Проект методической трехзонной толкательной печи для нагрева заготовок из среднеуглеродистой стали

Задание

 

Спроектировать методическую трехзонную толкательную печь для нагрева заготовок из среднеуглеродистой стали с размерами 230×310 мм, l=470 мм. Производительность – 35000 кг/ч, t_кон=1100 °С. Топливо: газ, %

СН₄=94

С₃Н₈=3,2

С₄Н₁₀=1,2

С₅Н₁₂=0,2

СО₂=0,3

N₂=1,1

q_H2O=15 г/м³

t_В=270 °С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1. Расчет горения топлива	4
2. Определение размеров  рабочего пространства печи	8
3. Температурный режим  работы печи и нагрева металла	9
4. Расчет теплообмена  в рабочем пространстве печи	10
5. Расчет времени нагрева  металла	13
6. Составление теплового баланса. Определение расхода топлива	15
6.1 Статьи приходной части	15
6.2 Статьи расходной части	15
7. Выбор топливо сжигающих  устройств	18
8. Расчет потерь напора  в газоходе и определение высоты  дымовой трубы	19
8.1 Расчет потерь напора в газоходе	19
8.2 Расчет высоты дымовой  трубы	22
Список использованной литературы	24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет горения топлива

 

Рассчитываем состав влажного газа по составу сухого и  влажности  г/м³. Коэффициент пересчета с сухого газа на влажный определяется по формуле:

Состав влажного газа находим по содержанию сухого газа и величине К:

Сумма всех составляющих:

.

Низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м³:

Расчет теоретически необходимого объема кислорода для горения, м³/м³:

Теоретический расход воздуха  для горения, м³/м³:

,

где - объемная доля О₂ в воздухе ( – для атмосферного воздуха).

Действительный расход воздуха для горения, м³/м³:

,

где  α – коэффициент  избытка воздуха.

Объемы продуктов сгорания (м³/м³), получившиеся в результате горения:

объем углекислого газа

объем азота 

объем избыточного кислорода

объем водяного пара

объем сернистого газа

общий объем продуктов сгорания

Состав продуктов сгорания (%) определяется:

Для проверки правильности расчета  горения топлива составляют материальный баланс, на основании закона сохранения массы:

где G_т – масса топлива, кг;

      G_в – масса воздуха, необходимого для горения, кг;

       G_п.с. – масса продуктов сгорания, получившихся, в результате горения, кг.

Масса топлива, кг:

,

где V_т – единица объема газа на которую ведется расчет, м³;

       ρ_г – плотность газа, кг/м³:

где …… - молекулярная масса соответствующего компонента.

Масса воздуха, кг:

,

где  кг/м³ – плотность воздуха.

 

Масса продуктов сгорания, кг:

,

где - плотность продуктов сгорания, кг/м³:

.

Результаты расчета  сводятся в таблицу 1.

 

Таблица 1.

Материальный баланс горения

 

Приход	кг	%	Расход	кг	%
1. Топливо	0,792	5,52	1. Продукты сгорания	14,289	100
2. Воздух	13,551	94,48
Итого	14,343	100	Итого	14,289	100

 

Производим расчет неувязки баланса:

%.

Величина неувязки не превышает 1%.

Для определения калориметрической  температуры сгорания рассчитываем энтальпию продуктов сгорания, кДж/м³:

,

где  Q_в – теплота вносимая подогретым воздухом, кДж:

,

где  с_в – теплоемкость подогретого воздуха, кДж/кг*К; t_в – температура подогретого воздуха, ^оС.

Q_т – теплота вносимая подогретым топливом, кДж:

,

где  с_т – теплоемкость подогретого топлива, кДж/кг*К; t_т – температура подогретого топлива, ^оС.

Теплоемкость рабочей  массы топлива при температуре  перед камерой сгорания для газообразного  топлива, кДж/кгК:

,

где с^с_т – теплоемкость сухого газового топлива, кДж/кгК, определяется по формуле смешения:

где с_СО, с_Н2, с_СmHn, c_H2S, c_CO2, c_N2, c_O2, c_H2O – средние в интервале температур от 273 до t_т объемные теплоемкости соответствующих индивидуальных газов и водяных паров, кДж/м³*К.

Энтальпия продуктов сгорания при температуре t_к’=1900 °С, кДж/м³:

.

Энтальпия продуктов сгорания при температуре t_к”=2100 °С, кДж/м³:

.

Значение калориметрической  температуры, °С:

.

Действительная температура  горения, °С:

,

где - пирометрический коэффициент (для методических печей ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение размеров рабочего пространства печи

 

Основными размерами  рабочего пространства печи являются – ширина, длина, высота. Определяющими условиями при этом являются геометрические размеры нагреваемых изделий, рациональный характер движения газов, соответствующее расположение топливосжигающих устройств, быстрый и качественный нагрев металла.

Для методических печей  общее число изделий, находящихся  в рабочем пространстве в единицу времени, неизвестно, поэтому размеры определяются предварительно, а затем в процессе расчета уточняются.

Ширина печи, при расположении заготовок в 12 рядов, м:

,

где l – длина заготовки, м;

      а – расстояние между заготовками и между концами заготовок и стенками печи, м.

Начальная высота печи, м:

,

где  h – высота заготовки, м.

Высота сварочной зоны, м:

.

Средняя высота методической зоны, м:

.

Высота томильной зоны, м:

.

 

 

Рис. 1. Эскиз печи

 

 

3. Температурный режим работы печи и нагрева металла

 

Распределение температур по длине печи представлено на рис.2.

Максимальная температура  печи, °С:

.

Начальная температура печи, °С:

.

Температура печи в конце  томильной зоны, °С:

.

Начальную температуру  металла принимаем равной 20 °С.

Температура поверхности металла в конце методической зоны принимается равной 600°С.

Характерный размер изделия, м

,

где μ  - коэффициент несимметричности нагрева.

 

L,м

 

Рис.2. Температурный режим  печи

 

 

 

 

 

 

4. Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи

 

Теплообмен излучением является преобладающим. В расчетах определяется величина коэффициента теплоотдачи излучением. Она находится для каждой зоны методической печи.

Рассчитываем теплообмен в методической зоне.

Степень развития кладки:

.

Парциальное давление углекислого  газа и водяного пара в продуктах сгорания, кН/м²:

Эффективная толщина газового слоя, м:

Находим произведение , кН/м:

Зная произведение , находим по номограммам степени черноты углекислого газа и водяного пара , а также поправочный коэффициент β, при начальной и конечной температуре газов в методической зоне.

При :                                        При :

                                                  

                                                    

                                                    .

Степень черноты газов определяется по формуле:

.

Степень черноты металла принимаем 

Приведенные коэффициенты излучения в системе газ-кладка-металл, Вт/(м²·К⁴):

.

Коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²·К):

Суммарный коэффициент  теплоотдачи, Вт/(м²·К):

Рассчитываем теплообмен в сварочной зоне.

Степень развития кладки:

Эффективная толщина газового слоя, м:

Находим произведение , кН/м:

Зная произведение , находим степени черноты углекислого газа и водяного пара , а также поправочный коэффициент β.

При :

  

Степень черноты газов определяется по формуле:

Приведенные коэффициент излучения в системе газ-кладка-металл, Вт/(м²·К⁴):

Коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²·К):

Суммарный коэффициент  теплоотдачи, Вт/(м²·К):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет времени нагрева металла

 

Для расчета времени  нагрева определяется величина критерия Био, характеризующего теплотехническую массивность нагреваемого изделия.

Для методической зоны.

где λ – коэффициент теплопроводности изделия, при средней температуре металла в методической зоне, Вт/(мК).

Так как значение критерия Bi >0,5, то изделие термически массивное. Расчет времени нагрева производим с использованием графических зависимостей (графики Будрина):