Тепловой расчет методической печи производительностью 300 т/ч. Расчет горения топлива. Расчет нагрева металла. Тепловой баланс. Расчет теплообменного аппарата

Расчет задания представлен в ПРИЛОЖЕНИИ 1.

В результате расчета были определены величины :

расход воздуха : V_в=8.6 м³/кг низшая теплота сгорания топлива : Q_н^р =29500 кДж/кг действительная температура факела : t_дейст=1577.5 ºC

количество продуктов сгорания :

CO₂ – 8.86 %

H₂O – 16.51 %

N₂ – 72.9 %

O₂ – 1.7 %

V_п.с. = 9,67 м³/кг

2        Расчет нагрева металла

Целью расчёта нагрева металла является определение времени нахождения металла в каждой зоне, размер зон и общую длину печи.

Исходные данные:

температура поверхности заготовки в конце методической зоны – 495 ^оС

в конце первой сварочной – 1000 ^оС

в конце второй сварочной зоны температура поверхности металла должна достигать конечного значения – 1250 ^оС

начальное распределение температур по объёму пластины равномерное t₀ = t_ц^нач = t_пов^кон =5 ^оС

в томильной зоне температура среды всегда имеет значение, равное конечной температуре поверхности заготовки – 1250 ^оС

конечная температура центра заготовки не должна быть меньше – 1200 ^оС

производительность печи P = 300 т/ч материал заготовки среднеуглеродистая сталь размеры заготовки: толщина δ = 240 мм, ширина b= 1.2 м , длина l= 5.3 м высота печи: в методической зоне h_м = 1.8 м , в первой сварочной зоне h_св1 = 2,96 м, во второй сварочной зоне h_св2 = 2,98 м, в томильной зоне h_т = 1,87 м заготовки располагаются в два ряда зазоры между рядами заготовок a = 0,2 м топливом служит малосернистый мазут ( смотреть раздел горение топлива )

калориметрическая температура факела 2250 ^оС

действительная температура факела 250 ^оС

Из таблицы 1 можно увидеть, как изменяется температура изделия при прохождении через печь.

Таблица 1 – Параметры изделия при прохождении через печь

	вход в метод	выход метод	выход свар I	выход свар II	выход томил
t центра	0	350	800	1100	1200
t пов-ти	0	495	1000	1250	1250
t газа	1040	1300	1355	1355	1250
t ср.по сеч	0	400	870	1160	1225
s	-	0,12	0,12	0,12	0,22
Bi	-	0,41	1,2	2,34	бесконечность
F0	-	1,14	0,85	0,68	0,3
альфа	-	149	318	489	бесконечность
тау (час)	-	0,48	0,75	0,59	0,97
L, метр	-	7,2	11,2	8,9	14,6

Из расчета можно выделить длину печи – 42 м:

для каждой зоны длина составляет методическая зона 7,2 м первая сварочная зона 11,2 м вторая сварочная зона 8,9 м томильная зона 14,6 м.

Общее время пребывания изделия в печи – 2,8 часа

3        Тепловой баланс

Целью расчета теплового баланса печи является определение расхода топлива, необходимого для нагрева металла, а также определения КПД печи.

Исходные данные для расчета :

из расчета горения топлива низшая теплота сгорания смеси газов Q = 29500 кДж/кг расход воздуха – 8.6 м³/кг энтальпия воздуха 423 кДж/кг производительность печи 83,3 кг/с энтальпии металла : начальная 0 кДж/кг и конечная 855 кДж/кг объём продуктов сгорания 9,67 м³/кг диаметр продольных труб 0,09 м диаметр поперечных труб 0,085 м

Результаты вычисления сведем в таблицу 2.

Из расчета можно отметить средний расход топлива 9 кг/с, это связано с низкой калорийностью топлива.

