Определение размеров рабочего пространства печи

Задание

 

Спроектировать методическую трехзонную толкательную печь с наклонным подом для нагрева заготовок из малоуглеродистой стали с размерами d=305 мм, l=400 мм. Производительность - 60000 кг/ч, tКОН=1030 °С. Топливо: газ, %

 

СН4=0,5

СО2=8,5

N2=1,5

О2=2,2

СО=37

Н2=50

Н2S=0,3

qH2O=10 г/м3

tВ=280 °С.

Расчет горения топлива

 

Рассчитываем состав влажного газа по составу сухого и влажности г/м3. Коэффициент пересчета с сухого газа на влажный определяем по формуле:

 

 

Состав влажного газа находим по содержанию сухого газа и величине К:

 

 

Сумма всех составляющих:

 

.

 

Определяем низшую теплоту сгорания топлива, кДж/м3:

 

Расчет теоретически необходимого объема кислорода для горения, м3/м3:

 

 

Теоретический расход воздуха для горения, м3/м3:

 

,

 

где  - объемная доля О2 в воздухе ( - для атмосферного воздуха).

Действительный расход воздуха для горения, м3/м3:

 

,

 

где α - коэффициент избытка воздуха, принимается по [1].

Объемы продуктов сгорания (м3/м3), получившиеся в результате горения:

объем углекислого газа

 

 

объем азота

 

объем избыточного кислорода

 

 

объем водяного пара

 

 

объем сернистого газа

 

 

общий объем продуктов сгорания

 

 

Состав продуктов сгорания (%) определяется:

 

Для проверки правильности расчета горения топлива составляют материальный баланс, на основании закона сохранения массы:

 

 

где Gт - масса топлива, кг;

Gв - масса воздуха, необходимого для горения, кг;

Gп.с. - масса продуктов сгорания, получившихся, в результате горения, кг.

Масса топлива, кг:

 

,

 

где Vт - единица объема газа на которую ведется расчет, м3;

ρт - плотность газа, кг/м3

 

 

где  …… - молекулярная масса соответствующего компонента.

Масса воздуха, кг:

 

,

 

где кг/м3 - плотность воздуха.

Масса продуктов сгорания, кг:

 

где  - плотность продуктов сгорания, кг/м3

 

 

Результаты расчета сводятся в таблицу 1.

 

Таблица 1. Материальный баланс горения

Приход	кг	%	Расход	кг	%
1. Топливо	0,733	19,7	1. Продукты сгорания	3,7	100
2. Воздух	2,987	80,3
Итого	3,72	100	Итого	3,7	100

 

Производим расчет неувязки баланса:

 

%

 

Величина неувязки не превышает 1%.

Для определения калориметрической температуры сгорания рассчитываем энтальпию продуктов сгорания, кДж/м3:

 

,

 

где Qв - теплота вносимая подогретым воздухом, кДж.

,

 

где iв - энтальпия подогретого воздуха (определяется по [1]), кДж/кг.

Определяем энтальпию продуктов сгорания при температуре t1=2200 °С, кДж/м3:

 

.

 

Определяем энтальпию продуктов сгорания при температуре t2=2300 °С, кДж/м3:

 

.

 

Значение калориметрической температуры, °С:

 

.

 

Действительная температура горения, °С:

 

,

 

где  - пирометрический коэффициент (для методических печей ).

Список используемой литературы

 

1. Проектирование топливных нагревательных печей: Метод. Указания по курсовому проектированию / Сост. О.Г. Шишканов; КГТУ. Красноярск, 2007г.

2. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки: Учебное пособие / Под ред. В.А. Кулагина. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2007 г.

.   Мастрюков Б.С. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей. Т.2. Расчеты металлургических печей. М.: металлургия, 2006 г.

.   Миткалинный В.И., Кривандин В.А. Металлургические печи: Атлас. М.: Металлургия, 2007 г.

