Методическая четырехзонная печь

Министерство образования Российской Федерации

Магнитогорский Государственный Технический Университет

Имени Г.И. Носова

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Методическая четырехзонная печь

Исполнил:

студент группы ТМБВ-05-01 Резов М.Г.

проверил: Попереков И.В.

2008 год

Содержание

1. Задание.

2. Введение.

3. Расчет горения топлива.

4. Определение времени нагрева металла.

5. Определение основных размеров печи.

6. Составление теплового баланса печи.

7. Выбор и расчет горелок.

8. Расчет рекуператора.

9. Расчет дымового тракта.

10. Расчет дымовой трубы.

11. Выбор вентилятора.

12. Технико-экономические показатели печи.

13. Список использованной литературы.

Введение

Нагревательные толкательные печи характеризуются противоточным движением нагреваемого металла и продуктов сгорания, а так же наличием в начале печи (со стороны посада металла) развитой не отапливаемой методической зоны, вследствие чего их часто называют методическими печами.

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).

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При торцевой выдаче необходим толкатель, который и выполняет роль выталкивателя.

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. При использовании трёх зонных методических толкательных печей на среднесортных и крупносортных станах под печи выполняют прямым, с торцевой подачей и выдачей металла.

Расчет горения топлива

Рассчитаем процесс горения природного газа следующего состава:

СО2 = 2,5%; СН4 = 84,0%; С2Н6 = 4,0%; С3Н8 = 3,0%; С4Н10 = 3,5%;

N2 =3,0%.

Содержание влаги W= 11,5 гм3

Коэффициент расхода воздуха α =1, 20

Температура подогрева воздуха tв0 = 400 0С

Определяем:

Низшую теплоту сгорания топлива, Qнр.

Расход воздуха на горение: - теоретический L0

- практический Lα

3. Расход продуктов горения: - теоретический V0

- практический Vα

4. Состав продуктов горения.

5. Температура горения топлива, tж.

Коэффициент перерасчета сухого на влажный газ:

Состав влажного воздуха:

Всего: 100%

Отношение в дутье

К1=0,21,

Где К1 доля О2 в воздухе

Теоретический расход воздуха на горение 1 м3 газа:

Практический расход воздуха:

Определим количество продуктов горения при α = 1,0

Определим количество продуктов горения при α =1,2

Действительный выход влажных продуктов горения м3/м3

Определим процентный состав влажных продуктов горения при α =1.0

Всего: 100%

Найдем процентный состав продуктов сгорания при α = 1,2;

Всего: 100%

Проверим правильность расчета составлением материального баланса:

Поступило: топливо (природный газ)

Плотность продуктов сгорания:

Получим:

Определим низшую теплоту сгорания топлива (Qnp) ^

Начальная энтальпия продуктов сгорания для расчета температур жаропроизводительной и калориметрической iж0; ik0^

Определим температуру жаропроизводительности (tж0);

Зададимся tж0 = 2000 0С, найдем q = ip, где р – массовая доля компонента в продуктах горения и I – теплосодержание компонента (из табл)

Зададимся tж0 = 2100 0С, тогда составит

21000С<iж0 >20000С

Определим калориметрическую температуру горения (t k0)

Зададимся t k0 = 21000С, тогда q=im составит

Пусть t k0 = 20000С, тогда q=im составит

40

Действительная температура горения:

Где η-пирометрический поправочный коэффициент для методических печей

Определение времени нагрева металла

Выберем температурный график процесса нагрева. Температуру уходящих из печи газов примем равной 8000С, а температуру в томильной зоне на 500С выше, чем температуру нагрева металла, то есть 12300С. На основании выше изложенного действительная температура горения 1315 0С.

Методическую зону условно разделим на 3 участка и усредним температуру в печи в пределах каждого из них. Для предварительного определения основных размеров печи зададимся величиной напряженности Н габаритного пода, H=P/F=500 кг/м2. тогда площадь пода будет равна F=120000/500=240 м2

Выполняем печь с однорядным расположением заготовок;

Определим ширину В и длину L печи.

Длина заготовок – l =4,3 м

Ширина печи В= l+δ2=4,3+2*0,28 =4,86м

Где δ – зазор между заготовками и стенами печи.

l - длина заготовки.

Длина печи

Рис.1 Температурный график нагрева печи

I-V – температурные участки методической печи:

1 - температура печи: 2 - температура поверхности металла.

