- •Министерство образования и науки российской федерации
- •Введение.
- •1. Содержание и объем курсового проекта
- •1.1. Расчетно-пояснительная записка
- •1.2. Графическая часть
- •2. Содержание пояснительной записки
- •2.1. Введение
- •2.2. Обоснование выбора типа и конструкции печи
- •2.3. Конструктивный расчет
- •2.3.1. Расчет материального баланса процесса обжига
- •Материальныйбаланспроцессаобжига
- •2.3.2. Расчет химического состава шихты и готовых изделий
- •Химический состав сырья и его содержание в шихте
- •Химический состав шихты и готовых изделий
- •2.4. Теплотехнический расчет
- •2.4.1. Расчет горения топлива
- •Материальный баланс процесса горения газообразного топлива
- •Материальный баланс процесса горения твердого и жидкого топлива
- •2.4.2. Расчет эффективной теплоемкости керамических материалов
- •Теплоемкость некоторых оксидов
- •2.5. Аэродинамические расчеты
- •2.5.1. Подбор вентилятора
- •Формулы для пересчета характеристик вентиляторов
- •2.6. Выводы по проекту
- •Приложения
- •Образец оформления титульного листа пояснительной записки
- •Правила оформления пояснительной записки
- •Реферат
- •Правила оформления страниц текста пояснительной записки
- •Образец основной надписи для документов
- •Приложение 6 Химический состав сырьевых материалов
- •Приложение 7 Типовые составы масс Фарфоровых санитарных керамических изделий, %
- •Плиток для полов, %
- •Плиток для внутренней облицовки стен, %
- •Керамического кирпича, %
- •Приложение 10 Характеристика твердого топлива некоторых месторождений
- •Приложение 11 Состав некоторых жидких топлив
- •Приложение 12 Кажущаяся теплоемкость рядовых углей кДж/(кг·к)
- •Средние теплоемкости газов при различных температурах, кДж/(м3·к)
- •Приложение 15
- •Оглавление
- •Приложение 17. Паспортные характеристики вентиляторов и дымососов ………………………………………………………………47
2.4. Теплотехнический расчет
Теплотехнические расчеты включают в себя расчет горения топлива, тепловой баланс зон подогрева и обжига (теплопотребляющих зон), тепловой баланс зоны охлаждения, расчет технико-экономических показателей работы печи.
В расчетах по горению топлива определяют: его теплотворную способность; коэффициент избытка воздуха, исходя из максимальной температуры обжига; теоретический и действительный расходы воздуха, необходимые для горения; температуру подогрева последнего при условии его подогрева; количество и состав продуктов горения (теоретический и действительный), делают проверочный расчет теоретической и действительной температур горения. Расчеты по горению топлива приведены в подразд. 2.4.1.
В результате теплотехнического расчета печи определяют расход топлива для обеспечения необходимой температуры в печи и объем воздуха, требуемый для охлаждения изделий до заданной температуры. Методики теплотехнических расчетов тепловых агрегатов различной конструкции изложены в литературных источниках. Для определения необходимого расхода топлива в печи составляют тепловой баланс ее теплопотребляющих зон (зоны подогрева и обжига). Требуемый расход воздуха для охлаждения обоженных изделий рассчитывают из теплового баланса зоны охлаждения печи.
Приблизительную оценку теплоемкости керамических материалов производят по их химическому составу, пренебрегая соединением оксидов в силикаты, шпинели и другие соединения. Пример расчета эффективной теплоемкости и требуемые для этого данные приведены в подразд. 2.4.2.
Заканчивается этот раздел расчетами удельного расхода топлива и тепла на обжиг материала, определением коэффициента полезного действия печи и т.д.
Расход натурального топлива (В, нм3/ч, кг/ч) в условное (Вусл) пересчитывается по формуле, кг/условного топлива/единица продукции:
, (2.8)
где – низшая теплотворная способность натурального топлива, кДж/нм3 (кДж/кг);
Рч – часовая производительность печи, единица продукции/ч
или В усл, %:
, (2.9)
где – часовая производительность печи, кг/ч.
