Расчет методической нагревательной печи

Липецкий государственный  технический университет

КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

РАСЧЕТНОЕ ЗАДАНИЕ №7

по курсу  «Теплоэнергетика металлургических производств»

Фамилия студента, группа        Попова Маргарита Николаевна, гр. ТЭ-02-2

1. Тип печи      Методическая нагревательная печь

2. Габариты и материал изделия:      Ст.20
3. Время нагрева металла:  
4. 4. Производительность печи:    

5. Температура  нагрева метала:  

6. Топливо: природнодоменная смесь,   

7.Другие условия:  

                

 

 

 

Задание выдал  преподаватель: Емельянов В. А.

Дата выдачи задания:     «15» сентября 2005 г.

 

 

 

 

 

 

 

Выберем для установки на печи двухпроводные горелки (типа труба в трубе), работающие с коэффициентом расхода воздуха, равным

Удельное количество воздуха:

V_в= V_в^о + (α – 1) V_в^о =

Удельное количество продуктов сгорания:

V_п= V_п^о + (α – 1) V_в^о =

Выберем температуру  подогрева воздуха.

Для этого определим калориметрическую температуру.

Задаемся температурой газов 1330 ^оС

Выбираем пирометрический  коэффициент 

Тогда необходимая

       

Так как  , делаем вывод о необходимости подогрева воздуха. Составим уравнение теплового баланса:

 

Для обеспечения требуемого температурного режима и ввиду экономии топлива принимаем (ввиду работы рекуператоров в диапазонах температур от ).

Полное время пребывания металла в печи составляет 1,65 ч., тогда для обеспечения заданной производительности в печи должно постоянно находиться количество металла, равное:

Масса заготовки:

Число заготовок в  печи:

При делаем однорядную печь.

При однорядном расположении заготовок:

• длина печи
• ширина печи
• площадь активного пода:
• площадь габаритного пода:
• исходя из конструктивных соображений, примем высоту свода над подом Н_о методической, сварочной и томильной зон:
• методической – 0,94 м
• сварочной (верхней и нижней) – 2,34 м
• томильной – 1,74 м.

Всю длину печи делим  на зоны:

• длина методической зоны
• длина сварочной зоны:
• длина томильной зоны:

                           

 

 

                               Тепловой расчет печи

Приход тепла

1. Тепло от сжигания топлива:

, где В – искомый расход топлива,

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом:

3. Тепло экзотермических реакций (примем угар а=1%, теплота сгорания железа ):

Расход тепла

1. Тепло, затраченное на нагрев металла:

2. Тепло, уносимое уходящими газами:

Примем температуру  уходящих из печи газов равной .

Теплоемкость газов  при данной температуре

Потери тепла  через кладку теплопроводностью  (приближенный расчет).

Площадь свода 161,7 м², толщина свода 0,3 м, материал – шамот.

Принимаем, что температура  внутренней поверхности свода равна  температуре газов.

Составим температурный  график печи:

            

Средняя температура  газов в печи:

Считаем, что температура  наружной поверхности кладки около  , то средняя температура огнеупорного материала свода

По этой температуре  выбираем коэффициент теплопроводности шамотного материала:

или - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стен к окружающему воздуху.

Потери  тепла через свод составят

,

где  
Потери тепла через стены:

Кладка стен выполнена двухслойной (шамот  , диатомит ).

Площадь стен:

• методической зоны =
• сварочной зоны =
• томильной зоны =
• торцовых =

Полная мощность стен

При прямолинейном распределении  температуры по толщине стены  средняя температура шамота будет  равна  , а диатомитового кирпича .

Следовательно,

          

Полные потери через кладку     

3. Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равными прихода (т.е. от )

4. Неучтенные потери.

В связи с тем, что  не учтены некоторые статьи расходной  части баланса (тепло, уносимое шлаками, тепло от механической неполноты сгорания, потери тепла излучением через открытые окна печи, тепло, затраченное на нагревание тары), неучтенные потери принимаем в размере прихода тепла:  

Составим уравнение теплового  баланса печи:

Удельный расход тепла  на нагрев 1 кг металла составит

Удельный расход условного топлива  составит

Коэффициент использования тепла

Таким образом, тепловой баланс печи сводится к следующему:

Приход  тепла		%	Расход тепла		%
Тепло, получаемое от сгорания топлива		83,31	Тепло, затраченное на нагрев металла		40,25
Тепло, вносимое подогретым воздухом		13,99	Тепло, уносимое уходящими газами		34,25
Тепло эндотермических  реакций		2,71	Потери тепла через  кладку		1,18
			Потери тепла с охлаждающей  водой		9,73
			Неучтенные потери		14,59
Итого		100	Итого		100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

расчет котла - утилизатора

Определяем температуру  газов на входе к КУ исходя из уравнения теплового баланса:

,               ,                             

По расходу дымовых  газов выбираем котел марки КУ-60.

Принимаем температуру  перегрева пара , давление пара , величину продувки , долю присосов воздуха , коэффициент сохранения тепла , температуру питательной воды .

Суммарная площадь поверхности  нагрева  :

I испарительный пакет 

Пароперегреватель

Испарительных пакетов 

Водяной экономайзер 

Живое сечение для  прохода дыма:

пароперегреватель

в I испарительном пакете

в II испарительном пакете

в III испарительном пакете

в водяном экономайзере

Живое сечение для  прохода пара:

Число рядов труб в  пакете по ходу дымовых газов z₂:

I пакет - 12;

Пароперегреватель - 8;

Испарительные секции:    II - 22    III - 20   

Водяной экономайзер -

  Шаг труб по ширине пучка S₁, мм: испарительные секции - 172, остальные поверхности - 86.

Шаг труб по глубине  пучка S₂ = 70 мм.

  Диаметр труб всех поверхностей d — 32 мм, толщина стенки - 3 мм.

  Для упрощения расчетов допускается, что средний расход дымовых газов одинаков во всех секциях и с учетом присосов воздуха равен:

Энтальпия дымовых  газов, , перед котлом при температуре     

 

I испарительный пакет

 

Принимаем ориентировочно температуру дымовых газов за I секцией

Температура насыщения при давлении определяем по таблицам водяного пара

Для противоточной схемы движения теплоносителей определяем разности температур:

Средняя температура дымовых газов  в I пакете:

 

Действительный расход дымовых газов при средней температуре

 

Средняя скорость дымовых газов

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к шахматному пучку труб

По номограмме определяем:

при z₂ = 12,  и значения

                   

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи  излучением от дымовых газов к трубам. Для шахматного расположения труб при соотношении

Эффективная толщина излучающего  слоя

Процентное содержание каждого  газа в дымовых газах соответствует  его парциальному давлению в кПа. Тогда ,

По графикам Тимофеева для средней  температуры газов  определяем степени черноты:

             

Степень черноты дымовых газов:

Степень черноты стенок стальных труб принимается

Эффективная степень черноты

Принимаем температуру стенок труб примерно равной температуре пароводяной смеси . Тогда степень черноты дымовых газов при температуре стенки по расчету

Коэффициент теплоотдачи излучением

Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к трубам

При незагрязненных газах принимается  , тогда коэффициент теплопередачи

Тепловой поток, отдаваемый дымовыми газами в предвключенном испарительном  пакете I:

 

Из уравнения теплового  баланса энтальпия дымовых газов  на выходе из предвключенной испарительной секции I:

По величине температура дымовых газов на выходе из пакета I

Расхождение с ранее  принятой температурой

 

Расчет пароперегревателя

 

Температура дымовых  газов на входе в пароперегреватель  , температура пара на входе в пароперегреватель . Температура перегретого пара задана .

Задаемся  ориентировочно температурой дымовых газов за пароперегревателем

. Тогда при противоточной схеме

Средняя температура  дымовых газов в пароперегревателе:

Действительный расход дымовых газов при средней  температуре

 

Средняя скорость дымовых газов

Коэффициент теплоотдачи  конвекцией от дымовых газов к  шахматному пучку труб

По номограмме определяем:

при z₂ = 8,  и значения

                   

Рассчитаем коэффициент  теплоотдачи излучением от дымовых  газов к трубам. Для шахматного расположения труб при соотношении 

Эффективная толщина  излучающего слоя

Процентное содержание каждого газа в дымовых газах  соответствует его парциальному давлению в кПа. Тогда  ,

По графикам Тимофеева  для средней температуры газов  определяем степени черноты:

             

Степень черноты дымовых газов:

Принимаем температуру  стенок труб пароперегревателя примерно равной температуре пароводяной смеси . Тогда степень черноты дымовых газов при температуре стенки по расчету

Коэффициент теплоотдачи излучением

Суммарный коэффициент  теплоотдачи от дымовых газов  к трубам

При незагрязненных газах  принимается  , тогда коэффициент теплопередачи

Тепловой поток, отдаваемый дымовыми газами в предвключенном испарительном  пакете I:

 

Из уравнения теплового  баланса энтальпия дымовых газов  на выходе из предвключенной испарительной  секции I: