Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Система охлаждения кессонов плавки

Система охлаждения кессонов плавки

Аннотация


В этой курсовой работе изложены теоретические основы и расчеты необходимые для построения характеристики сети, а так же описания конструкций печи, закладных кессонов и системы охлаждения закладных кессонов печи взвешенной плавки. Приведены технические показатели необходимые для расчетов.


Оглавление


Введение

Система охлаждения

Методика расчета

Численный расчет

Расчет потерь тепла

Заключение


Введение


До 1947 года вопросам охлаждения металлургических печей не уделяли должного внимания. Это объясняется тем, что все вопросы охлаждения металлургических печей решались металлургами и специалистами промышленного водоснабжения раздельно, а не комплексно.

В современной металлургической печи ряд ответственных металлических деталей находится в зоне высоких температур. Поэтому их надежная работа зависит от качества огнеупорных материалов, конструкций и стойкости охлаждающих элементов и возможна только при правильном охлаждении. Система охлаждения существенно влияет на конструкцию печи и ее долговечность.

При современном состоянии техники роль охлаждения непрерывно возрастает. Подача охлаждающей воды в излишнем количестве без должного учета ее качества, конструкции охлаждаемых деталей, тепловых нагрузок и напряжения не только не улучшает охлаждение элементов, но и приводит к бессмысленной затрате электроэнергии.

Плохое качество охлаждаемой воды, имеющей жесткость 15-20 мг-экв/л и неправильная конструкция охлаждаемых деталей (полые детали, в которых вода протекает с малыми скоростями) часто приводит к простоям печей из-за прогара этих деталей. Вследствие неудовлетворительного охлаждения деталей металлургических печей часто требовалась смена охлаждающих элементов. Поэтому, в настоящее время, строго контролируется качество воды, охлаждающих элементов и непосредственно система охлаждения металлургических печей.


Система охлаждения


Долгое время в металлургии использовалось охлаждение печей холодной водой. Система такого охлаждения довольно проста и заключается в том, что в охлаждаемую деталь поступает вода при температуре Система охлаждения кессонов плавки 10-30°С.

Значение Система охлаждения кессонов плавки определяется предварительной подготовкой или климатическими условиями. В процессе охлаждения вода воспринимает тепловой поток, поступающий в деталь из рабочего пространства печи, и нагревается до температуры Система охлаждения кессонов плавки. В большинстве случаев перепад температуры Система охлаждения кессонов плавкисоставляет 5-30°С, а коэффициент теплоотдачи а от стенки к потоку воды достигает 10 тыс.кал./(м2 -ч-град).

Величина Система охлаждения кессонов плавки определяется расходом воды и тепловой нагрузкой на деталь:


Система охлаждения кессонов плавки


где q-тепловая нагрузка (поток), F-площадь тепловоспринимающей поверхности детали. М- расход воды, с- удельная теплоемкость воды.

Параметры М, Система охлаждения кессонов плавки , Система охлаждения кессонов плавки зависят от ряда факторов.

Например, при охлаждении в условиях теплопередачи от стенки детали к воде конвекцией в сплошном потоке жидкости большое значение интенсивного отвода тепла имеет скорость воды, определяющая значение коэффициента теплоотдачи. Если площадь поперечного сечения детали задана, то увеличение скорости воды приведет к возрастанию расхода и снижению Система охлаждения кессонов плавки.

Температурный перепад Система охлаждения кессонов плавки ограничивается из недопущения выпадения карбонатной накипи на стенке детали. Чем выше жесткость воды (временная и постоянная), тем при более низкой температуре происходит выпадение из нее в виде накипей карбонатов кальция и магния. Предельная температура при которой не происходит выпадение накипей рассчитывается по формуле:


Система охлаждения кессонов плавки


-для прямоточной схемы водоснабжения;


Система охлаждения кессонов плавки


- для оборотной схемы;

где N-жесткость (карбонатная и некарбонатная). Система охлаждения кессонов плавки- окисляемость воды.

Еще одним условием является недопущение выпадения в охлаждаемых деталях взвешенных частиц, содержащихся в жидкости (песка, окалин, частиц накипи). С этой целью необходимо поддерживать скорость воды не меньше самоочищаюшей скорости, Система охлаждения кессонов плавки, при которой взвешенные частицы выносятся водой из детали. Величина Система охлаждения кессонов плавки зависит от конструкции детали, рода частиц и их крупности. Значения Система охлаждения кессонов плавкипринимаются приближенно.

Четвертое условие, которое часто учитывается при проектировании водяного охлаждения, состоит в обеспечении скорости воды, исключающей местное кипение жидкости, при котором происходит интенсивное накипеобразование. Кроме того, приходится учитывать гидравлические показатели. При большой скорости движения воды в охлаждаемых деталях могут возникнуть высокие потери напора, что потребует создания больших давлений в сети.