Таблица 2 – Статьи прихода и расхода тепла

Статьи прихода	кВт	%	Статьи расхода	кВт	%
Тепло от горения топлива	265482	86,3	Тепло на нагрев металла	71250	23,16
Физическое тепло воздуха	32719	10,64	Тепло уходящих дымовых газов	114672	47,03
Тепло экзотермических реакций	9416	3,06	Химический недожог топлива	2654	1,47
			Механический недожог топлива	7964	3,45
			Тепло с охлаждающей водой	46143	21,44
			Тепло через кладку	4535	1,96
			Неучтенные	10575	3,44
Итого	307616	100		307616	100,00

4  Расчет теплообменного аппарата

Целью расчета теплообменного аппарата является определение его технических характеристик и возможности использования в данных условиях. В данной работе проектируется металлический рекуператор (пучок труб).

Исходные данные:

расход топлива 9 кг/с расход воздуха 8,6 м³/кг расход продуктов сгорания 9,67 м³/кг температура подогрева воздуха 320 ºС

температура уходящих дымовых газов 1068  ºС

для  рекуператора (пучок труб) диаметр труб внешний 11,9 мм и внутренний 12,7 мм коридорное расположение труб

Расчет рекуператора представлен в ПРИЛОЖЕНИИ 4. Из расчета видно, что установка рекуператора (пучок труб) не эффективна, так как габариты аппарата очень велики.

Заключение

В результате расчета были определены параметры печи и теплообменного аппарата, в которых происходил нагрев изделия.

При определении параметров в разделе горения топлива вычислили величины:

расход воздуха : 8.6 м³/кг низшая теплота сгорания топлива : 29500 кДж/кг действительная температура факела : 1577,5 ºC

количество и состав продуктов сгорания :

CO₂ – 8.86 %

H₂O – 16.51 %

N₂ – 72.9 %

O₂ – 1.7 %

Из раздела нагрев металла мы узнали длину печи 42 м и общее время пребывания изделия в ней 2,8 часа.

В разделе тепловой баланс печи определён расход топлива в печи, который составляет 9 кг/с.

Из раздела расчет рекуперативного теплообменного аппарата можно отметить, что использование рекуператора не эффективно, ввиду его большой габаритности.

Литература

1.  Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. М.: Энергия, 1969. 424 с.

2.  Теплотехника: Учеб. для вузов / В. Н. Луканин, М. Г. Шатров, Г. М. Камфер и др.; Под ред. В. Н. Луканина. М.: Высш. Шк., 2000. 671 с.

3.  Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. М.: Энергия, 1973. 320 с.

4.  Лыков, А. В. Тепломассообмен: Справочник / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1972. 560 с.

5.  Мастрюков, Б. С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей / Б. С. Мастрюков. М.: Металлургия, 1986. 376 с.

6.  Кулагин, В. А. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки / В. А. Кулагин, О. Г. Шишканов, В. П. Тимофеев. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. 347 с.

Приложение 1

Расчет горения топлива

Исходные данные:

Вид ТОплива	Природный Газ Покровский
Состав
Метан	СH4	65,3	%
Этан	C2H6	4,9	%
Пропан	C3H8	2,1	%
Бутан	C4H10	1,4	%
Азот	N2	26	%
углекислый газ	CO2	0,3
Влажность	W	15.55	%

Результат расчета:

Процентный состав продуктов сгорания
CO2		8,86	%
H2O		16,51	%
O2		1,70	%
N2		72,9	%
Содержание воздуха в продуктах сгорания		8,1	%
Расход воздуха при n=1,1		8.6	М3/кг
Объем продуктов сгорания		9.67	М3/кг
Низшая теплота сгорания топлива		29500	кДж/кг

Приложение 2

Расчет нагрева металла:

Результаты расчета:

параметр	методическая зона	1 сварочная зона	2 сварочная зона	томильная зона
Bi	0,41	1,2	2,34	--------------
Fo	1,14	0,85	0,68	0,30
Α, Вт/(м К)	149	318	489	--------------
S, м	0,12	0,12	0,12	0,22
L, м	7,2	11,2	8,9	14,6
Τ, ч	0,41	0,71	0,53	0,73
Tцен, °С	350	800	1100	1200
tпов, °С	475	1000	1250	1250
tсред, °С	400	870	1160	1225
Общее  время , ч				2,8
Длина всей печи, м				42

Распределение температыры газов и заготовки по длине печи