Задание

 

Спроектировать методическую трехзонную толкательную печь с наклонным подом для нагрева заготовок из малоуглеродистой стали с размерами d=305 мм, l=400 мм. Производительность - 60000 кг/ч, tКОН=1030 °С. Топливо: газ, %

 

СН4=0,5

СО2=8,5

N2=1,5

О2=2,2

СО=37

Н2=50

Н2S=0,3

qH2O=10 г/м3

tВ=280 °С.

Расчет горения топлива

 

Рассчитываем состав влажного газа по составу сухого и влажности г/м3. Коэффициент пересчета с сухого газа на влажный определяем по формуле:

 

 

Состав влажного газа находим по содержанию сухого газа и величине К:

 

 

Сумма всех составляющих:

 

.

 

Определяем низшую теплоту сгорания топлива, кДж/м3:

 

Расчет теоретически необходимого объема кислорода для горения, м3/м3:

 

 

Теоретический расход воздуха для горения, м3/м3:

 

,

 

где  - объемная доля О2 в воздухе ( - для атмосферного воздуха).

Действительный расход воздуха для горения, м3/м3:

 

,

 

где α - коэффициент избытка воздуха, принимается по [1].

Объемы продуктов сгорания (м3/м3), получившиеся в результате горения:

объем углекислого газа

 

 

объем азота

 

объем избыточного кислорода

 

 

объем водяного пара

 

 

объем сернистого газа

 

 

общий объем продуктов сгорания

 

 

Состав продуктов сгорания (%) определяется:

 

Для проверки правильности расчета горения топлива составляют материальный баланс, на основании закона сохранения массы:

 

 

где Gт - масса топлива, кг;

Gв - масса воздуха, необходимого для горения, кг;

Gп.с. - масса продуктов сгорания, получившихся, в результате горения, кг.

Масса топлива, кг:

 

,

 

где Vт - единица объема газа на которую ведется расчет, м3;

ρт - плотность газа, кг/м3

 

 

где  …… - молекулярная масса соответствующего компонента.

Масса воздуха, кг:

 

,

 

где кг/м3 - плотность воздуха.

Масса продуктов сгорания, кг:

 

где  - плотность продуктов сгорания, кг/м3

 

 

Результаты расчета сводятся в таблицу 1.

 

Таблица 1. Материальный баланс горения

Приход	кг	%	Расход	кг	%
1. Топливо	0,733	19,7	1. Продукты сгорания	3,7	100
2. Воздух	2,987	80,3
Итого	3,72	100	Итого	3,7	100

 

Производим расчет неувязки баланса:

 

%

 

Величина неувязки не превышает 1%.

Для определения калориметрической температуры сгорания рассчитываем энтальпию продуктов сгорания, кДж/м3:

 

,

 

где Qв - теплота вносимая подогретым воздухом, кДж.

,

 

где iв - энтальпия подогретого воздуха (определяется по [1]), кДж/кг.

Определяем энтальпию продуктов сгорания при температуре t1=2200 °С, кДж/м3:

 

.

 

Определяем энтальпию продуктов сгорания при температуре t2=2300 °С, кДж/м3:

 

.

 

Значение калориметрической температуры, °С:

 

.

 

Действительная температура горения, °С:

 

,

 

где  - пирометрический коэффициент (для методических печей ).

Определение размеров рабочего пространства печи

 

Основными размерами рабочего пространства печи являются - ширина, длина, высота. Определяющими условиями при этом являются геометрические размеры нагреваемых изделий, рациональный характер движения газов, соответствующее расположение топливосжигающих устройств, быстрый и качественный нагрев металла.

Для методических печей общее число изделий, находящихся в рабочем пространстве в единицу времени, неизвестно, поэтому размеры определяются предварительно, а затем в процессе расчета уточняются.

Ширина печи, при расположении заготовок в шесть рядов, м:

 

,

 

где l - длина заготовки, м;

а - расстояние между заготовками и между концами заготовок и стенками печи, м.

Начальная высота печи, м:

 

,

 

где d - диаметр заготовки, м.

Высота печи в конце сварочной зоны, м:

.

Средняя высота печи, м:

 

.

Средняя высота методической зоны, м:

 

.

 

Средняя высота сварочной зоны, м:

 

.

 

Эскиз печи представлен на рис.1.