МВт.(6.30)
Тепловой баланс
|
Приход тепла |
Расход тепла |
|||||
|
Статьи |
МВт |
% |
Статьи |
МВт |
% |
|
|
Хим. тепло |
24,49 |
85,6 |
Тепло на нагрев ме |
12,09 |
42,3 |
|
|
Физ. тепло воздуха |
3,38 |
11,8 |
Тепло с ух. газами |
10,5 |
36,7 |
|
|
Экзотермическое тепло |
0,73 |
2,6 |
Потери через кладку |
1,2 |
4,2 |
|
|
Потери излучением |
0,5 |
1,7 |
||||
|
Потери тепла в печи на охлаждаемые изолированные подовые трубы |
2,7 |
9,5 |
||||
|
Неучтенные потери |
1,6 |
5,6 |
||||
|
Итого |
28,6 |
100 |
Итого |
28,6 |
100 |
Распределение тепловых мощностей по зонам отопления принимаем:
- первая верхняя сварочная зона - 18%,
- вторая верхняя сварочная зона - 18%,
- первая нижняя сварочная зона - 25%,
- вторая нижняя сварочная зона - 25%,
- томильная зона - 14%.
Тогда тепловые мощности зон отопления составят:
- первая верхняя сварочная зона - 0,18·24,5=4,41 МВт,
- вторая верхняя сварочная зона - 0,18·24,5=4,41 МВт,
- первая нижняя сварочная зона - 0,25·24,5=6,125 МВт,
- вторая нижняя сварочная зона - 0,25·24,5=6,125 МВт,
- томильная зона - 0,14·24,5=3,43 МВт.
Максимальный расход топлива на зоны отопления:
- первая верхняя сварочная зона - 0,18·9281=1670,6 м3/ч,
- вторая верхняя сварочная зона - 0,18·9281=1670,6 м3/ч,
- первая нижняя сварочная зона - 0,25·9281=2320 м3/ч,
- вторая нижняя сварочная зона - 0,25·9281=2320 м3/ч,
- томильная зона - 0,14·9281=1299 м3/ч.
Номинальное потребление тепла печью:
Удельный расход тепла:
7. Расчет топливосжигающих устройств
Принимаем торцевое отношение с установкой горелок типа «труба в трубе». Принимаем давление газа перед горелками 5 кПа и давление воздуха 3 кПа. Размещаем по 6 горелок в каждой зоне отопления.
Расход газа на каждую горелку в верхних сварочных зонах составит
Vоб=1670,6/6=278 м3/ч,
в нижних -
Vоб=2320/6=387 м3/ч,
в томильной зоне -
Vоб=1299/6=216,5 м3/ч.
Необходимый расход воздуха на горелку:
(7.1)
- в верхних сварочных зонах -
Vов=1,05·2,35·278=686 м3/ч,
- в нижних сварочных зонах -
Vов=1,05·2,35·387=955 м3/ч,
- в томильной зоне -
Vов=1,05·2,35·216,5=534 м3/ч,
Поправка на температуру при подогреве воздуха до tв=4000С
,(7.2)
Расчетный расход воздуха на горелку:
(7.3)
- в верхних сварочных зонах -
Vв=686·1,57=1077 м3/ч,
- в нижних сварочных зонах -
Vв=955·1,57=1499 м3/ч,
- в томильной зоне -
Vв=534·1,57=838 м3/ч,
По этим расходам воздуха при его давлении перед горелкой р=3кПа, выбираем горелку для верхних сварочных зон ДВБ-225, и для нижних - ДВБ-225, для томильной ДВБ-200.
Поправка на плотность газа:
,
где - плотность газа.
Расчетный расход газа на горелку:
(7.4)
- в верхних сварочных зонах -
Vг=278·0,88=245 м3/ч,
- в нижних сварочных зонах -
Vг=387·0,88=341 м3/ч,
- в томильной зоне -
Vг=85,1·0,88=190,5 м3/ч.
По этим расходам и давлении 5 кПа принимаем сопло для горелок ДВБ-200 диаметром 35мм для верхних сварочных зон и томильной зоны, а для нижних ДВБ-225/40.
8. Выбор и расчет рекуператора
Принимаем для подогрева воздуха горения стандартные секции металлического трубчатого петлевого рекуператора и перекрестно - противоточное движение воздуха и продуктов сгорания.
Исходные данные для расчета:
Количество подогреваемого воздуха:
;(8.1)
Начальная температура воздуха: ;
Температура подогрева воздуха: ;
Количество продуктов сгорания:
;(8.2)
Начальная температура продуктов сгорания: ;
Принимаем коэффициент полезного действия
Предварительно принимаем температуру продуктов сгорания на выходе из рекуператора .
Рассчитаем величину m:
Где средняя теплоемкость воздуха =1,3289 при температуре воздуха , а среднюю теплоемкость продуктов сгорания определяем по составу продуктов сгорания:
На входе в рекуператор при и
,(8.3)
На выходе из рекуператора при и
По приведенной в приложении методике расчета средней теплоемкости для интервала температур:
.(8.4)
Относительная температура подогрева воздуха:
.(8.5)
Относительная поверхность нагрева рекуператора: .
Температура продуктов сгорания на выходе из рекуператора:
,(8.6)
Что близко к предварительно принятой.
Температура стенки труб рекуператора:
На входе продуктов сгорания:
,
принимаем .
На выходе продуктов сгорания:
,
принимаем .
Задаемся скоростями, приведенными к 0єС воздуха , продуктов сгорания .
Действительные скорости:
Воздуха на входе:
.(8.7)
Воздуха на выходе:
.
Продуктов сгорания на входе:
.
Продуктов сгорания на выходе:
.
Критерий Рейнольдса:
.
Для воздуха на входе в рекуператор:
.(8.8)
Для воздуха на выходе в рекуператор:
.
Здесь - внутренний диаметр труб рекуператора.
Следовательно, режим движения воздуха турбулентный.
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки труб к воздуху по формуле:
(8.9)
на входе в рекуператор -
;
на выходе из рекуператора -
.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией к воздуху, отнесенный к наружной поверхности труб:
На входе:
.
На выходе:
.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к трубам рекуператора определяем рис 2.4 и содержании H2O=18,2% на входе продуктов сгорания , на выходе -
.
Далее рассчитываем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к трубам рекуператора.
Эффективная длина пути луча:
.(8.10)
По горению топлива в продуктах сгорания при -
.
Степень черноты газов:
- на входе в рекуператор при t'д=820 0С
- на выходе из рекуператора при t''д=668 0С
Степень черноты продуктов сгорания:
- на входе в рекуператор
(8.11)
- на выходе из рекуператора
Эффективная степень черноты стенки труб рекуператора:
,(8.12)
Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к трубам рекуператора:
- на входе
(8.13)
Вт/м2К
- на выходе
Вт/м2К
Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к трубам рекуператора:
(8.14)
- на входе
б'д=60,3+28,4=88,7 Вт/м2К,
- на выходе
б''д=51+15,8=66,8 Вт/м2К.
Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху:
На входе продуктов сгорания:
На выходе продуктов сгорания:
Средний по рекуператору коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху:
Поверхность нагрева рекуператора:
Выбираем секцию СР-250 с поверхностью теплообмена и устанавливаем 4 секции по ходу продуктов сгорания.
Скорость воздуха:
(8.15)
Скорость продуктов сгорания:
Проходное сечение для продуктов сгорания принимаем из табл. 6.1 и добавляем зазор между трубчаткой рекуператора и кладкой канала 200мм.
(8.16)
Скорости близки к принятым.
Температура стенки трубы рекуператора:
На входе продуктов сгорания:
(8.17)
На выходе продуктов сгорания:
Температуры близки к принятым.
Температура стенки трубы рекуператора на входе продуктов сгорания с учетом излучения предрекуператорного пространства:
t''ст= t'ст+100=603+100=703.
Выбираем материал для труб рекуператора на входе продуктов сгорания сталь 12Х17, с .
9. Гидравлический расчет дымового тракта
Исходные данные:
Расход газа В=9281 м3/ч,
Плотность дымовых газов - 1,25 кг/м3,
Температура в конце печи tух.г=1200 0С,
Сечение рабочего пространства 7,888х1,76м.
Количество дымовых газов Vд.=29847,7 м3/ч
Потери давления в вертикальных каналах складываются из потерь на трение местных сопротивлений (поворот на 900) и преодоления геометрического давления:
(9.1)
Скорость движения дымовых газов в конце печи щ0=2,3м/с.
