Система охлаждения кессонов плавки (стр. 1 из 4)
Аннотация
В этой курсовой работе изложены теоретические основы и расчеты необходимые для построения характеристики сети, а так же описания конструкций печи, закладных кессонов и системы охлаждения закладных кессонов печи взвешенной плавки. Приведены технические показатели необходимые для расчетов.
Оглавление
Введение. 3
Система охлаждения. 4
Методика расчета. 7
Численный расчет. 15
Расчет потерь тепла. 22
Заключение. 25
До 1947 года вопросам охлаждения металлургических печей не уделяли должного внимания. Это объясняется тем, что все вопросы охлаждения металлургических печей решались металлургами и специалистами промышленного водоснабжения раздельно, а не комплексно.
В современной металлургической печи ряд ответственных металлических деталей находится в зоне высоких температур. Поэтому их надежная работа зависит от качества огнеупорных материалов, конструкций и стойкости охлаждающих элементов и возможна только при правильном охлаждении. Система охлаждения существенно влияет на конструкцию печи и ее долговечность.
При современном состоянии техники роль охлаждения непрерывно возрастает. Подача охлаждающей воды в излишнем количестве без должного учета ее качества, конструкции охлаждаемых деталей, тепловых нагрузок и напряжения не только не улучшает охлаждение элементов, но и приводит к бессмысленной затрате электроэнергии.
Плохое качество охлаждаемой воды, имеющей жесткость 15-20 мг-экв/л и неправильная конструкция охлаждаемых деталей (полые детали, в которых вода протекает с малыми скоростями) часто приводит к простоям печей из-за прогара этих деталей. Вследствие неудовлетворительного охлаждения деталей металлургических печей часто требовалась смена охлаждающих элементов. Поэтому, в настоящее время, строго контролируется качество воды, охлаждающих элементов и непосредственно система охлаждения металлургических печей.
Долгое время в металлургии использовалось охлаждение печей холодной водой. Система такого охлаждения довольно проста и заключается в том, что в охлаждаемую деталь поступает вода при температуре
10-30°С.Значение
определяется предварительной подготовкой или климатическими условиями. В процессе охлаждения вода воспринимает тепловой поток, поступающий в деталь из рабочего пространства печи, и нагревается до температуры 
. В большинстве случаев перепад температуры 
составляет 5-30°С, а коэффициент теплоотдачи а от стенки к потоку воды достигает 10 тыс.кал./(м2 -ч-град).Величина
определяется расходом воды и тепловой нагрузкой на деталь: 
где q-тепловая нагрузка (поток), F-площадь тепловоспринимающей поверхности детали. М- расход воды, с- удельная теплоемкость воды.
Параметры М,
, зависят от ряда факторов.Например, при охлаждении в условиях теплопередачи от стенки детали к воде конвекцией в сплошном потоке жидкости большое значение интенсивного отвода тепла имеет скорость воды, определяющая значение коэффициента теплоотдачи. Если площадь поперечного сечения детали задана, то увеличение скорости воды приведет к возрастанию расхода и снижению
.Температурный перепад
ограничивается из недопущения выпадения карбонатной накипи на стенке детали. Чем выше жесткость воды (временная и постоянная), тем при более низкой температуре происходит выпадение из нее в виде накипей карбонатов кальция и магния. Предельная температура при которой не происходит выпадение накипей рассчитывается по формуле: 
-для прямоточной схемы водоснабжения;
- для оборотной схемы;
где N-жесткость (карбонатная и некарбонатная).
- окисляемость воды.Еще одним условием является недопущение выпадения в охлаждаемых деталях взвешенных частиц, содержащихся в жидкости (песка, окалин, частиц накипи). С этой целью необходимо поддерживать скорость воды не меньше самоочищаюшей скорости,
, при которой взвешенные частицы выносятся водой из детали. Величина зависит от конструкции детали, рода частиц и их крупности. Значения принимаются приближенно.Четвертое условие, которое часто учитывается при проектировании водяного охлаждения, состоит в обеспечении скорости воды, исключающей местное кипение жидкости, при котором происходит интенсивное накипеобразование. Кроме того, приходится учитывать гидравлические показатели. При большой скорости движения воды в охлаждаемых деталях могут возникнуть высокие потери напора, что потребует создания больших давлений в сети.
При охлаждении холодной водой применяют три системы водоснабжения:
Прямоточная
Оборотная
Повторного использования.
Рис. 1. Схема водоснабжения промышленного предприятия.
Во всех трех случаях в качестве примера фигурирует потребитель, использующий 1000 м3/час производственной воды.
В прямоточной или разомкнутой схеме (рис.1.(а)) все потребные 1000 м3/час забираются из природного источника и после соответствующей подготовки подаются потребителю. В ходе производства часть воды теряется (испаряется) (50 м3/час). Отработанная вода в количестве 950 м3/час подвергается очистке и сбрасывается в водоем.
При оборотной, замкнутой схеме отработанная вода в водоем не спускается. Вся выходящая из производственного процесса вода подвергается очистке и обработке, после чего вновь подается в производство. Свежая вода из источника используется только для восполнения потерь в производственном процессе и процессе очистки и обработки оборотной воды.
При схеме повторного использования охлаждающая вода, слабо нагретая одним из потребителей, направляется на охлаждение другого агрегата без предварительной очистке. На металлургических заводах чаше всего используется вода, прошедшая через охлаждаемые детали электрооборудования. Схема повторного использования может входить составной частью в общую прямоточную или оборотную схему водоснабжения.
Несмотря на свою простоту, такая система охлаждения имеет ряд недостатков:
Система требует большого расхода воды, что ведет за собой увеличение диаметра подающих труб и числа насосов, расширения очистных сооружений и т. д. Значительные объемы воды затрудняют ее очистку, что приводит к частому прогоранию охлаждаемых деталей.
Невысокая температура нагретой воды делает невозможным утилизацию уносимого ею тепла, доля которого составляет 20-25% от общего его прихода в печь.
Принудительное движение воды в охлаждаемых деталях с высокими скоростями приводит к большим потерям напора, что требует создания в сети высоких давлений и повышенного расхода электроэнергии.
В данном проекте мы приведем только частичный расчет сети, т. е. расходы и напоры просчитаем для подводящих трубопроводов и самих кессонов, опуская расчет слива воды из них. Впрочем, считая систему водоохлаждения симметричной относительно теплообменной части (кессонов), можно легко определить суммарные напоры во всей сети.
Поскольку нам задана необходимая скорость воды в кессоне, определяющая параметры теплообмена между кессонами и печным пространством, а также конструктивные параметры самого кессона, то очевидно следует начать расчет с определения расхода воды на один кессон.
;где
- поперечное сечение трубы кессона (м2); 
- скорость воды в кессоне (м/с); 
- расход воды на кессон (м3/сек).Зная внутренний диаметр трубы кессона
(м), найдем поперечное сечение по формуле: 
; (м2)Теперь определим расходы и диаметр трубы для распределительной магистрали. Назовем магистралью участок трубопровода КЕВБ. Магистраль соединяет параллельно три уровня кессонов по три кессона на уровень (соединенных последовательно). Водоснабжение кессонов можно считать непрерывным, следовательно, расчетный расход на магистраль будет складываться из транзитного и путевого расходов:
Т.к. расход при последовательном соединении одинаков следовательно, расход на первом уровне будет равен расходу кессона: