Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Топ:
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Теоретическая значимость работы: Описание теоретической значимости (ценности) результатов исследования должно присутствовать во введении...
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного...
Интересное:
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Дисциплины:
2018-01-28 | 200 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
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.
По методу транспортировки металла методические печи относятся к так называемым проходным печам. Ряд соприкасающихся друг с другом заготовок заполняет весь под печи и продвигается через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.
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.
РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Общие положения
Сгорание топлива может быть полным и неполным. Полное сжигание осуществляется при коэффициенте расхода воздуха α > 1, неполное при α < 1. При горении топлива основным процессом является соединение горючих составляющих топлива с кислородом ( + ; + ; + ).
Газообразное топливо по сравнению с твердым и жидким имеет ряд преимуществ: лучшее смешение топлива с окислителем (кислородом или воздухом), что позволяет проводить процесс сжигания с минимальным коэффициентом расхода воздуха; легкость транспортировки к потребителю;
простота обслуживания.
Природный газ. Основной горючей составляющей природного газа является метан , содержание которого - 92…98%. Остальные горючие составляющие - это непредельные углеводороды CmHn. Теплота сгорания природного газа 33... 38 МДж/м3, плотность 0,7...0,8 кг/м3.
Доменный (колошниковый) газ. Доменный газ является побочным продуктом в процессе получения чугуна в доменных печах. На 1 кг чугуна образуется 3 м3 доменного газа. Если металлургическое предприятие имеет полный металлургический цикл, то до 40% топливного баланса покрывается за счет доменного газа. Примерный состав доменного газа: 25…31% CO, 2...3% H2, 9...14% CO2, 0,3...0,5% CH4, 57...58% N2. Теплота сгорания доменного газа 3,5...4,2 МДж/м3.
Для характеристики теплового эффекта реакции сгорания топлива используется понятие теплоты сгорания топлива. Теплота сгорания топлива - это количество теплоты, выделяющейся при сжигании единицы топлива (кг, м3).
Калориметрическая температура горения (tк) - это температура, которую продукты сгорания получают при условии, что вся теплота, которая выделилась при полном сгорании единицы топлива, пошла на нагрев только продуктов сгорания.
|
Расчет горения топлива является основой при проектировании теплотехнических установок и состоит из разделов:
1. Перерасчет сухого состава газа в рабочий (влажный);
2. Расчет теплоты сгорания топлива;
3. Расчет теоретического и действительного количества воздуха необходимого для сжигания единицы топлива;
4. Расчет количества и состава продуктов сгорания;
5. Расчет калориметрической температуры горения топлива.
Расчетом горения определяется количество, состав и плотность топлива, воздуха и продуктов сгорания; температура горения, коэффициент использования тепла топлива.
Расчет расхода топлива, воздуха и продуктов сгорания основан на уравнениях химических реакций окисления горючих компонентов:
СО + 0,5О2 = СО2
Н2 + 0,5 О2 = Н2О
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О
С3Н8 + 5О2 = 3СО2 + 4Н2О
Горение топлива в металлургических печах происходит, как правило, в атмосфере газообразного окислителя, что является смесью кислорода, азота и водяных паров (содержанием других компонентов, таких как СО, СО2обычно пренебрегают). Количество воздуха и продуктов сгорания зависит при других равных условиях от соотношения объемов азота и кислорода
где – соответственно содержание азота и кислорода в воздухе, в объемных процентах.
Если в сухом воздухе содержание ,то это обогащенный кислородом воздух. Обогащение воздуха кислородом содействует повышению температуры горения и коэффициента использования тепла топлива (КИТ).
Расчет температуры горения ведется на основе баланса процесса горения, расчет КИТ – на основе теплового баланса печи.
