Расчет регенератора мартеновской печи (стр. 1 из 3)

РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТОРА МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА

Рассчитать регенератор одноканальной мартеновской печи для подогрева воздуха при следующих исходных данных:

Ёмкость печи - 600 т.

Секундный объем продуктов горения на воздухе в регенератор, м^э/с.:

V’пг. = 16.

Состав продуктов горения на выходе в насадку, %:

СO₂ = 17,0; Н₂O= 18,0; O₂ =1,0; N₂ = 64,0

Секундный расход подогреваемого воздуха на выходе в поднасадочное пространство регенератора, м³/с.: V’_B -10.

Температура подогрева воздуха на выходе из регенератора: t”_B =1070 °C.\

Температура воздуха начальная: t’ в = 60 °С.

Температура продуктов горения на выходе в насадку: t’ _п.г. =1600 °С.

Размеры ячейки регенератора d=0,15 м. (150 х 150 мм).

Толщина кирпича δ = 0,075 м. Ширина камеры регенератора В=6,8 м.

Отношение ширины насадки к её длине: B/L = 0,84.

Принять тип насадки однооборотный, состоящий из верхней форстерито-вой части, выложенной по системе Каупер и нижней шамотной, выложенной по системе Сименс.

Принять что, одну треть тепла воздух получает от форстеритовой и шамотной частей.

Необходимо определить высоту насадки, в том числе её форстеритовой и шамотной частей.

ХОД РАСЧЕТА

Принимаем период полуцикла теплообмена:

τ_нагр.= τ_охл.= 450с. (0,125 ч.)

Из заданного соотношения рассчитаем длину регенератора:

L = 6,8/0,84 = 8,1 м.

Тогда площадь поперечного сечения камеры составит:

F = B × L = 8,1 × 6,8 = 55,08 м²

Определяем удельное живое сечение насадки по формуле:

W = 1/(1+δ/d)² = 1/(1+ 0,075/0,15) ² = 0,444 м²/м³

Сечение для прохода продуктов горения (воздуха):

F’ = F×W = 55,08 × 0,444 = 24,4555 м²

1. Удельная поверхность нагрева:

Форстеритовой части (система Каупер):

Ф_Ф = (4×d) /(d+δ)² = (4 × 0,15)/(0,15 + 0,075)² = 11,85 м²/м³

Шамотной части (система Сименс):

Ф_ш = 2/(d + δ) + (1,5 × d × δ +2 × a ×(d - δ))/( (d+δ)² × h)

где h = 0,115 - высота кирпича, м;

а = 0,025 - высота нижнего бокового уступа кирпича, м.

Ф_ш = 2/(0,15 + 0,075) + (1,5 × 0,15 × 0,075 + 2 × 0,025 ×(0,15 – 0,075))/ ((0,15 + 0,075)²× 0,115) = 12,43 м²/м³

Количество тепла, полученное воздухом за полуцикл теплообмена:

∆I_в = V’_B× τ × (С”_в × t”_B- С”_в × t”_B) = 10 × 450 × (0, 3462 × 1070 - 0,3162 × 60) = 1581579 ккал/пер.

где C''в и C''в - средняя теплоёмкость воздуха при постоянном давлении соответственно при температурах 1070 °С и 60 °С.

Количество тепла, выносимое продуктами горения в регенератор:

I’_п.г. = V’_пг.× τ × (С_п)’_п.г. × t’ _п.г ,

где (Ср)'_п.г. - теплоёмкость продуктов сгорания, определяемая как сумма теплоемкостей долей данного газа в составе продуктов сгорания.

_{1600 1600 1600 1600}

(С_п)’_п.г. = (С_п)_CO2 × 0,18 + (С_п)_H2O × 0,17 + (С_п)_O2 ×0,01 + (С_п)_N2 ×0,64 = 0,5696 ×

× 0,18 + 0,4447 × 0,17 + 0,3678 × 0,01 + 0,3476 × 0,64 = 0,404321 ккал/м³

Теплоёмкости газов при t’ _п.г =1600 °C находим из приложения А, путем интерполирования.

I’_п.г. = 16 × 450 × 0,404321 × 1600 = 4657777,92 ккал/пер.

Состав продуктов горения по высоте насадки. Принимаем, что суммарный подсос воздуха на тракте насадки равен 20% от количества продуктов горения входящих в насадку.

Принимаем, что форстеритовая и шамотная части насадки подсасывают одинаковое количество воздуха.

2.Тогда количество воздуха, подсосанное форстеритовой частью насадки:

∆V _форст = V’_пг.× 0,1 = 16 × 0,1 = 1,6 м³/с

шамотной частью насадки:

∆V_шам = V’_пг.× 0,1 = 16 × 0,1 = 1,6 м³/с

3. В этом случае состав и количество продуктов горения за форстеритовой частью:

м³/с %

CO₂ 16 × 0,18 2,88 16,36

H₂O 16 × 0,17 2,72 15,45

O₂ 16 × 0,01 + 1,6 × 0,21 0,496 2,82

N₂ 16 × 0,64 + 1,6 × 0,79 11,504 65,37

Всего: 17,6 100

_п.ф.ч.

V_пг = 17,6 м³/с

Состав и количество продуктов горения за шамотной частью, т. е. на выходе из насадки:

м³/с %

CO₂17,6 × 0,1636 2,88 14,99

H₂O17,6 × 0,1545 2,72 14,17

O₂ 17,6 × 0,0282 + 1,6 × 0,21 0,832 4,34

N₂17,6 × 0,6537 + 1,6 × 0,79 12,769 66,5

Всего: 19,201 100

V”_пг = 19.201 м³/с

4. Количество тепла, отданное форстеритовой частью насадки воздуху:

∆I^ф.ч. = ∆Iв / 3 = 1581579 / 3 = 527193 ккал/пер.

