Теплотехнический расчет камерной нагревательной печи

Теплотехнический расчет камерной нагревательной печи

Содержание

Введение

Исходные данные

.        Расчет горения топлива

.        Определение размеров рабочего пространства печи

.        Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи

.        Расчет времени нагрева заготовок

.        Уточнение основных размеров рабочего пространства печи

.        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

.        Номер варианта: 5.

2.      Производительность печи: G=0.6.

.        Размер заготовок: d=60, l=600.

.        Материал: низколегированная сталь.

.        Температура нагрева: .

.        Вид топлива: Березовский природный газ.

, , , ,

.        Температура топлива: .

.        Температура воздуха: .

.        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.

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 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 η=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).

Список использованной литературы

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.

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

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

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

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

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

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