Расчёт и конструирование нагревательной печи листового проката под штамповку

Министерство образования Российской Федерации

Архангельский государственный технический университет

Факультет промышленной энергетики, IY-2

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Валерий Алексеевич

Курсовая работа

По курсу: «Энергоиспользование в энергетике и технологии»

Расчёт и конструирование нагревательной печи листового проката под штамповку

Пояснительная записка

Вариант 9

Руководитель работы:

Постановление комиссии от

Признать, что студент

выполнил и защитил курсовую работу с оценкой

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

Архангельск

2002

Содержание

Стр.

1.  Расчет горения топлива                                                                  4

2.  Определение размеров рабочего пространства печи                    7

3.  Расчет передачи теплоты на поверхность нагреваемого материала 8

4.  Технологические свойства нагреваемого металла                       10

5.  Расчет теплообмена                                                                        11

6.  Составление теплового баланса и установление расхода топлива 13

7.  Подбор горелочных устройств                                                      16

1. Расчет горения топлива

Состав сухого природного газа, газопровод Дашва – Киев:

CH₄=98,9%;

C₂H₆=0,3%;

C₃H₈=0,1%;

C₄H₁₀=0,1%;

C₅H₁₂=0%;

CO₂=0,2%;

N₂=0,4%.

1.1. Пересчет состава сухого газа на влажный

Содержание влаги в сухом воздухе:

g_H2O^C.Г.=20 г/м³.

Состав влажного газа:

, где X_сух – содержание компонента в сухом газе.

CH₄==96,5%

C₂H₆==0,29%

C₃H₈==0,1%

C₄H₁₀==0,1%

CO₂==0,2%

N₂==0,39%

H₂O=100-ΣX_сух=100-97,58=2,42%

1.2. Определение низшей теплоты сгорания:

Q_н^Р=358·CH₄+636·C₂H₆+913·C₃H₈+1185·C₄H₁₀+1465·C₅H₁₂=358·96,5+

+636·0,29+913·0,1+1185·0,1=34939 кДж/м³.

1.3. Определение теоретического расхода кислорода

.

V_O=0,01·[(1+0,25∙4)·96,5+(2+0,25∙6)·0,29+(3+0,25∙8)·0,1+

+(4+0,25∙10) ∙0,1]=1,95 (м³ О₂)/(м³ газа).

1.4. Определение теоретического расхода воздуха:

L₀=(1+k)·V_O2, где k==3,76.

L₀=(1+3,76)∙1,95=9,29 (м³ возд.)/(м³ газа).

1.5 Расчет действительного расхода воздуха

L_д=a∙L₀ , где     a-коэффициент избытка воздуха. Примем a=1,1.

L_д=1,1∙9,29=10,22 м³/м³.

1.6. Определение объемов отдельных составляющих продуктов сгорания:

V+V+V, м³/м³.

V=0,01∙[CO₂+Sm∙C_mH_n]=0,01∙[0,1+1∙96,5+2∙0,29+3∙0,1+4∙0,1]=0,976 м³/м³;

V=0,01∙ [H₂O+S0,5∙n·C_mH_n]=0,01∙[2,42+0,5∙4∙96,5+0,5∙6∙0,29+ +0,5∙8∙0,1+0,5∙10∙0,1]=1,972 м³/м³;

V=0,01∙N₂+a∙k∙V=0,01∙0,39+1,1·3,76∙1,95=8,079 м³/м³;

V=(a-1)∙V=(1,1-1)∙1,95=0,195 м³/м³;

Суммарный удельный объем продуктов сгорания:

V=0,976+1,972+8,079+0,195=11,222 м³/м³.

1.7. Процентный состав продуктов сгорания

CO₂=∙100%=0,976∙100/11,222=8,695;

H₂O=∙100%=1,972∙100/11,222=17,571;

N₂=∙100%=8,079∙100/11,222=71,995;

O₂=∙100%=0,195∙100/11,222=1,739;

S=CO₂+H₂O+N₂+O₂=8,695+17,571+71,995+1,739=100%

1.8. Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:

r_пг=, кг/м³.

r_пг=1,237 кг/м³.

1.9. Определение теоретической температуры горения.

Предварительно задаемся температурой горения t_теор.=2000 ^ОС теплоемкость продуктов горения принимаем по таблице 1-10[1]

С_СО=2,314 кДж/м^ОС.                 С_НО=1,875 кДж/м^ОС.

С_О=1,499 кДж/м^ОС.                  С_N=1,416 кДж/м^ОС.

C_пг=0,01∙( С_СО∙CO₂+ С_НО∙H₂O+ С_N∙N₂+ С_О·O₂), кДж/(м·^ОС).

C_пг=0,01∙ (2,314∙8,695+1,875∙17,571+1,416∙71,995+1,499∙1,739)=

=1,577 кДж/(м·^ОС)

Теоретическая температура горения :

t===1975 ^оС

D==<3%

2. Определение размеров рабочего пространства печи

Принимаем двухрядный нагрев (z=2), тогда ширина рабочей камеры печи вычисляется по формуле:

B=z· a +(1+z)·0,2=2·1,5+(1+2)·0,2=3,6 м, где     a - ширина заготовки, a =1,5 м;

0,2 - зазор между заготовкой и кладкой,

z – число рядов нагрева, z=2.

Схема продольного сечения печи показана на рис.1.

Рис.1. Конструктивная схема продольного сечения протяжной горизонтальной печи

Средняя высота рабочего пространства печи:

H=1,5 м;

Поверхность нагрева металла:

=3·L м², где     L - длина печи;

l=3,5 м - длина  заготовки;

z=2 – число рядов нагрева.

Поверхность кладки:

F_кл.=L·(2·H+В)=L·(2·1,5+3,6)=6,6·L м².

Объем расчетного пространства, заполненный газом: