Расчет трехзонной методической печи

Расчет размеров трехзонной методической печи, продолжительности нагрева заготовки в различных ее зонах. Определение приходных и расходных статей баланса и на их основе определение расхода топлива, технологического КПД и коэффициента использования топлива.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 02.04.2012
Размер файла 271,4 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/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Пояснительная записка

к курсовой работе

Расчет трехзонной методической печи

Выполнила

Глинина Е.В.

Челябинск

2006

ЗАДАНИЕ

печь баланс топливо нагрев

Исходные данные:

1. Наименование печи: трёхзонная методическая печь с двухсторонним обогревом.

2. Производительность: 70 т/ч

3. Нагреваемый металл: Сталь 10

4. Начальная температура материала: tн =10 єС

5. Конечная температура материала (поверхности): tпк =1200 °С

6. Конечный перепад температур по сечению слитка: Д tк = 50 °С

7. Вид топлива: доменный - 10 %; природный - 90 %

8. Размер заготовки: дЧLшЧLдл = 250Ч500Ч5000 мм.

9. Химический состав газов, %

газ

СН4

C2Н6

СО2

О2

СО

Н2S

Н2

N2

Влажность

Доменный

0,3

-

12,5

0,2

27,0

-

5,0

55,0

40

Коксовый

25,5

2,3

2,4

0,5

6,5

-

59,8

3,0

35

Природный

93,8

4,9

0,6

-

--

-

-

0,7

50

Аннотация

В пояснительную записку входит расчет основных размеров печи, продолжительности нагрева заготовки в различных зонах печи. Определение приходных и расходных статей баланса и на их основе определение расхода топлива, технологического КПД и коэффициента использования топлива.

Содержание

1. Расчет горения топлива

2. Температурный режим нагрева металла

3. Нагрева металла

3.1 Методическая зона

3.1.1 Расчет коэффициента теплоотдачи в методической зоне

3.1.2 Нагрев металла в методической зоне

3.2 Сварочная зона

3.2.1 Расчет коэффициента теплоотдачи в сварочной зоне

3.2.2 Нагрев металла в сварочной зоне

3.3 Томильная зона

3.3.1 Нагрев металла в томильной зоне

4. Длина печи и напряжение пода

5. Тепловой баланс печи

5.1 Расход тепла

5.1.1 Потери тепла через кладку печи

5.1.1.1 Потери тепла через кладку печи в методической зоне

5.1.1.2 Потери тепла через кладку печи в сварочной зоне

5.1.1.3 Потери тепла через кладку печи в томильной зоне

5.1.2.1 Потери тепла излучением через открытые окна в методической зоне

5.1.2.2 Потери тепла излучением через открытые окна в сварочной зоне

5.1.2.3 Потери тепла излучением через открытые окна в томильной зоне

5.1.2.4 Суммарные потери тепла излучением через открытые окна

5.1.3.1 Потери тепла с охлаждающей водой в методической зоне

5.1.3.2 Потери тепла с охлаждающей водой в сварочной зоне

5.1.4 Тепло, затраченное на нагрев металла

5.1.5 Неучтенные потери тепла

5.2 Расход топлива

5.3 Приход тепла

5.3.1 Химическое тепло топлива

5.3.2 Физическое тепло подогретого топлива

5.3.3 Физическое тепло воздуха

5.3.4 Тепло экзотермических реакций

5.4 Тепло, уносимое продуктами сгорания

5.5 Технологический КПД

5.6 Коэффициент использования топлива

Заключение

Литература

Введение

Нагревательные печи непрерывного действия предназначены для нагрева металла перед горячей обработкой давлением. В прокатном производстве черной металлургии основными типами таких печей являются толкательные печи, печи с шагающим подом и шагающими балками, кольцевые печи.

Тепловые расчеты методических печей выполняются как при их проектировании (проектные), так и в процессе эксплуатации (поверочные). В первом случае целью расчета является определение основных размеров печи, ее температурного и теплового режимов, расхода топлива и воздуха. Во втором случае расчеты производятся с целью установления режимов работы существующей печи при изменении ее производительности, вида топлива или каких-либо иных параметров.

1. Расчет горения топлива

Содержание водяного пара в газах:

, %

- Доменный газ:

.

- Природный газ:

.

Состав влажных газов определяется по формуле:

, %

Объемные доли компонентов в смешанном газе определяются по формуле:

, %

где Хдом = 0,1 и Хпр = 0,9 - доли доменного и природного газа в смешанном.

Сведем в таблицу пересчитанные составы влажных газов:

Таблица 1. Состав влажных газов

Газ

CH4

C2H6

CO2

O2

CO

H2

N2

H2O

Сумма

Доменный

0,29

-

11,9

0,19

25,72

4,76

52,4

4,74

100%

Природный

88,3

4,62

0,56

-

-

-

0,66

5,86

100%

Смешанный

79,3

4,16

1,69

0,02

2,75

0,48

5,85

5,75

100%

Теплота сгорания доменного газа:

,

.

Теплота сгорания природного газа:

,

.

Теплота сгорания смешанного газа:

,

.

Расход кислорода на горение смешанного газа:

,

.

Действительный расход воздуха:

,

где:

;

- отношение объемных содержаний N2 и О2 в дутье.

.

Объем компонентов продуктов сгорания:

,

.

,

.

,

.

,

.

Общий объем продуктов сгорания:

,

.

Состав продуктов сгорания определяется по формуле:

, %

Сведем в таблицу состав продуктов сгорания:

Таблица 2. Состав продуктов сгорания

СО2

Н2О

N2

О2

Сумма

9,06

17,42

71,75

1,77

100%

2. Температурный режим нагрева металла

Зададимся температурным графиком t = f(ф).

єС - начальная температура металла,

єС - температура уходящих газов,

єС - температура газов в сварочной зоне,

єС - температура газов в томильной зоне

єС - конечная температура поверхности металла,

єС - конечный перепад температур по сечению слитка,

- температура поверхности металла,

- температура середины металла.

3. Нагрев металла

3.1 Методическая зона

3.1.1 Расчет коэффициента теплоотдачи в методической зоне

Парциальное давление поглощающих компонентов смеси:

, кПа

.

, кПа

.

Ширина рабочего пространства печи:

, м

где:

l = 5000 мм - длина заготовки,

n = 2 - число рядов заготовок в печи;

.

Эффективная длина луча:

, м

где:

hм = 1 м - высота рабочего пространства печи в методической зоне;

.

Степень черноты газов при t = 800 єС:

,

;

,

.

Интегральный коэффициент излучения:

,

.

Угловой коэффициент излучения кладки на металл:

,

.

Приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл:

,

где:

- коэффициент теплового излучения материала,

- коэффициент излучения абсолютно черного тела;

.

Удельный тепловой поток:

,

где:

К - температура уходящих газов,

К - температура поверхности металла;

.

Коэффициент теплоотдачи в начале методической зоны:

,

.

Степень черноты газов при t = 1300 єС:

;

.

Интегральный коэффициент излучения:

,

.

Приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл:

,

Удельный тепловой поток:

,

.

Коэффициент теплоотдачи в конце методической зоны:

,

.

Средний коэффициент теплоотдачи:

,

.

3.1.2 Нагрев металла в методической зоне

Средняя температура газов в зоне:

, єС

єС.

Средняя температура металла в зоне:

, єС

где:

, єС

k1 = 1 для пластины;

єС;

єС;

єС.

Коэффициент теплопроводности материала:

.

Коэффициент температуропроводности:

,

где:

,

;

.

Число Био:

,

.

Безразмерная температура на поверхности:

,

.

Число Фурье:

.

Безразмерная температура в центре:

.

Температурные критерии:

,

.

Безразмерные температуры:

,

;

,

;

,

;

,

.

Уточненные температуры на поверхности и в центре металла:

, єС

єС.

, єС

єС.

Полученные значения температур незначительно отличаются от принятых.

Время нагрева в методической зоне:

, с

.

3.2 Сварочная зона

3.2.1 Расчет коэффициента теплоотдачи в сварочной зоне

Эффективная длина луча:

, м

где:

hсв = 2,6 м - высота рабочего пространства печи в сварочной зоне;

.

Степень черноты газов при t = 1300 єС:

,

;

,

.

Интегральный коэффициент излучения:

,

.

Угловой коэффициент излучения кладки на металл:

,

.

Приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл:

,

.

Удельный тепловой поток:

,

.

Коэффициент теплоотдачи в начале сварочной зоны:

,

Удельный тепловой поток:

,

.

Коэффициент теплоотдачи в конце сварочной зоны:

,

.

Средний коэффициент теплоотдачи:

,

.

3.2.2 Нагрев металла в сварочной зоне

Средняя температура газов в зоне:

єС.

Средняя температура металла в зоне:

, єС

где:

, єС

k1 = 1 для пластины;

єС;

єС;

єС.

Коэффициент теплопроводности материала:

.

Коэффициент температуропроводности:

,

где:

,

;

.

Число Био:

,

.

Безразмерная температура на поверхности:

,

.

Число Фурье:

.

Безразмерная температура в центре:

.

Температурные критерии:

,

.

Безразмерные температуры:

,

;

,

;

,

;

,

.

Уточненные температуры на поверхности и в центре металла:

, єС

єС.

, єС

єС.

Полученные значения температур незначительно отличаются от принятых.

Время нагрева в сварочной зоне:

, с

.

3.3 Томильная зона

3.3.1 Нагрев металла в томильной зоне

Время нагрева металла в томильной зоне при tпов = const можно рассчитать с помощью графика Fo = f(Дtкон/Дtнач), где Дtкон и Дtнач - перепады температур по сечению металла в начале и в конце томильной зоны.

Коэффициент, учитывающий неравномерность обогрева в сварочной зоне:

.

Перепад температур по сечению металла в начале томильной зоны:

єС.

Перепад температур по сечению металла в конце томильной зоны:

єС.

Число Фурье:

.

Коэффициент теплопроводности материала (при t =1150 єС) :

.

Коэффициент температуропроводности:

,

где:

,

;

.

Время нагрева в томильной зоне:

, с

.

4. Длина печи и напряжение пода

Длина зон печи:

, м

где:

Р - производительность печи,

ф1 - продолжительность нагрева в зоне,

сi - плотность металла при средней температуре в каждой зоне;

;

;

.

Длина активного пода:

, м

.

Длина полезного пода:

, м

где:

кз = 0,75 - коэффициент заполнения полезной длины;

.

Длина габаритного пода печи:

, м

где:

Lнр = 1,5 м - длина неработающего участка;

.

Напряжение активного пода:

,

где:

, м2

;

.

5. Тепловой баланс печи

5.1 Расход тепла

5.1.1 Потери тепла через кладку печи

5.1.1.1 Потери тепла через кладку печи в методической зоне

Коэффициент диафрагмирования:

,

.

Температура внутренней поверхности кладки:

, єС

єС.

Толщина огнеупорного слоя (табл. 5.1 [1]):

Коэффициент теплопроводности огнеупорного материала (шамот класса Б):

.

Толщина изоляционного слоя (табл. 5.1 [1]):

Коэффициент теплопроводности изоляционного материала (шамот легковес ШЛБ-0,4):

.

Суммарное термическое сопротивление слоев:

.

Удельный тепловой поток через кладку:

.

Температура наружной поверхности кладки:

єС.

Площадь теплоотдающей поверхности стен в зоне:

Площадь теплоотдачи поверхности свода:

.

Потери тепла через кладку и свод печи в методической зоне:

.

5.1.1.2 Потери тепла через кладку печи в сварочной зоне

Коэффициент диафрагмирования:

,

.

Температура внутренней поверхности кладки:

, єС

єС.

Толщина огнеупорного слоя (табл. 5.1 [1]):

Коэффициент теплопроводности огнеупорного материала (шамот класса А):

.

Толщина изоляционного слоя (табл. 5.1 [1]):

Коэффициент теплопроводности изоляционного материала (шамот легковес ШЛБ-0,4):

.

Суммарное термическое сопротивление слоев:

.

Удельный тепловой поток через кладку:

.

Температура наружной поверхности кладки:

єС.

Площадь теплоотдающей поверхности стен в зоне:

Площадь теплоотдачи поверхности свода:

.

Потери тепла через кладку и свод печи в сварочной зоне:

.

5.1.1.3 Потери тепла через кладку печи в томильной зоне

Коэффициент диафрагмирования:

,

.

Температура внутренней поверхности кладки:

, єС

єС.

Толщина огнеупорного слоя (табл. 5.1 [1]):

Коэффициент теплопроводности огнеупорного материала (шамот класса А):

.

Толщина изоляционного слоя (табл. 5.1 [1]):

Коэффициент теплопроводности изоляционного материала (шамот легковес ШЛБ-0,4):

.

Суммарное термическое сопротивление слоев:

.

Удельный тепловой поток через кладку:

.

Температура наружной поверхности кладки:

єС.

Площадь теплоотдающей поверхности стен в зоне:

Площадь теплоотдачи поверхности свода:

.

Потери тепла через кладку и свод печи в томильной зоне:

.

5.1.2.1 Потери тепла излучением через открытые окна

в методической зоне

Потери через окно загрузки:

Площадь окна загрузки:

Потери:

, кВт

где:

- коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),

- доля времени по истечении которого окно закрыто;

.

Потери через смотровые окна:

Количество смотровых окон:

,

.

Размер окон:

.

Площадь смотровых окон:

.

Потери:

, кВт

где:

- коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),

- доля времени по истечении которого окно закрыто;

.

5.1.2.2 Потери тепла излучением через открытые окна в сварочной зоне

Потери через смотровые окна:

Количество смотровых окон:

,

.

Размер окон:

.

Площадь смотровых окон:

.

Потери:

, кВт

где:

- коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),

- доля времени по истечении которого окно закрыто;

.

5.1.2.3 Потери тепла излучением через открытые окна в томильной зоне

Потери через окно выгрузки:

Площадь окна выгрузки:

Потери:

, кВт

где:

- коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),

- доля времени по истечении которого окно закрыто;

.

Потери через смотровые окна:

Количество смотровых окон:

,

.

Размер окна:

.

Площадь смотрового окна:

.

Потери:

, кВт

где:

- коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),

- доля времени по истечении которого окно закрыто;

.

5.1.2.4 Суммарные потери тепла излучением через открытые окна

.

5.1.3.1 Потери тепла с охлаждающей водой в методической зоне

где:

-удельный тепловой поток через стенку охлаждаемого элемента (рис. 5.3 [1]).

Площадь поверхности глиссажных труб:

где:

- диаметр труб,

- количество труб;

;

.

5.1.3.2 Потери тепла с охлаждающей водой в сварочной зоне

Удельный тепловой поток через стенку охлаждаемого элемента (рис. 5.3 [1]):

.

Площадь поверхности глиссажных труб

где:

- диаметр труб,

- количество труб;

.

Количество сдвоенных поперечных труб:

,

Площадь поверхности сдвоенных поперечных труб:

.

Полные потери с охлаждающей водой:

.

5.1.4 Тепло, затраченное на нагрев металла

где:

- начальная и конечная теплоемкости металла:

,

;

.

5.1.5 Неучтенные потери тепла

5.2 Расход топлива

Уравнение теплового баланса:

,

где:

- химическое тепло топлива,

- физическое тепло топлива,

- физическое тепло воздуха,

- тепло экзотермической реакции окисления железа,

- тепло уносимое с дымовыми газами;

где:

,

- объем продуктов сгорания,

- действительный расход воздуха,

- энтальпия подогретого воздуха,

- энтальпия уходящих газов,

- энтальпия подогретого топлива;

.

5.3 Приход тепла

5.3.1 Химическое тепло топлива

.

5.3.2 Физическое тепло подогретого топлива

.

5.3.3 Физическое тепло воздуха

.

5.3.4 Тепло экзотермических реакций

.

5.4 Тепло, уносимое продуктами сгорания

.

Таблица 3. Приходные и расходные статьи баланса

Приходные данные

кВт

%

Расходные данные

кВт

%

Химическое тепло топлива

16982

79,23

Нагрев металла

12654

57,72

Физическое тепло подогретого топлива

1164

5,43

Потери через кладку

105

0,48

Тепло экзотермических реакция окисления железа

1644

7,67

Тепло уходящих продуктов сгорания

2022

9,22

Физическое тепло воздуха

1644

7,67

Потери с охлаждающей водой

4446,5

20,28

Потери излучения через окна

888,9

4,05

Неучтенные потери

1809

8,25

Итого

21434

100

Итого

21925,4

100

.

