- •Реферат
- •Введение
- •1 Проектирование нагревательной печи
- •2 Выбор режима нагрева металла
- •3 Расчет горения топлива
- •4 Расчет параметров внешнего теплообмена
- •I расчетный участок.
- •II расчетный участок.
- •III расчетный участок
- •IV расчетный участок.
- •5 Расчет нагрева металла
- •Средняя температура поверхности на первом участке
- •Число Фурье
- •Средняя температура поверхности на первом участке
- •Число Фурье
- •Средняя температура поверхности на втором участке
- •Расчетная толщина металла при нагреве:
- •Средняя температура поверхности на втором участке
- •Число Фурье
- •Расчетная толщина металла при одностороннем нагреве
- •Число Био
- •6. Тепловой баланс
- •I. Приход тепла
- •II. Расход тепла
- •8. Выбор и расчет рекуператора
- •9. Гидравлический расчет дымового тракта
- •11. Расчет количества тепловых агрегатов и их компоновка в отделении
- •Перечень ссылок
Средняя температура поверхности на втором участке
.
При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла λ3=32,96 Вт/м·К и коэффициент температуропроводности металла а2=0,0195 м2/ч.
Расчетная толщина
Число Фурье
Коэффициент теплоотдачи излучением:
в начале участка
в конце участка
средний
Число Био
Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo2=1,05 и Bi2=2,2 по номограммам -
Конечная температура поверхности металла:
что практически совпадает с предварительно заданной температурой.
Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F03=1,05 и Bi3=2,2 -
Конечная температура середины металла:
.
IV расчетный участок.
Расчетная схема нагрева металла – односторонний нагрев при постоянной температуре окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.
Задаемся конечной температурой поверхности металла на первом участке
tм.пов4= tм.ср.4=1180°С и продолжительностью нагрева τ4 = 1,104ч.
При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла λ4=33,8 Вт/м·К и коэффициент температуропроводности металла а4=0,02 м2/ч.
Расчетная толщина металла при одностороннем нагреве
Число Фурье
Коэффициент теплоотдачи излучением:
Число Био
Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при Fo4=0,2 и Bi4=3,96 по номограммам -
Конечная температура поверхности металла:
, что практически совпадает с предварительно заданной.
Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F04=0,2 и Bi4=3,96-
Конечная температура середины металла:
.
Следует также проверить температуру нижней поверхности металла, которая после одностороннего нагрева может оказаться ниже температуры середины металла.
Функции для вычисления температуры нижней поверхности металла определяем при F04=0,2 и Bi4=3,96 -
Конечная температура нижней поверхности металла:
Следовательно, самая низкая температура в середине металла и максимальный конечный перепад температур в металле:
6. Тепловой баланс
I. Приход тепла
1. Химическое тепло топлива:
(6.1)
2. Физическое тепло воздуха:
(6.2)
где Св=1,329 при tв=4000С,
3.Тепло экзотермической реакции окисления железа:
(6.3)
Р = 46,3 т/ч
II. Расход тепла
4. Тепло, затраченное на нагрев металла:
(6.4)
где средняя теплоемкость металла приtм.ср4=1171 0С
средняя теплоемкость металла приtн=20 0С
5. Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания
(6.5)
6. Потери тепла теплопроводностью через кладку
На первом расчетном участке
Потери через верхнюю часть боковых стен. Кладка верхней части боковых стен: шамот кл.А δ=230мм, шамот кл.Б δ=230мм и плиты МКРП δ=50мм. Задаемся температурой наружной поверхности кладки - tнар1=100 0С. Температура в месте соприкосновения слоев шамота кл.А и шамота кл.Б tш-ш=7200С, в месте соприкосновения слоев шамота кл.Б и плит МКРП tш-пл=450 0С.
Средняя температура шамота кл.А:
tш1=0,5(1020+720)=870 0С, (6.6)
Коэффициент теплопроводности:
λш1=0,88+0,00023·870=1,08 Вт/мК, (6.7)
Средняя температура шамота кл.Б:
tш2=0,5(720+450)=585 0С, (6.8)
Коэффициент теплопроводности:
λш2=0,84+0,00058·585=1,18 Вт/мК, (6.9)
Средняя температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:
tш2-пл=0,5(450+100)=2750С,
Коэффициент теплопроводности:
λш2-пл=0,14 Вт/мК,
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
αнар1=7+0,05·tнар1=7+0,05·100=12 Вт/м2К. (6.10)
Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковой стенки:
(6.11)
Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.А и шамота кл.Б:
, (6.12)
Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.Б и плит МКРП:
, (6.13)
Проверяем температуру наружной поверхности кладки:
.
Потери через нижнюю часть боковых стен.
Кладка нижней части боковых стен: шамот кл.А δ=260мм, шамот кл.Б δ=260мм и плиты МКРП δ=50мм.
Принимаю температуру на границе слоев t1=750 0С, на границе слоев 2 ого и 3ого t2=520 0C, а также tнар=85 0С.
Средняя температура шамота кл.А:
tш1=0,5(1020+750)=885 0С,
Коэффициент теплопроводности:
λш1=0,88+0,00023·885=1,09 Вт/мК,
Средняя температура шамота кл.Б:
tш2=0,5(750+520)=635 0С,
Коэффициент теплопроводности:
λш2=0,84+0,00058·635=1,21 Вт/мК,
Средняя температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:
tш2-пл=0,5(520+85)=302,50С,
Коэффициент теплопроводности:
λш2-пл=0,15 Вт/мК,
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
αнар1=7+0,05·tнар1=7+0,05·85=11,25 Вт/м2К.
Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковой стенки:
Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.А и шамота кл.Б:
,
Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.Б и плит МКРП:
,
Проверяем температуру наружной поверхности кладки:
.
Потери чрез свод. Кладка свода: шамот класса А(кирпич) δ=510мм. Задаёмся наружной температурой поверхности tнар=97 0С. коэффициент теплопроводности λ=0,7+0,00064t,
Средняя температура шамота:
tш3=0,5(1020+97)=558,5 0С,
Коэффициент теплопроводности:
λδ3=0,7+0,00064·558,5=1,057 Вт/мк, (6.15)
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
αнар3=7+0,05·tнар=7+0,05·97=11,85 Вт/м2К.
Удельный тепловой поток через кладку свода:
(6.16)
Проверяем температуру наружной поверхности кладки:
. (6.17)
Потери тепла через под:
Кладка пода: хромомагнезит - , шамот кл.Б - шамот-легковес- , Задаемся температурами в месте соприкосновения слоев хромомагнезита и шамота-, шамота и шамота-легковеса -, наружной поверхности кладки -.
По табл. П24 приложения коэффициент теплопроводности шамота кл.Б, шамота-легковеса, хромомагнезита
Средняя температура хромомагнезита:
Коэффициент теплопроводности хромомагнезита:
Средняя температура шамота:
Коэффициент теплопроводности шамота:
Средняя температура шамота-легковеса:
Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса:
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:
.
Удельный тепловой поток через кладку пода:
Проверяем температуру на границе слоев шамота и хромомагнезита:
Проверяем температуру на границе слоев шамота и шамота-легковеса:
Проверяем температуру наружной поверхности кладки:
Площадь поверхности боковых стен с учетом его наклона:
Fст=2·1,76·6,41=22,56м2. (6.18)
Площадь поверхности свода:
Fсв1=1,2·В·L1=1,2·6,728·6,41=51,75 м2. (6.19)
Площадь поверхности пода:
Общие потери тепла через верхнюю часть боковых стен:
(6.20)
Общие потери тепла через нижнюю часть боковых стен:
(6.21)
Общие потери тепла через свод:
(6.22)
Общие потери через под:
Общие потери тепла теплопроводностью через кладку в первом расчетном участке:
(6.23)
Аналогичным образом рассчитываем тепловые потери через кладку на других расчетных участках.
Второй расчетный участок.
Боковые верхние стены -
Боковые нижние стены -
Свод -
Под -
Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на втором расчетном участке:
Третий расчетный участок.
Боковые верхние стены -
Боковые нижние стены -
Свод -
Под -
Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на третьем расчетном участке:
Четвертый расчетный участок.
Боковые стены -
Свод -
Под -
Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на четвертом расчетном участке:
Общие потери тепла в печи теплопроводностью через кладку:
7. Потери тепла на охлаждаемые подовые трубы.
Первый расчетный участок
- 4 продольных подовых труб диаметром 121х20, l=4176мм.
Поверхность подовых труб:
Fтр=nтр·πdтрlтр (6.24)
Fтр=4·3,14·0,121·4,176=6,35 м2.
Удельный тепловой поток подовых труб в методической зоне - изолированный - 15 кВт/м2,
Потери тепла на изолированные подовые трубы:
(6.25)
Второй расчетный участок
- 6 продольных подовых труб диаметром 121х20, l=9634мм,
- 7 поперечных труб диаметром 180х32, l=7,888м,
- 8 стояков из труб диаметром 440мм и общей длиной 16,992м.
Поверхность продольных подовых труб: 6·3,14·0,121·9,634=23,06м2.
Удельный тепловой поток для продольных труб согласно таблице 6.1: изолированные - 15кВт/м2, неизолированные - 200кВт/м2.
Потери на изолированные продольные трубы: Qохл= 3,6·15·23,06=1245МДж/ч.
Поверхность поперечных подовых труб: 7·3,14∙0,18·7,888=31,2 м2.
Удельный тепловой поток для поперечных подовых труб, изолированных - 20 кВт/м2, неизолированных - 250 кВт/м2.
Потери тепла на изолированные поперечные подовые трубы:
3,6·20·31,2=2246,4 МДж/ч.
Поверхность стояков: 3,14·0,44·16,992=23,48 м2
Удельный тепловой поток для стояков: изолированный - 15 кВт/м2, неизолированный - 200 кВт/м2.
Потери тепла на изолированные стояки: 3,6·15·23,48=1268 МДж/ч
Общие потери тепла на втором расчетном участке на охлажденные подовые трубы: Qтр2=1245+2246,4+1268=4759 МДж/ч.
Третий расчетный участок
6 продольных подовых труб даметром 121мм и длиной 9308мм,
7 поперечных труб даметром 180мм и длиной 7,888м,
8 стояков из труб диаметром 440мм и общей длиной 10,472м.
Поверхность продольных подовых труб: 6·3,14·0,121·9,308=21,22м2.
Удельный тепловой поток для продольных труб: изолированные - 20кВт/м2, неизолированные - 250кВт/м2.
Потери на изолированные продольные трубы:
Qохл= 3,6·20·21,22=1527,8МДж/ч.
Поверхность поперечных подовых труб: 7·3,14∙0,18·7,888=31,2 м2.
Удельный тепловой поток для поперечных подовых труб, изолированных - 20 кВт/м2, неизолированных - 250 кВт/м2.
Потери тепла на изолированные поперечные подовые трубы:
3,6·20·31,2=2246,4 МДж/ч.
Поверхность стояков: 3,14·0,44·10,472=14,47 м2
Удельный тепловой поток для стояков: изолированный - 15 кВт/м2, неизолированный - 200 кВт/м2.
Потери тепла на изолированные стояки: 3,6·15·14,47=781 МДж/ч
Общие потери тепла на третьем расчетном участке на охлажденные изолированные подовые трубы: Qтр3=1527,8+2246,4+781=4555,2 МДж/ч.
Общие потери тепла в печи на охлажденные изолированные подовые трубы:
Qтр= Qтр1+ Qтр2+ Qтр3=343+4759+4555,2=9657 МДж/ч
8. Потери тепла излучением через окна печи
Потери тепла излучением через окна печи рассчитываем по формуле:
.
Где , из формулы Ф – коэффициент диафрагмирования определяем по рис 1.5 в зависимости от соотношений размеров окон.
Принимаем, что все боковые рабочие окна печи закрыты. А окно загрузки и выгрузки постоянно открыто.
Первый расчетный участок
На первом участке со средней температурой продуктов сгорания tг.ср1=820 0С имеется окно загрузки.
Окно загрузки имеет размеры 0,605х6,495м, площадь Fзаг=5,1м2, толщина футеровки у окна загрузки 0,58м, окно постоянно открыто - ψзаг=1. Окно загрузки рассматриваем как полосу (а/b=0). Тогда, коэффициент дифрагмирования при а/l=0,605/0,58=1,04 равен Фзаг=0,65.
Потери тепла излучением через окна на первом участке:
Четвертый расчетный участок
Окно выдачи Fвыд=0,625х6,728м2, коэффициент дифрагмирования равен Фвыд=0,67, при а/l=0,625/0,58=1,08. Fок4=5,1 м2. Доля времени открытия окна ψвыд=0,2.
Потери тепла излучением через окна:
Общие потери тепла излучением через окна печи:
Qизл= Qизл1 + Qизл4=961+656=1617 МДж/ч.
Неучтенные потери:
Qнеуч=0,1(Qм+ Qкл+ Qохл+ Qизл) (6.28)
Qнеуч =0,1(1617+4378,5+9657+43511)=5916 МДж/ч.
Уравнение теплового баланса печи без изоляции:
Qх+ Qв+ Qэкз= Qм+ Qд+ Qкл+ Qтр+ Qизл+ Qнеуч, (6.29)
9,5В+1,31В+2616,88=43511+4,082В+4378,5+9657+1617+5916
6,73В=62463, т.е. В=9281 м3/ч.
Химическое тепло топлива:
Qх=9,5·В=9,5·9281=88169,5 МДж/ч.
Физическое тепло топлива:
Qв=1,31·В=1,31·9281=12158 МДж/ч.
Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания:
Qд=4,082·В=4,082·9281=37885 МДж/ч.
Тепловой баланс печи без изоляции.
Тепловая мощность печи
М=Qх/3600=88169,5/3600=24,5 МВт. (6.30)
Тепловой баланс
Приход тепла |
Расход тепла | ||||
Статьи |
МВт |
% |
Статьи |
МВт |
% |
Хим. тепло |
24,49 |
85,6 |
Тепло на нагрев ме |
12,09 |
42,3 |
Физ. тепло воздуха |
3,38 |
11,8 |
Тепло с ух.газами |
10,5 |
36,7 |
Экзотермическое тепло |
0,73 |
2,6 |
Потери через кладку |
1,2 |
4,2 |
|
|
|
Потери излучением |
0,5 |
1,7 |
|
|
|
Потери тепла в печи на охлаждаемые изолированные подовые трубы |
2,7 |
9,5 |
|
|
|
Неучтенные потери |
1,6 |
5,6 |
Итого |
28,6 |
100 |
Итого |
28,6 |
100 |
Распределение тепловых мощностей по зонам отопления принимаем:
- первая верхняя сварочная зона - 18%,
- вторая верхняя сварочная зона - 18%,
- первая нижняя сварочная зона - 25%,
- вторая нижняя сварочная зона - 25%,
- томильная зона - 14%.
Тогда тепловые мощности зон отопления составят:
- первая верхняя сварочная зона - 0,18·24,5=4,41 МВт,
- вторая верхняя сварочная зона - 0,18·24,5=4,41 МВт,
- первая нижняя сварочная зона - 0,25·24,5=6,125 МВт,
- вторая нижняя сварочная зона - 0,25·24,5=6,125 МВт,
- томильная зона - 0,14·24,5=3,43 МВт.
Максимальный расход топлива на зоны отопления:
- первая верхняя сварочная зона - 0,18·9281=1670,6 м3/ч,
- вторая верхняя сварочная зона - 0,18·9281=1670,6 м3/ч,
- первая нижняя сварочная зона - 0,25·9281=2320 м3/ч,
- вторая нижняя сварочная зона - 0,25·9281=2320 м3/ч,
- томильная зона - 0,14·9281=1299 м3/ч.
Номинальное потребление тепла печью:
Удельный расход тепла:
7. Расчет топливосжигающих устройств
Принимаем торцевое отношение с установкой горелок типа «труба в трубе». Принимаем давление газа перед горелками 5 кПа и давление воздуха 3 кПа. Размещаем по 6 горелок в каждой зоне отопления.
Расход газа на каждую горелку в верхних сварочных зонах составит Vоб=1670,6/6=278 м3/ч, в нижних - Vоб=2320/6=387 м3/ч, в томильной зоне - Vоб=1299/6=216,5 м3/ч.
Необходимый расход воздуха на горелку:
(7.1)
- в верхних сварочных зонах - Vов=1,05·2,35·278=686 м3/ч,
- в нижних сварочных зонах - Vов=1,05·2,35·387=955 м3/ч,
- в томильной зоне - Vов=1,05·2,35·216,5=534 м3/ч,
Поправка на температуру при подогреве воздуха до tв=4000С
, (7.2)
Расчетный расход воздуха на горелку:
(7.3)
- в верхних сварочных зонах - Vв=686·1,57=1077 м3/ч,
- в нижних сварочных зонах - Vв=955·1,57=1499 м3/ч,
- в томильной зоне - Vв=534·1,57=838 м3/ч,
По этим расходам воздуха при его давлении перед горелкой р=3кПа, выбираем горелку для верхних сварочных зон ДВБ-225, и для нижних - ДВБ-225, для томильной ДВБ-200.
Поправка на плотность газа: , где- плотность газа.
Расчетный расход газа на горелку:
(7.4)
- в верхних сварочных зонах - Vг=278·0,88=245 м3/ч,
- в нижних сварочных зонах - Vг=387·0,88=341 м3/ч,
- в томильной зоне - Vг=85,1·0,88=190,5 м3/ч.
По этим расходам и давлении 5 кПа принимаем сопло для горелок ДВБ-200 диаметром 35мм для верхних сварочных зон и томильной зоны, а для нижних ДВБ-225/40.