Для определения степени развития кладки ω примем высоту печи h равной:

- в методической зоне нагрева – 1,0 м;

- в сварочной зоне нагрева – 2,0 м;

- в томильной зоне нагрева – 1,3 м; 40Тогда степень развития кладки по зонам будет равной:

Эффективная толщина газового слоя для каждой из зон печи находим из выражения:

Где V - объем зоны, м3;

F - суммарная площадь стен, свода и пода данной зоны, м2;

η - поправочный коэффициент, равный 0,9.

Для методической зоны с длиной Lм эффективная толщина газового слоя

Определяем время нагрева для I участка методической зоны.

Находим степень черноты газов εГ:

tr =8860С

По номограммам находим

Откуда

Принимаем степень черноты металла

определим величину коэффициента Ск. г. м.:

Коэффициент теплоотдачи излучением на первом участке методической зоны будет равен при tпов=(20+300) /2=1600С

Для определения критерия Вi и коэффициента температуропроводности находим из приложений VI иVII коэффициенты теплопроводности и теплоемкости (по средней температуре металла на участке 1600С):

Отсюда для двухстороннего нагрева критерий Вi будет равен:

- тонкое тело

Где: S=0,37*0,55=0,2 м

Из величины критерия Вi следует, что на первом участке методической зоны заготовки греются как тонкое тело и время нагрева следует определять по формуле:

где G - вес заготовки, кг

поскольку тонкое тело греется без перепада t0 по сечению, средняя температура по сечению металла к концу I участка нагрева составит 3000С.

Определим время нагрева для II участка методической зоны:

tг=10580C; tме=4500С.

По номограммам находим

Откуда

Принимаем степень черноты металла

определим величину коэффициента Ск. г. м.:

Для определения критерия Вi и коэффициента температуропроводности находим из приложений VI иVII коэффициенты теплопроводности и теплоемкости (по средней температуре металла на участке 4500С):

Отсюда для двухстороннего нагрева критерий Вi будет равен:

На данном участке заготовка греется как массивное тело. Определим величину температурного критерия для поверхности металла.

По номограмме для поверхности пластины по значениям Bi и

Находим величину критерия Фурье. F0=0,8

Коэффициент температуропроводности будет равен

Определим температуру центра металла, к концу нагрева на II участке методической зоны, для чего по значениям F0=0,8 и Bi=0,5, пользуясь номограммой для центра пластины, найдем:

следовательно

Определим время нагрева в первой сварочной зоне (участок III)

tг=12300C; tме=7400С.

По номограммам находим

Откуда

Принимаем степень черноты металла

определим величину коэффициента Ск. г. м.:

Для определения критерия Bi и коэффициента температуропроводности α находим из приложения VI и VII

Коэффициенты теплопроводности и теплоемкости (по средней температуре металла на участке 740 0С):

Коэффициент температуропроводности будет равен

Для двухстороннего нагрева критерий Bi будет равен

тело массивное

Определяем величину температурного критерия для поверхности металла.

По номограмме для поверхности пластины находим величину критерия Фурье. F0=0,4, отсюда

По номограмме для центра пластины по значениям F0 и Bi найдем

Следовательно температура центра,

Определим время нагрева в сварочной зоне (IV участок)

tг=13150С;

Степень черноты газов

По номограмме находим

Откуда

Принимаем степень черноты металла определим величину коэффициента Ск. г. м.:

Для определения критерия Bi и коэффициента температуропроводности α находим из приложения VI и VII

Коэффициенты теплопроводности и теплоемкости (по средней температуре металла на участке 1000 0С):

Отсюда критерий Вi будет равен:

На данном участке заготовка греется как массивное тело. Определим величину температурного критерия для поверхности металла.

Коэффициент температуропроводности будет равен

По номограмме для поверхности пластины находим величину критерия Фурье. F0=0,8

По номограмме для центра пластины по значениям F0 и Bi найдем

Следовательно температура центра,

Определим время выдержки (томления), пользуясь номограммой. Разность температур по сечению металла в начале выдержки составит:

Определим допустимую разность температур в конце выдержки, учитывая условие 2000С на 1м толщины заготовки;

2000С – 1 м

Тогда:

При

Средняя температура поверхности металла по толщине в зоне выдержки равна:

Находим коэффициенты теплопроводности и теплоемкости (по средней температуре металла на участке