Расчёт металлургической печи (стр. 1 из 7)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теплофизики

Курсовая работа

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по теплотехнике

на тему:

«Расчёт металлургической печи»

Липецк 2001

Аннотация

С. 36, рис. 6, табл. 3, прил. 2, библ. 8 назв.

В данной работе рассчитывается методическая печь с двусторонним обогревом, предназначенная для нагрева изделий из углеродистой стали Ст20 размерами 230´850´9200. Производительность рассчитываемой печи составляет 155 т/ч. Печь обогревается продуктами сгорания смеси природно-доменного газа.

Содержание.

1. Расчёт горения топлива……………………………………….….…4

2. Расчёт нагрева металла……………………………………..……...10

2.1. Расчёт основных размеров рабочей камеры и

параметров внешнего теплообмена…………………………….…….10

2.2. 1-я ступень нагрева – методическая зона …………………11

2.3. 2-я ступень нагрева – сварочная зона ……………………….……..14

2.4. 3-я ступень нагрева – томильная зона..……………………….….…17

3. Тепловой баланс методической печи….……………………...…..19

4. Расчёт керамического рекуператора …….……………………….30

4.1.Определение коэффициента теплоотдачи

продуктов сгорания……………………………………………………...31

4.2. Определение требуемой поверхности теплообмена……………...31

4.3. Определение размеров рекуператора……………………………...33

4.4. Окончательные размеры рекуператора……………………………34

4.5. Расчет аэродинамического сопротивления воздушного тракта…35

4.6. Расчет аэродинамического сопротивления тракта продуктов сгорания……………………………………………………………………...…...36

5. Выбор горелочных устройств …….………………………..…….37

6. Расчет газового, воздушного и дымового

трактов нагревательных печей………………...…………….…………...38

6.1. Определение размеров газо- и воздухопроводов …………40

6.2. Расчет дымового тракта…………………………………….40

6.3.Аэродинамический расчёт дымового тракта……………...……..41

Библиографический список….………….…….………………………….42

Приложения………………………..…….………………………….…….45

1. Расчёт горения топлива.

Производим расчет горения смеси природно-доменного газа с теплотой сгорания Q^p_н=8100 кДж/м³ в нагревательном колодце для нагрева слитков до 1230^оС.

В нагревательных колодцах применяют горелки без предварительного смешения газа с воздухом, поэтому принимаем коэффициент расхода воздуха a=1,1.

Из справочной литературы берем состав сухих газов.

Таблица 1

Состав сухих газов

Газ	СО2	СО	СН4	С2Н6	Н2	N2	С4Н10	Всего
доменный	10,0	27,4	0,9	-	3,3	58,4	-	100
природный	-	-	92,2	0,8	-	6,0	1,0	100

Принимаем влажность газов:

- доменного W₁=30 г/м³,

- природного W₂=10 г/м³.

Определяем содержание влаги во влажном газе:

доменном

Н₂О=100×W₁/(803,6+ W₁)=3,598 %,

природном

Н₂О=100×W₂/(803,6+ W₂)= 1,229 %.

Пересчитаем состав сухих газов на влажные.

Доменный газ.

Содержание СО₂ во влажном газе:

=9,64 %.

Аналогично находим содержание других компонентов во влажном доменном газе.

Химический состав влажного доменного газа, %:

СО₂^Р СО^Р СН₄^Р Н₂^РN₂^Р Н₂О Всего

9,64 26,41 0,867 3,18 56,29 3,598 100

Таким же путем определяем состав влажного природного газа:

СН₄^Р С₂Н₆^РN₂^Р С₄Н₁₀^Р Н₂О Всего

91,06 0,79 5,926 0,987 1,229 100

Определяем низшую теплоту сгорания газов:

- доменного

Q_н^Р=126,45×СО+107,6×Н₂+358×СН₄=3992,712 кДж/м³

- природного

Q_н^Р=358×СН₄+635× С₂Н₆+1253,36× С₄Н₁₀=34340,34 кДж/м³

Находим долю доменного газа в смеси:

=0,864

Доля природного газа (1-

)=0,135.

Определяем состав смеси влажного газа:

Х=

×Х₁+(1-

)×Х₂,

где Х₁-содержание данного компонента (например СО₂,% ) в доменном газе;

Х₂-то же, в природном газе.

Находим содержание СО₂ в смешанном газе:

=0,864×9,64+0=8,329 %

Аналогично определяем содержание других компонентов смешанного газа и получаем его состав, %:

СО₂ СО СН₄ Н₂N₂ С₂Н₆ С₄Н₁₀ Н₂О Всего

8,329 22,82 13,07 2,748 49,44 0,106 0,133 3,27 100

Для проверки точности расчета определяем теплоту сгорания смешанного газа:

Q_н^Р=126,45×СО+107,6×Н₂+358×СН₄+635× С₂Н₆+1253,36×С₄Н₁₀=8095,6кДж/м³

Определяем ошибку теплоты сгорания:

dQ=

×100=5,4×10^-4 %<0,5%.

Разность между расчетной и заданной теплотой сгорания смешанного газа не превышает ± 0,5 %.

Табличным способом рассчитываем удельное теоретическое количество воздуха и продуктов горения (табл. 2)

Таблица 2

Расчет горения топлива

Участвуют в горении							Получено газооб- разных продуктов
Топливо				Воздух
Сос-тав	Содержание%	Кол-во,м3	Реакции горения	О2,м3	N2,м3	Всегом3	СО2,м3	Н2О,м3	N2,м3	Всегом3
Н2	2,74	2,74	Н2+0,5О2=Н2О	1,37	40,16×3,76	151,01+40,16	-	2,748	2,7480
СО	22,82	22,82	СО+0,5О2= СО2	11,4			22,82	-	22,827
СН	13,07	13,07	СН4+2О2=СО2+2Н2О	26,1			13,07	26,14	39,210
СО2	8,33	8,33	-	-			8,33	-	49,44- +151,0	8,3290
N2	49,44	49,44	-	-			-	-		200,45
С2Н6	0,106	0,106	С2Н6+3,5О2=2СО2+3Н2О	0,37			0,213	0,320		0,5334
С4Н10	0,133	0,133	С4Н10+6,5О2=4СО2+5Н2О	0,86			0,534	0,667	1,2015
Н2О	3,275	3,275	-	-			-	3,275	3,275
Всего	100	100	40,1	151	191	44,97	33,15	200,4	278,57
На 1 м3 газа				0,4	1,51	1,91	0,449	0,331	2,004	2,7857

Используя данные табл.2, определяем удельное действительное количество воздуха, количество и состав продуктов горения для принятого коэффициента расхода воздуха a=1,1.

Удельное количество воздуха:

V_В=V_В⁰+(a-1)×V_В⁰=1,1×1,911=2,102 м³

Удельное количество продуктов горения:

V_п= V_п⁰+(a-1)×V_В⁰=2,785+0,1×1,911=2,976 м³/м³.

Удельное количество азота:

V_N= V_N⁰+(a-1)×V_NВ⁰=2,005+0,151=2,155 м³/м³.

Удельное количество кислорода:

V_О= (a-1)×V_ОВ⁰=0,0401 м³/м³.

Удельное количество других компонентов продуктов горения (табл. 2):

=0,4497 м³/м³

=0,3315 м³/м³.

Состав продуктов горения:

СО₂=

/V_п×100%=15,11%,

N₂=V_N2/V_п×100%=72,41%,

Н₂О=

/V_п×100%=11,14%,

О₂=V_О2/ V_п×100%=1,34%.

Плотность среды:

+ +m_Н2О×Н₂О/(100×22,4)=2674,381/2240=1,194 кг/м³.

r_во=1,293 кг/м³ - плотность воздуха.

Плотность продуктов сгорания:

=2936,026/2240=1,31 кг/м³.

Точность расчета проверяем составлением материального баланса горения на 1 м³ газа. Поступило:

- газа r_ГО×V_Г=1,194×1=1,194 кг;

- воздуха r_во×V_В=2,102×1,293=2,718 кг.

Всего: М_у=1,194+2,718=3,912 кг.

Получено продуктов сгорания:

М_п=r_по×V_п=2,976×1,310=3,9 кг.

Баланс выполнен, если невязка меньше 0,5%:

.

Расчет калориметрической температуры горения.

Энтальпия продуктов горения:

i_п=Q^p_н/V_п=8095,6/2,976=2720,295 кДж/м³.

Предварительно принимаем температуру t₁=1700°C и находим энтальпию продуктов горения:

=(4087,1×15,11+2486,28×72,4++2632,09×11,139+3203,05×1,347)×10^-2=2754,3 кДж/м³.

Так как i₁>i_п, то действительная калориметрическая температура горения меньше 1700°C.