Расчёт металлургической печи

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теплофизики

Курсовая работа

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по теплотехнике

на тему:

«Расчёт металлургической печи»

Преподаватель:                   Карамышева Е.П.

Студент:

Группа:    Од – 98

Липецк 2001

Аннотация

С. 36, рис. 6, табл. 3, прил. 2, библ. 8 назв.

 В данной работе рассчитывается методическая печь с двусторонним обогревом, предназначенная для нагрева изделий из углеродистой стали Ст20 размерами 230´850´9200. Производительность рассчитываемой печи составляет 155 т/ч. Печь обогревается продуктами сгорания смеси природно-доменного газа.

Содержание.

1.     Расчёт горения топлива……………………………………….….…4

2.     Расчёт нагрева металла……………………………………..……...10

2.1.       Расчёт основных размеров рабочей камеры и

параметров внешнего теплообмена…………………………….…….10

2.2.       1-я ступень нагрева – методическая зона …………………11

 2.3. 2-я ступень нагрева – сварочная зона ……………………….……..14

2.4. 3-я ступень нагрева – томильная зона..……………………….….…17

3.     Тепловой баланс методической печи….……………………...…..19

4.     Расчёт керамического рекуператора …….……………………….30

4.1.Определение коэффициента теплоотдачи

продуктов сгорания……………………………………………………...31

4.2. Определение требуемой поверхности теплообмена……………...31

4.3. Определение размеров рекуператора……………………………...33

4.4. Окончательные размеры рекуператора……………………………34

4.5. Расчет аэродинамического сопротивления воздушного тракта…35

4.6. Расчет аэродинамического сопротивления тракта продуктов сгорания……………………………………………………………………...…...36

5.     Выбор горелочных устройств …….………………………..…….37

6.     Расчет газового, воздушного и дымового

трактов нагревательных печей………………...…………….…………...38

6.1.       Определение размеров газо- и воздухопроводов …………40

6.2.        Расчет дымового тракта…………………………………….40

6.3.Аэродинамический расчёт дымового тракта……………...……..41

Библиографический список….………….…….………………………….42

Приложения………………………..…….………………………….…….45

1.     Расчёт горения топлива.

Производим расчет горения смеси природно-доменного газа с теплотой сгорания Qpн=8100 кДж/м3 в нагревательном колодце для нагрева слитков до 1230оС.

В нагревательных колодцах применяют горелки без предварительного смешения газа с воздухом, поэтому принимаем коэффициент расхода воздуха a=1,1.

Из справочной литературы берем состав сухих газов.

Таблица 1

Состав сухих газов

Принимаем влажность газов:

-              доменного W1=30 г/м3,

-               природного W2=10 г/м3.

Определяем содержание влаги во влажном газе:

доменном

Н2О=100×W1/(803,6+ W1)=3,598 %,

природном

Н2О=100×W2/(803,6+ W2)= 1,229 %.

Пересчитаем состав сухих газов на влажные.

Доменный газ.

Содержание СО2 во влажном газе:

 =9,64 %.

Аналогично находим содержание других компонентов во влажном доменном газе.

Химический состав влажного доменного газа, %:

СО2Р СОР СН4Р Н2Р N2Р Н2О Всего

9,64 26,41 0,867 3,18 56,29 3,598 100

Таким же путем определяем состав влажного природного газа:

СН4Р С2Н6Р N2Р С4Н10Р Н2О Всего

91,06 0,79 5,926 0,987 1,229 100

Определяем низшую теплоту сгорания газов:

-              доменного

QнР=126,45×СО+107,6×Н2+358×СН4=3992,712 кДж/м3

-              природного

QнР=358×СН4+635× С2Н6+1253,36× С4Н10=34340,34 кДж/м3

Находим долю доменного газа в смеси:

=0,864

Доля природного газа (1-)=0,135.

Определяем состав смеси влажного газа:

Х=×Х1+(1-)×Х2,

где Х1-содержание данного компонента (например СО2,% ) в доменном газе;

 Х2-то же, в природном газе.

Находим содержание СО2 в смешанном газе:

=0,864×9,64+0=8,329 %

Аналогично определяем содержание других компонентов смешанного газа и получаем его состав, %:

СО2 СО СН4 Н2 N2 С2Н6 С4Н10 Н2О Всего

 8,329 22,82 13,07 2,748 49,44 0,106 0,133 3,27 100

Для проверки точности расчета определяем теплоту сгорания смешанного газа:

QнР=126,45×СО+107,6×Н2+358×СН4+635× С2Н6+1253,36×С4Н10=8095,6кДж/м3

Определяем ошибку теплоты сгорания:

dQ=×100=5,4×10-4 %<0,5%.

Разность между расчетной и заданной теплотой сгорания смешанного газа не превышает ± 0,5 %.

Табличным способом рассчитываем удельное теоретическое количество воздуха и продуктов горения (табл. 2)

Таблица 2

Расчет горения топлива

Используя данные табл.2, определяем удельное действительное количество воздуха, количество и состав продуктов горения для принятого коэффициента расхода воздуха a=1,1.

Удельное количество воздуха:

VВ=VВ0+(a-1)× VВ0=1,1×1,911=2,102 м3

Удельное количество продуктов горения:

Vп= Vп0+(a-1)×VВ0=2,785+0,1×1,911=2,976 м3/м3.

Удельное количество азота:

VN= VN0+(a-1)×VNВ0=2,005+0,151=2,155 м3/м3.

Удельное количество кислорода:

VО= (a-1)×VОВ0=0,0401 м3/м3.

Удельное количество других компонентов продуктов горения (табл. 2):

=0,4497 м3/м3

=0,3315 м3/м3.

Состав продуктов горения:

СО2= /Vп×100%=15,11%,

N2=VN2/Vп×100%=72,41%,

Н2О=/Vп×100%=11,14%,

О2=VО2/ Vп×100%=1,34%.

Плотность среды:

+ +mН2О×Н2О/(100×22,4)=2674,381/2240=1,194 кг/м3.

rво=1,293 кг/м3 - плотность воздуха.

Плотность продуктов сгорания:

=2936,026/2240=1,31 кг/м3.

Точность расчета проверяем составлением материального баланса горения на 1 м3 газа. Поступило:

- газа rГО×VГ=1,194×1=1,194 кг;

- воздуха rво×VВ=2,102×1,293=2,718 кг.

Всего: Му=1,194+2,718=3,912 кг.

Получено продуктов сгорания:

 Мп=rпо×Vп=2,976×1,310=3,9 кг.

Баланс выполнен, если невязка меньше 0,5%:

.

Расчет калориметрической температуры горения.

Энтальпия продуктов горения:

iп=Qpн/Vп=8095,6/2,976=2720,295 кДж/м3.

Предварительно принимаем температуру t1=1700°C и находим энтальпию продуктов горения:

=(4087,1×15,11+2486,28×72,4++2632,09×11,139+3203,05×1,347)×10-2=2754,3 кДж/м3.

Так как i1> iп, то действительная калориметрическая температура горения меньше 1700°C.

Повторно принимаем t2=1600°C.

Энтальпия продуктов горения при t2=1600°C:

i2=(3815,86×15,11+2328,65×72,4+2463,97×11,139+2979,13×1,347)×10-2= =2577,427 кДж/м3.

Имеем i2<in<i1,следовательно, t2<tk<t1.

 Интерполяцией находим:

=1700 – 19,225=1680,775°С.

Требуемая калориметрическая температура:

=(1230+100)/0,7=1900°С,

где tМ=1230 – температура нагрева сляба,

 Dt=100 – т.к. методическая печь с трех ступенчатым режимом нагрева,

 h=0,7 – т.к. методическая печь.

Т.к. tk < tkТР , то необходим подогрев воздуха.

Энтальпию продуктов горения при tkТР=1900°С находим экстраполяцией:

=3105,035 кДж/м3.

Определяем минимальную необходимую температуру подогрева воздуха:

 кДж/м3.

Принимаем при t¢1=400°C i¢1=532,08кДж/м3 и при t¢2=500°C i¢2=672,01кДж/м3,

а затем интерполяцией находим:

=454,34°С.

Следовательно, для получения температуры печи 1330°С температура подогрева воздуха должна быть 454°С.

2. Расчёт нагрева металла.

2.1 Расчёт основных размеров рабочей камеры и параметров

теплообмена.

 Примем напряжённость рабочего пода P=600

 Площадь рабочего пода:

 Длина рабочего пода:

где l – длина заготовки, м.

 Допускаемая длина рабочего пода:

где d - толщина заготовки, м;

 k – коэффициент, характеризующий наклон пода к горизонтали [2. стр.27].

 Так как Lp<Lпр, принимаем однорядную укладку заготовок, nр=1.

 Ширина пода при e=0,2 м:

где е – промежуток между стенкой печи и металлом и между рядами заготовок.

Размеры нагреваемого сляба: d×B×l=230´850´9200 (мм).

Посад холодный, температура нагрева Ме – 1230 °С.

Производительность печи: 155 т/ч.

Состав стали: С=0,3%; Si=0,15%; Mn=0,3 %.

Теплопроводность углеродистой стали при 0°С:

l=70-10,1×С-16,8×Mn-33,8×Si=70-10,1×0,3-33,8×0,15=56,86 Вт/(м2×К).

Метод нагрева в печи принимается двусторонний. Коэффициент несимметричности нагрева m=0,55 при двустороннем нагреве на поду из водо-охлаждаемых труб. Подогреваемая толщина изделия:

S=m×d=0,55×0,23=126,5 мм.

Максимальная рабочая температура газов (печи) - tп=1330°С.

2.2                  1-я ступень нагрева – методическая зона.

Начальные температуры металла: поверхности tми=0°С

Страницы: 1, 2, 3