Определение теплоты сгорания топлива (производительность печи – 325 кг/ч, марка стали – М28)

Страницы работы

16 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Факультет - Механико-машиностроительный

Специальность – Электрометаллургия стали и ферросплавов

Кафедра – Металлургия черных металлов

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине  «Теплотехника»

Студент  гр. 10270                                                                    О.Р. Ананьева

Руководитель                                                       

К.т. н, доцент                                                                           Ю. А. Загромов

Юрга - 2010

Введение

Камерные печи с постоянной температурой рабочего пространства. Постоянство температуры в рабочем пространстве может наблюдаться в печах непрерывного действия, если выдача металла осуществляется небольшими порциями. На освободившееся место поступает такая же холодная заготовка. При этих условиях термопара или оптический пирометр, помещенные в камеру покажут постоянную температуру промежуточную по отношению к температуре стенок и нагреваемых предметов. Это рабочая температура или работа печи.

В камерных печах нагреваемый материал неподвижен. Поэтому в камерных печах, во всех точках рабочего пространства должны обеспечиваться одинаковые условия передачи тепла нагреваемому материалу. Общая тепловая мощность печи с постоянно меняющейся садкой постоянна. Приступая к расчетам необходимо определить предварительные размеры печи и выбрать ее конструкцию.

Расчет горения топлива

Основная задача:

-определение теплоты сгорания топлива,

-определение количества воздуха, необходимого для сжигания единицы топлива,

-определение количества и состава продуктов сгорания, образующихся при сжигании единицы топлива.

Исходные данные:

Газопровод

Состав газа по объему, %

Саратов

Москва

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

N2

CO2

84,5

3,8

1,9

0,9

0,3

7,8

0,8

1.Теоретически необходимое количество воздуха для горения:

Vв0= 0,0476 [0,5CO + 0,5H2 + 1,5H2S + Σ(m + n/4) CmH4 – O2]=

=0,0476[(1+4/4)84,5+(2+6/4)3,8+(3+8/4)1,9+(4+10/4)0,9+(5+12/4)0,3]=

=9,52 м33.

2.Перерасчет сухого топлива на влажное:

;

CH4=К·CH4=1·84,5=84,5%;

C4H10=K·C4H10=1·0,9=0,9%;

CO2=K·CO2=1·0,8 =0,8%;

C2H6=K· C2H6=1·3,8=3,8%;

C5H12=K·C5H12=1·0,3=0,3%;

C3H8=K·C3H8=1·1,9=1,9%;

N2=K·N2=1·7,8=7,8%.

3.Действительное количество воздуха:

Vв=α·Vв0=1,1·9,52=10,5 м33;

α =1,1;

α - коэффициент избытка воздуха.

4.Объем избыточного воздуха:

∆Vв=(α-1)·Vв0 =(1,1-1) ·9,52=0,95 м33.

5.Теоретическое количество азота:

V0=α·Vв0=0,79·9,52+7,8/100=7,6 м33.

6.Количество трёхатомных газов:

V=0,01[CO2+CO+H2s+ΣmCmHn]=

=0,01[0,1+84,5+(2·3,8)+(3·1,9)+(4·0,9)+(5·0,3)]=

=1,03 м33.

7.Теоретическое количество водяных паров:

V0=0,01[H2S+H2+·Σn/2CmHn+0,124dr]+0,016Vв0=

=0,01[2·84,5+3·3,8+4·1,9+5·0,9+6·0,3]+0,016·9,52=2,09 м33.

8.Действительное количество водяных паров:

V=V0+0,0161·(α-1)·Vв0=2,09+0,016·(1,1-1) 9,52=2,01м33.

9.Объём дымовых газов:

Vд.г=VRO+VN0+VHO+∆Vв=1,03+7,6+0,95+2,01=11,59 м33.

10.Парциальные давления компонентов смеси:

11.Теплота сгорания топлива:

QHp=126,36·CO+107,98·H2+358,2·CH4+637,3·C2H6+912,3·C3H8+

1186,2· C4H10+1460·C5H12+560,43·C2H2+254,07·H2S=

=358,2 ·84,5+637,3· 3,8+912,3 ·1,9+1186,2· 0,9+1460·0,3=35928,6 кДж/м3.

12.Калориметрическая температура горения:

при tk=22000С:

tв=3300С:                                   .

13.Действительная температура горения:

t=η·tk=0,7 ·2067,02=1446,910C;

где η – пирометрический коэффициент для камерных печей;

η=0,65…0,7.

В дальнейших расчетах температуру печи принимаем равной tп=950+50=10000С. Это позволит уменьшить потери тепла с уходящими газами, а при необходимости уменьшить время нагрева.

Расчёты нагрева металла

Исходные данные:

Производительность печи – 325 кг/ч;

Марка стали – М28;

Размеры заготовок – 100×125×175 мм;

температура посадки – 15 0С;

температура выдачи – 950 0С;

температура подогрева воздуха – 330 0С.

Рисунок 1 – Эскиз печи

Предварительное определение основных размеров печи

1.Активная площадь пода:

, где Ракт=400 кг/м2ч.

2.Коэффициент загруженности пода принимаем   m=0,5.

3.Действительная площадь пода:

4.Принимаем укладку заготовок в два ряда с просветом между ними 125 мм и расстоянием от стен 100 мм.

5.Ширина печи:

В=125+175·2+100·2=675мм=0,67 м.

6.Длина осевой линии печи:

7.Высота рабочего пространства:

Расчёт теплообмена в рабочем пространстве печи

Основная задача: определение приведенного коэффициента излучения.

1.Значение приведённого коэффициента излучения:

где С0=5,67 Вт/м2·0К4;

εm=0,8;

φ=1/W=1/3=0,33.

Суммарная степень черноты продуктов горения:

Эффективная длина пути луча:

где β=1,12,  при .

2.Приведение лучистого теплового потока к конвективному

Поскольку величина α сильно зависит от температуры газов и материала (разность температур четвертых степеней) с целью повышения точности расчета весь период нагрева разбивают на несколько интервалов по температуре поверхности материала. Для каждого интервала находят среднее значение коэффициента теплоотдачи, по которым можно определить время нагрева для каждого интервала, а также общее время нагрева. Смотри рисунок.

Усредняем полученные величины α по формулам:

Определим время нагрева тонких заготовок:

где S=125/2=62,5 мм = 0,0625;

tп=12730К;

tмн, tмк – температура металла в начале и конце нагрева, 0К;

С – теплоемкость металла;

ρ=7800 кг/м3;

α и Спр – средний коэффициент теплоотдачи и приведенный        коэффициент излучения;

К1=1.

С1=0,1435 Вт·ч/кг·К;

С2=0,166 Вт·ч/кг·К;

С3=0,176 Вт·ч/кг·К;

Время нагрева:                

Στ=τ123;

Στ =0,19+0,24+0,94=1,37 ч.

Общее время нагрева:

τ=Στ·Красп.;

τ =1,37· 2,2=3,014ч;

где Красп.=2,2.

Уточнение основных размеров рабочего пространства печи

После расчета времени нагрева необходимо уточнить предварительно принятые размеры рабочего пространства печи. Для этого сначала определим количество заготовок, находящихся одновременно в печи.

n=(G τ)/q, где q=0,1·1,25·1,75·7,8=17,2кг,

G=0,09 кг/с,

τ =10850,4 с.

n=(0,09·10850,4)/17,2=57шт.

Высота стен печи менее 1м, температура до 1200 0С, тогда толщину кладки принимаем 120мм из шамота класса В, толщину слоя теплоизоляции 250мм из трепелового кирпича.

Составление теплового баланса печи и определение расхода топлива

Основная задача:

-определение эффективности тепловой работы печи,

-определение расхода топлива.

Тепловой баланс  ΣQприх=ΣQрасх.

Вычисление приходных статей

1.Химическая энергия топлива:

QX.T=B·QHp=B·35928,6 кВт, где В – расход топлива, м3/ч.

2.Физическое тепло, внесенное с воздухом:

Qф.в=В·Vв·Cв·tв=В·10,5 ·1,32·330=В·4573,8 кВт.

3.Физическое тепло топлива не учитываем (принимаем, что топливо не подогревается).

4.Тепло экзотермических реакций.

Принимаем для камерных печей угар металла е=1,5%.

Qэкз=1,350·4,187G·e/(3,6·100)=1,350·4,187·325·1,5/(3,6·100)=7,65 кВт.

Вычисление расходных статей

1.Тепло, пошедшее на нагрев металла:

QН=G(Qм//-Qм/)=G(Cмк·tмк-Cмн·tмн)=400(0,173·925-0,134·25)=62670 Вт, при Смк=0,173 Вт ч/кг 0С;

Смн=0,134 Вт ч/кг 0С;

tмк=9500С;

tмн=150С.

2.Теплота уходящих газов:

Qух=B·Vг·Cг·tух=В·17,8·1000=В·17800кВт;

при tух=10000С.

3.Потери теплоты теплопроводностью через кладку:

;

где  1/αв=0,06;

Sвнутр=120мм=0,12м;

Sвнеш=250мм=0,25м;

Fсв=1,1 Fп=1,1·2,25=2,48м2;

Fкл=2 BH+2LH+Fсв=2·0,67·0,50 +2·2,40·0,50+2,48=5,55м2;

tвнкл=tп=10000С;

tв=150С;

λ1=26,3Вт/м 0С;

λ2=49,5Вт/м 0С.

4.Потери теплоты излучением:

;

где Тп=12730К;

F=0,6·0,15=0,09м2;

Ф=0,65;

Ψ=20·57/10850,4=0,11.

5.Неучтенные потери:

6.Найдем расход топлива:

Заключение

В ходе расчетов рассчитали теплоту сгорания топлива, теплообмен в рабочем пространстве печи, определили основные размеры печи, составили

Похожие материалы

Информация о работе