Тепловой баланс и определение расхода топлива.

Содержание» 1 Общая часть.   Введение   Перспективы развития металлургического производства 1.1 Устроиство и работа печи. 1.2Характеристика топлива и огнеупорных материалов применяемых для работы печи. 1.3 Теплоте       хнические и технико экономические показатели работы печи. 1.4 Охрана труда и экологии  2 Расчетная часть.  2.1 Расчет горения топлива.  2.2 Расчет времени нагрева трубной заготовки и определение основных размеров печи. 2.3 Тепловой баланс и определение расхода топлива . 2.4 Выбор горелок. «Введение» Печь – технологическое оборудование, в котором рабочим видом энергии является тепло и рабочее пространство которого ограждено от окружающей среды. Разнообразие промышленных печей, используемых в литейном производстве, вызывает необходимость подразделения их на основные группы. По способу генерации теплоты все печи подразделяют на топливные, где теплота выделяется за счет горения топлива, и электрические, где электроэнергия преобразуется в теплоту электрической дугой, нагревательными элементами сопротивления или индукцией. По условиям теплопередачи печи подразделяют на печи с теплопередачей преимущественно излучением и конвекцией. Работа печей характеризуется тепловой мощностью, тепловой нагрузкой, температурным и тепловым режимами. По тепловому режиму печи подразделяют на печи, работающие по камерному режиму, и печи, работающие по методическому режиму. В печах, работающих по камерному режиму, температура рабочего пространства остается постоянной на протяжении всего времени работы печи. В печах, работающих по методическому режиму, температура в печи изменяется по длине печи или во времени. Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок. Методические печи по числу зон нагрева могут быть двух-, трёх - и многозонными с односторонним и двусторонним нагревом металла. При трёхзонном режиме нагрева имеются три теплотехнические зоны, по ходу металла: методическая, в которой повышается температура, сварочная с высокой постоянной температурой и томильная с постоянной температурой, близкой к заданной конечной температуре поверхности металла. Металл толщиной до 100 мм нагревают с одной стороны в печах без нижнего нагрева, а толщиной больше 100 мм - с двух сторон (с нижним нагревом). 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. Наиболее важными классификационными признаками методических печей являются: 1) температурный режим печи (по длине); 2) двусторонний или односторонний характер нагрева металла; 3) способ выдачи металла из печи (боковая или торцовая выдача). Кроме того, классификация выполняется по виду нагреваемых заготовок, методу утилизации тепла отходящих дымовых газов, виду топлива, числу рядов заготовок в печи.  «Устройство печи». Мартеновская печь представляет собой печь с весьма развитой поверхностью расплавленной металлической ванны. Благодаря этому через поверхность ванны металлу сообщается большое количество тепла и высокотемпературного кислорода из атмосферы печи. Топливо сжигается над ванной, благодаря чему ванна интенсивно питается теплом. Вместе с тем ванна получает тепло и за счет выгорания примесей, содержащихся в металле. Дымовые газы, несущие с собой значительное количество тепла, проходят регенераторы, при помощи которых осуществляется утилизация тепла этих газов. Тепло, которое возвращается в печь с подогретым воздухом и газом, способствует обеспечению высокой температуры в рабочем пространстве, необходимой для создания должной теплопередачи к поверхности ванны. Все это позволяет обеспечить передачу металлу такого тепла, которое нужно для нагрева металла. Процесс может идти на твердом или жидком чугуне любого состава при содержании его в шихте от 0 до 100%.