Теплотехнические расчеты горения топлива

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

ЗАДАНИЕ

Рассчитать тепловую работу методической толкательной печи для нагрева заготовок квадрат 120, с длиной l = 3,0м из стали марки С3 от начальной температуры t_нач = t_м1 = 20 ⁰С до температуры поверхности металла на выходе t_м2 = 1180. Угар металла составляет р_уг = 1,3%. Топливо: природный газ с теплотой сгорания Q_н^р = 33495 кДж/м³. Температура подогретого воздуха t_в = 300 ⁰С. Необходимо определить время нагрева заготовки, расход топлива, рассчитать тепловой баланс и выбрать тип горелок.

РЕФЕРАТ

Методическая толкательная ПЕЧЬ, ГОРЕНИЕ ТОПЛИВА, определение производительности печи, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ, ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА.

Настоящий курсовой проект посвящен выполнению теплотехнических расчетов горения топлива, составлен тепловой баланс работы печи, определены основные теплотехнические показатели работы печи, осуществлен выбор топливосжигающих устройств.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСЧЁТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

2. определение производительности печи

3. РАСЧЁТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА И ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

4. Расчёт показателей тепловой работы печи

5. ВЫБОР ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Методическая печь - проходная печь для нагрева металлических заготовок перед обработкой давлением (прокатка, ковка, штамповка). В свою очередь проходной печью называется печь непрерывного действия, в которой нагреваемые заготовки движутся вдоль печи, перемещаемые толкателем, рольгангом или другими механизмами. Загрузка и выгрузка проходной печи производятся через окна в торцовых стенах печи или в боковых стенках вблизи торцов.

В методической печи заготовки обычно передвигаются навстречу движению продуктов сгорания топлива; при таком противоточном движении достигается высокая степень использования теплоты, подаваемой в печь. Заготовки проходят последовательно три теплотехнические зоны: методическую (зону предварительного подогрева), сварочную (зону нагрева) и томильную (зону выравнивания температур в заготовке).

Методические печи классифицируют:

- по числу зон отопления в сварочной зоне плюс методическая зона, и, если есть, томильная зона (2-, 3-, 4-, 5- зонные);

- по способу транспортирования заготовок (толкательные, с подвижными балками и др.);

- по конструктивным особенностям (с нижним обогревом, с наклонным подом, с плоским сводом и т.д.).

Методические печи отапливают газообразным или жидким топливом с помощью горелок или форсунок.

Преимущество многозонных печей перед двухзонными: гибкость в регулировке режима нагрева и меньший расход топлива при высоком качестве нагрева металла. Недостаток: усложнение конструкции системы отопления.

Под качеством нагрева понимается: точность получения заданных температур в конце нагрева, величина окисления и обезуглероживания поверхности заготовок, точность сохранения формы заготовок после воздействия термических напряжений. Ориентировочные значения отдельных показателей качества: температура нагрева заготовок в методических печах от 1100 до 1250°С; перепад температуры в конце нагрева от 400 до 1000 °С/метр толщины заготовки; количество окислившегося металла от 0,5 до 2%; толщина обезуглероженного слоя от 0,5 до 1,5 мм.В данной работе рассматривается толкательная методическая печь с торцевой выдачей заготовок, для длинных заготовок квадратного сечения, в которой реализуется постоянная температура в сечениях и переменная по всей длине печи. Толкательная печь - методическая печь, в которой перемещение заготовок вдоль печи происходит с помощью внешнего устройства - толкателя. Это самый простой и недорогой способ транспортирования металла через печь.

Особенностью данной печи является отсутствие вентилятора. Воздух засасывается за счет разрежения, создаваемого активной струей газового топлива горелок. Кроме этого, разрежение создает разогретый рекуператор, который действует как дымовая труба. В курсовой работе производятся следующие расчеты: горения топлива, времени нагрева металла, теплового баланса; производится выбор топливосжигающих устройств.

1. Расчет горения топлива

Исходные данные.

Теплота сгорания Q_н^р = 33495 кВт.

Сечение заготовки квадрат со стороной 120 мм.

Длинна заготовки 3 м.

Начальная температура материала 20⁰С.

Конечная температура материала 1180⁰С.

Угар металла 1,3%.

Расчёт количества воздуха для 1 м³ природного газа.

Теоретическое природного газа:

; (1)

м³/м³.

Данная печь отапливается природным газом.

Практически необходимое количество воздуха при б=1,1:

м³/м³. (2)

Расчёт выхода продуктов сгорания.

Рассчитываем разность между объёмом продуктов сгорания и количеством воздуха по формуле:

; (3)

м³/м³,

где l₁, l₂, S₁,S₂, W^p, W^гр - поправочные коэффициенты, величины которых определяются в зависимости от вида топлива и теплоты его сгорания.

Теоретический выход продуктов сгорания составит:

м³/м³. (4)

Практический выход составит:

м³/м³. (5)

Расчёт температур горения топлива. Рассчитываем химическую и физическую энтальпию топлива и воздуха:

кДж/м³; (6)

кДж/м³, (7)

где с_г -удельная теплоемкость газа;t_г - температура газа. Физическая энтальпия подогретого воздуха:

кДж/м³, (8)

где С_в - средняя теплоемкость воздуха; t_в - температура подогретого воздуха, ⁰С;L_б - количество воздуха для сжигания единицы топлива.

тепловой печь горение заготовка

 кДж/м³. (9)

Избыток воздуха в продуктах горения:

. (10)

Находим при данных i_общ и t теоретическое значение температуры горения по it-диаграмме (приложение В):

t_б^т=1950^oC.

Энтальпия химического недожога:

кДж/м³. (11)

Общее балансовое теплосодержание продуктов сгорания i_общ:

кДж/м³. (12)

Находим балансовое значение температуры горения по it-диаграмме: t_б^Б = 1925 ^oC.

Полученная температура горения достаточна для обеспечения заданного технологического процесса, так как умноженная на пирометрический коэффициент для проходных печей , она превосходит температуру поверхности заготовок: .

2. Определение производительности печи

Исходные данные.

Активная длинна пода L_ап=20095 мм.

Сечение заготовки квадрат со стороной S=120 мм.

Длинна заготовки 3000 мм.

Плотность металла =7850 кг/м³.

Коэффициент заполнения для толкающих методических печей К=0,98.

Удельное время нагрева =7,4мин/см.

Определим количество заготовок по всей длине печи:

шт, (13)

где S - толщина заготовки;

L_а.п - длинна активного пода;

K - коэффициент заполнения.

Определяем массу одной заготовки:

кг. (14)

Определяем массу всей садки:

кг. (15)

Определяем время нагрева:

 ч. (16)

Определяем производительность печи:

кг/ч или 10,44 кг/с. (17)

3. Расчет теплового баланса И ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Исходные данные.

Теплота сгорания топлива .

Количество воздуха для сжигания 1 м³ газовой смеси Lб=9,672 м³/м³.

Практический выход (при б = 1,01) продуктов горения Vб=10,672 м³/м³.

Теплоемкость уходящих газов С_{ух г}=1,55 кДж/м³К.

Теплоемкость воздуха С_в=1,315 кДж/м³К.

Температура металла начальная t_{м нач}=20.

Среднемассовая температура металла на выходе из печи t_{м 3}=1180 .

Угар металла P = 1,3 %. Химический недожог а=0,02.

Производительность по металлу P_м = 10,44 кг/с.

Приход тепла.

1) Химическая теплота сжигаемого топлива, кВт:

, (18)

где Q_н^р - низшая теплота сгорания топлива, равная 33495 кДж/м³;

В - расход топлива, кг/с.

2) Тепло, вносимое подогретым воздухом, кВт:

, (19)

где L_б - действительный расход воздуха на горение, м³/м³.

3) Теплота подогретого топлива:

, (20)

где t_г - температура подогретого топлива, ⁰С;

С_г - удельная теплоемкость топлива, 1,55 кДж/(м³*°С).

4) Теплота экзотермической реакции:

кВт. (21)

Расход тепла.

1) Тепло, затраченное на нагрев металла, кВт:

, (22)

где P_м - производительность по металлу, кг/с;

- температура металла на выходе из печи ;

- начальная температура металла;

- средняя теплоёмкость в интервале температура и . Дж/(кг*°С);

кВт.