Скорость движения дымовых газов в вертикальных каналах .
Тогда площадь сечения каждого канала:
.(9.2)
Размеры вертикальных каналов: длина а=2,0м, ширина b=0,8, высота h=3м. Приведенный диаметр:
(9.3)
Потери давления на трение:
.(9.4)
Потери на преодоление геометрического давления:
.(9.5)
Суммарные потери давления в вертикальных каналах:
.
Определяем потери давления при движении дымовых газов от вертикальных каналов до рекуператора, которые складываются из потерь при повороте на 900, с изменением сечения из вертикальных каналов в боров, потерь на трение и поворот на 900 в борове без изменения сечения, т.е.
.
Скорость движения дыма в борове принимаем .
Сечение борова:
(9.6)
Ширину борова сохраняем равной длине вертикальных каналов в=2. В этом случае высота борова hб=2,4/2=1,2м. Приведеный диаметр борова
.
Принимаем падение температуры дыма равным 2К на 1м длины борова. При длине борова от вертикальных каналов до рекуператора 11м падение температуры равно 22К. Температура дыма перед рекуператором:
T'р=1093-22=1071К(798 0С).
Средняя температура дыма в борове:
(9.7)
Потери давления на трение:
.
Потери давления на входе в боров:
.
Потери давления при повороте борова на 900:
.
Суммарные потери давления на участке от вертикальных каналов до рекуператора:
Потери давления в рекуператоре складываются из потерь при внезапном расширении на входе, потерь при внезапном сужении на выходе из рекуператора, потерь давления на трение и на преодоление геометрического давления.
Потери на входе в рекуператор (о=2,0):
,(9.8)
Потери давления на трение:
,
Потери давления на преодоление геометрического давления:
Потери давления на выходе из системы каналов рассчитываем, принимая коэффициент сопротивления о=1.
Полные потери давления на пути движения дыма в рекуператоре составляют:
.
Определяем потери давления от рекуператора до дымовой трубы, зная Vд.=29847,7 м3/ч; размеры борова 3,0х2,0м. длина борова от рекуператора до дымовой трубы Lбор.=75м.
Принимаем, что падение температуры дыма на этом участке 2К на 1м длины борова, тогда температура дыма перед трубой Ттр=941-150=791К(518 0С).
Потери на трение на участке от рекуператора до дымовой трубы:
Полные потери давления от печи до дымовой трубы:
Расчет дымовой трубы
Исходные данные:
Vд.г.=29847,7м3/ч,
щд.г.=2,4м/с,
?ртракт=303,6Па,
Тг1=791К,
Тв=293К.
Площадь сечения устья трубы:
Fу.тр.=Vд.г./щд.г.=29847,7/3600·2,4=3,45м2,(9.9)
Диаметр устья трубы:
.(9.10)
Диаметр основания трубы находим из соотношения:
d1=1,5·d2=1,5·2,1=3,15м.(9.11)
Скорость движения газов у основания трубы:
.(9.12)
Действительное разряжение трубы может быть на 20-40% больше потерь давления при движении дымовых газов, т.е.
?рдейст=1,5У?рпот.
?рдейст=1,5·303,6=455,4 Па.(9.13)
Для определения температуры газа в устье трубы ориентировочно принимаем высоту трубы Н'=80м. падение температуры при кирпичной стене принимаем равным 1,5К на 1м высоты трубы:
?Т=1,5·80=120К.
Тогда температура газов в устье трубы равна:
Тг2=791-120=671К.
Средняя температура газа:
.(9.14)
Средний диаметр трубы:
.(9.15)
Тогда
.(9.16)
Средняя скорость движения дымовых газов в трубе:
.(9.17)
Коэффициент трения л для кирпичных труб принимаем 0,05.
Расчетная высота трубы:
(9.18)
Окончательно принимаем высоту дымовой трубы 66м.
11. Расчет количества тепловых агрегатов и их компоновка в отделении
Расчет необходимого количества печей
Так как годовая производительность стана составляет 1млн тонн/год, найдем необходимое количество печей, зная что общее время работы методической печи в год составляет 7200ч с учетом всех простоев и ремонтов.
Производительность одной печи в год составляет:
(11.1)
Необходимое количество печей:
(11.2)
Состав и компоновка печей в цехе
Выбираем компоновку печей с торцевой загрузкой и торцевой выдачей, тогда печи размещают в параллельных пролетах между рольгангами загрузки и выдачи.
Шаг колонны выбираем так, чтобы расстояние между наружными стенами соседних печей было не менее 6м. Для печи с шириной рабочего пространства до 8м - шаг колон составляет 18м.
Перечень ссылок
1. Е.И. Казанцев Промышленные печи. - М.: Металлургия, 1975 - 368 с
2. Расчет нагревательных и термических печей: Справ.изд. под ред. Тымчака В.М. и Гусовского В.Л.: Металлургия, 1983.-485 с.
3. Гусовский В.Л., Лившиц А.Е. Методика расчета нагревательных и термических печей: Учебно-справочое издание - М.: «Теплотехник», 2004.-400с.
4. Гусовский В.Л., Ладыгичев М.Г., Усачев А.Б. Современные нагревательные термические печи (конструкции и технические характеристики). Справочник / Под. ред. А.Б.Усачева.- М: «Теплотехник», 2007-656 с.
5. Кривандин В.А., Егоров А.В. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии: Учебник для вузов - М.: Металлургия, 1989. 462 с.
6. Шаламов ю.н., Проектирование и эксплуатация высокотемпературных теплотехнологических агрегатов и систем (учебное пособие), Мариуполь: ПГТУ, 2010 г.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Конструкция толкательных методических печей. Профиль печного канала. Конструкция пода и транспортирующих устройств. Режим нагрева металла. Расчет горения топлива. Определение времени нагрева металла в методической зоне. Определение размеров печи.
курсовая работа [522,7 K], добавлен 29.10.2008Конструкция методических печей, их классификация. Преимущества камерных печей, особенности работы горелок. Общие принципы выбора рациональных методов сжигания топлива в печах. Работа устройств для сжигания газа (горелок) и жидкого топлива (форсунок).
курсовая работа [60,1 K], добавлен 05.10.2012Расчет горения топлива: пересчет состава сухого газа на влажный, определение содержания водяного пара в газах. Расчет нагрева металла. Позонный расчет внешней и внутренней задачи теплообмена. Технико-экономическая оценка работы методических печей.
курсовая работа [120,6 K], добавлен 09.09.2014Функции и классификация индукционных промышленных печей по принципу тепловыделения. Установка электро-лучевого нагрева. Применение электрического нагрева и его особенности. Расчет эквивалентного сопротивления и коэффициента полезного действия индуктора.
курсовая работа [774,1 K], добавлен 01.09.2014Общая характеристика нагревательных печей. Печи для нагрева слитков (нагревательные колодцы). Тепловой и температурный режимы. Режимы термической обработки. Определение размеров печей. Печи для термической обработки сортового проката. Конструкция печей.
курсовая работа [44,3 K], добавлен 29.10.2008Характеристика тепловой работы методических нагревательных печей. Тепловой расчёт методической печи, её размеры, потребность в топливе и время нагрева металла. Математическая модель нагрева металла в методической печи. Внутренний теплообмен в металле.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 20.06.2012Принцип работы и назначение электроплавильных печей, их разновидности и применение для выплавки конструкционных сталей ответственного назначения. Спецификация и отличительные особенности печей сопротивления, дуговых и индукционных, плазменных печей.
реферат [426,9 K], добавлен 04.06.2009Предназначение протяжных печей для термической или термохимической обработки тонколистового металла. Главная задача управления протяжными печами - получение заданного качества ленты при примерно постоянной производительности. Газовый режим печей.
реферат [612,2 K], добавлен 31.10.2008Общая характеристика установок плазменного нагрева. Принцип работы плазматрона косвенного и прямого действия. Характеристики плазмообразующих газов. Характеристика плазменно-дуговых печей с кристаллизатором конструкции института электросварки им. Патона.
курсовая работа [250,7 K], добавлен 04.12.2008Виды печей для автогенной плавки. Принцип работы печей для плавки на штейн. Тепловой и температурный режимы работы печей для плавки на штейн. Принцип работы печей для плавки на черновую медь. Деление металлургических печей по технологическому назначению.
курсовая работа [93,9 K], добавлен 04.12.2008
