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

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

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 W^P – процентное содержание влаги в рабочем топливе.

Состав влажных газов рассчитываем (по формуле 2):

(2)

Определяем состав влажных газов (по формуле 2):

;

;

;

;

;

;

.

где Х^Р, Х^С – процентное содержание компонентов природного газа соответственно в рабочей и сухой массах.

Таблица 2 – Состав влажных газов

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):

(м³/м³) (4)

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

(м³/м³) (5)

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

(м³/м³) (6)

Находим объём сгорания компонента (по формуле 7):

=

(м³/м³) (7)

Находим объём сгорания компонента азот (по формуле 8):

(м³/м³) (8)

Находим объём сгорания компонента (по формуле 9):

(м³/м³). (9)

Суммарный состав продуктов сгорания находится (по формуле 10):

(м³/м³) (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

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 i_В =1109,05 кДж/м³ при t_В = 800 ^°С (см. [1]).

Зададим температуру t’_К = 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):

(м²) (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 t_Г, температуры поверхности t_П и центра заготовки t_Ц в течение процесса нагрева.

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

Температура газов в печи в момент загрузки заготовок t_0Г зависит от величины допускаемых термических напряжений, конструкции печи, ее топливной инерции.

Значение температуры газов во втором периоде t_2Г при двухступенчатом режиме нагрева и в третьем периоде t_3Г при трехступенчатом режиме назначается таким, чтобы получить в конце нагрева разность температур по сечению Δt_К не более допустимой величины. Допустимую разность температур по сечению принимают обычно по практическим данным при нагреве в следующих пределах:

– для высоколегированных сталей Δt_К = 100S;

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

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

Δt_К = 300S =300∙ (22)

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

Обычно величина t_3Г составляет (по формуле 23):