При охлаждении холодной водой применяют три системы водоснабжения:

Прямоточная

Оборотная

Повторного использования.


Система охлаждения кессонов плавки

Рис. 1. Схема водоснабжения промышленного предприятия.


Во всех трех случаях в качестве примера фигурирует потребитель, использующий 1000 м3/час производственной воды.

В прямоточной или разомкнутой схеме (рис.1.(а)) все потребные 1000 м3/час забираются из природного источника и после соответствующей подготовки подаются потребителю. В ходе производства часть воды теряется (испаряется) (50 м3/час). Отработанная вода в количестве 950 м3/час подвергается очистке и сбрасывается в водоем.

При оборотной, замкнутой схеме отработанная вода в водоем не спускается. Вся выходящая из производственного процесса вода подвергается очистке и обработке, после чего вновь подается в производство. Свежая вода из источника используется только для восполнения потерь в производственном процессе и процессе очистки и обработки оборотной воды.

При схеме повторного использования охлаждающая вода, слабо нагретая одним из потребителей, направляется на охлаждение другого агрегата без предварительной очистке. На металлургических заводах чаше всего используется вода, прошедшая через охлаждаемые детали электрооборудования. Схема повторного использования может входить составной частью в общую прямоточную или оборотную схему водоснабжения.

Несмотря на свою простоту, такая система охлаждения имеет ряд недостатков:

Система требует большого расхода воды, что ведет за собой увеличение диаметра подающих труб и числа насосов, расширения очистных сооружений и т. д. Значительные объемы воды затрудняют ее очистку, что приводит к частому прогоранию охлаждаемых деталей.

Невысокая температура нагретой воды делает невозможным утилизацию уносимого ею тепла, доля которого составляет 20-25% от общего его прихода в печь.

Принудительное движение воды в охлаждаемых деталях с высокими скоростями приводит к большим потерям напора, что требует создания в сети высоких давлений и повышенного расхода электроэнергии.


Методика расчета


В данном проекте мы приведем только частичный расчет сети, т. е. расходы и напоры просчитаем для подводящих трубопроводов и самих кессонов, опуская расчет слива воды из них. Впрочем, считая систему водоохлаждения симметричной относительно теплообменной части (кессонов), можно легко определить суммарные напоры во всей сети.

Поскольку нам задана необходимая скорость воды в кессоне, определяющая параметры теплообмена между кессонами и печным пространством, а также конструктивные параметры самого кессона, то очевидно следует начать расчет с определения расхода воды на один кессон.

Система охлаждения кессонов плавки;


гдеСистема охлаждения кессонов плавки - поперечное сечение трубы кессона (м2);

Система охлаждения кессонов плавки- скорость воды в кессоне (м/с);

Система охлаждения кессонов плавки- расход воды на кессон (м3/сек).

Зная внутренний диаметр трубы кессона Система охлаждения кессонов плавки (м), найдем поперечное сечение по формуле:


Система охлаждения кессонов плавки; (м2)


Теперь определим расходы и диаметр трубы для распределительной магистрали. Назовем магистралью участок трубопровода КЕВБ. Магистраль соединяет параллельно три уровня кессонов по три кессона на уровень (соединенных последовательно). Водоснабжение кессонов можно считать непрерывным, следовательно, расчетный расход на магистраль будет складываться из транзитного и путевого расходов:


Система охлаждения кессонов плавки


Т.к. расход при последовательном соединении одинаков следовательно, расход на первом уровне будет равен расходу кессона:


Система охлаждения кессонов плавки (м3/сек)

Система охлаждения кессонов плавки (м3/сек) Система охлаждения кессонов плавки (м3/сек)


Расход всей системы равен:

Система охлаждения кессонов плавки (м3/сек)


Диаметры труб магистрали находим по формуле:


Система охлаждения кессонов плавки


Теперь через найденные расходы можно найти диаметры участков трубопровода (по известной формуле связи расхода, скорости и поперечного сечения трубопровода). Расчетные значения диаметров необходимо приводить к ГОСТу, после чего пересчитывать скорость воды, следя за тем, чтобы она находилась в пределах, допустимых оптимальными технико-экономическими показателями.


Система охлаждения кессонов плавки

Рис.2. Схема кессона


Следующим этапом гидравлического расчета будет нахождение потерь напора в системе. Для этого необходимо найти общее сопротивление системы, которое складывается из сопротивлений кессонов, подводящих патрубков, участков трубопроводов, а также местных сопротивлений в отводах (коленах), клапанах, тройниках (разветвителях) и т.д. Для удобства расчетов необходимо начать рассмотрение системы с самого верхнего кессона дальнего коллектора (считая от главного подводящего трубопровода). Сопротивление кессона найдем, исходя из исходных данных. Сопротивление кессона (рис.2) включает в себя сопротивление трения в трубе и местные сопротивления на шести коленах с радиусом изгиба R = 70 мм.

