Теплотехнический расчет камерной нагревательной печи

Содержание Введение Исходные данные.

1. Расчет горения топлива.

2. Определение размеров рабочего пространства печи.

3. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.

4. Расчет времени нагрева заготовок.

5. Уточнение основных размеров рабочего пространства печи.

6. Тепловой баланс печи Заключение Список использованной литературы Приложение: Эскиз камерной печи (А3).

КАМЕРНАЯ ПЕЧЬ, ТОПЛИВО, ЗАГОТОВКА, ТЕПЛОПЕРЕДАЧА, СВОД, ПОД, РАБОЧАЯ КАМЕРА, ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, ТЕПЛОПОТЕРИ, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ Объект — камерная нагревательная печь.

Цель — ознакомление с конструкцией проектируемой печи и ее основными элементами, овладение методикой расчета и основами проектирования камерных печей, а также закрепление теоретических и практических знаний, полученных при изучении дисциплины.

Введение

Высокотемпературные процессы лежат в основе важнейших производств в черной и цветной металлургии, нефтяной и нефтехимической промышленности, производства строительных материалов и осуществляются в промышленных печах. Тепловая работа печи протекает в ее рабочем пространстве, где одновременно происходит процессы горения и передача тепла от источника к поверхности нагреваемого материала. Производительность печи, а также форма и размеры ее рабочего пространства зависят от свойств, размеров и режима нагрева изделий, их размещения в печи, выбор способа сжигания топлива и других факторов. Нагреваемые изделия в печах в большинстве случаев располагаются на поду печи. Процесс передачи тепла от факела к поверхности нагреваемого материала протекает в результате излучения на поверхность материала и омывания нагреваемых тел потоком продуктов сгорания топлива. В соответствии с этим рабочее пространство печи должно быть рассчитано и спроектировано так, чтобы обеспечить условия полного сжигания топлива и интенсивность теплообмена продуктов сгорания топлива с поверхностью нагреваемого материала. Режим работы нагревательных печей определяется характером изменений температуры во времени и в рабочем пространстве печи теплового потока, падающего на металл. Режим нагрева, при котором температура изменяется по длине рабочего пространства, называется методическим, а печи, работающие в этом режиме, — методическими. В таких печах, как правило используется принцип противоточного движения металла и продуктов горения, что позволяет более равномерно нагревать изделие и обеспечить более полное использование тепловой энергии продуктов горения топлива в рабочем пространстве печи. Эти печи обычно имеют рабочую камеру удлиненной формы, в виде туннеля постоянного или переменного сечения, а топливосжигающее устройство располагается преимущественно на торцовой стене печи, противоположной садочному окну. Рабочее пространство таких печей разделяется на две зоны: предварительного подогрева металла (методическая зона), интенсивного нагрева (сварочная зона) и выдержки металла с целью выравнивания температур по сечению слитка (томильная зона). Количество зон и тепловой режим каждой из них выбирают в соответствии с требуемым режимом нагрева заготовок.

Исходные данные.

1. Номер варианта: 5.

2. Производительность печи: G=0.6.

3. Размер заготовок: d=60, l=600.

4. Материал: низколегированная сталь.

5. Температура нагрева: .

6. Вид топлива: Березовский природный газ.

, , ,.

7. Температура топлива: .

8. Температура воздуха: .

9. Коэффициент избытка воздуха: .

1. Расчет горения топлива По выбранному составу топлива последовательно определяем:

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 м³ природного газа:

Действительное количество воздуха необходимое для сгорания 1 м³ природного газа, с учетом коэффициента избытка воздуха:

Количество и состав продуктов полного сгорания по отдельным компонентам при сжигании природного газа:

Суммарное количество продуктов горения:

Процентный состав продуктов горения:

Калометрическая температура горения:

.

где — низшая теплота сгорания топлива;

— энтальпия топлива при температуре ;

— энтальпия воздуха при температуре ;

, , — объемная теплоемкость при температуре ;

Низшая теплота сгорания для газообразного топлива:

Энтальпия топлива при температуре :

— объемная теплоемкость топлива при температуре.

Энтальпия воздуха при температуре ;

— объемная теплоемкость воздуха при температуре.

Принимаем калометрическую температуру горения .

Калометрическая температура горения:

Так как рассчитанное значение отличается от принятого значения менее чем на 30, то эта величина не уточняется.

Эффективная температура:

где.

2. Определение размеров рабочего пространства печи Принимаем величину активной площади пода равной:

Число заготовок, одновременно находящихся на поду:

где — площадь одной заготовки Укладываем заготовки в три ряда.