В широких пределах можно варьировать соотношение твердых и газообразных окислителей и количестве шлака. Мартеновскую печь разделяют на верхнее и нижнее строения. Верхнее строение состоит из рабочего пространства, головок и вертикальных каналов. Рабочее пространство- это часть печи, в которой идет процесс выплавки стали, сгорания топлива и передачи тепла материалам плавки. Основные размеры рабочего пространства зависят от садки, способа отопления печей и технологических особенностей. Стены печи наклонены, чтобы при заправке на них удерживались заправочные материалы. В задней стенке находятся сталеплавильные отверстия и отверстия для спуска шлака. В передней стенке плавильного пространства предусмотрены рабочие окна, через которые загружают шихту, заливают чугун и спускают часть шлака. Стальные плиты, образующие нижнюю часть окна, называют порогами. Нижняя часть рабочего пространства, ограниченная подом и откосами, образует ванну. Ванна вмещает весь жидкий металл и слой шлака толщиной примерно 50 мм. Остальной шлак удерживается в печи ложными порогами. Горелочные устройства мартеновской печи называются головками. Головки расположены в торцах рабочего пространства и в то время, как через одну из них подают топливо и воздух, через противоположную головку отводят продукты сгорания в регенераторы. После того как регенераторы со стороны подводящей головки остынут, а под отводящей нагреются, происходит перекидка клапанов, и назначение головок изменяется. Факел, образуемый головкой, должен быть настильным, т.е. достигать конца ванны, не отрываясь от нее. Максимальная температура должна быть в первой трети факела. При соблюдении этих условий достигается интенсивная передача тепла к ванне. Для выполнения первого требования факел должен обладать достаточной энергией, а для выполнения второго необходимо быстрое перемешивание топлива и воздуха. Поэтому нужны высокие скорости газа и воздуха, что достигается уменьшением соответствующих сечений головки. Так как газ поступает под более высоким давлением, чем воздух, основная роль в организации факела принадлежит топливной струе. Однако, когда головка выполняет функции отвода продуктов сгорания, желательно, чтобы ее сечение было большим во избежание значительного гидравлического сопротивления. Кроме того, при малом сечении пламенное окно подвергается усиленному износу продуктами сгорания, движущимися с большой скоростью. С целью удовлетворения этих противоречивых требовании были предложены десятки конструкции головок. Наиболее просто выглядят головки одноканальной печи, отапливаемой высококалорийным топливом- мазутом или природным газом. В таких печах, имеющих одну пару регенераторов, топливо обычно подают через водоохлаждаемую горелку. К нижнему строению относят шлаковики, регенераторы, борова, перекидные устройства, шиберы. Шлаковики, соединенные с головками через вертикальные каналы, служат для очистки продуктов сгорания от крупной пыли. Часть её оседает в вертикальных каналах и по их стенкам стекает в шлаковик; часть выпадает в шлаковике вследствие падения скорости и изменения направления движения продуктов сгорания. Объем шлаковика должен вмещать пыль, оседающую за время межремонтного периода. Шлаковики соединены с регенераторами. Проходя через кирпичную насадку регенератора, дым охлаждается с 1773-1873 до 873-1073К, а воздух нагревается до 1223-1423К. Объем насадки зависит от тепловой мощности печи. В ходе кампании верхние ряды насадки заносятся плавильной пылью. Поэтому на многих заводах практикуют периодическую их промывку струями воды высокого давления. Регенераторы соединены непосредственно с дымовой трубой или с котлом-утилизатором посредством боровов. Переключение регенераторов с нагрева на охлаждение требует изменения направления движения топлива, воздуха и продуктов сгорания. В мартеновских печах для этого применяют различные перекидные устройства. Для кладки мартеновских печей применяют дефицитные, дорогостоящие огнеупорные материалы которые, как правило, работают на пределе своих огнеупорных свойств. В тяжелых условиях находится кладка рабочего пространства печи, где она подвергается нагреву до 1973-2073К с колебаниями температуры, химическому воздействию плавильной пыли и механическому воздействию материалов плавки. Кладку рабочего пространства выполняют из основных огнеупоров. Под, заднюю и переднюю стены, откосы выкладывают из магнезитового кирпича с тепловой изоляцией шамотным и пеношамотным кирпичом и листовым асбестом, с верху на под набиваю слой магнезитового порошка. Свод выкладывают из термостойкого магнезитового кирпича. Для сваривания между отдельными кирпичами устанавливают металлические прокладки. Для уменьшения распорных напряжении и деформации свода применяют распорно–подвесное крепление. Головки и стены вертикальных каналов выкладывают из хромо магнезитого кирпича, стены шлаковиков и части регенераторов - из динасового кирпича с облицовкой хромо магнезитовыми изделиями. Диносовая часть позволяет выдержать большие давления лежащие выше кладки . Облицовка противостоит химическому действию плавильной пыли . Нижнюю часть стены и большую часть насадки регенераторов выполняют из шамотного кирпича, верхние ряды насадки -из фосфоритовых или высокоглиноземных огнеупоров, более устойчивых против агрессивного действия плавильной пыли. Борова и дымовую трубу изнутри футеруют шамотным кирпичом. «Работа печи».  Заправка. В течение плавки часть подины и откосов разрушается шлаком и жидким металлом. Поэтому перед началом каждой новой плавки на поврежденные места при помощи заправочной машины забрасывают магнезитовый или доломитовый порошок, который до появления в печи жидкого металла успевает спечься со старой кладкой. Завалка. Шихтовый материал подают к печи специальным составом по пути, расположенному вдоль фронта печей. На каждой тележке состава стоят мульды, в задней части которых предусмотрено гнездо для хобота завалочной машины. Сталевар с пульта управления поднимает крышку рабочих окон, а машинист захватывает хоботом машины одну мульду и вводит ее в печь. В начале заваливают сыпучие материалы – известняк и твердые окислители (руда, агломерат). Затем изменяют состав и начинают завалку лома. Во время смены составов закрывают сталевыпускное отверстие и несколько подогревают сыпучие материалы. Прогрев шихты необходим для того, чтобы после заливки жидкого чугуна не происходило намерзание его на холодные куски стального лома, а плавление последнего шло быстрее. Однако шихту нельзя и перегревать: вследствие слишком бурных реакции с жидким чугуном могут произойти выбросы металла и шлака из печи. Практически во время прогрева шихта должна получить в среднем около 920МДж/т тепла. Время прогрева используют для того, чтобы с помощью специального бункера, подаваемого краном, насыпать ложные пороги из дробленого доломита, препятствующие уходу шлака через рабочие окна. Для заливки чугуна используют специальные ковши. Чугун заливают через желоб, устанавливаемый в одно из окон. Плавление начинается сразу после заливки чугуна. В этот период уровень металла на 150-300 мм выше, чем в спокойной ванне, а толщина шлака достигает 400-600мм. Это обусловлено наличием пустот в не расплавившейся шихте и интенсивным кипением. Высокий уровень ванны позволяет спускать большое количество шлака. Доводка необходима для того, чтобы нагреть металл до заданной температуры и довести содержание примесей в нем до необходимых значений. Примерная продолжительность периодов плавки, ч-мин. Садка печи, т Заправка Завалка Прогрев Заливка Плавление Доводка Вся плавка 250 600 900 0-25 0-30 0-35 1-00 2-00 2-30 1-00 1-45 1-50 0-15 0-45 1-00 2-15 2-45 3-15 1-40 1-45 1-50 6-30 9-30 11-00   «Характеристика топлива». Газообразное топливо по сравнению с жидким и твердым имеет ряд преимуществ, главные из которых: более простое смешение горючего и воздуха, позволяющие проводить сжигание газа с меньшим избытком воздуха; легкость транспортировки; простота обслуживания печей работающих на газе. Все это приводит к тому, что газообразное топливо становится преобладающим. Газообразное топливо бывает естественное и искусственное. Естественными видами газообразного топлива являются природный газ и попутный газ, который улавливают при добыче нефти. Искусственными видами газообразного топлива являются коксовый и доменный газы, получаемые соответственно при коксовании угля и при доменной плавке. Кроме того, к искусственным относятся генераторные газы, которые в последние годы полностью вышли из употребления на предприятиях черной металлургии. Природный газ. Природный газ – наиболее дешевое топливо. Себестоимость его значительно ниже себестоимости угля и нефти. Природный газ основных месторождении России состоит главным образом из метана и содержит небольшой процент его гомологов. Содержание в нем балласта не велико. Важно отметить, что природный газ большинство месторождении России не содержит сероводорода и других сернистых соединений. В связи с ростом добычи и переработки нефти соответственно возрастают ресурсы нефтепромысловых газов, добываемых попутно с нефтью. Нефтепромысловые газы отличаются от природных газовых месторождении большим содержанием гомологов метана и соответственно более высокой теплотой сгорания. Искусственное газообразное топливо. Коксовый газ, получаемый при коксовании углей, играет очень важную роль в топливном балансе металлургических заводов. Колебания в содержании отдельных компонентов объясняется различием в составе коксуемых углей, температурах и режимах коксования. Доменный газ получают в больших количествах (около 3 м3 на 1 кг чугуна) в процессе доменной плавки. На металлургических заводах домены газ играет существенную роль в тепловом балансе, на его образование расходуется свыше 40% теплоты сгорания кокса, загруженного в доменную печь. Доменные воздухонагреватели, печи коксовых и прокатных цехов в большей или меньшей мере отапливают доменным газом в смеси с коксовым или природным газом. Среднее состав доменного газа: 9-14% СО2,25-31%СО, 0,3-0,5%СН4,2-3%Н2,57-58% N2. Генераторные газы представляют собой продукты безостаточной газификации твердого горючего. Газификация может быть проведена при помощи кислорода, вводимого с воздухом, или водяного пара. Аппараты, в которых твердое топливо превращается в газообразное, называют газогенераторами, процесс газификации – газогенераторным. газогенератора, который представляет собой шахту – железный кожух, изнутри футерованный огнеупорным кирпичом. Топливо загружают в газогенератор сверху через загрузочное устройство. Дутье (воздух, водяной пар) поступает снизу под колосниковую решетку. Образующиеся золу и шлак удаляют снизу. Полученный генераторный газ отводят из верхней части генератора над слоем топлива. Воздух попадает в слой раскаленного кокса и вступает в реакцию с углеродом: С+О2=СО2. Двуокись углерода и образующийся в результате испарения влаги топлива пар, захватываемый газовым потоком, восстанавливаются углеродом раскаленного кокса в окись углерода и водород: СО2+С=2СО и Н2О+С=СО+Н2 Высокие температуры в зоне реакций воздушного газогенератора обуславливают ряд трудностей при проведении процесса. Понижение температуры в зоне реакции, следовательно, и понижение температурного уровня процесса во всем газогенераторе могут быть достигнуты совмещением воздушной и водяной газификации. В этом случае параллельно с экзотермическим процессом образования воздушного газа развивается эндотермический процесс газификации водяного пара. Регулирование развития того и другого процесса, достигаемое изменением соотношением воздуха и пара в смеси, поступающей в слой, позволяет непрерывно поддерживать температуру комплексного процесса на желательном уровне. Такая схема работы приводит к образованию смешанного газа. «Огнеупорные материалы ». Оксидные огнеупоры (oxide refractories) - огнеупоры, содержащие > 97% высокоогнеупорных оксидов (BeO, MgO, CaO, A12O3, Cr2O3, ZrO2, ThO2 и др.) или их соединений и твердых растворов. Формованные оксидные огнеупоры изготовляют преимущественно из тонкозернистых порошков прессов, или литьем из суспензий с последующим обжигом, а неформованные оксидные огнеупоры - измельчением оксидов, обычно после предварительного обжига и введения необходимых добавок. В металлургии оксидные огнеупоры применяют в виде изделий из технической керамики для аппаратуры при измерении высоких температур, датчиков контроля масс, доли кислорода в стали, тиглей для лабораторных плавильных печей, вкладышей в разлив, устройствах и др. Периклазовые огнеупоры (periclase (mag-nesite) refractories) - магнезиальные огнеупоры, содержащие > 85% MgO. Периклазовые огнеупоры изготовляют из периклазового порошка с добавлением клеящей связки обжигом при 1600-1900°С; для безобжиговых периклазовых огнеупоров используют связки из лигносульфонатового сульфата магния и др. Периклазовые огнеупоры применяют для футеровки стенок мартеновских печей, миксеров, печей для плавки меди и никеля, высокотемпературных нагревательных печей, леток кислородных конвертеров и др., а также в виде плит шиберных затворов сталеразливочных ковшей, стаканов для разливки сталей, пористых фурм для продувки стали газами и т.п. Неформованные периклазовые огнеупоры используют для изготовления мертеля, металлургических (заправочных) порошков, набивных масс для вакууматоров стали, индукционных печей и др. Неформованные огнеупоры (non-shaped refractories) - огнеупоры, изготовленные без определенной формы и размеров в виде кусковых, порошковых и волокнистых материалов, а также паст и суспензий. К ним относят: металлургические заправочные порошки, заполнители и мелкозернистые компоненты для огнеупорных бетонов, огнеупорные цементы, бетонные смеси и готовые к применению массы, мертели, материалы для покрытий (в т.ч. торкрет- массы), некоторые виды волокнистых огнеупоров. Неформованные огнеупоры могут быть сухими, полусухими, пластичными и жидкотекучими. Неформованные огнеупоры применяют для выполнения и ремонта футеровок сталеразливочных ковшей (набивные и наливные кремнеземные, высокоглиноземные и магнезиальные массы); конвертеров (торкрет- массы), нагревательных и обжиговых печей (шамот, и высокоглиноземные массы), индукционных печей (корундовые и периклазовые массы), коксовых печей (обмазки), подин мартен, и электродуговых печей (заправочные порошки) и т. д. Неформованные огнеупоры применяют для рабочего слоя футеровки промежуточных и сталеразливочных ковшей, стен и сводов мартеновских печей, в набивных частях футеровки вакууматоров, печей ЦМ и др. Теплоизоляционный материал "Тизолит". Тизолит является легковесным волокнистым теплоизоляционным материалом нового поколения, обладающим высокими огнеупорными и теплоизоляционными характеристиками в сочетании с совокупностью других полезных потребительских свойств.     Основу тизолита составляют огнеупорные муллитокремнеземистые волокна, состоящие из окислов AL2O3 и SiO2 в соотношении 1:1. Теплоизоляционный материал "Тизолит" выдерживает термические воздействия до 1450 градусов Цельсия без разрушений, имеет теплопроводность от 0.22 до 0.18 Вт/мК (при средней температуре образца 1000 градусов Цельсия), плотность от 250 до 380 кг/м3 (в зависимости от технологии изготовления и назначения готовых изделий), достаточно высокую механическую прочность и звукопоглощающую способность. Теплоизоляционный материал "Тизолит" стоек к "тепловому удару", воздействию кислот (за исключением плавиковой и горячей фосфорной) и слабых щелочей. При нагревании не выделяет вредных для здоровья веществ, является диэлектриком. Тизолит по своим теплофизическим свойствам значительно превосходит традиционные огнеупорные теплоизоляционные материалы (шамотные, асбестосодержащие, муллитокремнеземистые и др.). В силу слоисто-переплетенной структуры с высокоразвитой системой тонких открытых пор теплоизоляционный материал тизолит имеет более высокие теплоизолирующие свойства, чем другие волокнистые материалы на основе муллитокремнеземистых волокон. Теплоизоляционный материал тизолит может выпускаться в виде футеровочных кирпичей, плит, изделий сложной геометрической формы, картона. Материал хорошо формуется и обрабатывается. Применение тизолита обеспечивает существенную экономию энергоресурсов, высокий уровень пожарозащиты, теплоизоляции, звукоизоляции и электроизоляции. К наиболее перспективным областям применения тизолита относятся: Высокоэкономичные, высокотемпературные электрические и газовые печи Огнеупорная теплоизоляция элементов металлургических агрегатов (крышек, ковшей, термосов и т.д.). Пожарозащитная, тепло- и звукоизоляция помещений, воздуховодов и т.п. Теплоизоляция магистралей с теплоносителями. Огнестойкая изоляция специальных объектов (например "черных ящиков", сейфов). Производство высокоэффективных электронагревателей. Другие направления, требующие сочетания свойств, реализованных в тизолите. Имеется положительный опыт использования тизолита в качестве футеровки электрических и газовых печей, сушильных шкафов. При этом достигаются значительная(свыше 50%) экономия энергии, сокращение времени нагрева (технологического цикла), увеличение ресурса электронагревателей. Тизолит показал свою эффективность как основной элемент огнестойкой изоляции, применяемой в авиакосмической области при обустройстве бортовых накопителей информации ("черных ящиков"), сейфов, дверей. На основе тизолита изготавливаются высокоэкономичные электронагреватели промышленного назначения. В настоящее время проводятся исследования и опытные работы по применению тизолита в других областях техники.  

Методика расчета

 

Рассчитать методическую нагревательную печь производительностью =60 т/ч для нагрева заготовки диаметром 150мм и длиной 1800 мм. Ширина пода печи 4200 мм. Конечная температура поверхности металла =1210оС. Материал заготовок – сталь 10. Коэффициент расхода воздуха  a =1,05. Температура подогрева воздуха =400оС. Время выдержки металла 25 минут.

Расчет методической печи выполняется в следующей последовательности:

1) расчет горения топлива;

2) определение времени нагрева;

3) определение основных размеров печи;

4) составление теплового баланса, определение расхода топлива;

5) расчет горелок.

 

Расчет горения топлива

 

Состав исходных газов, %:

CH4(метан)=93,2

С2Н6(этан)=0,7

С3Н8(пропан)=0,6

С4Н10(бутан)=0,6

С5H12(пентан)=0,5

N2=4,4

1.Опредиляем расход кислорода на горение:

VO2=0,01[(m+0,25n)∙СmНn]

Vo2=0,01[(1+0,25∙4)∙93,2+(2+0,25∙6) 0,7+(3+0,25∙8)∙0,6+(4+0,25∙10)∙0,6+(5+0,25∙12)∙0,5=1,988м33

2.Опредиляем теоретически расход воздуха:

L0= (1+K)∙Vo2                    

L0= (1+3,762)∙1,988=9.4692 м33.

3.Определяем действительный расход воздуха:

Lд= L0∙ α

Lд=1,05∙9,4692=9,9426 м33

4.опредиляем объем отдельных составляющих продуктов сгорания:

VCO2=0,01(СО2+∙m∙SСmНn)

VN2=0,01∙ N2+L∙k∙ VO2

VО2=(L-1) ∙ VO2

VH2O=0,01(H2O+0,5n∙SСmНn)

VCO2=0,01(0+1*93.2+2*0,7+3*0.6+4*0.6+5*0,5)=1,013м33

VN2=0,01∙4,4+1,05∙3,762∙1.99=7.9м33

VH2O=0,01(0+0,5∙4∙93,2+0.5*6*0.7+8*0.5*0.6+0,5*10*0.6+0,5*12*0,5)=1.969м33

VО2=(1,05-1) ∙ 1,99=0.09м33

Суммарный объем продуктов сгорания равен

Vобщ=VО2+VH2O+VN2+VCO2

Vобщ=1.013+1.969+7.9+0.09=10.972м33

5.Процентное содержание компонентов дымовых газов в общем составе:

СО2= (VCO2 / Vобщ) ∙100%

N2= (VN2 / Vобщ) ∙100%

О2= (VO2 / Vобщ) ∙100%

H2O= (VН2О / Vобщ) ∙100%

СО2= (1,013 / 10,972) ∙100%= 9.232%

N2= (7.9/10.972) ∙100%= 72%

О2= (0.09/10.972) ∙100%= 0.82%

H2O= (1.969/10.972) ∙100%= 17.945%

6.Определить плотность продуктов сгорания:

r= кДж/м3.

r=1,237 кДж/м3.

7.Определить теплотворную способность топлива.

Qmp=358∙CH4+636∙С2Н6+913∙С3Н8+1185∙С4Н10+1465∙С5Н12 кДж/м3

Qmp=358∙93,2+636∙0,7+913∙0,6+1185∙0,6+1465∙0,5=35802.1 кДж/м3

8.Определить энтальпию:

а)ίхим= Qmp/ Vобщ

ίхим= 35802,1/10,972=3263 кДж/м3

б)ίвозд= Св∙tв

ίвозд= 1,33∙400=532 кДж/м3

в) ίобщ= ίхим+ ίвозд

ίобщ= 3263+532=3795 кДж/м3

9)

VL=(Lд-L0)     

VL=(9,9426-9,4692) =11,92%

10)Определяем действительную температуру:

3727 -2200

х -3705,4

х= =2187,2 оС              tm=2187,2 оС       

tд=h∙tm=0,7∙2187,2=1531,04 оС 

 

2.2 Расчет времени нагрева трубной заготовки и определение основных размеров печи.

 

       

1350
 

1250
1300
                               

1100
1050
     

         

       

500
       

       

       

           

методической зоны ;                                   

сварочной зоны ;                                

томильной зоны .                     

Определим эффективную длину луча

;                                                                   

методическая зона

 м;                                                        

сварочная зона

 м;                                                   

томильная зона

 м;

1)Определение времени нагрева металла в методической зоне.

=0,5(1300+1050)=1175оС.

Парциальное давление СО2 и Н2О равно:

 кПа;

 кПа;

 кПа.м;

кПа.м.

По номограммам находим

; ; .

Тогда

.

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы равна

 ;

, степень черноты металла принята равной =0,8.

Определяем средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением

 Вт/(м2.К)

Определяем температурный критерий  и критерий :

;

.

Для углеродистой стали при средней по массе температуре металла

оС.

Критерий Фурье =0,7, тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно

с

Находим температуру центра сляба при =0,7, =0,821, температурный критерий =0,68:

оС.

2)Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне:

Находим степень черноты дымовых газов при =1300оС:

 кПа;  кПа;

 кПа.м;

 кПа.м.

По номограммам находим:

; ; .

Тогда

.

Приведенная степень черноты I сварочной зоны равна

;

 Вт(м2.К).

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале I сварочной (в конце методической) зоны

оС.

Находим температурный критерий для поверхности слябов

.

Так как при средней температуре металла оС теплопроводность углеродистой стали равна =29,8 Вт/(м.К), а коэффициент температуропроводности  м2/с, то

.

Время нагрева в I сварочной зоне

с

Определяем температуру в центре сляба в конце I сварочной зоны при значениях =1,79, =1,2, =0,19

оС.

 

3)Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне

Находим степень черноты дымовых газов при =1350оС.

 кПа;  кПа;

 кПа.м;

 кПа.м.

По номограммам находим:

; ; .

Тогда

.

Приведенная степень черноты II сварочной зоны равна

 

;

 

 

 Вт/(м2.К)

Средняя температура металла в начале II сварочной зоны равна

оС.

Температурный критерий для поверхности слябов в конце II сварочной зоны равен

.

При средней температуре металла

оС =28,5 Вт/(м.К),  м2/с.

Тогда

.

Время нагрева металла во II сварочной зоне равно

с

Температура центра сляба в конце II сварочной зоны при значениях =2,9, =0,8, =0,4.

оС.

Определение основных размеров печи

Для обеспечения производительности 62т/ч в печи должно одновременно находиться следующее количество металла

 кг.