Коэффициент местного сопротивления колена в кессоне определяется по эмпирической формуле:


Система охлаждения кессонов плавки


где dвн - внутренний диаметр трубы кессона (м).

Длину трубы кессона найдем приближенно по формуле:


Система охлаждения кессонов плавки (м).


где -Система охлаждения кессонов плавки примерная величина зазоров между трубой и краем кессона;

Система охлаждения кессонов плавки - длина кессона (м);

Система охлаждения кессонов плавки - ширина кессона (м).

Т.к. трубы можно считать короткими общее сопротивление кессона

можно найти по формуле:


Система охлаждения кессонов плавки

Система охлаждения кессонов плавки т.к. Система охлаждения кессонов плавки


где


Система охлаждения кессонов плавки


- удельное сопротивление трения (с2/м6);

Система охлаждения кессонов плавки


- удельное местное сопротивление (с2/м6);

Система охлаждения кессонов плавки- суммарный коэффициент местного сопротивления, равный сопротивлению 6 колен кессона.

Чтобы найти коэффициент трения Система охлаждения кессонов плавки, необходимо знать режим движения воды (турбулентный или ламинарный) и степень шероховатости трубы, что особенно важно при турбулентном режиме, когда коэффициент трения зависит от того, в каком трубопроводе идет движение - гидравлически гладком или шероховатом.

Расчет критерия Рейнольдса по формуле:


Система охлаждения кессонов плавки


где w- средняя скорость потока (м/с),

d- диаметр трубопровода (м),

Система охлаждения кессонов плавки - кинематическая вязкость воды (Система охлаждения кессонов плавки = 0,478*10-6м2/cек при Т=60° С), Если

Re<2320, то течение ламинарное и коэффициент трения Система охлаждения кессонов плавки рассчитывается по формуле:


Система охлаждения кессонов плавки,


а потери напора на трение рассчитываются по формулам Пуазейля или Дарси-Вейсбаха:


Система охлаждения кессонов плавки (м)

или


Система охлаждения кессонов плавки(м);


Если Re>2320,то течение жидкости турбулентное и 8-толщина подслоя (мм) будет рассчитываться по формуле:


Система охлаждения кессонов плавки


• если Система охлаждения кессонов плавки (Система охлаждения кессонов плавки- абсолютная шероховатость), то труба гидравлически гладкая и Система охлаждения кессонов плавки рассчитывается по формуле Блазиуса или Никурадзе:


Система охлаждения кессонов плавки


или


Система охлаждения кессонов плавки


Причем первая дает хорошие результаты при 2320<Re< 100000, а вторая при Re>100000;

• если Система охлаждения кессонов плавки, то труба гидравлически шероховатая и А. рассчитывается по формуле Никурадзе:


Система охлаждения кессонов плавки

где , Система охлаждения кессонов плавки -эквивалентная шероховатость

для меди Система охлаждения кессонов плавки =0,0013мм,

для стали Система охлаждения кессонов плавки=0,225мм


Система охлаждения кессонов плавки


Тогда потери напора на трение будут рассчитываться по формуле Дарси-Вейсбаха:


Система охлаждения кессонов плавки(м);


В свою очередь местные потери напора в местах локальных возмущений потока рассчитываются по формуле:


Система охлаждения кессонов плавки(м);


где Система охлаждения кессонов плавки коэффициент местного сопротивления, характеризующий данное сопротивление.

Зная полное сопротивление кессона можно приступить к расчету сопротивления на первом уровне.


Система охлаждения кессонов плавкиСистема охлаждения кессонов плавки (с2/м5)


Для второго и третьего уровня кессонов сопротивление вычисляются аналогичным образом.

Переходим к расчету общего сопротивления магистрали. Для этого необходимо суммировать три параллельных соединения трубопроводов. Первым находим сопротивление при параллельном соединении участка ВБА и второго уровня кессонов, оно будет равно сопротивлению в точке В.


Система охлаждения кессонов плавки (с2/м5)


Вторым находится сумма сопротивлений в точке В на участке ЕВ, с третьим уровнем кессонов:


Система охлаждения кессонов плавки (с2/м5)


Таким образом, мы находим сопротивление в точке К, что будет являтся общим сопротивлением всей системы. Оно находится суммированием сопротивлений в точке Е и на участке КЕ:


Система охлаждения кессонов плавки (с2/м5)


Потери напора в системе можно легко найти произведением общего сопротивления системы на общий расход. В нашем случае, исходя из всего вышесказанного, эта формула будет выглядеть так:


Система охлаждения кессонов плавки (м)


Запишем уравнение сети в общем виде:

Система охлаждения кессонов плавки (м)


В нашем случае приращения пьезометрического и динамического напоров не требуются и равны нулю. Поэтому перепишем уравнение (2.28) для нашего случая:


Система охлаждения кессонов плавки (м)


Численный расчет


Для того чтобы определить расход жидкости на один кессон необходимо знать площадь поперечного сечения и диаметр трубы кессона.


Система охлаждения кессонов плавки (м2/с);


Система охлаждения кессонов плавки(м2);

Диаметр трубы и размеры кессона приняты по справочной литературе.

Система охлаждения кессонов плавки(м3/с);

Зная расход кессона определяем расчетный расход на участках магистрали БВ, ВЕ, ЕК:


Система охлаждения кессонов плавки(м3/с).


где Система охлаждения кессонов плавки- расход на три кессона подключенных между собой

последовательно (см. рис. 4.1.)

Система охлаждения кессонов плавки

Рис. 3. Три уровня кессонов.


Система охлаждения кессонов плавки(м3/с).


Система охлаждения кессонов плавки(м3/с).

Теперь необходимо рассчитать диаметры участков магистрали по найденным расходам:

Система охлаждения кессонов плавки

По ГОСТу 3262-62 (трубы медные) ближайший внутренний диаметр будет равен: Система охлаждения кессонов плавки, поэтому при неизменном расходе

скорость воды на участке магистрали БВ будет равна:

Система охлаждения кессонов плавки

Система охлаждения кессонов плавки

По ГОСТу 3262-62 (трубы медные) ближайший внутренний диаметр будет равен: Система охлаждения кессонов плавки, поэтому при неизменном расходе

скорость воды на участке магистрали равна: EB будет равна:

Система охлаждения кессонов плавки

Система охлаждения кессонов плавки

По ГОСТу 3262-62 (трубы медные) ближайший внутренний диаметр будет равен: Система охлаждения кессонов плавки, поэтому при неизменном расходе

скорость воды на участке магистрали равна: КE будет равна:

Система охлаждения кессонов плавки

Сопротивление кессона равно:

Система охлаждения кессонов плавки

Длина трубы кессона равна:

Система охлаждения кессонов плавки

Определим режим движения воды в кессоне:

Система охлаждения кессонов плавки- движение установившееся турбулентное (критерий Реинольдса рассчитываем по значению кинематической вязкости воды при заданной температуре I = 60°С).

Толщина ламинарного слоя:

Система охлаждения кессонов плавки

Коэффициент эквивалентной шероховатости для труб кессонов возьмем из справочника для бесшовных стальных новых и чистых труб. Он равен 0,02 мм. Видно, что толщина ламинарного слоя больше, чем выступы шероховатости, следовательно, вода в кессонах движется в гидравлически гладком режиме (чего можно добиться, проводя регулярную чистку и своевременную замену кессонов, которые являются одной из наиболее ответственных составляющих конструкции печи).

Коэффициент трения в трубе кессона:

Система охлаждения кессонов плавки

Теперь найдем удельные сопротивления трения и местное сопротивление

для кессона:

Система охлаждения кессонов плавки

Система охлаждения кессонов плавки

Суммарные местные сопротивления в кессоне:

Система охлаждения кессонов плавки

И, наконец, сопротивление кессона:

Система охлаждения кессонов плавки

Рассчитаем потери, длину и сопротивление на первом уровне:


Система охлаждения кессонов плавки


где Система охлаждения кессонов плавки и Система охлаждения кессонов плавки


Система охлаждения кессонов плавки


где Система охлаждения кессонов плавки- длина подводящих (отводящих) труб к кессону;

Система охлаждения кессонов плавки

Так как скорость, диаметры труб, длина кессона, материал из которого сделаны трубы одинаково что на первом, что на втором уровне, следовательно:


Система охлаждения кессонов плавкит.е. Система охлаждения кессонов плавки

Рассчитаем сопротивление на участке ВБА. Для этого аппроксимируем сопротивление первого уровня и участка ВБ:


Система охлаждения кессонов плавки


Найдем режим движения жидкости на участке ВБ:

Система охлаждения кессонов плавки - турбулентное установившееся движение

Толщина ламинарного слоя:

Система охлаждения кессонов плавки

Коэффициент эквивалентной шероховатости для трубы магистрали

возьмем такой же. как для труб кессонов (0,02 мм).

Система охлаждения кессонов плавки

Таким образом, удельное сопротивление трения (или по длине) и удельное местное

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: