Промышленные печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

ЗАДАНИЕ

На семестровую работу по дисциплине

«Промышленные печи»

Для студентов специальностей 140100

Заочно инженерно-экономический факультет

Группа: 351

Студент: Кирюшин Александр Юрьевич

1.Исходные данные:

- наименование печи: трёх зонная методическая печь с двухсторонним обогревом;

- производительность: 50 т/ч ; 2.Нагреваемый металл: 200Ч200Ч4000мм;

3.Сталь: 30ХГСА;

4.Начальная температура материала:;

5.Конечная температура материала (поверхности):;

6.Конечный перепад температур по сечению слитка, заготовки:;

7.Вид топлива, калорийность: доменный -40%; коксовый -60%;

8.Химический состав газов, %

Таблица №1. Химический состав газов:

Газ									Влажность, г/
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

Руководитель работы _______________________________Реш А.Г.

Дата сдачи______________________________________________

Аннотация

Кирюшин А.Ю. Расчёт трёхзонной

методической печи. - Челябинск:

ЮУрГУ, ЗИЭФ; 2016

В пояснительную записку входит расчет основных размеров печи, 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.



Содержание

Введение

1. Расчёт горения топлива

2. Температурный режим нагрева металла

3. Нагрева металла

3.1 Методическая зона

3.1.2 Нагрев металла в методической зоне

3.2 Сварочная зона

3.2.1 Расчёт 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. Длинна печи и напряжение подачи

5. Тепловой баланс

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 Потери тепла излучением через открытые окна

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 Семмарные потери тепла излучением через открытые окна

5.1.3 Потери тепла с охлаждающей водой

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 Неучтённые потери тепла

5.2 Расход топлива

5.3 Призод 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



Введение

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

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



1.Расчёт горения топлива

Содержание водяного пара в газах:

Доменный газ:

Коксовый газ:

Состав влажных газов определяется по формуле:

Объёмные доли компонентов в смешанном газе определяются по формуле:

где =0,4 и = 0,6 - доли коксового и доменного газах в смешанном газе.

Сведём в таблицу пересчитанные составы влажных газов:



Таблица 1. Состав влажных газов:

Газ									Сумма
Доменный	0,29	0	11,9	0,19	25,7	4,8	52,4	4,72	100
Коксовый	24,4	2,2	2,3	0,48	6,2	57,3	2,9	4,22	100
Смешанный	6,8	0,59	9,32	0,27	20,5	18,9	39,1	4,52	100

Теплота сгорания доменного газа:

Теплота сгорания коксового газа:

Теплота сгорания смешанного газа:

Расход кислорода на горение смешанного газа:

Действительный расход воздуха:

где:

отношение объёмных содержаний

1,1.

Объём компонентов продуктов сгорания:

Общий объём продуктов сгорания:



Состав продуктов сгорания определяется по формуле:

Сведём в таблицу состав продуктов сгорания:

Таблица №2. Состав продуктов сгорания:

				Сумма
5,16	15,77	77,85	1,22	100



2. Температурный режим нагрева металла

Зададимся температурным графиком:

Температурный режим нагрева металла

Трёхступенчатый режим нагрева металла.



3. Нагрев металла

3.1 Методическая зона

3.1.1 Расчет коэффициэнта теплоотдачи в методической зоне. Парциональное давление поглощающих компонентов смеси

Ширина рабочего пространства печи:

где:

Эффективная длинна луча:

Степень частоты газов при

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:

3,16

Удельный тепловой поток:

где:

20732,8

Коэффициент теплоотдачи в начале методической зоны:

Степень черноты газов при

Интегральный коэффициент излучения:

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

.

Средняя температура металла в зоне:

где:

Коэффициент теплопроводности материала:

Безразмерные температуры:



топливо промышленный печь

Уточнённые температуры на поверхности и в центре металла:

Полученные значения температур незначительно отличаются от принятых. Во время нагрева в методической зоне:



Коэффициент теплопроводности:

где:

Число Био:

Безразмерная температура на поверхности:

Число Фурье:

Безразмерная температура в центре:

Температурные критерии:

Уточнённые температуры на поверхности и в центре металла:

Полученные значения температур незначительно отличаются от принятых. Время нагрева в сварочной зоне:

3.2Сварочная зона

3.2.1 Расчёт коэффициента теплоотдачи в сварочной зоне

Эффекливная длинна луча:

где:

Степень черноты газов при :

5,16

Интегральный коэффициент излучения:

Угловой коэффициент излучения кладки на металл:

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

3,14

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:

Средняя температура металла в зоне:



Коэффициент теплопроводности материала:

Коэффициент температуропроводности:

где:

Число Био:

Число Фурье:

Безразмерная температура в центре:

Температурные критерии:

Безразмерные температуры:



Напряжение активного пода:

где:

,

3.3 Томильная зона

3.3.1 Нагрев металла в томильной зоне

Время нагрева металла в томильной зоне при можно расчитать с помощью графика -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:

Перепад температур по сечению металла в конце томильной зоны:

Число Фурье:

Коэффициент теплопроводности материала ( при t = 1154,56):

Коэффициент температуропроводности:

где:

Время нагрева в томильной зоне:



4.Длина печи и напряжение пода

Длина зон печи:

где:

Длинна активного пода:

Длина полезного пода:

где:

Длинна габаритного пода печи:

где:



5.Тепловой баланс

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:

Толщина огнеупорного слоя:

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:

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:

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

Коэффициент теплопроводности огнеупорного материала (шамот класса А):

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

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



Суммарное термическое сопротивление слоев:

Удельный тепловой поток через кладку:

Температура наружной поверхности кладки:

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:

Толщина огнеупорного слоя:

мм.

Коэффициент теплопроводности огнеупорного материала (шамот класса А):

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

мм.

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

Суммарное термическое сопротивление слоев:



Удельный тепловой поток через кладку:

Температура наружной поверхности кладки:

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:

где:

,

- доля времени по истечении которого окно закрыто;

Потери через смотровые окна:

Количество смотровых окон:

Размер окон:

Площадь смотровых окон:

Потери:

где:

,

- 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:

где:

,

- 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:

где:

,

- доля времени по истечении которого окно закрыто;

Потери через смотровые окна:

Количество смотровых окон:

Размер окон:

Площадь смотрового окона:

Потери:



где:

,

- 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.

Площадь поверхности глиссажных труб:

где:

5.1.3.2 Потери тепла с охлаждающей водой в сварочной зоне

Удельный тепловой поток через стенку охлаждаемого элемента:

Площадь поверхности глиссажных труб:

где:

Количество сдвоенных поперечных труб:

Площадь поверхности сдвоенных поперечных труб:

Полные потери с охлаждающей водой:



5.1.4 Тепло, затраченное на нагрев металла.

где:

5.1.5 Неучтенные потери тепла

5.2 Расход топлива

Уравнение теплового баланса:

где:

физическое тепло воздуха,

где:

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	6,62	7,9	Нагрев металла	12654	57,72
Физическое тепло подогретого топлива	140	8,18	Потери через кладку	105	0,38
Тепло экзотермических реакция окисления железа	1642	7,67	Тепло уходящих продуктов сгорания	2732	13,1
Физическое тепло воздуха	373	2,8	Потери с охлаждающей водой	4446,5	20,28
			Потери излучения через окна	248	0,47
			Неучтенные потери	1748	8,05
Итого	2151,6	100	Итого	21933,5	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.

Размещено на Allbest.ru