2) Теплота уходящих газов, кВт:

; (23)

м²;

.

3) Потери теплоты с химическим недожогом, кВт:

, (24)

где а - доля химического недожога.

4) Механический недожог топлива отсутствует.

5) Потери теплоты в окружающее пространство, кВт:

, (25)

где - потери тепла теплопроводностью через футеровку, кВт;

- лучистые потери тепла через открытые окна и отверстия, кВт;

- потери с различного рода приспособлениями, вносимыми в рабочее пространство вместе с технологическим материалом, кВт;

- потери с водой, которая охлаждает различного рода элементы конструкции, кВт.

Потери теплопроводностью через футеровку.

Для упрощения расчетов примем температуры наружных поверхностей футеровки:

для свода ;

для стен ;

для пода .

Потери тепла через свод печи:

площадь свода F_св = 97,857 м².

Тогда потери тепла через свод печи:

Вт или 387,51 кВт, (26)

где по формуле Иванцова

, Вт/(м²К), (27)

Вт/(м²К).

Потери тепла через стены печи:

площадь стен F_ст=167,06 м².

Тогда потери тепла через стены печи:

Вт или 142,25 кВт,

где Вт/(м²К).

Потери тепла через под:

площадь пода F_под=81,83 м².

Тогда потери тепла через под печи:

Вт или 59,84кВт,

где Вт/(м²К).

Общие потери тепла через футеровку:

 кВт.

Лучистые потери тепла через открытые окна, кВт:

, (29)

где мм² или 0,748 м²;

мм² или 1,267 м².

мм², (30)

где С_о - коэффициент излучения абсолютно черного тела;

С_о=5,57 Вт/(м²К⁴);

F_ок - площадь окна;

- коэффициент диафрагмирования;

;

- доля времени открытия окна;

= 1 для загрузочного окна.

Вт или 93,54 кВт;

Вт или 320,2 кВт;

 кВт.

Потери тепла с охлаждающей водой.

Площадь поверхности продольных подовых труб составляет F_{тр прод}=22м²:

м². (31)

Для изолированных труб при средней температуре рабочего пространства печи Т=1120⁰С: (ПРИЛОЖЕНИЕ Е)

кВт/м³.

Тогда потери тепла с охлаждающей водой в продольных подовых трубах составит:

кВт. (32)

Площадь поверхности поперечных подовых труб составляет F_{тр попереч}=13,64м².

Для изолированных труб при средней температуре рабочего пространства печи Т=1120⁰С:

кВт/м³,

.

Тогда потери тепла с охлаждающей водой в поперечных подовых трубах составит:

кВт.

Общее количество тепла теряемое с охлаждающей водой.

Для изолированных труб при средней температуре рабочего пространства печи Т=1120⁰С:

кВт. (33)

Общее количество тепла, теряемое в окружающее пространство:

кВт,

Q₆ отсутствует т.к. печь непрерывного действия.

Из уравнения теплового баланса находим расход топлива, м³/c:

, (34)

где q_в - удельная теплота подогретого воздуха, приходящееся на 1 м³ топлива, кДж/м³.

кДж/м³,

где кВт - удельная теплота подогретого топлива.

кВт, (35)

где q₂ - удельные теплопотери c уходящими газами (на единицу топлива), кДж/м³.

 кВт, (36)

где q₃ - удельные в следствии химической неполноты сгорания (на единицу топлива), кДж/м³.

м³/с.

Таким образом, при рассчитанном расходе топлива B можно рассчитать все статьи теплового баланса:

1. Химическая теплота сжигаемого топлива, кВт:

кВт.

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом, кВт:

кВт.

3. Потери теплоты с отходящими газами, кВт:

кВт.

4. Потери теплоты с химическим недожогом, кВт:

кВт.

Результаты расчетов заносим в таблицу 1.

Таблица 1 - Тепловой баланс методической печи

Приходные данные	кВт	%	Расходные данные	кВт	%
1 Химическое тепло топлива	17082,45	90,57	Нагрев металла	7606,0	40,30
2 Физическое тепло подогретого воздуха	1763,6	9,35	Потери с уходящими газами	8957,57	47,47
3 Физическое тепло подогретого топлива	15,81	0,08	Потери теплоты с химическом недожогом	341,7	1,81
			Потери теплоты с механическим недожогом	0	0
			Потери тепла теплопроводностью	589,6	3,13
			Лучистые потери тепла через открытые окна	413,74	2,19
			Потери с охлаждающей водой	961,4	5,10
			Потери теплоты за счет аккумуляции тепла	0	0
Итог:	18861,86	100		18870,01	100
			Невязка		0,04

Невязка составит:

.

4. Расчёт показателей тепловой работы печи

Удельный расход условного топлива:

кг.у.т./т. (37)

Коэффициент использования тепла:

 (38)

Коэффициент топливный полезного действия:

(39)

Удельная производительность печи:

. (40)

Таблица 2 - Основные показатели

Удельный расход условного топлива, кг.у.т./т	55,83
Коэффициент использования тепла, %	51
Коэффициент топливный полезного действия, %	45
Удельная производительность печи, кг/(м2·ч)	623,34

5. Выбор топливосжигающих устройств

Всего в методической толкательной печи находится 11 топливосжигающих устройств. Количество горелок в верхней сварочной зоне 3, в нижней сварочной зоне 4, в томильной зоне. В верхней сварочной зоне горелки. Расход топлива на верхние горелки сварочной зоны составит:

. По приложению выбираем диаметр газового сопла: d_г=30 мм, . По приложению в верхнюю сварочную зону подобрали горелки ДВС 130/30.5.2 В нижней сварочной зоне горелки. Расход топлива на нижние горелки составит:

. По приложению выбираем диаметр газового сопла: d_г=40 мм, .По приложению в нижнюю сварочную зону подобрали горелки ДВС 150/40. 5.3 В томильной зоне горелки. Расход топлива на горелки томильной зоны составит: .По приложению выбираем диаметр газового сопла: d_г=14мм , .По приложению в томильную зону подобрали горелки ДВС 60/14.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был выполнен расчёт горения топлива, определили производительность методической толкательной печи. Были составлены и рассчитаны все необходимые статьи приходной и расходной части теплового баланса, и на основании этого был определен расход топлива на горелки с теплотой сгорания Q_н^р = 33495 кДж/м³ (природный газ). Расход топлива составил В = 0,51 м³/с.

Так же в ходе выполнения курсовой работы были рассчитаны основные теплотехнические показатели печи: суммарный КПД рабочего пространства печи, равный з_У = 40,3%, топливный КПД, равный з=45,0 %, коэффициент использования теплоты, равный з_ит=51,0 %. При этом удельный расход топлива составил b = 55,83 кг у.т/т.

Для обеспечения вычисленных теплотехнических показателей методической толкательной печи были выбраны горелки ДВС 130/30 в верхнюю сварочную зону печи, в нижнюю сварочную зону подобрали горелки ДВС 150/40 и в томильную зону подобрали горелки ДВС 60/14.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Расчет горения топлива/ С.Н.Гущин, М.Д.Казяев - Екатеринбург: УГТУ-УПИ,1995. - 48 с.

2. Теплотехнические расчеты металлургических печей/ А.С. Телегин - М.; Металлургия, 1982. - 360 с.

3. Теория практика теплогенерации/ С.Н.Гущин, М.Д.Казяев, Ю.В. Крюченков, В.Б. Кутьин, В.И. Лобанов, Ю.Г. Ярошенко - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. - 379с.

4. Сожигательные устройства нагревательных и термических печей. Справочник. В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц, В.М. Тымчак - М.:Металлургия, 1981. - 272 с.

5. Дипломное и курсовое проектирование теплотехнических агрегатов: методические указания к оформлению дипломных и курсовых работ /Н.Б. Лошкарёв, А.Н. Лошкарёв, Л.А. Зайнуллин - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2007. - 50 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Значение топлив

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

it-диаграмма

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

Пропускная способность по газу горелок типа «труба в трубе»

ПРИЛОЖЕНИЕ И

Пропускная способность по воздуху

Размещено на Allbest.ru