Коэффициент полезного действия печи η, %, представляет собой отношение полезно затраченного тепла на технологические процессы Qтех, к количеству тепла, выделившемуся при горении топлива Qгор:
, (2.10)
где Qм – теплота, затраченная на нагрев материала до максимальной температуры обжига, кДж/ч (кДж/цикл);
Qисп – тепло, затраченное на испарение физической влаги из поступающего в печь материала, кДж/ч (кДж/цикл);
Qх – тепло, затраченное на химические процессы, протекающие
в материале, кДж/ч (кДж/цикл).
2.4.1. Расчет горения топлива
Расчет горения топлива необходим для того, чтобы правильно выбрать дутьевые и тяговые устройства к печи, обеспечивающие нормальный процесс горения, движения дымовых газов и необходимый температурный режим в рабочем пространстве печи. Составы различного вида топлива приводятся в прил. 9 – 11. Если для газообразного топлива состав дается на сухой газ, а для жидкого и твердого на горючую массу, то необходимо провести перерасчет всех составляющих на рабочую массу.
Перерасчет производится по следующим формулам:
для газообразного топлива, %
, (2.11)
где – содержание метана в рабочем топливе, %;– содержание метана в сухом топливе, %;WP – содержание влаги в рабочем топливе, %;
для твердого и жидкого топлива, %
, (2.12)
где CP, CГ – содержание углерода в рабочей и соответственно в горючей массе топлива, %; WP – содержание влаги в топливе, %; АР – содержание золы в топливе, %.
По аналогичным формулам пересчитываются остальные составляющие топлива. Обычно содержание влаги в природном газе составляет 0,5 – 1,5%, в мазуте – 2 – 4%.
Теплота сгорания газообразного топлива определяется как сумма произведений тепловых эффектов горения составляющих газа на их количество (и т.д.), выраженное в объемных процентах, для природного газа, кДж/нм3
(2.13)
Теплота сгорания твердого и жидкого топлива определяется по формуле Д. И. Менделеева, кДж/кг
= 339СР+ 1030НР – 108,9(ОР – SP) – 25WP, (2.14)
где СР, НР, ОР, SP,WP – составляющие элементы рабочего топлива, мас. %.
Расход воздуха на горение
В расчетах принимают следующий состав воздуха, об. %: азот – 79 и кислород – 21. Количество влаги, вносимое атмосферным воздухом, незначительно увеличивает расход воздуха. При расчетах печей влажность атмосферного воздуха можно не учитывать. Теоретически необходимый для горения расход сухого воздуха определяется по следующим формулам:
для твердых и жидких топлив, нм3/кг
L0= 0,0889СР+ 0,265НР – 0,0333(ОР – SP); (2.15)
для природного газа, нм3/нм3
(2.16)
Расход атмосферного воздуха при влагосодержании d, г/кг сухого воздуха, нм3/нм3 (нм3/нм3)
= (1+0,0016d)L0. (2.17)
Практически для полного сгорания топлива требуется подвод воздуха в количестве, превышающем теоретически необходимое, так как трудно достигнуть идеального смешения топлива с воздухом. Действительный расход сухого воздуха с учетом коэффициента расхода воздуха, нм3/кг (нм3/нм3)
Lα= α L0. (2.18)
Коэффициент расхода воздуха
, (2.19)
где tT – температура топлива, оС;
cT – объемная теплоемкость топлива, кДж/м3К;
V0 – общий объем дымовых газов, нм3/нм3;
tК – калориметрическая температура горения, оС;
cДГ – объемная теплоемкость дымовых газов, кДж/м3К;
cВ – объемная теплоемкость воздуха, поступающего на горение топлива кДж/м3К;
tВ – температура воздуха, поступающего на горение топлива, оС.
Данные по теплоемкости углей приводятся в прил.12. Объемная теплоемкость газообразного топлива, кДж/м3 оС
, (2.20)
где сi – объемная теплоемкость составляющих топлива (СН4, СО2, и др.), кДж/м3К при температуре tT (прил. 13);
Ai – содержание составляющих топлива, об %.
Теплоемкость мазута, кДж/(кг·К)
Стопл = 1,7386 + 0,0025 · tтопл,
где tтопл – температура подогрева мазута, оС.
Для сухого твердого топлива средняя теплоемкость составляет примерно
= 1,05 кДж/кг (2.21)
Для влажного топлива при влажности WP (%), кДж/кг·К
. (2.22)
Температура топлива принимается в следующих пределах, оС: для твердого топлива – равной температуре окружающего воздуха; пылевидного топлива 40 … 50, мазута 55 … 90, природного газа – 0 … 30 оС (в зависимости от времени года).
Общий объем дымовых газов при сжигании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха, т.е. при α = 1, нм3/нм3(нм3/кг)
. (2.23)
Необходимая теплота подогрева воздуха, кДж/нм3
, (2.24)
где iД – тепло продуктов сгорания топлива для заданной действительной температуры tД; определяется из i – t диаграммы (прил. 14);
ηП – пирометрический коэффициент полезного действия процесса горения, учитывающий практическое значение тепловых потерь факелом при заданных условиях сжигания топлива. Приближенные значения пирометрического коэффициента приводятся в прил. 15.
Если значение iПОД получается отрицательным, то подогрев воздуха не требуется. Температура подогрева воздуха
, (2.25)
где Св – теплоемкость воздуха, кДж/кг.
Объем отдельных составляющих продуктов горения твердого и жидкого топлив подсчитываются по следующим формулам:
, нм3/кг
= 0,01855 , (2.26)
где – количество фактически сгоревшего углерода, %, равное
= (0,95 0,97)· ; (2.27)
, нм3/кг
= 0,007 ; (2.28)
, нм3/кг
= 0,112 +0,0124(+100·)+0,0016, (2.29)
где WП – весовое количество пара, вводимого для распыления жидкого топлива, кг/кг топ;
, нм3/кг
= 0,79 +0,008. (2.30)
Для природного газа, нм3/нм3
; (2.31)
(2.32)
; (2.33)
. (2.34)
Калориметрическая температура горения топлива, оС
tK = , (2.35)
где tД – действительная температура горения, т.е. температура обжига изделий в печи, оС.
Теплоемкость дымовых газов, кДж/(м3·К)
СДГ = , (2.36)
где – теплоемкость составляющих дымовых газов, кДж/м3кг при температуре tK;
–процентное содержание составляющих дымовых газов, %.
Действительный расход атмосферного воздуха при его влагосодержании d, нм3/кг (нм3/нм3)
. (2.37)
Когда известен расход топлива В (кг/ч или нм3/ч), то общий расход сухого воздуха, необходимый для сжигания топлива, нм3/ч
Vвозд = В·Lα . (2.38)
Действительный расход атмосферного воздуха, нм3/ч
. (2.39)
Количество и состав продуктов горения при избытке воздуха α вычисляется следующим образом: количество образующегося СО2 и SO2 не изменяется с изменением коэффициента расхода воздуха, так как оно зависит только от состава топлива, поэтому
; . (2.40)
см. формулы (2.31), (2.34)
Количество водяного пара и количество азотаподсчитываются соответственно по формулам (2.29, 2.32) и (2.30, 2.33) с заменойL0 на Lα.
Значение , независимо от вида топлива, нм3/нм3
(2.41)
Общий объем дымовых газов при коэффициенте избытка воздуха, нм3/нм3
(2.42)
Процентный состав продуктов горения; %:
(2.43)
Объем продуктов горения при разных коэффициентах расхода воздуха можно найти, зная разность между объемом продуктов горения и количеством израсходованного воздуха, нм3/кг
ΔV = V0 – L0 = Vα – Lα , (2.44)
Так как ΔV не зависит от коэффициента избытка воздуха, а только от состава топлива, то
V0 = L0 + ΔV ; (2.45)
= Lα + ΔV. (2.46)
Материальный баланс процесса горения на 100 нм3 составляется по форме (табл. 2.4)
Таблица 2.4