Міністерство транспорта України

Украінська державна академія залізничного транспорту

Кафедра: “Теплотехніки і теплових двигунів”

КУРСОВА РОБОТА

З дисципліни:

“Високотемпературні теплотехнологичні процеси і установки”

КР. КТТД 0 .0 ПЗ и Ч

Викона:

Ст. гр. 12-3-ТЕс

Яременко О.В.

Перевірив:

ас. Оніщенко А. В.

Харків 2011

Зміст

Вступ

1. Відомості про камерні нагрівальні високотемпературні установки

2. Вихідні дані

   1. Матеріальний розрахунок горіння палива

   2. Матеріальний баланс горіння палива

   3. Розміри робочого простору печі

   4. Розрахунок зовнішнього теплообміну у робочому просторі

   5. Тепловий баланс печі і визначення питомої витрати палива

3. Вибір та розрахунок газового пальника конструкції «Теплопроект»

   1. вихідні дані

Список літератури

Вступ

Основним напрямком економічного і соціального розвитку України є здобуття раціональної і економічної витрати усіх видів ресурсів, зниження їх витрат, прискорено здійснювати перехід до ресурсозберігаючих і безвідходних технологій, значно покращити використання вторинних енергоресурсів і відходів виробництва.

Проблема економії палива у високотемпературних установках має особливо важливе значення внаслідок великих масштабів його використання.

Загальні поняття та визначення. Загальні особливості та область використання високотемпературних тепло технологічних процесів. Технологічні, енергетичні та екологічні проблеми високотемпературної тепло технології. Енергетика тепло технології як науково – практична основа технічної реалізації нових тепло технологічних процесів та енергетичної модернізації діючих тепло технологічних установок і систем.

Високотемпературні тепло технологічні процеси лежать в основі найважливіших виробництв: металу, деталей машин, будівельних та інших матеріалів. Ці процеси здійснюються у промислових печах, в яких матеріалам або виробам надаються властивості, необхідні для кінцевого продукту або ті, що необхідні для подальшої їх обробки. Так, у нагрівальних печах метал нагріваються перед обробкою його тиском, а також проходить термообробку. При всьому різноманітті обробки тепловий вплив зводиться до призначеної температури нагрівання металу. Так, при нагріванні сталі з метою гомогенізую чого відпалювання температура нагрівання складає 1000 – 1250⁰С, при нагріванні з метою нормалізації, ізотермічного і повного відпалювання – 800 – 1100 ⁰С, при відпалюванні для попередження флокеноутворення, рекристалізаційному відпалюванні – 600 – 700⁰С, при нагріванні перед гартуванням 750 – 950 ⁰С.

Ці приклади показують, що діапазон температур нагрівання у печах різного технологічного призначення достатньо широкий, і це накладає відбиток на їх конструкцію і роботу.

За принципом роботи печі поділяються на дві групи: камерні печі з періодичним завантаженням і безперервним. У малих і середніх камерних печах температура з непереривним завантаженням протягом часу нагрівання може залишатися постійною. Потрібний режим нагрівання вибирається залежно від розмірів печі, особливостей металу, що нагрівається, продуктивності та ін. На рисунку 1.1 приведена конструктивна схема камерної нагрівальної печі з нерухомим подом.

Піч є футерованою камерою, яка розміщується у жорстко звареному каркасі 2. Футерування 1 печі може бути виконано багатошаровим із шамотної, шамотнолегковагової і теплоізоляційної цегли або листового і сортового прокату.

Гарнітура робочого вікна і заслінка, що його перекриває, зроблені водо охолоджуючими. Заслінка печі забезпечена пневматичним механізмом підняття – опускання 5. Перед робочим вікном печі, на торцевих стояках каркаса встановлено зонт, який приєднується до цехової вентиляційної системи або індивідуальної труби.

Піч опалюється природним газом або мазутом, які спалюються за допомогою пальників 3. Повітря, що подається на горіння палива, підігрівається за рахунок теплоти димових газів у радіаційному щілинному рекуператорі 6. Повітря до печі подається від дуттьової установки.

Завантаження та вивантаження металу здійснюється вручну або цеховими підйомно – транспортними засобами.

Піч забезпечена системою контролю, автоматичного регулювання теплового режиму, а також сигналізацією і відсічкою газу (мазуту) при відключенні тиску газу (мазуту) або повітря, припиненні подавання води.

Повний розрахунок нагрівальної печі охоплює визначення умов, необхідних для забезпечення потрібної продуктивності при заданих технологічним процесам параметрах нагрівання виробів.

Цій меті повинна бути підкорена робота як окремих елементів, так і печі в цілому. Основні розміри робочого простору, умови розташування заготовок, що нагріваються, і омивання їх продуктами горіння повинні забезпечити для заданої продуктивності достатню інтенсивність підведення теплоти до поверхні металу і розповсюдження його усередину виробів або заготовок. Для підведення необхідної кількості теплоти і організації температурного і теплового режиму роботи печі повинна бути достатнього потужність паливоспалюючих пристроїв. Наведеному повинна бути підпорядкована і механіка руху пічних газів. Схема використання вторинних енергоресурсів печі повинна забезпечувати підвищення економічності паливо використання при збереженні потрібних параметрів технологічного процесу.

Для проведення розрахунку печі необхідно знати: тип і конструкцію печі, рід палива, вид обробки, розміри і форму виробів, марку сталі і її хімічний склад, розташування виробів у печі, продуктивність, ємність печі або розміри поду, основні параметри нагрівання, а також температуру нагрівання повітря у рекуператорі і палива, якщо це передбачено завданням.

Вихідні дані:

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CО2	N2
87,0	2,3	0,25	0,05	0,03	0,07	10,3

1. Паливо – Нібельське родовище

2. Вид термообробки –

3. a = 140мм , l = 1030 мм – вироби, що нагріваються;

4. Марка сталі – сталь У12

5. Спосіб укладання заготівок –

6. Кількість заготівок у печі – n=16шт;

7. t= 20 °C;

1. Відомості про камерні нагрівальні високотемпературні установки

Високотемпературні тепло технологічні процеси лежать в основі найважливіших виробництв: металу, деталей машин, будівельних та інших матеріалів. Ці процеси здійснюються у промислових печах, в яких матеріалам або виробам надаються властивості, необхідні для кінцевого продукту або ті, що необхідні для подальшої їх обробки. Так, у нагрівальних печах метал нагрівається перед обробкою його тиском ( прокаткою, куванням), а також проходить термообробку (відпалювання, нормалізацію, гартування, випалювання та ін..). при всьому різноманітті обробки тепловий вплив зводиться до призначеної температури нагрівання складає 1000-1250°С, при нагріванні з метою нормалізації, ізотермічного і повного відпалювання – 800-1100°С, при відпалюванні для попередження флокеноутворення, рекристалізаційному відпалюванні – 600-700°С, при нагріванні перед гартуванням 750-950°С, при нагріванні перед гартуванням 750-950°С (залежно від мети обробки і марки сталі).

Ці прилади показують, що діапазон температур нагрівання у печах різного технологічного призначення достатньо широкий, і це накладає відбиток на їх конструкцію і роботу.

За принципом роботи печі поділяються на дві групи: камерні печі з періодичним завантаженням і безперервним. У малих і середніх камерних печах температура з неперервним завантаженням протягом часу нагрівання може залишатися постійною. Потрібний режим нагрівання вибирається залежно від розмірів печі, особливостей металу, що нагрівається, продуктивності та ін.

Піч є футерованою камерою, яка розміщується у жорстко звареному каркасі. Футерування печі може бути виконано багатошаровим із шамотної, шамотнолегкової і теплоізоляційної цегли або одношаровим із шамоту. Каркас печі і робочий фронт виконано із листового і сортового прокату.

Гарнітура робочого вікна і заслінка, що його перекриває, зроблені водо охолоджуючими. Заслінка печі забезпечена пневматичним механізмом підняття – опускання. Перед робочим вікном печі, на торцевих стояках каркаса встановлено зонт, який приєднується до цехової вентиляційної системи або індивідуальної трубки.

Піч опалюється природним газом або мазутом, які спалюються за допомогою пальників. Повітря, що подається на горіння палива, підігрівається за рахунок теплоти димових газів у радіаційному щілинному рекуператорі. Повітря до печі подається від дуттьової установки.

Завантаження та вивантаження металу здійснюється вручну або цеховими підйомно-транспортними засобами.

Піч забезпечена системою контролю (температури продуктів згорання перед рекуператором, температури підігрівання повітря, тиску повітря перед пічкою і пальником), автоматичного регулювання теплового режиму (температури в робочому просторі печі, співвідношення втрат газ-повітря, мазут-повітря), а також сигналізацією і відсічкою газу (мазуту) при відавання води.

Розрахунки печей у курсовому проектуванні.

Повний розрахунок нагрівальної печі охоплює визначення умов, необхідних для забезпечення потрібної продуктивності при заданих технологічним процесам параметрах нагрівання виробів.

Цій меті повинна бути підкорена робота як окремих елементів, так і в цілому. Основні розміри робочого простору, умови розташування заготовок, що нагріваються, і омивання їх продуктами горіння повинні забезпечити для заданої продуктивності достатню інтенсивність підведення теплоти до поверхні металу і розповсюдження його усередину виробів або заготовок. У зв´язку з цим розрахунок пічної установки складається із таких етапів:

1 Розрахунок горіння палива. 2 Вибір режиму нагрівання виробів. 3 Тепловий розрахунок камерної печі її основних розмірів. 4 Тепловий баланс печі і визначення питомої витрати палива. 5 Теплотехнічні характеристики роботи печі і шляхи підвищення її економічності. 6 Вибір і розрахунок паливоспалюючого пристрою. 7 Вибір і розрахунок рекуператора для підігрівання повітря димовими газами. 8 Розрахунок руху димових газів і повітря. Вибір тяго дуттьових пристроїв. 9 Розрахунок димової труби.

Для проведення розрахунку печі необхідно знати таке: тип і конструкцію печі, рід палива, вид обробки, розміри і формування виробів, марку сталі і її хімічний склад, розташування виробів (заготовок) у печі, продуктивність, ємкість печі або розміри поду, основні параметри нагрівання, а також температуру нагрівання повітря у рекуператорі і палива, якщо це передбачено завданням.

При виконанні розрахунків печей у дипломному проектуванні розглядається декілька(2-3) варіанта температурного і теплового режимів. Кінцевий вибір режиму роботи печі проводиться на підставі попередніх техніко-економічних розрахунків.

2.1 Матеріальний розрахунок горіння палива

Природний газ горючих і негорючих газів і задається об’ємними частками.

Склад заданного палива занести в таблицю 1.1.

Таблиця 1.1

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CО2	N2
87,0	2,3	0,25	0,05	0,03	0,07	10,3

Розрахунок горіння палива є необхідною складовою частиною теплотехнічного розрахунку високотемпературних установок.

Унаслідок розрахунку горіння палива визначають:

А) кількість необхідного для горіння повітря звичайного складу або збагаченного киснем;

Б) кількість і склад продуктів згорвння;

В) температуру горіння .

При розрахунку горіння палива витрату повітря, кільуість і склад продуктів згорання визначають на підставі стехіометричних спідввідношень горючих компонентів.

У загальному випадку для вуглеводів це спідввідношення має вигляд

C_mH_n+( m +n/4)O₂=mCO₂+n/2 H₂O,

де (m+n/4) – кількість кисню O_2, м³, що потрібне для згоряння 1 м³ кожного компонента C_mH_n;

n/2 – кількість водяної пари H₂O, м³ , що утворюється при згорянні 1 м³ кожного компонента C_mH_n;

m – кількість CO₂, м³ , що утворюється при згорянні 1 м³ кожного компонента C_mH_n.

На підставі наведеного

CH₄+2О₂↔СО₂+2H₂O;

C₂H₆+3,5О₂↔2СО₂+3H₂O;

C₃H₈+5О₂↔3СО₂+4H₂O;

C₄H₁₀+6,5О₂↔4СО₂+5H₂O;

C₅H₁₂+8О₂↔5СО₂+6H₂O.

Кількість азоту N₂, м³ , у повітрі, що бере участь у згорянні 1 м³ кожного компонента C_mH_n , при α=1 визначається рівнянням

(m+n/4)79/21

Кількість кисню O₂ у продуктах згорання при горіння палива з α=1 буде дорівнювати нулю, а при заданому α – добутку (α-1) на кількість кисню у повітря при α=1.

Кількість CO₂, м³ , у продуктах згорання буде дорівнювати сумі його при згоранні палива і кількості у палива.

Розрахунок горіння за наведеною методикою для простоти проводиться на 100 м³ заданого складу природного газу спочатку з теоретично необхідною кількістю повітря при α=1, а потім з α, що задане (таблиця 4.2.).

Оскільки згідно з законом збереження речовин маса тіл, що вступають у реакцію, дорівнює масі тіл, що отримують внаслідок реакції, правильність розрахунку можна перевірити за матеріальним балансом. Баланс завжди складають в одиницях маси, оскільки об’єми вихідних речовин і продуктів згорання можуть не дорівнювати один одному.

Приймають участь в горінні								Утворюють продукти горіння
Паливо				Повітря, м^3				CO2		H2O		O2		N2		Всього
Складові	Зміст, %	Кількість М^3	О2		N2	Всього
1	2	3	4		5	6	7		8		9		10		11
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CО2 N2	87 2,3 0,25 0,05 0,03 0,07 10,3	87 2,3 0,25 0,05 0,03 0,07 10,3	174 0,05 1,25 0,325 0,24				87 4,6 0,75 0,2 0,15		174 6,9 1 0,25 0,18
α=1
Σ %	100 100	100 100	183,9 21		691,68 79	1075,5 100	92,77 9,49		182,43 18,66				701,91 71,837		977,1 100
α =1,09
Σ %	100 100	100 100	200,4 21		753,93 79	954,3 100	92,77 8,78		182,4 17,27		16,53 1,56		764,23 72,37		1056 100