Печи нагревательные для термической обработки (стр. 2 из 4)
Рисунок 1 – Толкательная печь
1. Толкатель
2. Стол загрузки
3. Заслонка
4. Дымоход
5. Чугунная рама
6. Рекуператор
7. Горелки
8. Топочные каналы
9. Наклонная плоскость
10. Горелки
2 РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Печь отапливается природным газом месторождения «курдюмское».
Коэффициент расхода топлива n=1
Таблица 2.1 – Состав природного газа
| CH4 | C2H6 | C4H10 | N2 |
| 92,2 % | 0,8 % | 1,0 % | 6,0 % |
Химические реакции горения.
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O
C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O
N2 ТОП→N2 ПР ГОР
Расчет ведем на 100 м3 газа
2.1 Расчет количества воздуха, количества продуктов горения и их состав
Таблица 2.2 – Расчет горения топлива
| Топливо | Воздух | Продукты горения | ||||||||
| Состав-ляющие | Содер-жание в % | Коли-чествов м3 | O2 | N2 | Всего | CO2 | H2O | O2 | N2 | Всего |
| CH4C2H6C4H10N2 | 92,20,81,06,0 | 92,20,81,06,0 | 184,42,86,5 | 193,7**3,76==728,3 | 193,7++728,3==922 | 92,21,64- | 184,41,65- | ---- | 728,3++6=734,3 | 97,8+191++734,3==1023,1 |
| 100 | 100 | 193,7 | 728,3 | 922 | 97,8 | 191 | - | 734,3 | 1023,1 | |
| Коэф-фициентрасходавоздухаn | n=1состав в % | 21 | 79 | 100 | 9,56 | 18,67 | - | 71,77 | 100 | |
| n=1,1количествов м3 | 213,07 | 801,13 | 1014,2 | 97,8 | 191 | 9,91 | 807,73 | 1106,44 | ||
| n=1,1состав в % | 21 | 79 | 100 | 8,84 | 17,26 | 0,90 | 73 | 100 | ||
2.2 Расчет калориметрической температуры горения
а) определяем низшую теплотворную способность топлива.
Qpн = 358 * СН4 + 640 *С2Н6 + 1180 * С4Н10 кДж/м3
где СН4, С2Н6, С4Н10 – процентное содержание соответствующих составляющих топлива.
Qpн = 358 * 92,2 + 640 * 0,8 + 1180 * 1= 33007,6 + 512 + 1180 = 34699,6кДж/м3
б) определяем количество образовавшихся продуктов горения.
Vg| = Vg /100 м3/м3
Vg| = 1106,44 / 100 =11,0644 м3/м3
в) Находим теплосодержание продуктов горения.
i0 = Qpн/ Vg|кДж/м3
i0 =34699,6/11,0644=3136,15 кДж/м3
г) По полученному теплосодержанию определяем вероятную температуру горения t1.
t1 = 1900 0C
д) Находим теплосодержание при температуре t1.
i1 = 0,01 * t1 * (CO2 * Ct1CO2 + H2O * Ct1H2O +N2 * Ct1N2) кДж/м3
где СО2, Н2О, N2 – процентное содержание продуктов горения;
Ct1CO2, Ct1H2O, Ct1N2 – теплоемкость соответствующих продуктов горения при температуре t1.
е) Задаем значение температуре t2.
t2 = t1 +100 0C
t2 = 1900 + 100= 2000 0C
ж) Находим теплосодержание продуктов горения при температуре t2 (аналогично i1)
i1 = 0,01 * 1900 * (8,84 * 2,42 + 17,26 * 1,93 + 73 * 1,48) = 3092,2 кДж/м3
i2 = 0,01 * 20000 * (8,84 * 2,43 + 17,26 * 1,94 + 73 * 1,49) = 3274,7 кДж/м3
Поскольку i1<i0>i2 значение калориметрической температуры находим методом интерполяции
tk = t1 + (i0 – i1)/(i2 – i1) = 1900 + (3136,15 - 3092,2)/(3274,7 – 3092,2) = 1900,24 0C
з) Находим tпрприη = 0,62…0,82
tпр = η*tk
tпр = 0,72 * 1900,24 = 1368,2 0С
2.3 Материальный баланс горения
| Поступило газа 100 м3, в том числе кг. | Получено продуктов горения |
| CH4 = 92,2 * 16/22,4 = 65,9 | CO2 = 97,8 * 44/22,4 = 192,1 |
| C2H6 = 0,8 * 30/22,4 = 1,07 | H2O = 191 * 18/22,4 = 153,5 |
| C4H10 = 1,0 * 58/22,4 = 2,6 | O2 = 9,91 *32/22,4 = 14,6 |
| N2 = 6 * 28/22,4 = 7,5 | N2 = 807,73 *28/22,4 = 1009,7 |
| 77,07 | 1369,46 |
| Воздуха: О2 = 219,07 * 32/22,4 = 304,39 |
| N2 = 801,13 * 28/22,4 = 1001,41 |
| 1305,8 |
∑прих = 77, + 1305,8 = 1382,87 кг
∑расх = 1369,46 кг
3 РАСЧЕТ НАГРЕВА МЕТАЛЛА
Нагрев металла в печах является очень важной операцией. Металл желательно нагревать быстро, т.к. в этом случае уменьшается его угар, увеличивается производительность печи и уменьшает удельный расход топлива на нагрев. Из этих соображений целесообразно выбирать оптимальный температурный режим печи, обеспечивающий с одной стороны, быстрый нагрев металла, а с другой, не создающий в нагреваемом металле чрезмерных механических напряжений, которые могут привести к образований трещин.
Продолжительность нагрева металла до заданной температуры является важным параметром, определяющим производительность печи и ее габаритные размеры.
Расчет нагрева металла начинается с определения критерия Bi.
Критерий Bi проводит границу «тонких» и «массивных» тел.
Bi ≤ 0,25 - тело «тонкое»
Bi > 0,5 - тело «массивное»
Bi = α∑ * S/λ
где
S – прогреваемая толщина, м. Нагрев односторонний.
S = 0,09 м
λ – средний коэффициент теплопроводности, Вт/(м * оС)
λ20 = 51,9 Вт/(м * оС)
λ800 = 25,9 Вт/(м * оС)
λср = λ20 + λ800/2 = 51,9 +25,9/2 = 38,9 Вт/(м * оС)
α∑ - суммарный коэффициент теплоотдачи от газа к металлу, Вт/(м2 * оС)
α∑ = 0,092 * (Тп/100)3
Тп – температура печи конечная, оС
Тп = tн + 273 +50
Тп = 800 + 273 + 50 = 1123 оС
α∑ = 0,092 * (1123/100)3 =130,3 Вт/(м2 * оС)
Bi = 130,3 * 0,09/38,9 = 0,3 – тело «массивное»
τн =
где
m – коэффициент массивности.
m =
К2 – коэффициент усреднения теплового потока по сечению тела.
К3 – коэффициент усреднения разности температуры в теле.
m =
S – характерный размер тела, м
С – удельная теплоемкость металла, Дж/(кг * оС)
- плотность металла, кг/м3К1 – коэффициент формы тела К1 = 1,7
α – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 * оС)
tп – температура печи, оС
tн – начальная температура металла, оС
tк – конечная температура металла, оС
τн =
сτн = 2,7 ч
τв – время выдержки, ч
τв = 0,5 ч
τоб – общее время, ч
τоб = τн + τв
τоб = 2,7+ 0,5 = 3,2 ч
4 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ
4.1 Расчет основных размеров рабочего пространства печи
F - площадь активного пода, м2
F = G/q
где
G – производительность печи, кг/ч
q – удельная производительность печи на активный под q = 140 кг/(м2 * ч)
f = 2150/140 = 15,4 м2
La - длина активного пода, м
La = F/l
где
l – длина изделия, м
La = 15,4/1,6 = 9,6 м
La = Lp, где Lp – длина рабочего пространства печи, м
Вр – ширина рабочего пространства, м
Вр = 1,6 + 2 * 0,25 = 2,1 м
Нр – высота рабочего пространства печи, м
Нр = 1,2 м
Кладка печи выполняется из огнеупорного шамотного кирпича и изоляционного диатомитного кирпича.
Sшам = 0,23 м
Sдиат = 0,115 м
4.2 Расчет габаритных размеров печи
L – длина м, B – ширина м, H – высота м.
L = 11,4 м
В = 3,65 м
Н = 3,2 м (без механизма), 3,4 м (с механизмом).
Fкл - площадь поверхности стен печи, м2
Fкл = 2Fбок + 2Fпод, свод + 2Fт. стенки
Fкл = 2KH + 2LB + 2BH
Fкл = 2 * 11,4 * 3,2 + 2 * 11,4 * 3,36 + 2 * 3,36 * 3,2 = 72,96 + 83,22 + 23,36 = = 179,54 м2
Из полученной площади пове5рхности кладки печи вычитаем площадь рабочего окна.
F/кл = Fкл – Fр. о.
Размер рабочего окна
Вр. о. – ширина рабочего окна, м
Вр. о. = l+ 100
Вр. о. = 1600 + 100 =1700 =1,7 м
Нр. о. – высота рабочего окна, м
Fр. о. = Вр. о. * Нр. о.
Fр. о. = 1,7 * 0,8 = 1,36 м2
F/Кл = 179,54 - 1,36 = 178,18 м2
5 ЭСКИЗ ПЕЧИ
Рисунок 2 – Эскиз печи
6 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Тепловой баланс печи важная характеристика тепловой работы.
6.1 Статьи прихода
6.1.1 Химическая теплота сгорания топлива, Вт
Qхим = Qн * B
где
Qн – низшая теплота сгорания топлива, Дж/м3
Qн = 34699 * 103 Дж/м3
В – расход топлива, м3/с
Qхим = 34699 * 103 * B
6.1.2 Физическая теплота, вносимая подогретым воздухом, Вт
Qф. в. = Cв * tв * Vв * B
где
Св – средняя удельная теплоемкость воздуха при tв, Дж/(м3 * оС)
tв – температура воздуха, оС
Vв – количество воздуха, необходимое для горения топлива, м3/м3
6.1.3 Химическая теплота окисления металла, Вт