Длина пода:

где — зазор между заготовками Ширина пода:

Действительная площадь пода:

Коэффициент загруженности пода:

Высота рабочего пространства печи:

где — опытный коэффициент.

3. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи Эффективная толщина газового слоя:

где — объем рабочей камеры печи за вычетом объема занимаемого металлом.

— площадь поверхности стен и свода печи.

— площадь поверхности пода Температура дымовых газов:

Парциальные давления компонентов продуктов горения:

Произведения парциального давления и эффективной толщины:

Поправочный коэффициент для водяных паров:

Степени черноты компонентов продуктов горения:

Степени черноты продуктов горения:

Приведенный коэффициент излучения:

где — коэффициент излучения абсолютно черного тела.

— степень черноты металла.

— угловой коэффициент Температуры заготовок в промежуточных точках интервала нагрева:

Коэффициенты теплоотдачи на границах интервалов:

Средние значения коэффициентов теплоотдачи:

Суммарные коэффициенты теплоотдачи:

4. Расчет времени нагрева заготовок Критерий Био:

где — расчетная толщина изделия.

— коэффициент теплопроводности заготовок,.

Время нагрева:

где — теплоемкость металла,.

— плотность изделий.

— коэффициент формы тела.

— коэффициент массивности Общее время нагрева:

5. Уточнение основных размеров рабочего пространства печи Уточненное число заготовок:

где — масса одной заготовки,.

Уточненная активная площадь:

Отношение активных площадей:

Найденное значение активной площади отличается менее чем на 15% от первоначально принятой активной площади.

6. Тепловой баланс Расход теплоты на нагрев металла:

Теплота, теряемая через кладку печи:

где — коэффициент теплоотдачи от кладки к окружающей среде.

— коэффициент теплоотдачи от продуктов горения к кладке.

— толщина соответствующего слоя кладки.

— коэффициент теплопроводности материала кладки.

— средняя площадь поверхности кладки.

— коэффициент теплопроводности изоляции.

— коэффициент теплопроводности кладки Теплота, теряемая излучением через открытые окна и щели:

где — площадь поверхности окна.

— коэффициент диафрагмирования.

— доля времени, в течение которого окно открыто, по отношению к общему времени пребывания металла в печи Расход топлива:

где — удельный тепловой эффект окисления железа.

— величина угара металла Теплота от сжигания топлива:

Теплота экзотермических реакций:

Физическая теплота топлива:

Физическая теплота воздуха:

Теплота уходящих газов:

Неучтенные потери:

Приход теплоты:

Расход теплоты:

Удельный расход топлива:

Коэффициент использования топлива:

Таблица 1.

Тепловой баланс печи.

Заключение

В данной курсовой работе был рассчитан процесс горения Березовского природного газа, уточнены размеры печи и составлен тепловой баланс с определением расхода топлива.

В процессе выполнения данной работы ознакомились с конструкцией и принципом действия камерной нагревательной печи. В результате расчетов получили основные размеры рабочей камеры печи ширина 1.5 м, длина 2.04 м и высота 0.839 м. Так же ознакомились с методикой составления теплового баланса для методических печей. Ознакомились с методикой расчета и проектирования рабочей камеры печи. В результате расчета расхода топлива (b=0.030 кг у.т./кг материала) получили значение термического КПД тепловой работы агрегата з=65.42%. Так же выяснили, что теплота, уносимая отходящими продуктами горения равна 251.806 кВт. Данное количество теплоты можно использовать для подогрева воды на промышленные нужды или использования коммунально-бытовыми потребителями, установив водотрубный котел-утилизатор (внутри по трубам движется вода, снаружи в межтрубном пространстве — отходящие технологические газы).

1. Теплотехнические расчеты высокотемпературных установок. Мусатов Ю. В., Серов Д. Ю., Прелатов В. Г. С.: СГТУ, 2003 — 32 с.

2. Васильев Ю. А. Теплотехнические расчеты промышленных печей: Учеб. пособие. С.: СПИ, 1984 — 76 с.

3. Щукин А. А. Промышленные печи и газовое хозяйство заводов. М.: Энергия, 1973 — 223 с.

4. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки. Под ред. А. Д. Ключникова. М.: Энергоатомиздат, 1989 — 336 с.

5. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справ. рук-во. М.: Металлургия, 1978 — 367 с.

6. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. СПб.: НПО ЦКТИ, 1998 — 256 с.

7. Теплотехнический справочник. Под ред. В. Н. Юренева, П. Д. Лебедева. М.: Энергия, 1976 — 869 с.

8. Троянкин Ю. В. Проектирование и эксплуатация огнетехнических установок. М.:Энергоатомиздат, 1988 — 257с.