Количество тепла, отданное шамотной частью насадки воздуху:

∆I_в^ш.ч. = ∆Iв - ∆I^ф.ч. = 1581579 - 527193 = 1054386 ккал/пер.

Количество тепла в продуктах горения после форстеритовой части насадки. Принимаем, что регенератор теряет в окружающее пространство за счет теплопроводности через стены 10% тепла, идущего с продуктами горения, причем форстеритовая часть теряет 50% и шамотная часть - 50%.

_{п.ф.ч.ф.ч.}

I_п.г. = I’_п.г. × 0,95 - ∆I_в = 4657777,92 × 0,95 - 527193 = 3897696,024 ккал/пер.

Количество тепла в продуктах горения после шамотной части насадки (на выходе из регенератора):

_п.ф.ч.

I”_п.г. = (I_п.г. – 0,05 × I’_п.г.) - ∆I_в^ш.ч. = (3897696,024 – 0,05 × 4657777,92) -

1054386 = 2610421,128ккал/пер.

Строим It диаграмму для продуктов горения. Для этого через определённые интервалы задаемся температурой и при каждом её значении определяем энтальпию продуктов сгорания, по их составу и табличным значениям составляющих компонентов.

5. Таблица 2.1 - Расчет энтальпии продуктов горения для форстеритовой насадки

Состав -ляющие	Доля газа	Температура
		1100° С		1200°С		1300°С		1400°С
		i 1м3 газа ккал/м3	i доли газа	i 1м3 газа ккал/м3	i доли газа	i 1м3 газа ккал/ м3	i доли газа	i 1м3 газа ккал/ м3	i доли газа
CO2	0,164	593,56	98	655,92	108	717,6	118	782,6	129
H2O	0,155	457,05	71	506,04	79	556,01	86	606,7	94
O2	0,028	391,93	11	430,56	12	460,56	13	508,7	14
N2	0,653	369,27	241	405,96	265	443,69	290	480,6	314
∑	1,000	4211768	4641949	5072130	5512314
						Таблица 2.2-Расчет энтальпии продуктов горения для шамотной части.
Состав- ляющие	Доля газа	Температура
		600° С		700° С		800° С		900° С
		i 1м3 газа ккал/ м3	i доли газа	i 1м3 газа ккал/ м3	i доли газа	i 1м3 газа ккал/ м3	i доли газа	i 1м3 газа ккал/ м3	i доли газа
CO2	0,147	295,08	44	352,38	52	411,12	61	471,06	69
H2O	0,14	230,4	32	273,14	38	317,2	45	362,55	51
O2	0,043	208,4	9	240,24	10	277,6	12	315,18	14
N2	0,67	192,3	129	234,59	157	261,44	175	297	199
∑	1,000	214899	2571080	2931231	3331399

Определяем энтальпию и температуру продуктов сгорания. Энтальпия продуктов сгорания после форстеритовой части:

_{п.ф.ч. п.ф.ч. п.ф.ч.}

i”_п.г. = I_п.г. / τ_сек × V_пг = 3897696,024 / 450 × 17,6 = 492.133ккал/м²

= 2066.96 кДж/ м³

_п.ф.ч.

По It -диаграмме это соответствует температуре t”_п.г. = 1260 °C

Энтальпия продуктов сгорания после шамотной части (на выходе из насадки).

i”_п.г. = I”_п.г./ τ_сек× V”_пг = 2610421,128 / 450 × 19.201 = 302,12 ккал/м²

= 1268,9 кДж/ м³

По It - диаграмме это соответствует температуре t”_п.г. = 820 °C

Энтальпия и температура воздуха на границе форстеритовой и шамотной частей насадки

_{ф.ш. нач. ш.ц..}

i_в. = i_в.+ ∆i_в. / τ_сек × V’_в = 15,5 + 1054386 / 450 × 10 =249,8 ккал/м³

По приложению А, методом интерполирования для полученного значения

_ф.ш.

энтальпии воздух будет иметь температуру: t_в. =678 °C

Рассчитаем средний перепад температур форстеритовой части насадки:

_в

∆t_ср = ((1600– 1070) – (1260 - 678)) / (2.3lg ((1600 – 1070) / (1260 - 678)) =

= -52 / (-0.0943)= 552°C

Аналогично рассчитываем средний перепад температур для шамотной части насадки:

_в

∆t_ср = ((1260 – 678) - (820 – 60)) / (2.3lg ((1260 – 678) – (820 – 60)) =

= -178 / (-0.2668) = 667°C

Скорость воздуха в насадке составит:

_в

Wo = V’_в / F’ = 10 / 24,4555 = 0.409 м/с

Скорость продуктов горения в насадке: На выходе в форстеритовую часть:

_в.ф.ч

W_пг = 16 / 24,4555 = 0,654 м/с

На границе между форстеритовой и шамотной частями:

_ф.ш

W_пг = 17,6 / 24,4555 = 0,719 м/с

На выходе из шамотной части (на выходе из насадки):

_в.ш.

W_пг = 19.201 / 24,4555 = 0,785 м/с

Определяем коэффициенты теплоотдачи конвекцией для различных теплоносителей. Для форстеритовой части насадки, выложенной по системе Каупер, коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется по формуле:

Дня шамотной части насадки, выложенной по системе Сименс (Т- образным кирпичом) коэффициент теплоотдачи конвекцией определяем по формуле Кисгнера:

где W₀ - скорость соответствующего теплоносителя на данном горизонте, м/с;

d_э - эквивалентный диаметр ячейки d_э = 0,15