Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Научный Исследовательский Технологический Университет

Московский Государственный Институт Стали и Сплавов

Кафедра теплофизики и экологии металлургического производства

Курсовая работа по курсу:

«Металлургическая теплотехника»

На тему:

«Расчет основных показателей нагревательной печи»

Выполнила: студентка Ляхова М.С.

группа РПМ-07

Проверила: Герцык С.И

г. Москва 2010 г

Содержание

Исходные данные

1. Расчёт горения топлива (коксодоменный газ)

2. Определение основных размеров печей

3. Определение коэффициента теплоотдачи излучением от печи газов к металлу

4. Определение температуры печи и температуры кладки

5. Расчёт времени нагрева металла

6. Определение производительности печи

7. Тепловой баланс

8. Выбор и расчет горелок

Список используемой литературы

Исходные данные

Среднеуглеродистая сталь

Длина заготовки L=0.9 м

Сечение O 40 мм

Конечная разность температур по сечению заготовки

Температура нагрева заготовок 1210°С

Температура нагрева воздуха T_воз.= 340°С

Температура нагрева топлива Т_т= 300°С

Коэффициент расхода воздуха п=1.05

Теплотворная способность топлива 8500 кДж/м³

Топливо смешанный газ коксовальный-генераторный газ

Тип печи камерная нагревательная - двухкамерная

В печи одновременно находится 34 заготовок

1. Расчёт горения топлива (коксодоменный газ).

Топливо А. Генераторный газ из Донецкого антрацита (объемные %)

CO2	O2	CO	H2	CH4	N2	H2S
5,5	0,2	27,5	13,5	0,5	52,6	0,2

Топливо Б. Коксовальный газ (объемные %)

CO2	O2	CO	H2	CH4	N2	C3H8
2,9	0,5	7	58	26,7	2,5	2,4

Влажность исходных топлив [г/м³]: W_A=19 г/м³; W_Б=24 г/м³

Пересчет сухого газа на влажный.

Расчет состава влажных газов: X^вл_ген=X^сух_ген= 0.98* X^сух_ген

X^вл_кокс=X^сух_кокс== 0.97*X^сух_кокс

Состав влажных газов.

печь коксодоменный теплоотдача металл

Генераторный газ.

CO2	CO	O2	CH4	H2	N2	H2S
5,39	26,87	0,2	0,49	13,19	51,39	0,2

Коксовальный газ.

CO2	O2	CO	H2	CH4	N2	C3H8
2,81	0,49	6,79	56,26	25,93	2,43	2,33

Определение Q_н^р генераторного и коксовального газов:

Q_н^р(ген.)=X^вл_co*126.45 + X^вл_H2*107.60 + X^вл_CH4*358.30 + X^вл_H2S*147.30= 0.2687*12645 + 0.1319*10760 + 0.0049*35830 + 0.002*14730= 5022 кДж/м³

Q_н^р(кокс.)=X^вл_co*126.45 + X^вл_H2*107.60 + X^вл_CH4*358.30 + X^вл_C3H8*913.00 = 0.0679*12645 + 0.5626*10760 + 0.2593*35830 + 0.0233*91300 = 18330 кДж/м³

Доля коксовального газа в смеси:

a = = = 0.261

Доля генераторного газа:

1 - а = 1 - 0.261 = 0.739

Определение состава смеси газа по соотношениям:

X_см = X_кокс* а + X_ген*(1 - а)

CO₂(см) = 2.81*0.261 + 5.39*0.739 = 4.72%

CO(см) = 26.79*0.261 + 26.87*0.739 = 21.63%

O₂(см) = 0.49*0.261 + 0.2*0.739 = 0.28%

CH₄(см) = 25.93*0.261 + 0.49*0.739 = 7.13%

H₂(см) = 56.26*0.261 + 13.19*0.739 = 24.43%

N₂(см) = 2.43*0.261 + 51.39*0.739 = 38.61%

H₂S(см) = 0.2*0.739 = 0.15%

С₃H₈(см) = 2.33*0.261 = 0.61%

Н₂O(см) = 100 - (4.72 + 21.63 + 0.28 + 7.13 + 24.43 + 38.61 + 0.15 + 0.61) = 2.44%

100%

Теплота сгорания смешанного газа: (см) = 0.2163*12645 + 0.0713*35830 + 0.2443*10760 + 0.0015*14730 + 0.0061*91300 = 8498 кДж/м³

Определение расхода воздуха, состава и количества продуктов сгорания на 100 м³ смеси газа:

Топливо	Воздух, м3	Образование продуктов сгорания
состав	содерж. %	O2	N2	Всего	CO2	H2O	O2	N2	SO2	всего
CO2 CO O2 CH4 H2 N2 H2S C3H8 H2O	4,72 21,63 0,28 7,13 24,43 38,61 0,15 0,61 2,44	- 10,82 -0,28 14,26 12,22 - 0,225 3,05 -	40,3 * 3,762		4,72 21,63 7,13 - 1,83	14,26 24,43 0,15 2,44 2,44		38,61	0,15
n=1 %	100	40,3 21%	151,61 79%	191,91 100%	35,31 13,11%	43,72 16,23%	- -	190,22* 70,61%	0,15 0,05%	269,4 100%
n=1,05 %		42,32 21%	159,19 79%	201,51 100%	35,31 12,66%	43,72 15,67%	2,02 0,72%	197,8** 70,9%	0,15 0,05%	279 100%

*N₂(при n=1)= 38.61 + 151.61 = 190.22

**N₂(при n=1.05) = 38.61 + 159.19 = 197.8

CO + 0.5O₂ = CO₂

H₂ + 0.5O₂ = H₂O

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

C₃H₈ + 5O₂ = 3CO₂ + 4H₂O

H₂S + 1.5O₂ = H₂O + SO₂

Находим плотность компонентов, составляющих смешанный газ, продуктов сгорания и воздуха:

?_i =

?_CO2 = = 1.964 кг/м³ ?_H2O = = 0.804 кг/м³

?_CO = = 1.25 кг/м³ ?_O2 = = 1.428 кг/м³

?_CH4 = = 0.714 кг/м³ ?_N2 = = 1.25 кг/м³

?_C3H8 = = 1.964 кг/м³ ?_H2S = = 1.518 кг/м³

?_H2 = = 0.09 кг/м³ ?_SO2 = = 2.857 кг/м³

Правильность расчета горения топлива проверяется составлением материального баланса горения:

А. Поступило

а) 100 м³ топлива

CO₂ 4,72*1,964 = 9.27 кг O₂ 0.28*1.428 = 0.40 кг

CO 21,63*1,25 = 27.04 кг H₂ 24.43*0.09 = 2.20 кг

CH₄ 7,13*0,714 = 5.09 кг N₂ 38.61*1.25 = 48.26 кг

С₃H₈ 0,61*1,964 = 1.20 кг H₂S 0.15*1.518 = 0.23 кг

H₂O 2,44*0,804 = 1.96 кг

? = 95.65 кг

б) воздух для горения 200.71 м³

O₂ 42.32*1.428 = 60.43 кг

N₂ 159.19*1.25 = 198.99 кг

? = 259.42 кг

Итого: топливо + воздух = 95.65 + 259.42 = 355.07 кг

Б. Получено продуктов сгорания 278.35 ,в т.ч.

CO₂ 35.31*1.964 = 69.35 кг SO₂ 0.15*2.857 = 0.43 кг

O₂ 2.02*1.428 = 2.88 кг H₂O 43.72*0.804 = 35.15 кг

N₂ 197.8*1.25 = 247.25 кг

? = 355.06 кг

Невязка баланса: ? = *100% = 0.0028%

Определение калориметрической температуры горения топлив с подогревом топлива и воздуха:

i_д =

i_m: (до 300°С)

i_CO2 = 0.0472*564.24 = 26.63 кДж/м³ i_C3H8 = 0.0061*758.68 = 4.63 кДж/м³

i_CO = 0.2163*395.67 = 85.58 кДж/м³ i_O2 = 0.0028*407.48 = 1.14 кДж/м³

i_H2O = 0.0244*461.36 = 11.26 кДж/м³ i_N2 = 0.3861*392.41 = 151.51 кДж/м³

i_CH4 = 0.0713*567.75 = 40.48 кДж/м³ i_H2 = 0.2443*390.65 = 95.44 кДж/м³

i_CO2 = 0.0015*482.34 = 0.72 кДж/м³

i_m = 417.39 кДж/м³

i_д = = 3580.48

t = 2100°C t = 2200°C

i_CO2 = 0.1266*5186.81 = 656.65 кДж/м³ i_CO2 = 0.1266*5464.20 = 691.77 кДж/м³

i_H2O = 0.1567*4121.79 = 645.88 кДж/м³ i_H2O = 0.1567*4358.83 = 683.03 кДж/м³

i_O2 = 0.0072*3314.85 = 23.87 кДж/м³ i_CO2 = 0.0072*3487.44 = 25.11 кДж/м³

i_N2 = 0.709*3131.96 = 2220.56 кДж/м³ i_CO2 = 0.709*3295.84 = 2336.75 кДж/м³

? = i₁ = 3546.96 кДж/м³ ? = i₂ = 3736.66 кДж/м³

Т_кал = Т₁ + = 2100 + = 2118°C

2. Определение основных размеров печи

При однорядном расположении заготовок:

Длина печи:

.

Ширина печи:

Высота печи:

; A = 0.65

h = (0.65+0.05*1.1)*1310*10^-3 = 0.924 м

3. Определение коэффициента теплоотдачи излучением от печи газов к металлу.

, (Вт/К)

Спр = 5.7*?ме*К; ?ме = 0.8

Fкл = BL + 2BH + 2LH = 1.1*1.2 + 2*1.1*0.924+2*1.2*0.924 = 5.57

Fме =

F6 = 2BL + 2BH + 2LH = 2*1.1*1.2 + 2*1.1*0.924 + 2*1.2*0.924 = 6.89

Определим эффективную длину луча:

Sэф = 3.6*V/F6 = 3.6*L*B*H/F6 = (3.6*1.2*1.1*0.924)/6.89 = 0.64

Находим степень черноты дымовых газов при температуре газа. Парциальное давления и равно:

Температура газа t = 1310:

.

Тогда степень черноты дымовых газов:

Подсчитаем К:

Спр = 5.7*0.8*0.52 = 2,46

Теперь можно подсчитать коэффициент теплоотдачи излучением:

(Вт/К)

4. Определение температуры печи и температуры кладки

Теперь можно найти температуру печи и клади:

Тпечи = 1537.43 К = 1264.43 °С

Ткладки = 1527.41 К=1254.41 °С

5. Расчёт времени нагрева металла.

По приложению находим

. S = d = 0.04

- термически-тонкое тело

?_расч=µ*d; ; ?_расч = 0.6*0.04=0.024

?=7800 кг/м³ ; С_ме (615°С) = 0.595 кДж/(кг К)

Теперь рассчитаем время нагрева:

6. Определение производительности печи

7. Тепловой баланс

При проектировании печи, тепловой баланс составляется с целью определения расхода топлива. Просуммировав отдельные статьи прихода и расхода тепла и приравняв , получим уравнение с одним неизвестным, которым будет величина расхода топлива .

Приход тепла:

Тепло от горения топлива

,

где - расход топлива, , при нормальных условиях. .

Тепло, вносимое подогретым воздухом

.

Тепло экзотермических реакций (принимая, что угар металла составляет 1%),

,

где G - производительность, , - угар металла. .

кВт

Расход тепла:

1.Тепло, затрачиваемое на нагрев металла

2. . Расход тепла, вследствие потерь через футеровку печи

; Sвнутр = 5.65

Найдем наружные размеры:

Bнар = Ввн + 2*(0.116 + 0.232) = 1.796 м

Lнар = Lвн + 2*(0.116 + 0.232) = 1.896 м

hнар = hвн + 2*(0.116 + 0.232) = 1.62 м

Sнар = BL + 2BH + 2LH = 1.796*1.896 + 2*1.796*1.62 + 2*1.896*1.62 = 15.37

;

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев.

Средняя температура слоев шамота равна , а слоя диатомита

,

где - температура на границе раздел слоев, - температура наружной поверхности кладки, которую можно принять равной .

Коэффициент теплопроводности шамота

.

Коэффициент теплопроводности диатомита

.

В стационарном режиме

.

Подставив значения коэффициентов теплопроводности получим:

Решение этого квадратного уравнения дает значение . Тогда , . Окончательно получим , .

Количество тепла, теряемого теплопроводностью через кладку печи, равно

3. Потери тепла излучением, через открытые окна и щели печи

Со = 5,7

fокн = 0.06 * 0.696 = 0.042

4. Тепло, теряемое в результате выбивания газов из окон и дверей

С_Г=1.535 кДж/(м³ К)

Т_Г=1310 °С

Нокн = 1.5*0.04 = 0.06 м

bокн = 0.696 м

tгаз = 1310

5.Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами

.

Найдем энтальпию продуктов сгорания при температуре

I_co2 = 0.1266*3037.2 = 384.51

I_H2O = 0.1567*2354.63 = 368.97

I_o2 = 0.0072*1992.67 = 14.35

I_{N2 =} 0.709*1884.36 = 1336.01

6 . Потери из-за химических неполностей

7. Потери тепла из-за мех. потерь топлива

,

где d= 2% (газообразное топливо)

8. Неучтенные потери

Уравнение теплового баланса:

9572.19*B + 4.58 = 57.35 + 9.7 + 1.07 + 3.73 +5919.93*В - 1.804 + 502.898*B - 0.153 + 170*B + 547.84*В - 7.65

Откуда

В = 0.02372

Приход	кВт	%	Расход	кВт	%
Qхим	201.58	87.04	Qме	57.35	24.76
Qфиз	25.43	10.98	Qкл	9.7	4.19
Qэкз	4.58	1.98	Q излокн	1.07	0.46
			Qокнгаз	3.73	1.61
	231.59	100	Qпр.сг	138.6	59.85
			Qхим.	11.77	5.08
			Qмех.	4.03	1.74
			Qпотер.	5.34	2.31
			?Qрасх.	231.59	100

Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла

.

8. Расчет и выбор горелки

выбираем горелку типа «Труба в трубе»

Так как теплота сгорания низкая, выбираем горелку типа ДНС

1 Расчетное количество воздуха

, где

Vв- пропускная способность горелки по воздуху, м³ / с

Тв - температура нагрева воздуха, К

2 Расчетное количество газа

, где

Vг- пропускная способность горелки по газу, м³ / с

Тв - температура газа, К

- плотность газа кг/м³



Выбираем горелку ДНС70

Список используемой литературы

1. Мастрюков Б.С. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей; Металлургия, 1978

2.. Герцык С.И. Курс лекций по предмету «Теплотехника», 2010

Размещено на Allbest.ru