5.5 Технологический КПД

.

5.6 Коэффициент использования топлива

.

Заключение

В курсовом проекте проведен расчет трехзонной методической печи и определены следующие ее параметры: температура газов и заготовки на входе и выходе из зон, основные размеры печи (ширина пода, высота зон, длина зон). Рассчитано время нагрева металла в каждой зоне. Рассчитаны основные потери и на основании этого расчета определен расход топлива на печь, составлен материальный баланс печи, определен технологический КПД печи и коэффициент использования топлива.

Литература

1. Расчет нагревательных печей: Учебное пособие для курсового проектирования Степанцова Л.Г. - Челябинск: ЧПИ, 1989.

2. Задачник по теплопередаче: Учебное пособие. Е. А. Краснощеков, А. С. Сукомел. - Москва, Энергия, 1980 г.

3. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. В. А. Григорьев, В. М. Зорин. - Москва, Энергоатомиздат, 1983 г.

4. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки: Учебник для вузов. И.И. Перелётов, Л.А. Бровкин и др. - Москва, Энергоатомиздат, 1989 г.

5. Проектирование и эксплуатация огнетехнических установок: Учебное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1988 г.

Размещено на Allbest


Подобные документы

  • Расчет основных размеров печи, определение продолжительности нагрева заготовки в различных зонах печи. Определение природных и расходных статей баланса и на их основе определение расхода топлива, технологического КПД и коэффициента использования топлива.

    курсовая работа [879,5 K], добавлен 24.04.2016

  • Проектирование методической трехзонной толкательной печи с наклонным подом для нагрева заготовок из малоуглеродистой стали с заданными размерами. Расчет горения топлива. Определение размеров рабочего пространства печи. Составление теплового баланса.

    курсовая работа [261,5 K], добавлен 17.09.2011

  • Расчет теплового баланса четырехзонной методической печи. Определение времени нагрева и томления металла в методической и сварочной зонах. Тепловой баланс печи и расход топлива. Требования техники безопасности при обслуживании, пуске и эксплуатации печей.

    курсовая работа [505,2 K], добавлен 11.01.2013

  • Расчет горения смеси коксового и природного газов по заданным составам. Теплота сгорания топлива. Процесс нагрева металла в печах, размеры рабочего пространства. Коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учетом тепла, отраженного от кладки.

    курсовая работа [96,4 K], добавлен 05.12.2015

  • Расчет тепловой работы методической толкательной печи для нагрева заготовок. Составление теплового баланса работы печи. Определение выхода продуктов сгорания, температур горения топлива, массы заготовки, балансового теплосодержания продуктов сгорания.

    курсовая работа [6,6 M], добавлен 21.11.2012

  • Расчет горения топлива для определения расхода воздуха, количества и состава продуктов сгорания, температуры горения. Характеристика температурного режима и времени нагрева металла. Вычисление рекуператора и основных размеров печи, понятие ее футеровки.

    курсовая работа [349,4 K], добавлен 30.04.2012

  • Перспективы развития листопрокатного производства в ОАО "НЛМК". Характеристика конструкций печи. Проведение теплотехнических расчетов горения топлива, нагрева металла. Определение основных размеров печи, расчет материального баланса топлива, рекуператора.

    курсовая работа [186,2 K], добавлен 21.12.2011

  • Тепловой баланс трубчатой печи. Вычисление коэффициента ее полезного действия и расхода топлива. Определение диаметра печных труб и камеры конвекции. Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы. Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи.

    курсовая работа [304,2 K], добавлен 23.01.2016

  • Расчет 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 09.09.2014

  • Расчёт горения топлива (коксодоменный газ) и определение основных размеров печей. Теплоотдача излучением от печи газов к металлу, температура кладки печи, её тепловой баланс. Расчёт времени нагрева металла и определение производительности печи.

    курсовая работа [158,9 K], добавлен 27.09.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.