Xreferat.com » Рефераты по физике » Расчёт металлургической печи

Расчёт металлургической печи

/>

Коэффициент теплоотдачи:

Расчёт металлургической печи

Внешнее тепловое сопротивление:

Расчёт металлургической печи

Общее тепловое сопротивление:

Расчёт металлургической печи

Плотность теплового потока при tк=1330оС и tв=20оС:

Расчёт металлургической печи

Так как разница между предыдущим и полученным значениями q > 5%, расчет

необходимо повторить: dq=|qў-q0|/ qўЧ100%=(1341-896)/1341Ч100%=33,18%.

Третье приближение.

Этот расчёт выполняется по аналогии с предыдущим, поэтому приведём только его результаты:

tў=922,3оС; tн=124,4оС; `t1= 1126,1оC; `t2=523,379оC;

R1=0,305 (м2ЧК)/Вт; R2=0,598 (м2ЧК)/Вт;

a=15,31 Вт/(м2ЧК); Rн=0,065 (м2ЧК)/Вт;

R0=0,968 (м2ЧК)/Вт; qІ=1353, 305Расчёт металлургической печи

Так как разность qў и qІ меньше ±5%, пересчёта не требуется.

Тепловое сопротивление пода больше, чем стен. Отсюда можно принять удельные потери через под 0,75 от потерь через стены, т. е.:

qn.n=0,75Чqcт=0,75Ч1353,305=1015 Вт/м2.

б)Потери тепла через кладку свода.

Расчёт проводим методом последовательного приближения аналогично расчёту потерь через кладку стен, поэтому приведём только результаты расчёта: tн=183,9оС, a=52Расчёт металлургической печи, R0=0,144 Расчёт металлургической печи, q=9087,81 Расчёт металлургической печи.

Расчёт металлургической печиРасчёт металлургической печиРасчёт металлургической печи


Рис.2 Схема свода печи.

Потери тепла через кладку вычисляем по формуле:

Расчёт металлургической печи

где Расчёт металлургической печи- плотность теплового потока в окружающую среду (через стены, под и свод печи);

Расчёт металлургической печи- расчетная поверхность i-го элемента кладки, м2.

Расчётная поверхность пода:

Расчёт металлургической печи

где Вп=9,6 (м) – ширина печи,

L – длина пода при торцевой загрузке:

L=LрасчЧ1,045=1,045ЧРасчёт металлургической печи.

Расчётная поверхность свода:

Расчёт металлургической печи

где `Hм=H0+d=1,23 м,

Hсв=Hў0+d=1,93 м,

Hт=1,5+d=1,73 м.

Определение активной длины пода по зонам:

методическая – Lм= LЧt1/St=34,03Ч1,105/3,469=10,84 м;

сварочная – Lсв= LЧt2/St=34,03Ч1,949/3,469=19,12 м;

методическая – Lт= LЧt3/St=34,03Ч0,414/3,469=4,07 м.

Конструктивно принимаем две сварочные зоны с Lсв=9,56м.

Следовательно потери тепла через кладку:

Расчёт металлургической печи

5) Потери тепла через окна:

Принимаем, что окно посада открыто всё время (j1=1) на h0=2Чd=0,46 м

Площадь открытия окна посада: Расчёт металлургической печи

Толщина кладки стен Расчёт металлургической печиdст=0,464 м.

Коэффициент диафрагмирования окна Ф=0,7 [5. рис.1].

Температура газов:

у окна задачи Расчёт металлургической печи =1273К;

у окна выдачи Расчёт металлургической печи =1533К.

Потери тепла через окно задачи:

Расчёт металлургической печи

Потери тепла через окно выдачи:

Расчёт металлургической печи

Общие потери тепла излучением:

Расчёт металлургической печи

6) Потери тепла с охлаждающей водой.

В табл.1 [4] указаны водо-охлаждаемые элементы методических печей и потери в них.

Расчётом определяем только потери в продольных и поперечных трубах, так как это составляет 80-90% от всех потерь. Остальные потери учитываются увеличением полученных потерь в трубах на 10-20%.

Максимальное расстояние между продольными трубами:

Расчёт металлургической печи

С учётом запаса прочности расстояние между трубами принимаем на 20-30% меньше максимального:

Расчёт металлургической печи

Диаметр и толщина подовых труб: 127ґ22 мм.

Количество продольных труб:

Расчёт металлургической печи

где lз – длина заготовки, м.

Свешивание заготовки:

Расчёт металлургической печи

Общая длина продольных труб:

Расчёт металлургической печи

Поверхность нагрева продольных труб:

Расчёт металлургической печи

Плотность теплового потока принимаем равной qпр=100 Расчёт металлургической печи [3.табл.1].

Потери тепла с охлаждающей водой продольных труб:

Расчёт металлургической печи

Принимаем конструкцию сдвоенных по высоте поперечных труб. По длине сварочной зоны и 1/3 методической расстояние между поперечными трубами принимаем равным Расчёт металлургической печи=2,32 м. На остальной части длины методической зоны продольные трубы опираются на продольные стенки.

Количество сдвоенных поперечных труб:

Расчёт металлургической печи

Общая длина поперечных труб:

Расчёт металлургической печи

Поверхность нагрева поперечных труб:

Расчёт металлургической печи

Плотность теплового потока принимаем равной [3.табл.1]:

qпп=150 Расчёт металлургической печи.

Потери тепла с охлаждающей водой поперечных труб:

Расчёт металлургической печи

Общие потери с охлаждающей водой подовых труб:

Расчёт металлургической печи

а потери тепла с теплоизоляцией:

Расчёт металлургической печи

Потери тепла с охлаждающей водой всех водо-охлаждаемых элементов печи без теплоизоляции подовых труб:

Расчёт металлургической печи

а с теплоизоляцией подовых труб:

Расчёт металлургической печи

7)Неучтённые потери тепла составляют (10-15)% от суммы статей Qк+Qп+Qв:

Расчёт металлургической печи

Расчёт металлургической печи

Общий расход тепла:

Расчёт металлургической печи

Расчёт металлургической печи

Приравнивая расход тепла к приходу, получим уравнение теплового баланса:

Расчёт металлургической печи

Расчёт металлургической печи

Расчёт металлургической печи

или

Расчёт металлургической печи, тогда расход топлива с термоизоляцией

Расчёт металлургической печи

Выбираем трубы без изоляции.


Таблица 3

Тепловой баланс печи

Статья Приход тепла Статья Расход тепла

кВт %
кВт %

Химическое тепло топлива Qx


Физическое тепло воздуха Qв


Тепло экзотермических реакций Qэ



106930,7


16884,7


2919,16


84,37


13,32


2,30

Расход тепла на нагрев металла Qм

Потери тепла с окалиной Qo

Потери тепла с уходящими газами QУ

Потери через кладку Qк

Потери тепла излучением Qл

Потери с охлаждающей водой Qбв

Неучтённые потери Qбн

36625,98


1071,630


61090,04

3771,379

1435,846


20199,47

2540,670

28,89


0,845


48,20

2,975

1,133


15,93

2,004

Всего 126734,6 100 126735,03 100


Невязка составляет – 0,00033%

Определим другие показатели.

Коэффициент полезного действия печи:

Расчёт металлургической печи

Удельный расход тепла:

Расчёт металлургической печи

Удельный расход условного топлива:

Расчёт металлургической печи

где Qу=29300 кДж/кг – теплота сгорания условного топлива.

Для дальнейших расчетов:

- расход воздуха:

Расчёт металлургической печи

- расход продуктов горения:

Расчёт металлургической печи

4. Расчёт керамического рекуператора.


Расход продуктов сгорания через рекуператор Расчёт металлургической печи; расход воздуха Расчёт металлургической печи; температура воздуха на входе и на выходе соответственно Расчёт металлургической печи и Расчёт металлургической печи; температура продуктов сгорания на входе Расчёт металлургической печи.

Тепловой поток через поверхность теплообмена:

Расчёт металлургической печи

где k – коэффициент теплоотдачи;

Dt – средне логарифмическая разность температур между воздухом и продуктами сгорания;

F – поверхность теплообмена.

