Тепловой расчет методической печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Свердловской области

«Нижнетагильский горно-металлургический колледж

им. Е. А. и М. Е. Черепановых»

специальность 150106

«Обработка металлов давлением»

группа 07-3К

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине Теплотехника

тема: Тепловой расчет методической печи

Руководитель проекта

И.В. Прокопьева

Разработал: Е.А. Колос



ВВЕДЕНИЕ

Высокопроизводительная и экономичная работа прокатных цехов в значительной степени определяется состоянием и работой нагревательных печей. Наиболее распространенными из них являются методические нагревательные печи.

Методические печи, как и другие нагревательные устройства, представляют собой агрегаты, в которых происходят сложные комплексные теплотехнические процессы сжигания топлива, движения газов, теплообмена, нагрева металла. Вместе с тем, как теплообменные аппараты, они имеют свои специфические особенности.

По принципу действия методическая печь является непрерывной печью, хотя посадка в нее слитков или заготовок совершается через те или иные промежутки времени.

Одной из основных особенностей методических печей является противоточное движение в них газов и металла. Однако, возможны печи и с прямоточным движением газов и металла.

Тепловой и температурный режимы работы методических печей неизменны во времени. Вместе с тем температура в методических печах значительно меняется по длине печи. Характер изменения температуры, зависящий от требуемого графика нагрева металла, определяет как количество и назначение зон печи, так и режим теплообмена в каждой из них. Холодный металл поступает в зону наиболее низких температур и, продвигаясь навстречу дымовым газам, температура которых все время повышается, постепенно (методически) нагревается.



1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Описание конструкции печи

Конструкцию методических печей выбирают в зависимости от типа стана и вида топлива. Тип стана определяет производительность печей, толщину применяемой заготовки, температуру нагрева металла и его сортамент. От вида используемого топлива зависит конструкция горелочных устройств и применение рекуператоров.

Методические толкательные печи до самого последнего времени удовлетворяли требованиям по производительности и удельному расходу тепла. В последнее время наметилась прогрессивная тенденция к увеличению длины заготовки, и как следствие, к увеличению ширины нагревательных печей. Уширение толкательных методических печей значительно усложняет их эксплуатацию, особенно удаление окалины с пода печи.

При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают глиссажные трубы, по которым движется металл. В томильной зоне глиссажныж труб нет, так как в местах соприкосновения заготовки с водоохлаждаемыми трубами металл прогревается хуже, и на его поверхности образуется тёмные пятна. Поэтому в трёхзонных печах с нижним обогревом томильная зона предназначена не только для выравнивания температуры по толщине металла, но и для ликвидации тёмных пятен на нижней поверхности заготовки.

В настоящее время предпринимаются попытки использования двухстороннего нагрева и в пределах томильной зоны. Для этого используют мощные глиссажные шины особой конструкции, в которых отсутствует возможность охлаждения металла снизу.

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцовую и боковую выдачи металла. При торцевой выдаче необходим толкатель, который выполняет и роль выталкивателя. Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении в цехе требуют больших площадей. Однако с точки зрения тепловой работы печи с боковой выдачей имеют преимущества. При торцовой выдаче через окно выдачи, расположенное ниже уровня пода печи, происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце томильной зоны. Подсосанный в печь холодный воздух вызывает излишний расход топлива и способствует интенсивному зарастанию подины печи образовавшейся окалиной.

В методических печах с нижним обогревом на каждый ряд движущихся в печи заготовок устанавливают по две - три продольные глиссажные трубы. Для предохранения труб от истирающего воздействия движущегося металла к ним приваривают металлические прутки. Продольные глиссажные трубы в значительной части методической зоны опираются на продольные огнеупорные столбики. В высокотемпературной зоне продольные глиссажные трубы опираются на поперечные водоохлаждаемые трубы, расположенные на расстоянии 1 - 1,5 м одна от другой.

Концы поперечных труб выведены за пределы печи и прикреплены к вертикальным стойкам каркаса. В середине поперечные глиссажные трубы опираются на вертикальную опору, выполненную из пары водоохлаждаемых труб, футерованных снаружи огнеупорным кирпичом. Чтобы снизить охлаждающее действие глиссажных труб, предусматривают тепловую изоляцию, в качестве которой применяют специальные огнеупорные блоки. Блоки нанизывают на трубу и прикрепляют специальными металлическими штырями.

Потери тепла с охлаждающей водой при использовании набивной изоляции с шипами, по сравнению с потерями при неизолированной трубе, снижаются в 2 - 3 раза, а при навесной изоляции из сегментов или блоков их удаётся снизить в 4,6 - 6,3 раза.

Глиссажные трубы устанавливают только в методической и сварочной зонах; в томильной зоне глиссажных труб нет, и металл прогревается по сечению, находясь на монолитном огнеупорном поду. Одновременно с прогревом, по сечению удаляются тёмные пятна на нижней поверхности металла, возникшие от охлаждающего действия глиссажных труб в методической и сварочной зонах.

Температурный режим печи следует выбирать таким образом, чтобы время нагрева металла в 850 - 900 до температуры прокатки (1200) было как можно короче.

При торцевом отоплении характер изменения температуры по длине печи определяет число и назначение ее зон. Металл поступает в зону наиболее низких температур и, продвигаясь навстречу дымовым газам, температура которых все повышается, постепенно нагревается. Методические печи по числу зон нагрева металла могут быть двух-, трех- и многозонные.

Методическая зона - первая (по ходу металла), с изменяющейся по длине температурой. В этой зоне металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную). Во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений часто необходим медленный нагрев металла в интервале температур от 0 до 5000С. Вместе с тем методическая зона представляет собой противоточный теплообменник. Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл двигаются навстречу друг другу.

Металл нагревается дымовыми газами, т.е утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура газов держится на уровне 1300-14000С, в конце же методической зоны она находится в пределах 850-11000С. Методическая зона значительно увеличивает коэффициент использования тепла, который достигает 40-45%.

Зона высоких температур или сварочная - вторая по ходу металла. В этой зоне осуществляется быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры. Температура нагрева металла в методических печах обычно составляет 1150-12500С. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечить температуру на 150-2500С выше, т.е. температура газов в сварочной зоне должна быть 1300-14000С.

Томильная зона (зона выдержки) - третья по ходу металла. Она служит для выравнивания температур по сечению металла. В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла. В результате создается большой перепад температур по сечению металла, недопустимый по технологическим требованиям. Температуру в томильной зоне поддерживают всего на 30-500С выше необходимой температуры нагрева металла. Поэтому температура поверхности металла в томильной зоне не меняется, а происходит только выравнивание температуры по толщине заготовки.

Подобный режим нагрева необходим в тех случаях, когда нагревают заготовки, в которых может возникнуть значительный перепад температур по толщине (более 2000С на 1 м толщины металла).



I - методическая зона; II - сварочная зона; III - томильная зона; 1 - толкатель; 2 - горелка; 3 - охлаждаемые подовые трубы; 4 - нагреваемые заготовки; 5 - вертикальный канал для отвода продуктов сгорания (дымопад); 6 - дымовой боров; 7 - рекуператор; 8 - дымовая труба; 9 - воздушный вентилятор

Рисунок 1 - Общий вид трёхзонной толкательной методической печи

1.2. Сухая очистка газов

Аппараты сухой очистки газов, применяемые в черной металлургии, предназначены для очистки технологических и аспирационных газов только от пыли. По принципу действия они разделяются на гравитационные, инерционные, центробежные, электрические и фильтрующие.

В зависимости от требований, предъявляемых к степени очистки газов, свойств и дисперсного состава пыли, аппараты сухой очистки газов могут применяться как самостоятельно, так и в сочетании с другими газоочистными аппаратами.

К гравитационным аппаратам относятся пылевые камеры, которые имеют различные конструктивные модификации. Осаждение пыли в гравитационных пылеуловителях происходит под действием силы тяжести на частицу. На нее оказывает влияние и сила взаимодействия с несущим потоком газа. В гравитационных пылеуловителях создаются такие условия, при которых сила тяжести преобладает над силой взаимодействия частицы пыли с потоком газа вследствие резкого снижения скорости газа в сечении пылевых камер. Как правило, гравитационные пылеуловители применяются в качестве первой ступени очистки газов -- грубой и позволяют улавливать пыль с размером частиц более 100 мкм. Для улавливания более мелких частиц пыли гравитационные пылеуловители не применяются.

Рисунок 2. - Простейшая пылеосадительная камера

Рисунок 3. - Пылеосадительная камера с перегородками



Центробежные пылеуловители являются наиболее распространенными аппаратами для сухой очистки газов; конструктивно эти аппараты выполнены в виде циклонов. Принцип работы их основан на использовании центробежных сил, возникающих при вращательно-поступательном движении газового потока в корпусе циклона. Такое движение обеспечивается путем тангенциального ввода газа в циклон под углом наклона входного патрубка к горизонтали. При этом под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенке корпуса циклона и с частью газов поступают в бункер. В бункере происходит отделение пыли от газа, который затем через центральный газоотводящий патрубок выходит с основной массой газов. Из бункера пыль выводится через затворный аппарат типа мигалка.

а -- циклон с тангенциальным вводом; б-- осевой циклон с реверсивным потоком; в -- осевой прямоточный циклон

Рисунок 4. - Конструкции циклонных аппаратов

Для очистки газов в больших объемах, например агломерационных, возможно применение батарейных циклонов.

Батарейный циклон состоит из большого количества циклонов небольших размеров, объединенные в одном корпусе и имеющих общий подвод и отвод газов. Целесообразность применения батарейных циклоном обусловлена, как правило, местными условиями компоновки газоочистных сооружений. С точки зрения эффективности очистки газов следует отдать предпочтение групповым циклонам.

а - схема: 1- корпус; 2 - распределительная камера; 3 - решетки; 4 - циклонный элемент; б - элемент с направляющим аппаратом типа "винт"; в - элемент с направляющим аппаратом типа "розетка"

Рисунок 5. - Батарейный циклон

К инерционным пылеуловителям относятся вихревые аппараты, которые в настоящее время находят широкое применение для высокоэффективной сухой очистки газов. Вихревой пылеуловитель работает по следующему принципу. Запыленный газ поступает в аппарат снизу через лопаточный завихритель, при этом создаются центробежные силы, которые отбрасывают пыль к стенкам корпуса аппарата. В предварительно закрученный поток подают через специальные сопла, тангенциально установленные под углом к вертикали, вторичный воздух. Запыленный поток получает дополнительное вращательное движение, что усиливает влияние центробежных сил и обеспечивает отвод скопившейся у стенок корпуса аппарата пыли в бункер-накопитель. Отвод очищенных газов осуществляется через регулирующую диафрагму, закрывающую корпус аппарата.

При прочих равных условиях вихревой пылеуловители по сравнению с аппаратами инерционного типа и обычными циклонами имеет значительно большую эффективность улавливания мелкодисперсной пыли (до 50 мкм).

Приняты следующие эффективные диаметры вихревых аппаратов: 200, 300, 500, 600, 1350 мм. Средняя скорость газа по сечению рабочей полости аппарата не должна превышать 7,2 м/с. Скорость истечения газа из сопла с завихрителем не должна быть меньше 50--70 м/с; расход вторичного воздуха (или очищенного газа) составляет 20--25 %. Угол наклона сопел вторичного дутья выбирается из условий необходимой эффективности очистки газов и колеблется в пределах 12--24°. Применение вторичной подачи воздуха увеличивает коэффициент очистки газов примерно на 18 %

Вихревые аппараты характеризуются компактностью и высокой надежностью в эксплуатации; могут применяться в агломерационном, доменном, огнеупорном и других производствах.



а - соплового типа; б - лопаточного типа; 1 - камера; 2 - выходной патрубок; 3 - сопла; 4 - лопаточный завихритель типа "розетка"; 5 - входной патрубок; 6 - подпорная шайба; 7 - пылевой бункер; 8 - кольцевой лопаточный завихритель

Рисунок 6. - Вихревой пылеуловитель

Очистка газов методом фильтрации производится а фильтрах тканевых и с пористой перегородкой. Наиболее распространенными тканевыми фильтрами являются pyкавные. На рис. 6 показана принципиальная схема работы таких фильтров. Конструктивно фильтр выполнен и виде герметичного корпуса, разделенного на несколько камер, в которых размещены рукава из ткани. Камеры имеют коллекторы загрязненного и очищенного газа. Коллектор загрязненного газа снабжен бункером для пыли. Газ из этого коллектора поступает внутрь рукава, где фильтруется и откуда выходит в коллектор очищенного газа. Частицы пыли, осаждающиеся на поверхности ткани, накапливаются, что приводит к повышению гидравлического сопротивления рукава. По достижении ?пределенного перепада давления производится регенерация рукавов.

Для выполнения операции регенерации камера отключается от коллектора загрязненного газа. Таким образом, камеры фильтра работают поочередно, в результате чего количество работающих камер на одну меньше общего их количества.

1- корпус; 2 - встряхивающее устройство; 3 - рукав; 4 - распределительная решетка

Рисунок 7. - Рукавный фильтр



2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Расчет горения топлива

Таблица 1-состав сухого газа, %

Наименование газа	Состав сухого газа, %	Влажность, г/м3
	CO2	CO	H2	CH4	C4H10	N2	O2
природный	0,1	0,5	1,0	94,2	3,1	1,0	0,1	10

n=1.15

2.1.1. Определение влажного состава топлива

(1)

где - содержание компонента во влажном газе, %

- содержание компонента в сухом газе, %

- влажность, г/м.

=0,099 %

=0,494 %

=0,988 %

=93,07 %

=3,063 %

=0,988 %

=0,098 %

=1,2 %

? 0,099+0,494+0,988+93,07+3,063+0,988+0,098+1,2=100 %

2.1.2. Определение теплоты сгорания топлива

=127,7•CO2+108•H2+358•CH4+1185•C4H10 ; кДж/м3 (2)

где - низшая теплота сгорания топлива, кДж/м

=127,7•CO2+108•H2+358•CH4+1185•C4H10=

=127.7•0.494+108•0.988+358•93.07+1185•3.063=

=63.0838+106.704+33319.06+3629.655=37118.503 Дж/м3

2.1.3. Определение количества воздуха, необходимого для горения, количества и состава продуктов горения

Таблица 2-Определение количества воздуха и продуктов горения

топливо	Уравнения реакций горения	Воздух, м3	Продукты сгорания, м3
Состав	Объем, %(м3)		O2	N2	всего	CO2	H2O	N2	O2	всего
CO2	0.099		-	O2?3.76	O2+N2	0.099
CO	0.494	CO+0.5•O2=CO2	0.247			0.494
H2	0.988	H2+0.5•O2=H2O	0.494				0.988
CH4	93.07	CH4+2•O2=CO2+2H2O	186.14			93.07	186.14
C4H10	3.063	C4H10+6.5•O2=4CO2+5H2O	19.91			12.252	15.315
N2	0.988		-					0.988
O2	0.098		-0.098
H2O	1.2		-				1.2
n=1	100		206.663	777.053	983.716	105.915	203.643	778.0.41	-	1087.599
n=1.15	100		237.622	893.61	1131.272	105.915	203.643	894.598	30.999	1235.155
%			21	79	100	8.58	16.49	72.43	2.51	100

2.1.4. Материальный баланс

Представляет собой закон сохранения массы, то есть количество веществ поступивших на горение должно быть равно количеству веществ полученных в результате горения.

CO2= CO2?M/22.4 (3)

где М - молярная масса, кг

22.4 - объем, занимаемый 1кмоль любого газа, м3

Таблица 3 - Материальный баланс

Поступило: топливо 100 м3 в т.ч. в кг	Получено: продукты горения
CO2=0.099?44/22.4=0.194 CO=0.494?28/22.4=0.618 H2=0.988?2/22.4=0.088 CH4=93.7?16/22.4=66.479 C4H10=3.063?58/22.4=7.93 N2=0.988?28/22.4=1.235 O2=0.098?32/22.4=0.14 H2O=1.2?18/22.4=0.946 Воздух: O2=237.622?32/22.4=339.517 N2=893.61?28/22.4=1117.013 ? 1534.178	CO2=105.915?44/22.4=208.047 H2O=203.643?18/22.4=163.642 N2=894.598?28/22.4=1118.248 O2=30.999?32/22.4=44.284 ? 1534.221 =2.8?10-3 Неувязка 0,003 %

2.1.5. Определение начального теплосодержания продуктов горения

; кДж/м3 (4)

где ??в- теплосодержание воздуха при температуре подогрева, кДж/м3;

Vв - объём воздуха необходимый для горения, м3/м3

Vпр.г.- объём продуктов горения, полученный в результате сжигания топлива, м3/м3

=3492,82 кДж/м3

2.1.6. Определение температуры горения топлива

Задаемся

Определяем теплосодержание дымовых газов при принятых температурах

t=2300 oC:

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

? 3828,64 кДж/м3

t=2100 oC :

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

? 3476,39 кДж/м3

2.1.7. Определяется калориметрическая температура горения топлива

(5)



где - калориметрическая температура горения топлива; С

- минимальная температура , С;

- начальное теплосодержание дымовых газов; кДж/м3

и - теплосодержание дымовых газов при минимальной и максимальной температурах, кДж/м3

=2104.7 °C

Действительная температура горения топлива

(6)

где, - пирометрический коэффициент, =0,75?0,85

tдейств =2104.7?0.75=1578.5?C

2.2. Предварительное определение основных размеров печи

Ширина пода печи при однорядном расположении заготовок B=l+2a,

Где l-длина заготовки, м a- зазор между заготовками и стенкой, м; a=0,25-0,30 м; В=4,8+2?0,25=5,3 м

Ширина активного пода при однорядном расположении заготовок равна длине заготовки Ва=l=4.8 м. Длину активного пода La определяют, исходя из заданной производительности печи P (кг/ч) и напряжений активного пода H (кг/м2?ч)

Сначала находят площадь активного пода Fa, а затем его длину La

=180 м2

; м

=37,5 м

L1=La?0.3=37.5?0.3=11.25 м

L2=La?0.25=37.5?0.25=9.375 м

L3=La?0.25=37.5?0.25=9.375 м

l1=1 м

l2=4.5 м

l3=4 м

l4=1.5 м

l5=1.3 м

H1=1.5 м

H2=3 м

H3=2.2 м

H4=1.5 м

h1=0.7 м

h2=1.0 м

?=5°

Рисунок 8 - профиль нагревательной печи



2.3. Расчет времени нагрева металла

2.3.1. Определение степени развития кладки (на 1 м длины печи)

; (7)

где h - высота зоны, м

В - ширина активного пода печи, м

l - длина заготовки, м

Для методической зоны

=1,56 м

Для сварочной зоны

hср===1.85 м

=1,875 м

Для томильной зоны

hср=h1=0.7 м

=1,396 м

2.3.2. Определение эффективной длины луча

(8)

где h - высота зоны, м

B - ширина активного пода печи, м

Методическая зона

=1,66 м

Сварочная зона

=2,5 м

Томильная зона

=1,12 м

t1 - температура печи, оС

t2 - температура поверхности заготовки, оС

t3 - температура центра заготовки, оС

Рисунок 9 - График нагрева металла в печи

2.3.3. Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре

tг=0.5(tух+tкон); (9)



где tух - температура уходящих газов, оС

tкон - температура в конце методической зоны, оС

tг=0.5(950+1380)=1165 оС

Парциальное давление CO2 и H2O

=98.1?0.0858=8.4 кПа

=98.1?0.1649=16.2 кПа

=8,4?1,66=13,9 кПа•м

=16,2?1,66=26,9 кПа•м

По номограммам находим

=0.11

=0,16

?=1,07

тогда =0.11+1.07?0.16=0.28

приведенная степень черноты рассматривается системой

; Вт/м2?К (10)

где ?м=0,8 - степень черноты металла

?м - степень развития кладки методической зоны

=0,49 Вт/м2?К

Определим коэффициент теплоотдачи излучением

; Вт/м2?К (11)

где С0 - коэффициент абсолютного черного тела, Вт/м2?К

- приведенная степень черноты

Тг - средняя температура газов, оК

- начальная температура нагрева металла, оК

- конечная температура нагрева в зоне, оК

tг - средняя температура газов, оС

- начальная температура нагрева металла, оС

- конечная температура нагрева в зоне, оС

=148,19 Вт/м2?К

Определяем температурный критерий ? и критерий Bi

(12)

где tг - средняя температура газов, оС

- конечная температура поверхности металла в зоне, оС

- начальная температура поверхности металла, оС

=0,36

(13)

где - коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/м2?К

S - расчетная толщина заготовки, м

? - коэффициент теплопроводности, Вт/м2?К

расчетная толщина заготовки

S=(0,550,6)?h=0.6?0.3=0.18 м

где h - толщина заготовки, м

=0,57

tм=0.25(10+10+744+644)=352 oC

?=46.8

a=10.7?10-6 м2/с

по найденным значениям ? и Bi находим Fo=1,8, тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно

; с (14)

где F0 - критерий Фурье

S - расчетная толщина заготовки, м

a - коэффициент температуропроводности, м2/с

=5450,47 с (1,5 ч)

Находим температуру центра сляба в конце методической зоны.

Определяем критерий ?центр=0,43

; оС

где - средняя температура газов в зоне, оС

- начальная температура металла, оС

- температурный критерий центра

=668 оС

2.3.4. Определение времени нагрева металла в сварочной зоне

Найдем степень черноты дымовых газов при температуре 1380 оС

=8,4?2,5=21 кПа

=16,2?2,5=40,5 кПа

=0.1

=0.17

?=1.08

=0.1+1.08?0.17=0.284

Приведенная степень черноты рассматривается системой

==0,52 Вт/м2•К

Определим коэффициент теплоотдачи излучением

=374,79 Вт/м2•К

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале сварочной зоны

(16)

где - температура поверхности металла в конце методической зоны,

- температура центра металла в конце методической зоны,

Определяем температурный критерий ? и критерий Bi

=0.20

При средней температуре металла

tсв=0.25(744+668+1240+1140)=948 oC

?=27.6 Вт/м•К

a=5.56?10-6 м2/с

=2,44

критерий Фурье

F0=0.7

Время нагрева в сварочной зоне

(17)

=4079,1 с (1,1 ч)

Температура в центре сляба в конце сварочной зоны

?центр=0,46

=1380-(1380-744)?0,46=1087 Ос

2.3.5. Определение времени нагрева металла в томильной зоне

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет

(18)

Коэффициент несимметричности

=0,33

F0=1.4

При средней температуре металла

tт=0,25(1240+1240+1190+1087)=1189

?=29,7 Вт/м•К

a=5.83?10-6 м2/с

Время томления

=7780 с(2,2ч)

Полное пребывание металла в печи:

?=5450,47+4079,1+7780=17309,57 с (4,8 ч)

2.4. Уточнение основных размеров печи

Для обеспечения производительности P=90 т/ч в печи должно одновременно находиться следующее количество металла

где ? - полное время нагрева метала, ч

=432 т

Масса одной заготовки равна

g=b?h?l??=0.3?0.3?4.8?7850=3391.2 кг

количество заготовок, одновременно находящихся в печи

?127 шт

При однорядном расположении заготовок, общая длина печи

L=bn (23)

где b - ширина заготовки, м

L=0.3?127=38.1 м

При ширине печи B=5.3м площадь пода

=201.93 м2

Длина методической зоны

=11,91 м

Длина сварочной зоны

=8,73 м

Длина томильной зоны

=17,46 м

(Проверка: 11,91+8,73+17,46=38,1 м)

2.5. Тепловой баланс

2.5.1. Приход тепла в рабочее пространство печи

2.5.1.1.Тепло от горения топлива

где B - расход топлива, м3/с

- теплопроводная способность топлива, кДж/м3

кВт



2.5.1.2.Тепло, вносимое подогретым воздухом

где - теплосодержание при температуре подогрева, кДж/м3

- расход воздуха на 1 м3 топлива, м3/м3

кВт

2.5.1.3.Тепло экзотермических реакций

где 5650 - количество тепла полученное от окисления 1 кг железа, кДж/кг;

а = 0,01-0.03 - доля угара металла;

Р - производительность печи, кг/с

кВт

2.5.2. Расход тепла

2.5.2.1.Полезно затраченное тепло

где i кон - энтальпия металла при конечной температуре нагрева , кДж/ кг

iнач - энтальпия металла при начальной температуре, кДж/кг

кВт



2.5.2.2 Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания

где - количество дыма, образующееся при сжигании 1 топлива,

- теплосодержание дымовых газов кДж/м3

Теплосодержание дымовых газов при температуре tух=950?С находим по приложению II [2]

CO2 (1972,43+2226,75)?0,5=2099,59

N2 (1243,55+1393,86)?0,5=1318,71

O2 (1319,67+1480,11)?0,5=1399,89

H2O (1517,87+1713,32)?0,5=1615,60

=180.14

=0.7243?1318.71=955.14

=0.0251?1399.89=35.14

=0.1649?1615.60=266.41

=1436,83 кДж/м3

=17747,078?B

2.5.2.3 Потери тепла теплопроводностью через кладку печи

Потери тепла через кладку определяются отдельно для стен и свода.

Потери тепла через стены

Стены печи состоят из слоя шамота Sш= 0.345 м и слоя диатомита, толщиной SД = 0.115м

При определении теплового потока через двухслойную стенку необходимо задаться промежуточной температурой на границе слоёв t1 и температурой наружной поверхности кладки tкл. нар..

Рисунок 10 -- Передача тепла через двухслойную стенку

tкл.вн=1200 oC ; tвозд=20 oC

задаемся: t1=1000oC ;t2=100oC

tср.ш=(1200+1000)0,5=1100oC

tср.д=550oC

Коэффициент теплопроводности шамотного слоя

; Вт/м•К (30)

=0,88+0,00023?1100=1,133 Вт/м•К

Коэффициент теплопроводности диатомитового слоя

=0,163+0,00043?550=0,3995 Вт/м•К

?=10+0,06?tст ; Вт/м2•К (31)

?=10+0,06?100=16 Вт/м2•К



(32)

Вт/м2

Проверка принятых температур

=925,5 оС

=392 оС

?ш=0,88+0,00023?925,5=1,093 Вт/м•К

?д=0,163+0,00043?392=0,332 Вт/м•К

?=10+0,06?133=17,98 Вт/м2•К

Вт/м2

t1=1200-1643.45?0.316=680.67 oC

t2=20+1643.45?0.056=112.03 oC

?t1=685.33-680.67=4.66 oC

?t2=133-112.03=20.91 oC

где Fст - площадь поверхности стен, м2



(35)

=2?11,91?2?1,1+2?8,73?2?1,85+2?17,46?2?0,7=165,9 м2

Торцы печи

(36)

=18,038 м2

Fст=165,9+18,038=183,938 м2

Qст=1643,45?183,938•10-3=302,293 кВт

Потери через свод

Площадь свода принимаем равной площади пода

=201.93 м2 (37)

толщина свода Sк=0,3 м; температура внутренней поверхности свода равна средней температуре газов tг=1200 oC принимаем температуру наружной поверхности свода tнар=340 оС

Рисунок 11 - передача тепла через свод печи



?=1,3(10+0,06?340)=39,52 Вт/м2

?к=1,75+0,00086?tк (39)

tк=0,5(1200+340)=770 оС

?к=1,75+0,00086?770=2,4122

=7852,349 Вт/м2

Qсв=qсв?Fсв•10-3 кВт (40)

где Fсв - поверхность свода, м2

Qсв=7852,349?201,93•10-3=1585,625 кВт

Qпод=10% от Qст+Qсв (41)

Qпод=(302,293+1585,625)?10%=188,8 кВт

Потери через футеровку

Qкл=Qст+Qсв (42)

Qкл=302,293+1585,625=1887,918 кВт

2.5.2.3.Неучтенные потери

Qнеучт=0,15(Qкл+Qохл) ; кВт (43)

Qнеучт=0,15(1887,918+4313,633?B)=283,188+647,045?B кВт

2.5.2.4 Потери тепла с охлаждающей водой

(44)

кВт

Уравнение теплового баланса

Qхим+Qв+Qэкз=Qмет+Qух+Qкл+Qохл+Qнеучт (45)

37118,503?B+6017.825?B+1412,5=

=21083.5+17747.078?B+1887.918+4313.633?B+283.188+647.045?B

B(37118.503+6017.825-17747.078-4313.633-647.045)=21842,106

B=21842,106/20428.572

B=1.07 м3/с

Таблица 4 - Результаты расчетов

Статья прихода	кВт (%)	Статья расхода	кВт (%)
Тепло от горения топлива	39716,798 (83,49)	Тепло на нагрев металла	21083,5 (44,34)
Физическое тепло воздуха	6439,073 (13,54)	Тепло, уносимое уходящими газами	18989,373 (39,93)
Тепло экзотермических реакций	1412,5 (2,97)	Потери тепла теплопроводностью через кладку	1887,918 (3,97)
		Потери тепла с охлаждающей водой	4615,587 (9,71)
		Неучтенные потери	975,526 (2,05)
Итого:	47568,371 (100)	Итого:	47551,904 (100)

неувязка 0,03%



2.6 Технико-экономические показатели работы печи

газ сварочный батарейный нагрев

Удельный расход тепла

Удельный расход тепла на нагрев 1кг металла определяется по формуле

где B - расход топлива, м3/с

- низшая теплота сгорания, кДж/м3

Р - производительность печи, кг/с

=1588,67 кДж/кг

Коэффициент полезного действия

Qме - полезно затраченное тепло на негрев металла, кВт

Qпол - количество тепла, израсходованное в печи, кВт

=44,3 %

Удельный расход условного топлива

=0,0542 кг/кг



Библиография

1. Кривандин В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей 1том Москва: Металлургия, 1986 г.

2. Мастрюков Б.С. Расчеты металлургических печей 2том, Москва: Металлургия, 1986 г.

3. Тайц Н.Ю. Методические нагревательные печи, Металлургиздат,1964г.

Размещено на Allbest.ur