Расчёт секционной печи для нагрева труб
Характеристика секционных печей. Особенности теплопередачи, нагрева металла. Теплообмен в рабочем пространстве печи. Нагрев труб в секции. Расчет горения топлива, тепловой баланс печи. Результаты расчета теплового баланса. Размеры и параметры печи.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.08.2013 |
| Размер файла | 377,3 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/
Национальный Исследовательский Технологический Университет
МИСиС
Кафедра ТЭМП
Курсовая работа по курсу:
"Теплотехника"
Тема:
"Расчёт секционной печи для нагрева труб"
выполнила студентка
группы Т6-09-2
Мелентьева Л.
Москва 2012
Содержание
- 1. Описание секционной печи
- 1.1 Общие характеристики секционных печей
- 1.2 Особенности теплопередачи
- 1.3 Особенности расчета нагрева металла
- 2. Расчёты
- 2.1 Расчёт теплообмена в рабочем пространстве печи
- 2.2 Расчёт нагрева труб в секции
- 2.3 Расчёт горения топлива
- 2.4 Тепловой баланс печи
- 2.5 Результаты расчета теплового баланса
- 2.6 Основные размеры и параметры печи
- 2.7Выбор типа и мощности горелок
- Вывод
1. Описание секционной печи
1.1 Общие характеристики секционных печей
Секционные печи скоростного нагрева применяют для нагрева больших партий однородного сортамента трубной заготовки и труб диаметром до 200 мм и длиной не менее 2,5-3 м. Иногда в этих печах нагревают квадратную заготовку небольших размеров.
Секционные печи (рис. 3.1) состоят из установленных в одну линию отапливаемых камер. (секций) и расположенных между ними неотапливаемых тамбуров, в которых находятся транспортирующие ролики. Ролики косо расположены, что обеспечивает непрерывное вращение заготовки во время нагрева. Заготовки можно перемещать в печи в один, два или три ряда (ручья). Каждая секция имеет самостоятельное отопление и дымоотбор; несколько секций объединяют в общую систему регулирования (зону). Длина секции 1,5 - 1,75 м, поперечные размеры на 0,4-0,6 м больше поперечных размеров нагреваемой заготовки длина неотапливаемого тамбура 0,35-0,5 м.
1.2 Особенности теплопередачи
Ввиду небольшой длины температура продуктов сгорания и кладки в каждой секции является примерно постоянной. В целом по печи температура в первых по ходу металла секциях может повышаться от секции к секции, ав последних перед выдачей секциях может быть несколько ниже. Для осуществления скоростного нагрева в секционных печах поддерживают более высокую разность температур между рабочим пространством печи и нагреваемой заготовкой, чем в других печах. Нагрев происходит в основном излучением, однако благодаря небольшому объему рабочего пространства продукты сгорания, вылетающие из горелок, сохраняют высокие скорости. Кроме того, их направляют или прямо на заготовку, или по касательной к ней, создавая вокруг нее вращающийся с высокой скоростью поток газов. Поэтому конвекция в секционных печах играет существенную роль и ее необходимо учитывать при расчете.
1.3 Особенности расчета нагрева металла
При расчете нагрева металла в секционной печи каждая секция является расчетным участком. Температуру продуктов сгорания и кладки в секции считают постоянной. Расстояние от нагреваемого металла до кладки в секционных печах невелико, поэтому при расчете газовый слой в секциях считают лучепрозрачным. Нагрев рассчитывают только излучением кладки. В результате вращения заготовок во время транспортировки обеспечивается их всесторонний нагрев. При всестороннем нагреве и небольшой толщине нагреваемых заготовок они являются теплотехнически тонкими телами.
Таким образом, расчетная схема нагрева заготовок в секционной печи - всесторонний нагрев тонкого тела при постоянной температуре окружающей среды. Особенностью нагрева металла в секционных печах является то, что между секциями он попадает в неотапливаемые тамбуры. Тепло попадает в тамбур с горячим металлом, а также излучением из секции, а теряется через ролик и стенки тамбура. В зависимости от соотношения поступающего и теряемого тепла заготовка в тамбуре может нагреваться или остывать.
секционная печь тепловой баланс
2. Расчёты
2.1 Расчёт теплообмена в рабочем пространстве печи
Площадь наружной поверхности трубы (на 1 метр длины):
Площадь внутренней поверхности кладки секции (на 1 метр длины):
Угловой коэффициент излучения кладки на трубу:
Приведённый коэффициент излучения:
Вт/ (м2*К4)
где Cs=5,77 Вт/ (м2*К4) - приведённый коэффициент излучения а. ч. т.; ем= екл=0,8 - степени черноты металла и кладки соответственно.
Приведённый коэффициент излучения с учётом конвекции:
2.2 Расчёт нагрева труб в секции
Средняя температура трубы
Теплопроводность металла при средней температуре нагрева равна: лм=45Вт/ (м*К). Средняя теплоёмкость металла в интервале температур нагрева: Cср=0.561кДж/ (кг*К). Число Старка:
Расчёт коэффициента теплоотдачи излучением:
Средний коэффициент теплоотдачи излучением:
Коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией
Коэффициент теплоотдачи конвекцией принимаем равным 10 % от коэффициента теплоотдачей излучением
Число Био
При нагреве тел одновременно конвекцией и излучением область тонких тел определяется выражением:
, следовательно, нагреваемое тело является тонким в тепловом отношении.
Коэффициент заполнения печи:
Масса одного метра трубы:
Продолжительность нагрева трубы в секции:
2.3 Расчёт горения топлива
Состав исходного топлива (сухого газа):
Природный газ %
|
Компонент |
СН4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
СО2 |
N2 |
Всего |
|
|
% |
83.5 |
4.3 |
0.8 |
1.6 |
0,2 |
9,6 |
100 |
Температура подогрева воздуха, оC: 389
Коэффициент расхода воздуха n=1,12
Принимаем влажность исходного топлива W=10 г/м3.
X=X,
XX=0,987X
Состав влажного топлива:
|
Компонент |
СН4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
СО2 |
N2 |
H2O |
Всего |
|
|
% |
82.41 |
4.24 |
0.79 |
1.58 |
0,2 |
9,48 |
1.3 |
100 |
Расход кислорода на горение при коэффициенте расхода воздуха n=1
0.01*
(2*82.41+3.5*4.24+5*0.79+6.5*1.58) =1.94 м3/м3
Расход сухого воздуха:
Объёмы компонентов продуктов сгорания:
=0.01*
(0.2+82.41+2*4.24+3*0.79+4*1.58) =1м3/м3
=0.01* (1.3+0.5*
(4*82.41+6*4.24+8*0.79+10*1.58)) =1.9м3/м3
=0.01*9.48+1.12*3.762*1.94=8.27м3/м3
= (1.12-1) *1.94=0.233м3/м3
Объём продуктов сгорания:
=1+1.9+8.27+0.233=11.4м3/м3
Процентный состав продуктов сгорания:
Низшая теплота сгорания топлива:
Q=127,7•CO+108•H2+358•CH4+590•C2H4+555•C2H2+636•C2H6+913•C3H8+1185•C4H10+1465•C5H12+234•H2S=358*82.41+636*4.24+913*0.79+1185*1.58=34629,34 кДж/м3=34,79МДж/м3
Калориметрическую температуру сгорания топлива определяем методом последовательного приближения. Теоретически необходимое количество воздуха для горения газообразного топлива:
Действительное количество воздуха на горение топлива:
Определяем физическое тепло, вносимое воздухом:
Калориметрическая энтальпия продуктов сгорания ik равна:
Калориметрическая температура горения:
Зададим температуру tk'=1800°Cи при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания:
= (5186,81*1+4121,79*1,9+3131,96*8,27+3314,85*0,233) /11,4=3481,74 кДж/м3
Поскольку i2100>i0, то принимаем температуру tk''=2000°Cи снова находим энтальпию продуктов сгорания
= (4910,51*1+3889,72*1,9+2970,25*8,27+3142,76*0,233) /11,4=3298 кДж/м3
Теперь определяем калориметрическую температуру горения:
Действительная температура продуктов сгорания:
Материальный баланс
|
Поступило |
Мол. масса |
м3 |
Кг |
||||||
|
CH4 |
= |
16 |
x |
82.41 |
/ |
22.4 |
= |
58.86 |
|
|
C2H6 |
= |
30 |
x |
4.24 |
/ |
22.4 |
= |
5.68 |
|
|
C3H8 |
= |
44 |
x |
0.79 |
/ |
22.4 |
= |
1.55 |
|
|
C4H10 |
= |
58 |
x |
1.58 |
/ |
22.4 |
= |
4.09 |
|
|
C5H12 |
= |
72 |
x |
0 |
/ |
22.4 |
= |
0 |
|
|
CO2 |
= |
44 |
x |
0.2 |
/ |
22.4 |
= |
0.39 |
|
|
N2 |
= |
28 |
x |
9.48 |
/ |
22.4 |
= |
11.85 |
|
|
H2O |
= |
18 |
x |
1.3 |
/ |
22.4 |
= |
1.04 |
|
|
Всего |
100 |
83,46 |
|||||||
|
Воздух |
|||||||||
|
O2 |
= |
32 |
x |
194 |
/ |
22.4 |
= |
277,14 |
|
|
N2 |
= |
28 |
x |
827 |
/ |
22.4 |
= |
1033,75 |
|
|
Всего |
1021 |
1310,89 |
|||||||
|
Итого |
1121 |
1394,35 |
|||||||
|
Продукты сгорания |
|||||||||
|
CO2 |
= |
44 |
x |
100 |
/ |
22.4 |
= |
196,43 |
|
|
H2O |
= |
18 |
x |
190 |
/ |
22.4 |
= |
152,68 |
|
|
O2 |
= |
32 |
x |
23.3 |
/ |
22.4 |
= |
33,29 |
|
|
N2 |
= |
28 |
x |
827 |
/ |
22.4 |
= |
1033,75 |
|
|
Всего |
1121 |
1394,35 |
|||||||
|
Невязка |
0 |
0 |
2.4 Тепловой баланс печи
Приход тепла
1) Тепло, образующееся при сжигании топлива.
Qхим=B•Qрн=34,79 •В МВт
2) Физическое тепло, вносимое подогретым воздухом:
, где
Vв - расход воздуха на 1 м3 топлива iв=504,75 кДж/м3 - энтальпия воздуха при температуре 380 оC.
Так как у нас топливо не подогрето, то Qт=0.
Расход тепла
1) Расход тепла на нагрев труб
Смнач=0.476 кДж/ (кг*К) Смкон=0.691 кДж/ (кг*К) Cср=0.584
2) Потери тепла с уходящими продуктами сгорания
Определим температуру газов в зоне теплообмена:
При t=9300С
3) Потери тепла теплопроводностью через кладку Tкл=1100°С
Удельный тепловой поток через кладку:
л'=0.25 Вт/ (м*К); б'=7+0.05*tнач=21.65 Вт/ (м2*К)
Поверхность кладки:
Потери тепла через кладку
4) Потери тепла излучением в соседние тамбуры
5)
Площадь полностью открытого проёма:
Площадь проёма, перекрытого трубой:
Коэффициент диафрагмирования для проёма
Для полностью открытого:
Следовательно, Ф1=0.58
Для перекрытого трубой:
Следовательно, Ф2=0.56
Угловой коэффициент излучения для проёма
Полностью открытого
Следовательно, В1=1
Для перекрытого трубой:
Следовательно, В2=1,2
6) Неучтённые потери
Уравнение теплового баланса 1 секции
34790B+5219.09B=206.67+16018.7B+9.39+0.25+21.63
2.5 Результаты расчета теплового баланса
Таблица 1. Приходная часть теплового баланса
|
Статьи прихода |
кВт |
% |
|
|
Топливо от горения топлива |
347.9 |
86,96 |
|
|
Тепло от подогретого воздуха |
52.19 |
13,04 |
|
|
Итого |
400,09 |
100 |
Таблица 2. Расходная часть теплового баланса
|
Статьи расхода |
кВт |
% |
|
|
Тепло на нагрев металла |
206.67 |
51.91 |
|
|
Тепло, уносимое продуктами сгорания |
160, 19 |
40.24 |
|
|
Потери тепла теплопроводностью через кладку |
9.39 |
2.49 |
|
|
Потери тепла излучением |
0,25 |
0.06 |
|
|
Неучтенные потери |
21.63 |
5.43 |
|
|
Итого |
398.13 |
100 |
Удельный расход тепла определяется по формуле:
,
где - удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла, кДж/кг;
- приход тепла, кВт;
- производительность печи, кг/с.
Таким образом,
кДж/кг.
Коэффициент полезного действия печи:
зкпд=Qпол/Qприх=206.67/400.09=0,5166 (51.66 %)
Коэффициент полезного действия рабочего пространства:
зкпд=Qпол/ (Qхим+ Qфиз - Qух) =206.67/ (400.09-160.19) =0,8615 (86,15 %)
2.6 Основные размеры и параметры печи
Количество секций N=1
Длина печи
Скорость перемещения заготовок
2.7Выбор типа и мощности горелок
По расходу газа выбираем 5 скоростных горелок СВП-60
Таблица 3. Краткие характеристики горелки СВП-60
|
Величина |
Значение |
|
|
Тепловая мощность, МВт |
0.072 |
|
|
Расход газа, м3/ч |
7.5 |
|
|
Давление газа, кПа |
8.97 |
|
|
Расход воздуха, м3/ч |
72 |
|
|
Температура воздуха перед горелкой,°С |
360 |
|
|
Давление воздуха, кПа |
6.37 |
|
|
Коэффициент расхода воздуха |
1.09 |
|
|
Коэффициент рабочего регулирования |
6.7 |
|
|
Средняя скорость продуктов сгорания на срезе выходного отверстия горелки, м/с |
200 |
|
|
Конструктивные размеры |
||
|
Габариты, мм |
435х250х205 |
|
|
Присоединительные размеры, мм |
||
|
Центрального |
2.9 |
|
|
Периферийных |
2.3 |
|
|
Количество газовых отверстий |
||
|
Центрального |
1 |
|
|
Периферийных |
5 |
|
|
Диаметр выходного отверстия камеры |
||
|
Горения, мм |
30 |
Вывод
Согласно проведённым расчётам и исследованиям, можно сделать вывод о том, что данный режим работы печи целесообразен для нагрева труб низкоуглеродистой стали, так как он обеспечит равномерный быстрый нагрев заготовок по всей длине и ширине печи.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Краткое описание секционной печи и ее схема. Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи. Тепловой баланс печи по секциям. Расчет горения топлива (состав исходного газа, состав и калориметрическая температура продуктов сгорания). Расчет нагрева труб.
курсовая работа [272,3 K], добавлен 22.01.2013Расчет горения топлива. Объёмы компонентов продуктов сгорания, истинная энтальпия. Время нагрева металла в печи с плоскопламенными горелками. Расчет основных размеров печи. Определение расхода топлива. Выбор горелок для нагрева круглых труб в пакетах.
контрольная работа [364,2 K], добавлен 07.08.2013Конструкции методических печей. Сухая очистка газов. Применение батарейных циклонов. Определение времени нагрева металла в сварочной зоне. Расчет горения топлива. Приход тепла в рабочее пространство печи. Технико-экономические показатели работы печи.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.04.2014Литературный и патентный обзор по теме работы. Расчет полного горения топлива. Расчет нагрева металла в печи и основных размеров печи. Тепловой баланс и выбор горелок. Определение высоты кирпичной трубы. Расчёт сечения борова. Тип и размер футеровки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 23.05.2010Расчет горения топлива. Определение размеров рабочего пространства печи. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве. Расчет времени нагрева заготовок. Уточнение размеров рабочего пространства печи. Тепловой баланс камерной нагревательной печи.
курсовая работа [126,0 K], добавлен 06.11.2015Описание работы и конструкции печи. Тепловой расчет нагрева металла в индукционной печи. Конструктивный, теплотехнический и электрический расчеты. Определение охлаждения индуктора. Техническая характеристика печи с учетом рассчитанных показателей.
контрольная работа [68,0 K], добавлен 17.07.2010Расчет горения топлива. Определение параметров нагрева металла и теплообмена в печи: в методической, сварочной зоне, время томления металла. Тепловой баланс: расход топлива и тепла, неучтенные потери тепла. Расчет рекуператора для подогрева воздуха.
курсовая работа [338,1 K], добавлен 14.05.2012В работе рассчитывается металлургическая печь с двусторонним обогревом, предназначенная для нагрева изделий из углеродистой стали. Определение коэффициетов теплоотдачи продуктов сгорания. Расчет горения топлива, нагрева металла, основных размеров печи.
курсовая работа [278,6 K], добавлен 07.07.2008Основы тепловой работы камерной садочной печи для цилиндрических заготовок; характеристика и условия процессов; технологический режим нагрева металла. Расчет параметров внешнего теплообмена, горения топлива, воздушного тракта, к.п.д. и производительности.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 07.12.2012Определение времени нагрева металла в печи. Предварительное определение основных размеров печи, степени развития кладки, эффективности толщины газового слоя. Расчет времени томления металла. Выбор футеровки. Статьи прихода теплоты, затраченной на нагрев.
курсовая работа [282,4 K], добавлен 19.11.2013