Уравнение теплового баланса с учётом утечек воздуха

Расчёт металлургической печи,

где h=0,95– коэффициент учёта потерь тепла в окружающую среду;

n=0,2 – доля утечки воздуха.

Из этого уравнения выражаем температуру продуктов сгорания на выходе из рекуператора:

Расчёт металлургической печи

где Расчёт металлургической печи

Расчёт металлургической печи - концентрация воздуха, Расчёт металлургической печи=1,334 (кДж)/(м3ЧК).

По формуле получим Расчёт металлургической печи.

Определение коэффициента теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху.

Согласно рекомендации [4] скорость продуктов сгорания и скорость воздуха при нормальных условиях равны соответственно Расчёт металлургической печи и Расчёт металлургической печи.

Продукты сгорания движутся внутри рекуператорных труб.


4.1Определение коэффициента теплоотдачи продуктов сгорания.


Теплоотдача конвекцией.

Температура, средняя по длине поверхности теплообмена:

Расчёт металлургической печи.

Число Рейнольдса:

Расчёт металлургической печи,

где Расчёт металлургической печи-скорость продуктов сгорания при 957,5°С;

n-коэффициент кинематической вязкости при 957,5 °С;

dЭ–характерный геометрический параметр пространства, в котором происходит движение продуктов сгорания. При движении внутри рекуператорных труб dЭ = 0.144 м.


Коэффициент теплоотдачи конвекцией по рис.2.2[4]:

Расчёт металлургической печи,

Теплоотдача излучением.

Средняя температура стенки для входа по продуктам сгорания:

Расчёт металлургической печи.

Средняя температура стенки для выхода по продуктам сгорания:

Расчёт металлургической печи.

В рекуператоре прямоточное движение сред.

Эффективная длина луча:

Расчёт металлургической печи.

Эффективная степень черноты стенок труб рекуператора:

Расчёт металлургической печи,

где eСТ=0,8 – степень черноты шамотного огнеупора.

Парциальные давления газов численно равны их объёмным содержаниям: Расчёт металлургической печи.

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча:

Расчёт металлургической печи.

Степени черноты газов определяем по графикам [4]:

Для входа, при 1000 °С: Расчёт металлургической печи;

Для выхода, при 915 °С: Расчёт металлургической печи;

Поправочный коэффициент: Расчёт металлургической печи.

Значения коэффициента теплоотдачи:

Вход:

Расчёт металлургической печи

2. Выход:

Расчёт металлургической печи

Средний коэффициент теплоотдачи излучением:

Расчёт металлургической печи.

Суммарный коэффициент теплоотдачи:

Расчёт металлургической печи.

Определение коэффициента теплоотдачи воздуха.

Коэффициент теплоотдачи aВ=f(wB,O;tB) при tB=0,5Ч( Расчёт металлургической печи+ Расчёт металлургической печи)=237°С по рис.2.4[4]:

Расчёт металлургической печи.

Средняя температура стенки:

Расчёт металлургической печи.

Теплопроводность стенки при 597°С:

Расчёт металлургической печи.

Толщина стенки трубы: Расчёт металлургической печи.

Коэффициент теплопередачи:

Расчёт металлургической печи.


4.2 Определение требуемой поверхности теплообмена.


Для определения величины поверхности теплообмена F необходимо использовать графическую зависимость Е=f(m,q) рис.2.1[4].Относительная температура воздуха q вычисляется по формуле:

Расчёт металлургической печи,

а комплекс m как:

Расчёт металлургической печи,

где С237В=С200+Расчёт металлургической печи1,31+0,01Ч(1,32-1,31)Ч37=1,3137 кДж/(м2ЧК) – теплоемкость воздуха при tВ=237°С [4].

Из графика Е=0,5, тогда с учетом утечек воздуха поверхность теплообмена вычисляется:

Расчёт металлургической печи.


4.3 Определение размеров рекуператора.


