Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Южно – Уральский Государственный университет


Филиал ГОУ ВПО «ЮУрГУ» в г. Златоусте

Факультет металлургический

Кафедра «Общей металлургии»


Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу «Теплотехника»

на тему «Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной

верхней горелкой»


150101.2008.1754.00.00 ПЗ


Златоуст 2008

Аннотация


В проекте выполнены следующие расчёты: расчет горения топлива, определение размеров рабочего пространства печи, расчет нагрева металла, расчет теплового баланса печи, расчет топливосжигающего устройства и расчет рекуператора. Произведен выбор огнеупорной футеровки и способа утилизации дымовых газов.

Оглавление


1 Расчёт горения топлива

2 Определение размеров рабочего пространства печи

3 Расчёт нагрева металла

3.1 Температурный режим нагрева металла

3.2 Время нагрева металла

3.2.1 Первый интервал

3.2.2 Второй интервал

3.2.3 Третий интервал

4 Выбор огнеупорной футеровки

5 Расчёт теплового баланса печи

5.1 Приход тепла

5.2 Расход тепла

5.3 Потери тепла через свод печи

5.4 Потери тепла через стены печи

6 Расчёт топливосжигающего устройства

7 Расчёт рекуператора

8 Выбор способа утилизации дымовых газов

Библиографический список

Приложение

1 лист формата А1

1 лист формата А3

Электронная версия презентации

Электронная версия пояснительной записки

1 Расчет горения топлива


Расчет горения топлива выполняют с целью определения: количества необходимого для горения воздуха, количества и состава продуктов сгорания и температуры горения. Состав сухого природного газа приведен в таблице 1.


Таблица 1 – Состав сухого природного газа

Название СН4 С2Н4 С3Н8 С4Н10 СО2 Н2S N2
Процентная доля, (%) 85,78 4,84 1,48 1,038 0,581 1,267 4,95

Для сжигания газа выбираем инжекторную горелку, для данной конструкции горелки коэффициент расхода воздуха n = 1,1. Влажность природного газа принимаем W = 30 г/м3. Произведем пересчет состава сухого газа на влажное (рабочее) состояние (по формуле 1):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой., (1)


где WP – процентное содержание влаги в рабочем топливе.


Состав влажных газов рассчитываем (по формуле 2):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (2)


Определяем состав влажных газов (по формуле 2):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой..

где ХР, ХС – процентное содержание компонентов природного газа соответственно в рабочей и сухой массах.


Таблица 2 – Состав влажных газов

Название СН4 С2Н4 С3Н8 С4Н10 СО2 Н2S N2
Процентная доля, (%) 82,699 4,666 1,427 1,001 0,560 1,221 4,772

Низшую теплоту сгорания находим (по формуле 3):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(кДж/м3)(3)


Находим расход кислорода при сжигании природного газа при коэффициенте расхода воздуха n = 1,1 (по формуле 4):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(м3/м3) (4)


Расход сухого воздуха при n = 1,1находится (по формуле 5):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (м3/м3) (5)

Находим объемы компонентов продуктов сгорания. Находим объём сгорания углекислого газа (по формуле 6):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (м3/м3) (6)


Находим объём сгорания компонента Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(по формуле 7):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.=

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (м3/м3) (7)

Находим объём сгорания компонента азот (по формуле 8):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(м3/м3) (8)

Находим объём сгорания компонента (по формуле 9):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (м3/м3). (9)

Суммарный состав продуктов сгорания находится (по формуле 10):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (м3/м3) (10)

Процентный состав продуктов сгорания находим как отношение объёма компонента ко всему объёму продуктов сгорания (см.[1]):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой..

Правильность расчета проверяем составлением материального баланса.

Таблица 3 – Материальный баланс

Единицы измерения – кг

Поступило Получено
СН4 0,82699 ∙ 0,714 = 0,590 СО2 1,021 ∙ 1,964 = 2,005
С2Н4 0,04666 ∙ 1,250 = 0,058 Н2О 1,904 ∙ 0,804 = 1,531
С3Н8 0,01427 ∙ 1,964 = 0,028 N2 8,113 ∙ 1,250 = 10,141
С4Н10 0,01001 ∙ 2,589 = 0,026 О2 0,1949 ∙ 1,429 = 0,279
N2 0,04772 ∙ 1,250 = 0,060

Н2О 0,03726 ∙ 0,804= 0,030

Н2S 0,01221 ∙ 1,696 = 0,021

СО2 0,0056 ∙ 1,964 = 0,011

Всего 0,824 Всего 13,956
Воздух 10,209 ∙ 1,293 = 13,200 Невязка 0,078
Итого 14,024


Плотность газа находится (по формуле 11):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (кг/м3). (11)

Плотность продуктов сгорания вычислим (по формуле 12):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (кг/м3). (12)

Для определения калориметрической температуры горения найдем энтальпию продуктов сгорания с учетом подогрева воздуха (по формуле 13):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (кДж/м3), (13)

где iВ =1109,05 кДж/м3 при tВ = 800 °С (см. [1]).

Зададим температуру t’К = 2500 °С и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания (см. [1]) (по формуле 14):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. 4238 (кДж/м3) (14)

Поскольку i2500 > i0, принимаем t’’К = 2400 °С и снова находим энтальпию продуктов сгорания по формуле (15):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (кДж/м3)(15)

Находим калориметрическую температуру горения газа заданного состава по следующей формуле (по формуле 16):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(°С) (16)

Действительная температура горения вычисляется (по формуле 17):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.=Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(°С) (17)

где Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. – пирометрический коэффициент. Принимаем его равным 0,75.

2 Определение размеров рабочего пространства печи


Внутренние размеры рабочего пространства печи определяются на основании практических данных.

Ширина рабочего пространства вычисляется (по формуле 18) (см. [2]):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(м), (18)

где n – количество рядов заготовок по ширине печи, принимаем n = 3

a – зазор между рядами заготовок и между заготовками и стенками печи, принимаем а =0,25 м .

Для обеспечения производительности 20,83 кг/с в печи должно одновременно находится 120 тонн металла.

Масса одной заготовки равна 3,7 тонн (см.[3]).

Количество заготовок, которые могут одновременно находиться в печи, рассчитываем (по формуле 19):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(шт) (19)


Принимаем Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. штуки.

В двухрядном расположении заготовок общая длина печи рассчитывается (по формуле 20):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(м) (20)


При ширине печи Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой., площадь пода находится (по формуле 21):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(м2) (21)

3 Расчет нагрева металла


3.1 Температурный режим нагрева металла


Процесс нагрева разделяют на ряд периодов, при этом температура печных газов в различные периоды разная. Температурный режим нагрева влияет на изменение температуры газов в печи.

На рисунке 1 показаны графики изменения температуры газов tГ, температуры поверхности tП и центра заготовки tЦ в течение процесса нагрева.


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Рисунок 1 – График изменения температуры в процессе нагрева металла:двухступенчатый нагрев


Температура газов в печи в момент загрузки заготовок t0Г зависит от величины допускаемых термических напряжений, конструкции печи, ее топливной инерции.

Значение температуры газов во втором периоде t2Г при двухступенчатом режиме нагрева и в третьем периоде t3Г при трехступенчатом режиме назначается таким, чтобы получить в конце нагрева разность температур по сечению ΔtК не более допустимой величины. Допустимую разность температур по сечению принимают обычно по практическим данным при нагреве в следующих пределах:

– для высоколегированных сталей ΔtК = 100S;

– для других марок стали ΔtК = 200S при S ≤ 0,1 (м);

Расчет допустимой разности температур по сечению заготовки проводится (по формуле 22):


ΔtК = 300S =300∙Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (22)


где S – прогреваемая толщина металла, S > 0,2 (м).


Обычно величина t3Г составляет (по формуле 23):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(0С), (23)


где tПК – конечная температура поверхности металла, 0С (см. [1]).


Температура газов во втором периоде t2Г при трехступенчатом режиме нагрева определяется из условий службы огнеупоров и других соображений. Величина t2Г обычно равна (по формуле 24):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(0С) (24)


Температуры поверхности металла в конце промежуточных этапов tП и температуры центра tЦ предварительно задаются на основе практических данных, а затем уточняются расчетом.


3.2 Время нагрева металла


Изделие является достаточно массивным, поэтому примем, что температурный режим состоит из двух периодов: нагрева и выдержки. В период нагрева температура поверхности изделия повышается от Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.до Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой., температура дымовых газов в печи tГ меняется от 700 єС до значения, вычисленного (по формуле 25):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(0С) (25)

Температура футеровки находится (по формуле 26):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(0С) (26)

Период нагрева разобьём на три интервала, в пределах которых температуру продуктов сгорания будем считать постоянной.

В период нагрева тепловая нагрузка печи (расход топлива) неизменна. В период выдержки тепловая нагрузка печи снижается так, что температура дымовых газов Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой., металла Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. и футеровки Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. остаются неизменными.

Площадь тепловоспринимающей поверхности металла (по формуле 27):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (м2) (27)


Площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади, занятой металлом) находится (по формуле 28):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (м2) (28)


Степень развития кладки находится (по формуле 29):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (29)

Эффективная длина луча находится (по формуле 30):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(м) (30)


3.2.1 Период нагрева


3.2.1.1 Первый интервал

Средние за интервал температуры вычисляются путем среднего арифметического между начальной температурой интервала и конечной равны (см. [1]):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Парциальные давления излучающих компонентов продуктов сгорания равны (см. [1]):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(кПа), (сюда включено Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.);

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(кПа).

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча

равны (см. [1]):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(кПа∙м);

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(кПа∙м).

По номограммам (см. [1]) при Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. находим:

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Плотность потока результирующего излучения металла находим по формуле, принимая степень черноты металла равной Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. и шамотной кладки Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой., находим значения комплексов.

Находим значение комплекса М (по формуле 31):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (31)

Находим значение комплекса А (по формуле 32):

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (32)

Находим значение комплекса В (по формуле 33):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (33)

Находим значение результирующего потока энергии (по формуле 34):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (34)


Коэффициент теплоотдачи излучением в 1-м интервале периода нагрева находится следующим образом (формула 35):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (35)


Принимая значение коэффициента теплоотдачи конвекцией равным Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.Вт/м2∙К, находим величину суммарного коэффициента теплоотдачи (по формуле 36):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (36)


Заготовку прямоугольного сечения с b/h < 1,8 можно представить в виде эквивалентного цилиндра с диаметром, вычисляемым (по формуле 37)


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (м) (37)


Для заготовок, у которых отношение длины к эквивалентному диаметру Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой., можно пренебречь передачей тепла через торцевые стенки.

В случае четырехстороннего нагрева коэффициент несимметричности нагрева равен Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (см. [1]) расчётная толщина вычисляется (по формуле 38):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (м) (38)


где Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. – коэффициент несимметричности нагрева;

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. – геометрическая толщина изделия, м.


Критерий Био находится (по формуле 39):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (39)


где Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.(Вт/м2∙К) (см. [1])при Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.


Температурный критерий находится (по формуле 40):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (40)


По номограмме для поверхности цилиндра (см. [1]) находим значение критерия Фурье:


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.


Продолжительность 1-го интервала периода нагрева (по формуле 41):


Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (с) (41)


где а = Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. м2/с – коэффициент температуропроводности стали при Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (см. [1]).

Найдем температуру в

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

Похожие рефераты: