Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (125394)

Посмотреть архив целиком

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Южно – Уральский Государственный университет



Филиал ГОУ ВПО «ЮУрГУ» в г. Златоусте

Факультет металлургический

Кафедра «Общей металлургии»







Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу «Теплотехника»

на тему «Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной

верхней горелкой»


150101.2008.1754.00.00 ПЗ









Златоуст 2008


Аннотация


В проекте выполнены следующие расчёты: расчет горения топлива, определение размеров рабочего пространства печи, расчет нагрева металла, расчет теплового баланса печи, расчет топливосжигающего устройства и расчет рекуператора. Произведен выбор огнеупорной футеровки и способа утилизации дымовых газов.


Оглавление


1 Расчёт горения топлива

2 Определение размеров рабочего пространства печи

3 Расчёт нагрева металла

3.1 Температурный режим нагрева металла

3.2 Время нагрева металла

3.2.1 Первый интервал

3.2.2 Второй интервал

3.2.3 Третий интервал

4 Выбор огнеупорной футеровки

5 Расчёт теплового баланса печи

5.1 Приход тепла

5.2 Расход тепла

5.3 Потери тепла через свод печи

5.4 Потери тепла через стены печи

6 Расчёт топливосжигающего устройства

7 Расчёт рекуператора

8 Выбор способа утилизации дымовых газов

Библиографический список

Приложение

1 лист формата А1

1 лист формата А3

Электронная версия презентации

Электронная версия пояснительной записки


1 Расчет горения топлива


Расчет горения топлива выполняют с целью определения: количества необходимого для горения воздуха, количества и состава продуктов сгорания и температуры горения. Состав сухого природного газа приведен в таблице 1.


Таблица 1 – Состав сухого природного газа

Название

СН4

С2Н4

С3Н8

С4Н10

СО2

Н2S

N2

Процентная доля, (%)

85,78 

4,84

1,48

1,038 

0,581 

1,267 

4,95 


Для сжигания газа выбираем инжекторную горелку, для данной конструкции горелки коэффициент расхода воздуха n = 1,1. Влажность природного газа принимаем W = 30 г/м3. Произведем пересчет состава сухого газа на влажное (рабочее) состояние (по формуле 1):


, (1)


где WP – процентное содержание влаги в рабочем топливе.


Состав влажных газов рассчитываем (по формуле 2):


(2)


Определяем состав влажных газов (по формуле 2):


;

;

;

;

;

;

.

где ХР, ХС – процентное содержание компонентов природного газа соответственно в рабочей и сухой массах.


Таблица 2 – Состав влажных газов

Название

СН4

С2Н4

С3Н8

С4Н10

СО2

Н2S

N2

Процентная доля, (%)

82,699 

4,666 

1,427 

1,001 

0,560 

1,221 

4,772 


Низшую теплоту сгорания находим (по формуле 3):


(кДж/м3)(3)


Находим расход кислорода при сжигании природного газа при коэффициенте расхода воздуха n = 1,1 (по формуле 4):


(м33) (4)


Расход сухого воздуха при n = 1,1находится (по формуле 5):


33) (5)

Находим объемы компонентов продуктов сгорания. Находим объём сгорания углекислого газа (по формуле 6):


33) (6)


Находим объём сгорания компонента (по формуле 7):


=

33) (7)

Находим объём сгорания компонента азот (по формуле 8):

33) (8)

Находим объём сгорания компонента (по формуле 9):


33). (9)

Суммарный состав продуктов сгорания находится (по формуле 10):

33) (10)

Процентный состав продуктов сгорания находим как отношение объёма компонента ко всему объёму продуктов сгорания (см.[1]):

;

;

;

.

Правильность расчета проверяем составлением материального баланса.


Таблица 3 – Материальный баланс

Единицы измерения – кг

Поступило

Получено

СН4

0,82699 ∙ 0,714 = 0,590

СО2

1,021 ∙ 1,964 = 2,005

С2Н4

0,04666 ∙ 1,250 = 0,058

Н2О

1,904 ∙ 0,804 = 1,531

С3Н8

0,01427 ∙ 1,964 = 0,028

N2

8,113 ∙ 1,250 = 10,141

С4Н10

0,01001 ∙ 2,589 = 0,026

О2

0,1949 ∙ 1,429 = 0,279

N2

0,04772 ∙ 1,250 = 0,060



Н2О

0,03726 ∙ 0,804= 0,030

Н2S

0,01221 ∙ 1,696 = 0,021

СО2

0,0056 ∙ 1,964 = 0,011

Всего

0,824

Всего

13,956

Воздух

10,209 ∙ 1,293 = 13,200

Невязка

0,078

Итого

14,024




Плотность газа находится (по формуле 11):


(кг/м3). (11)

Плотность продуктов сгорания вычислим (по формуле 12):

(кг/м3). (12)

Для определения калориметрической температуры горения найдем энтальпию продуктов сгорания с учетом подогрева воздуха (по формуле 13):

(кДж/м3), (13)

где iВ =1109,05 кДж/м3 при tВ = 800 °С (см. [1]).

Зададим температуру tК = 2500 °С и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания (см. [1]) (по формуле 14):

4238 (кДж/м3) (14)

Поскольку i2500 > i0, принимаем t’’К = 2400 °С и снова находим энтальпию продуктов сгорания по формуле (15):


(кДж/м3)(15)

Находим калориметрическую температуру горения газа заданного состава по следующей формуле (по формуле 16):

(°С) (16)

Действительная температура горения вычисляется (по формуле 17):

=(°С) (17)

где – пирометрический коэффициент. Принимаем его равным 0,75.


2 Определение размеров рабочего пространства печи


Внутренние размеры рабочего пространства печи определяются на основании практических данных.

Ширина рабочего пространства вычисляется (по формуле 18) (см. [2]):

(м), (18)

где n – количество рядов заготовок по ширине печи, принимаем n = 3

a – зазор между рядами заготовок и между заготовками и стенками печи, принимаем а =0,25 м .

Для обеспечения производительности 20,83 кг/с в печи должно одновременно находится 120 тонн металла.

Масса одной заготовки равна 3,7 тонн (см.[3]).

Количество заготовок, которые могут одновременно находиться в печи, рассчитываем (по формуле 19):


(шт) (19)


Принимаем штуки.

В двухрядном расположении заготовок общая длина печи рассчитывается (по формуле 20):

(м) (20)


При ширине печи , площадь пода находится (по формуле 21):


2) (21)


3 Расчет нагрева металла


3.1 Температурный режим нагрева металла


Процесс нагрева разделяют на ряд периодов, при этом температура печных газов в различные периоды разная. Температурный режим нагрева влияет на изменение температуры газов в печи.

На рисунке 1 показаны графики изменения температуры газов tГ, температуры поверхности tП и центра заготовки tЦ в течение процесса нагрева.


Рисунок 1 – График изменения температуры в процессе нагрева металла:двухступенчатый нагрев


Температура газов в печи в момент загрузки заготовок t зависит от величины допускаемых термических напряжений, конструкции печи, ее топливной инерции.

Значение температуры газов во втором периоде t при двухступенчатом режиме нагрева и в третьем периоде t при трехступенчатом режиме назначается таким, чтобы получить в конце нагрева разность температур по сечению ΔtК не более допустимой величины. Допустимую разность температур по сечению принимают обычно по практическим данным при нагреве в следующих пределах:

для высоколегированных сталей ΔtК = 100S;

для других марок стали ΔtК = 200S при S ≤ 0,1 (м);

Расчет допустимой разности температур по сечению заготовки проводится (по формуле 22):


ΔtК = 300S =300∙ (22)


где S – прогреваемая толщина металла, S > 0,2 (м).


Обычно величина t составляет (по формуле 23):


(0С), (23)


где tПК – конечная температура поверхности металла, 0С (см. [1]).


Температура газов во втором периоде t при трехступенчатом режиме нагрева определяется из условий службы огнеупоров и других соображений. Величина t обычно равна (по формуле 24):






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.