Расчет горения топлива
Начальные данные:
Вид топлива – смесь природного и доменного газов с теплотой сгорания Коэффициент расхода воздуха α = 1,1, воздух, обогащенный кислородом . Состав сухих газов приведен в таблице 1.1
Таблица 1.1 – Состав сухих газов, %
Компоненты | Природный | Доменный |
3,2 | ||
CO | 0,6 | 27,5 |
0,8 | ||
0,4 | ||
0,3 | ||
0,7 | ||
W, г/м3 |
Необходимо определить: состав смеси влажных газов, количество воздуха, количество продуктов сгорания, составить материальный баланс горения, калориметрическую температуру горения, коэффициент использования тепла топлива.
|
Определение состава влажных газов (рабочего состава).
Рабочий состав газов определяется как произведение каждого компонента сухого топлива и коэффициента пересчета, например
Коэффициент пересчета сухого состава газа на рабочий:
Для природного газа:
Дальше пересчитаем каждый компонент газа во влажный состав
Сумма всех компонентов влажного топлива составляет 100 %.
Для доменного газа:
Дальше пересчитаем каждый компонент газа во влажный состав
Низшая теплота сгорания газообразного топлива - это количество теплоты, выделяющееся при сжигании единицы топлива, определяется по формуле:
Состав смешанногогаза.
Доля доменного газа в смеси:
Доля природного газа в смеси:
Состав смешанного газа:
Теплота сгорания смеси газов:
Расчетная теплота сгорания смешанного газа от заданной должна отличаться не более чем на 1%.
Определение теоретически необходимого количества воздуха рассчитываться по формуле:
где 0,5; 0,5; 2 и т.д. – это коэффициенты, которые стоят перед кислородом в стехиометрических уравнениях горения соответственных компонентов топлива;
(1 + 0,00124 · dв) – поправка на влажность;
dв – влажность воздуха в зависимости от температуры, г/м3;
, – содержание азота и кислорода в воздухе; (в не обогащенном сухом воздухе ,
Действительное количество воздуха:
Состав влажного воздуха определяется через произведение компонентов сухого воздуха и коэффициента пересчета на влажный воздух:
Тогда состав влажного воздуха определяется по формулам:
.
Объем продуктов сгорания (дыма) определяется по формуле:
Объем составляющих продуктов сгорания, образующихся при сжигании единицы газообразного топлива, определяется по уравнениям реакций горения:
- углекислый газ:
- вода:
- оксиды серы:
- азот:
- кислород:
Объем продуктов сгорания:
Состав дыма определяется по следующим формулам:
Суммарный состав продуктов сгорания должен равняться 100%. Если сумма отличается от 100% не более чем на 0,5%, то ее необходимо скорректировать. Коррекция обычно проводится по компоненту, содержание которого в продуктах сгорания максимально.
|
После выполнения расчета горения необходимо составить материальный баланс процесса горения.
Уравнение материального баланса процесса горения имеет вид:
где mт – масса топлива, при сжигании газообразного топлива
При этом плотность смешанного газа определяется по формуле:
где – молекулярная масса компонента, кг;
ri – содержание компонента в смеси, %.
– масса воздуха, подаваемого для процесса горения, определяется по формуле:
Плотностьвлажного воздуха:
– масса продуктов сгорания, определяется по формуле:
Плотностьпродуктовсгорания:
– невязка материального баланса, определяется по формуле:
Калориметрическая температура рассчитывается из предположения, что все тепло, поступаемое в зону горения, расходуется только на нагрев продуктов горения:
При =320 оС
кДж/м3
кДж/м3
кДж/м3
Теплоемкость продуктов горения является функцией калориметрической температуры, которая рассчитывается, поэтому необходимо определить ориентированную величину по i-t диаграмме, , - калориметрическая теплоемкость продуктов горения.
кДж/м3
Для кДж/м3 оС.
Энтальпия смеси газов (продуктов сгорания) определяется по температуре по формуле:
< <
оС.
Основные результаты расчета горения топлива представлены ниже в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Основные результаты расчета горения топлива:
Наименование величины | Обозначение | Численное значение |
Теплота сгорания смешанного газа | 21,49 МДж/м3 | |
Теоретически необходимое кол-во воздуха | 5,005 м3/м3 | |
Действительное количество воздуха | Lд | 5,506 м3/м3 |
Объем продуктов сгорания | Vд | 6,407 м3/м3 |
Состав продуктов сгорания: | СО2 | 11,05% |
О2 | 1,826% | |
N2 | 67,442% | |
H2O | 19,681% | |
Масса воздуха | mв | 7,057 кг |
Плотность воздуха | ρв | 1,282 кг/м3 |
Масса дыма | mд | 7,972 кг |
Плотность дыма | ρд | 1,244 кг/м3 |
Масса топлива | mт | 0,941 кг |
Плотность топлива | ρт | 0,941 кг/м3 |
Невязка материального баланса | ∆m | 0,03% |
Калориметрическая температура | tкал | 2120 °C |
РАСЧЕТ ВНЕШНЕГО ТЕПЛООБМЕНА
Методическиетолкательныепечиотносятсяк высокотемпературнымпечам,вкоторыхтеплопередаетсяк поверхностинагрева восновномизлучением.
Удельный тепловойпоток, передаваемыйизлучениемотгазовикладкиметалла, можнорассчитатьпо формуле:
Расчет внешнего теплообмена состоит в определении приведенного коэффициента излучения, Вт/(м2К4):
где - степеньчернотыметалла;
- степеньчернотыгазов;
- степеньразвитиякладки.
Приведенный коэффициентизлучения определяетсядлякаждойзоны.
|
Численное значениеωпримерноравноотношениюсуммарнойвнутреннейповерхности всехстенисводапечи квоспринимающейтепловое излучениеповерхности металлаFм,то есть:
При этом поверхность нагрева (металла) считается как сплошная плита, нагреваемая с одной стороны.
Расчет ведется в такой последовательности:
1. Предварительное определение размеров печи:
Ширина печи
где z – число рядов заготовок в печи (принимаем z = 1);
– ширина зазора между торцами заготовок и кладкой,
l – длина заготовок, l = 2,65 м.
Расстояние от высшей точки свода до уровня пода выбирается из таблицы 2.1.
Таблица 2.1 Расстояние от высшей точки свода до уровня пода по зонам печи.
Расстояние, м | |||
В месте посада металла | Верхних сварочных зон | Нижних сварочных зон | Томильной зоны |
0,8…1,5 | 2,2…2,6 | 2,4…3,0 | 1,5…1,7 |
2. Задание температур по длине печи
Температура уходящих газов задается в зависимости от вида тепловой обработки металла.
При нагреве металла под прокатку температуру уходящих газов можно принять , а при нагреве металла с целью термообработки .
В сварочной (нагревательной) зоне нагрев осуществляется при постоянной температуре печи, а в томильной зоне при постоянной температуре поверхности. Температуру в сварочной (нагревательной) зоне рекомендуется выбирать на 150 – 250 °С выше конечной температуры металла, то есть а температуру газов в конце томильной зоны в первом приближении можно принять на 50 °С выше конечной температуры металла, то есть (рис. 2.1).
3.Степень черноты окисленной поверхности металла принимают в пределах 0,8 – 0,85.
Рис. 2.1 Схема изменения температур по длине методической печи |
4. Определение степени развития кладки
Для методической зоны:
где – средняя высота методической зоны,
Для сварочной зоны:
где – средняя высота методической зоны,
Для томильной зоны:
где – средняя высота методической зоны,
5. Расчет степени черноты газов
где и определяют по номограммам [1, рис154 – 156].
Парциальное давление излучающих газов, кН/м2:
Эффективная длина луча, м:
где V – объем, занимаемый газом, м3;
F – суммарная поверхность, ограничивающая газовый объем, м2.
Для методической зоны:
Для сварочной зоны:
Для томильной зоны:
Расчет дымового тракта
Потеривместных сопротивленияхигидростатическиепотерирассчитываютсяпо формуламприведенным выше.Коэффициентыместныхсопротивленийопределяютсяс помощьюграфиков, приведенныхвсправочнойлитературе. Расчетдымовоготрактаведетсясиспользованиемрисунка 5.1.
Расходгаза, м3/с, подлинебетонногоиликирпичногогазоходаувеличивается засчетприсосоватмосферноговоздуха, поэтомусредний расходна каждом участкеопределяетсякак:
Скоростьгазапринормальныхусловиях налюбом участке:
Результатом резкого сужения на выходе из печи является местное сопротивление. Местное сопротивление определяется по формуле
где
где расход газа, м3/с;
теоретический выход продуктов горения, м3/с;
Тогдапотеридавленияна этом участкебудут составлять:
где
А конечное давление:
где Рн – давление продуктов сгорания в печи. ПринимаемРн = 0 Па.
Трение на участке l1 = 1,9 м.
Гидравлическийдиаметрканалаикоэффициентсопротивления трения:
Расход научастке(в серединедлиныучастка)можнонайтипо формуле:
Температура на участке изменится по такой формуле:
Расчетная скоростьидинамическое давление:
Тогдапотеридавленияна трениена этом участке:
Давление в конце участка:
Резкий поворот на 90°.
Расход научастке:
Температура на участке:
Расчетная скоростьидинамическое давление:
Тогдапотеридавленияна этом участкебудут составлять:
где
А конечное давление:
Гидростатические потери при опускании на глубину h1 = l2 = 6,5 м.
Температура на участке изменится по такой формуле:
Плотность окружающего воздуха:
Плотность газа в канале:
Потери геометрического давления:
Разряжение на участке:
Аналогично проводятся расчеты и для других участков. Все полученные данные сведены в таблицу 5.1
Таблица 5.1 – результаты расчета гидравлических сопротивлений дымового тракта
Вид сопротивления | Расчетный расход газа,V м3/с | Температураt, °С | Расчетное сечение, Fрасч, м² | Расчетная скорость W0, м/с | Динамическое давление,Pдин Па | Км.с. | Потери давления, , Па | Конечное давление P, Па |
Резкое сужение на выходе из печи | 6,407 | 1,9625 | 3,265 | 5,027 | 0,385 | 1,933 | -1,933 | |
Трение на участке ℓ1 | 6,421 | 798,5 | 1,9625 | 3,272 | 5,043 | 0,028 | 0,272 | -2,205 |
Резкий поворот на 90° | 6,436 | 798,5 | 1,9625 | 3,279 | 5,065 | 1,32 | 6,680 | -8,891 |
Гидростатические потери h1 | 6,439 | 792,2 | 1,9625 | 3,288 | 5,131 | - | 11,61 | -74,288 |
Трение на участке ℓ2 | 6,496 | 785,9 | 1,9625 | 3,31 | 5,128 | 0,23 | -75,449 | |
Резкий поворот на 90° | 6,558 | 785,9 | 1,9625 | 3,325 | 5,016 | 1,32 | 6,9 | -82,349 |
Трение на участке ℓ3 | 6,572 | 784,4 | 1,9625 | 3,349 | 5,213 | 0,059 | 0,281 | -82,63 |
Вход в рекуператор | 6,586 | 627,2 | 1,9625 | 3,356 | 4,458 | 13,373 | -96,0034 | |
Плавноесужение на ℓ4 | 6,626 | 3,649 | 0,01998 | 1,29 | 0,099 | 0,141 | -96,0034 | |
Трение на участке ℓ5 | 6,651 | 467,5 | 1,228 | 6,0193 | 11,793 | 0,122 | 1,434 | -97,437 |
Вид сопротивления | Расчетный расход газа м3/с | Температура t, °С | Расчетное сечение, Fрасч, м² | Расчетная скорость W0, м/с | Динамическое давление, PдинПа | Км.с. | Потери давления, ∆Р, Па | Конечное давление P, Па |
Резкий поворот на 45° | 6,676 | 467,5 | 1,228 | 6,0418 | 11,882 | 0,27 | 3,208 | -100,646 |
Трение на участке ℓ6 | 6,707 | 464,4 | 1,228 | 6,07 | 11,942 | 0,151 | 1,801 | -102,446 |
Резкий поворот на 45° | 6,738 | 464,4 | - | 6,738 | 12,053 | 0,27 | 3,254 | -105,701 |
Трение на участке ℓ7 | 6,126 | 1,228 | 6,512 | 12,114 | 0,151 | 1,827 | -107,527 | |
Гидростатические потери h2 | 6,126 | 455,562 | 1,228 | 6,512 | 12,987 | - | 57,979 | -160,424 |
Резкий поворот на 90° | 6,801 | 455,562 | 1,228 | 6,155 | 12,131 | 1,32 | 16,013 | -176,438 |
Трение на участке ℓ8 | 6,864 | 455,562 | 1,228 | 6,211 | 12,356 | 0,1 | 1,236 | -177,673 |
Дымовой шибер | 6,906 | 451,46 | 1,228 | 6,25 | 12,438 | 0,199 | 2,480 | -180,154 |
Слияние потоков | 6.954 | 451.46 | 1,105 | 5,611 | 10,025 | 10,025 | -340,025 | |
Трение на участке ℓ9 | 11,341 | 449,362 | 1,105 | 5,629 | 10,059 | 0,074 | 11,115 | -340,772 |
Вид сопротивления | Расчетный расход газа м3/с | Температура t, °С | Расчетное сечение, Fрасч, м² | Расчетная скорость W0, м/с | Динамическое давление, PдинПа | Км.с. | Потери давления, ∆Р, Па | Конечное давление P, Па |
Резкий поворот на 90° | 11,377 | 449,362 | 1,842 | 5,646 | 10,122 | 1,45 | 54,352 | -355,45 |
Трение на участке ℓ10 | 11,447 | 445,262 | 1,842 | 5,681 | 10,189 | 0,145 | 5,844 | -356,927 |
Вход в дым.трубу | 11,517 | 445,262 | 1,842 | 5,716 | 10,314 | 76,422 | -377,555 |
Расчет дымовой трубы
Дымовыетрубымогутвыполнятьсяжелезобетонными, металлическими, кирпичнымиисо стволомскремнебетона. Основным типомтрубявляются железобетонныескирпичнойфутеровкойвнутри.
Расчетдымовойтрубысостоитв определениивысоты, атакжедиаметровнижнегоиверхнегосечений.Уточненное значениеHрассчитываетсясучетомдавлениявтрубе, изменениятемпературыгазовповысотетрубы, конусностистволатрубы:
где средняя по высоте трубы температура наружного воздуха, К,
температура продуктов горения у основания и у устья трубы, К,
где δ = 1°С/м – падение температурыпродуктов сгорания наодинметрвысотытрубы;
средний диаметр трубы,
из соображений удобства обслуживания,
Расчет диаметра устья проводится по суммарному расходу дымовых газов
скорость продуктов горения у основания трубы, м/с,
Окончательная высота дымовой трубы Н = 60 м.
ВЫВОДЫ
В курсовом проекте проведен расчет трёхзонной методической печи и определены следующие ее параметры: основные размеры печи, рассчитано время нагрева металла в каждой зоне, рассчитаны основные потери и на основании этого расчета определен расход топлива на печь, составлен материальный баланс печи, определен технологический КПД печи и коэффициент использования топлива. Также было рассчитано разрежение дымовых газов в дымовом тракте и в соответствии с этим были получены данные для расчета высоты дымовой трубы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Казанцев Е.И. Промышленные печи. - М.: Металлургия, 1975.-368 с.
2. Аксельруд Л.Г, Нагревательные печи. - М.: Металлургиздат, 1962.-276 с.
3. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. -М.: Металлургиздат, 1962.-568 с.
4. Филимонов Ю.П., Старк С.Б., Морозов В.А. Металлургическая теплотехника. - М.: Металлургия, 1962.-350 с.
5. Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи, - М.: Металлургия, 1977.-464 с.
6. Мастрюков B.C. Теория, конструкции и расчёты металлургических печей. - М.; Металлургия, I977.-T.2, - 272 с.
7. Атлас металлургических печей / Под ред. В.А. Кривандина, - М.: Металлургия,1978. - 364 с.
8. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Теплотехнологічні процеси та установки» / Сапронова О.В. - Донецьк: ДонНТУ, 2014. -69с.
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
|
|
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!