Масса одной заготовки равна

 кг.

Количество заготовок, одновременно находящихся в печи

 шт.

При однорядном расположении заготовок общая длина печи

 м.

По ширине печи

 м2.

Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева металла в каждой зоне.

Длина методической зоны

 м.

Длина I сварочной зоны

 м.

Длина II сварочной зоны

 м.

Длина томильной зоны

 м.

Тепловой баланс и определение расхода топлива.

 Приход тепла

1. Тепло от горения топлива

В кВт,

здесь В – расход топлива, м3/с, при нормальных условиях.

 2. Тепло, вносимое подогретым воздухом

В кВт.

 3. Тепло экзотермических реакций

 кВт.

 Расход тепла

1. Тепло, затраченное на нагрев металла

 кВт,

где =821 кДж/кг – энтальпия углеродистой стали при;

=9,72 кДж/кг – то же, при оС.

2. Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами

В кВт.

Энтальпию продуктов сгорания находим при температуре =1100оС

___________________________________

=1747,62 кДж/м3

3. Потери тепла теплопроводностью через кладку.

Площадь свода принимаем равной площади пода 294,4 м2 , толщина свода 0,3 м. оС.

оС

 Вт/(м.К).

Тогда потери тепла через свод печи будут равны

 кВт,

где  Вт/(м2.К).

Потери тепла через стены печи

Стены печи состоят из слоя шамота толщиной =0,345 м и слоя диатомита, толщиной =0,115 м.

Наружная поверхность стен равна:

методическая зона

 м2;

I сварочная зона

 м2;

II сварочная зона

 м2;

томильная зона

 м2;

торцы печи

 м2.

Полная площадь стен равна

 м2.

Коэффициент теплопроводности шамота

, Вт/(м.К).

Коэффициент теплопроводности диатомита

, Вт/(м.К).

В стационарном режиме

.

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности

Решение этого квадратичного уравнения дает значение

=700оС.

Тогда

оС,

оС.

Окончательно получаем

 Вт/(м.К).

 Вт/(м.К).

Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены печи, равно

 кВт,

где  Вт/(м2.К).

Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку

 кВт.

4. Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равными 10 % от тепла, вносимого топливом и воздухом

В кВт.

5. Неучтенные потери определяем по формуле

В кВт.

Уравнение теплового баланса

.

Откуда

=0,94 м3/с.

Результаты расчетов заносим в таблицу

Таблица 1 – Тепловой баланс методической печи

  Статья прихода     кВт (%)   Статья расхода   кВт (%)
Тепло от горения топлива . . . . . . . . Физическое тепло воздуха . . . . . . . . Тепло экзотермических реакций . . . . . . . . _____________________ Итого:     36076,26 (83, 82)   7582,98 (13, 18)     779 (3, 00) ________________________ 44437 (100, 0) Тепло на нагрев металла . . . . . . . . . Тепло, уносимое уходящими газами Потери тепла теплопроводностью через кладку . . . . . Потери тепла с охлаждающей водой . . . . . . . . . . . Неучтенные потери __________________________ Итого:   11195,6 (43, 94)   21076,64 (41, 16)     6268 (2, 87)     4365,92 (9, 70) 1595,08 (2, 33) ________________________ 44500,48 (100,0)

 

Выбор горелок

В многозонных методических печах подводимая тепловая мощность(а следовательно, и расход топлива) распределяется по зонам печи следующим образом: в верхних сварочных зонах по 20% и в томильной зоне 15%.

nобщ= =44

В зоне нагрева 28

В томильной зоне 16

Расход газа по зонам.

1)в зоне нагрева:

V2=0,94∙0,65=0,611м3

 2) в зоне выдержки:

V2=0,94∙0,35=0,611м3

Задаемся давлением газа перед горелками 2,5 кПа, при этом давление требуемые расходы воздуха обеспечивает следующие тиаы горелок: ГНП-6=79 м3

 


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 518; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