Копильник расплава заданного состава имеет площадь сечения AB и высоту в свету H. Высота уровня расплава h.

Для поддержания заданного уровня температуры расплава в рабочем пространстве копильника сжигается органическое топливо заданного состава.

Режим работы копильника - непрерывный.

Расчетная часть.

1. Разработать конструкцию ограждений печи.

2. Рассчитать процесс сжигания топлива при заданных температурных условиях печи.

3. Выбрать и рассчитать сожигательные устройства.

Графическая часть.

1. Чертеж узла установки горелочного устройства на печи.

2. Чертеж узла стыковки свода печи со стеной.

3. Чертеж элемента подины печи.

4. Чертеж элемента кладки вертикальной стены.

Ширина копильника А = 7169 мм

Длина копильника В = 21675 мм

Высота копильника Н = 2960 мм

Высота уровня расплава h = 952 мм

Свод печи - распорно-подвесной

Температура продуктов сгорания = 1533

Температура отходящих газов = 1284

Температура расплава на поверхности - = 1131

Основность расплава О = 3,4

Падение температуры расплава по глубине =105 град. /м

Температура наружной стенки под уровнем расплава t_ст.1= 70

Температура наружной стенки над уровнем расплава t_ст.2 = 90

Температура наружной поверхности свода t_св. = 250

Температура наружной поверхности подины t_под. = 110

Температура окружающей среды t_{о. с.} = 20

Газообразное топливо состава:

копильник расплав печь топливо

2. Конструирование ограждений печи

2.1 Расчет вертикальной стены над уровнем расплава

,

Приступаем к конструированию теплоизоляции ограждения, принимая предварительное решение выполнить ее двухслойной, предусмотрев в качестве материала второго слоя огнеупор-легковес и третьего слоя - теплоизоляционный материал.

По приложению 14 [1] с учетом таблицы 3.10 [1], принимаем к установке во втором слое шамотный легковес ШКЛ-1,0 со следующими рабочими свойствами:

Принимаем температуру на внешней границе второго слоя : ; толщина второго слоя д₂ легковеса:

Так как полученная величина 0,356 не кратна значению 0,345, то выбираем толщину второго слоя: .

Уточняем температуру на внешней границе второго слоя:

Окончательно получаем:

,

В качестве теплоизоляционного материала для третьего слоя по приложению 14 [1] выбираем шамотный ультралегковес ШЛ-0,4 со следующими рабочими свойствами:

,

Определяем толщину третьего слоя

Принимаем толщину третьего слоя и находим температуру на его наружной поверхности:

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию:

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию:

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию:

Окончательно принимаем:

Для обеспечения заданной температуры наружной поверхности стен необходимо выложить четвертый слой ограждения. По приложению 15 [1] воспользуемся асбузурит мастичный со следующими рабочими свойствами:

,

По формуле определяем толщину четвертого слоя:

Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку в окружающую среду:

;

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

Суммарная толщина вертикальной стены над уровнем расплава:

2.2 Расчет вертикальной стены под уровнем расплава

Определяем материал и толщину рабочего слоя ограждения с учетом заданной основности расплава О = 3,4. Согласно табл.3.8 [1] расплав является ультраосновным. Температура внутренней поверхности рабочего слоя равна температуре расплава , высота стены 2,96 м. По данным табл.3.7 [1] выбираем из табл.8.3 [2] хромитопериклазовый огнеупор со следующими рабочими свойствами:

Толщина рабочего слоя по данным табл.3.14 [1] равна 0,345м.

По табл.3.14 [1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности нижней части стен в окружающую среду при t_cт1=70єС: . Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя.

Задаемся приближенным значением . Тогда

Уточняем значение :

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Окончательно принимаем:

Для нашего случая потери тепла в окружающую среду состоят из потерь тепла через ограждения печи и с отходящими газами. Определяем потери тепла через ограждения копильника:

Площадь вертикальных стен над уровнем расплава:

м²

Площадь вертикальных стен под уровнем расплава:

м²

Площадь подины:

м²

Площадь распорного свода:

м²

Потери тепла через ограждения стенки в окружающую среду:

Вт

1228,98 кВт

По приложению 8 [1] определяем удельную энтальпию компонентов продуктов сгорания при температуре отходящих газов = 1284:

=

2968,32 кДж/м³ 1862,46 кДж/м³ =2294,53 кДж/м³

=1939,92кДж/м³

Действительный объем продуктов сгорания:

=0,337 м³/ м³

=1,46м³/ м³ =0,1665 м³/ м³ 0,0324 м³/ м³

==

=2064,43 кДж/м³ .

Тепловой баланс: тепло, вносимое подогревом воздуха и самим топливом:

кВт

Тепло, уносимое через ограждения стенки и отходящими газами:

5. Расчет сожигательного устройства

Перед началом расчета необходимо задать следующие параметры:

плотность воздуха при н. у. ;

температура газа и воздуха на входе в горелку: ;

избыточное давление газа перед горелкой: ;

избыточное давление воздуха на входе в горелку: ;

коэффициент гидравлического сопротивления газового канала горелки (для горелок типа "труба в трубе”): ;

коэффициент гидравлического сопротивления воздушного канала горелки (для горелок типа "труба в трубе”): ;

Плотность газа при н. у. находим из следующих выражений:

Так как ширина печи 7169 мм, принимаем решение установить 3 диффузионные горелки типа "труба в трубе”.

Находим расход топлива на одну горелку м³/с.

Определяем расход воздуха при нормальных условиях: м³/с.

Определяем приведенные к нормальным условиям скорости истечения газа и воздуха в выходном сечении:

м/с

м/с

Рассчитываем площади выходных сечений газового и воздушного каналов:

,

Определяем диаметр выходного сечения газового канала:

Принимая по табл. 2.2 [1] скорость газа определяем внутренний диаметр газового канала:

Определяем наружный диаметр газового канала внутри горелки (при толщине стенки ):

Определяем диаметр воздушного канала:

Принимая по табл.2.2 [1] приведенную к нормальным условиям скорость газовоздушной смеси в носике горелки , определяем площадь сечения носика горелки:

Определяем диаметр носика горелки:

Объемная доля воздуха в смеси на выходе из носика горелки:

Удельная энтальпия воздуха при Т_в=682,09⁰С:

Удельная энтальпия смеси:

Удельная энтальпия смеси при Т =600⁰С.

Удельная энтальпия смеси при Т =682,09⁰С.

Определяем температуру:

Находим действительную скорость смеси на выходе из носика горелки:

Определяем длину факела (при К=1,5 для природного газа):

Определяем максимальный диаметр факела:

С учетом теплоты сгорания природного газа и рассчитанных диаметров носика горелки и газового сопла по приложению 9 [1] выбираем горелку ДВС-130/51.

6. Заключение