Суммарная площадь проходного сечения труб:

Расчёт металлургической печи,

где a=1,1 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения продуктов сгорания по трубам рекуператора.

Площадь насадки рекуператора в горизонтальной плоскости:

Расчёт металлургической печи,

где SПС – проходное сечение одной трубы, отнесённое к 1м2 площади сечения насадки.

Ширина насадки рекуператора В=ВП – 1=9,6 – 1=8,6 м.

Число рядов труб в направлении, перпендикулярном движению воздуха:

Расчёт металлургической печи,

где S1=0,305 м – шаг размещения трубы по ширине печи.

Высот насадки рекуператора:

Расчёт металлургической печи,

где P=8,5 м3/м3 – поверхность теплообмена на 1м3 насадки для керамических рекуператоров.

Площадь проходного сечения для движения воздуха:

Расчёт металлургической печи.

Площадь проходного сечения воздуха по высоте одного ряда труб:

Расчёт металлургической печи.

Количество рядов труб по высоте одного горизонтального прохода:

Расчёт металлургической печи.

Число горизонтальных проходов по пути движения воздуха:

Расчёт металлургической печи,

где h=0,42м – высота трубного элемента с учетом межфланцевого торцевого зазора.


4.4 Окончательные размеры рекуператора.


Число рядов труб по ширине рекуператора:

Расчёт металлургической печи.

Число рядов труб по высоте рекуператора с учётом возможности увеличения высоты последнего прохода на 1 трубу:

Расчёт металлургической печи.

Ширина насадки рекуператора:

Расчёт металлургической печи.

Число рядов труб по длине рекуператора:

Расчёт металлургической печи,

где S2=0,304м – шаг труб по длине рекуператора.

Длина насадки рекуператора:

Расчёт металлургической печи.

Высота насадки рекуператора:

Расчёт металлургической печи.

Действительная поверхность теплообмена.

Расчёт металлургической печи.


4.5 Расчет аэродинамического сопротивления воздушного тракта.


Расчёт металлургической печи

где lТ – коэффициент трения для каналов из огнеупоров (0,05);

N=1 – число горизонтальных проходов;

dэ – эквивалентный диаметр для вертикальных каналов (0,114м);

b =1/273- коэффициент объемного расширения газов;

g=9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;

wВ,О=1,5 м/с; rВо=1,293 кг/м3;

коэффициенты местных сопротивлений:

x1 =0,5;

x2 =0,3;

x4 =1,2;

x7 =кЧ(S2/S1ЧnpЧa+b)=1,4Ч(304/305Ч54Ч0,1+2)=10,335 ,

где к – коэффициент учитывающий турбулентность движения газа;

np=М1 – 1=54 – число межрядных проходовпо длине горизонтальных каналов;

a,b – коэффициенты зависящие от S2 и диаметра труб (a=0,1;b=2).


4.6Расчет аэродинамического сопротивления тракта продуктов сгорания.


Расчёт металлургической печи где lТ – коэффициент трения для каналов из огнеупоров (0,05);

dэ – эквивалентный диаметр для вертикальных каналов (0,114);

x5, x6 –коэффициенты местных сопротивлений (0,5; 0,6);

rПсо, rво – плотность продуктов сгорания и воздуха;

b - коэффициент объемного расширения газов.

5. Выбор горелочных устройств.


Для данной методической печи используем горелки типа “труба в трубе”.

Примем следующее распределение тепла по зонам печи [8]:

- томильная зона – 15%;

- первая сварочная зона:

- верхняя – 20%;

- нижняя – 22,5%;

- вторая сварочная зона:

- верхняя – 20%;

- нижняя – 22,5%.

Число горелок в каждой зоне:

Расчёт металлургической печи

где Sг – шаг горелок [8], м;

k – число рядов горелок.

Пропускная способность одной горелки по газу:

Расчёт металлургической печи.

Давление газа перед горелкой принимаем 4 кПа, для воздуха – 0,5 кПа.

Первая сварочная зона.

Теплота сгорания топлива: QHP=8095,6 кДж/м3.

Газ холодный (20°С): rГО=1,194 кг/м3.

Температура подогрева воздуха: tВ=454°С.

Удельный расход воздуха: VВ=2,1021 м3/м3.

Расход воздуха на горелку:

Расчёт металлургической печи

Расчётный расход воздуха при подогреве его до 454оС:

Расчёт металлургической печи

где k =1,56 – коэффициент определяется по рис.5а [8].

По рис.5а [8], по расчётному расходу воздуха и давлению перед горелкой 0,5 кПа определяем тип горелок: ДНБ-275/dГ.

Расчётный расход газа:

Расчёт металлургической печи

где kt – определяется из рис.6 [8];

kp=1,31 кг/м3 – определяется из рис.7 [8].

При давлении 4 кПа и расчётном расходе газа VГрас=0,405 м3/с диаметр газового сопла – dГ =85 мм.

Проверим скорости в характерных сечениях горелки. По рис.8[8] найдём скорости Wг20=65 м/с и воздуха– Wв20=20 м/c на выходе из горелки при t=20 оС.

Действительные скорости сред:

Расчёт металлургической печи Расчёт металлургической печи

Отношение скоростей:

Расчёт металлургической печи

Отношение скоростей находится в пределах допустимого [8]. По табл.4 [8] определяем размеры горелки ДНБ-275/85 (см. прил 1.).

Скорость газовой смеси на выходе из носика горелки:

Расчёт металлургической печи

Скорости движения сред в подводящих трубопроводах:

Расчёт металлургической печи

Расчёт металлургической печи

6. Расчет газового, воздушного и дымового трактов нагревательных печей.


6.1 Определение размеров газо- и воздухопроводов.


Участок 1 диаметром d1(D1) и длиной l1(L1) соединяет каждую горелку с раздаточным коллектором.

l1 = 6 м – газопровод; L1=3 м – воздухопровод; d1 =D5, a D1= D2

Участок 2 (зонный коллектор) диаметром d2(D2) и длиной l2(L2) обеспечивает равномерное распределение газа(воздуха) на группу горелок данной зоны отопления.

Задаемся рациональными скоростями движения газа и воздуха:

wГ2=15 м/с; wВ2=8 м/с.

Площадь проходного сечения трубы для газа:

Расчёт металлургической печи, где V2=BБЧ0,225=2,971 м3/с.

Отсюда диаметр трубы:

Расчёт металлургической печи;

Площадь проходного сечения трубы для воздуха:

Расчёт металлургической печи, где V2=BБЧ0,225=2,971 м3/с.

Отсюда диаметр трубы:

Расчёт металлургической печи.

Длина l2 =L2=Bn+2=11,6 м.

Участок 3 диаметром d3(D3) и длиной l3(L3) соединяет зонный коллектор с печным. На нем размещают дроссельный клапан для плавного регулирования расхода газа(воздуха) на группу горелок зоны и измерительную диафрагму для контроля расхода газа (воздуха) на зону отопления.

l3=L3=12 м; d3=d2 =0,56154 м; D3=D2=0,76892 м.

Участок 4 диаметром d4(D4) и длиной l4(L4) обеспечивает подвод газа (воздуха) к печи из цехового газопровода (воздухопровода) и раздачу его по зонам коллектора.

Диаметр трубы газа:

Расчёт металлургической печи;

Диаметр трубы под воздух:

Расчёт металлургической печи.

Общая длина l4=L4=35 м.


6.2 Расчёт дымового тракта.


Дымовой тракт представляет собой систему каналов - боровов, обеспечивающих движение продуктов горения из печи к дымовой трубе. Расчет ведем в соответствии с типовой схемой дымового тракта методической печи. Скорость продуктов горения w02=2,5 м/с [6].

1) Соединение печи с рекуператором.

Проходное сечение борова f1=aґb=2,9Ч9,6=27,84 м2, а длина l1=5,5 м. Тогда:

Расчёт металлургической печи

2) горизонтальный участок – рекуператор с дымовой трубой.

Длина l2=40 м. Проходное сечение борова:

Расчёт металлургической печи

Выбираем боров с проходным сечением fБ=21 м2

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: