Расчёт 1-го огнеупорного слоя.

Задание

Вариант № 57

 

Копильник расплава заданного состава имеет площадь сечения A B и высоту в свету H. Высота уровня расплава h.

Для поддержания заданного уровня температуры расплава в рабочем пространстве копильника сжигается органическое топливо заданного состава.

 

Расчетная часть.

1. Разработать конструкцию ограждений печи.

2. Рассчитать процесс сжигания топлива при заданных температурных условиях печи.

3. Составить тепловой баланс копильника и определить расход топлива.

4. Выбрать и рассчитать сожигательные устройства.

 

Графическая часть.

1. Чертеж узла установки горелочного устройства на печи.

2. Чертеж узла стыковки свода печи со стеной.

3. Чертеж элемента подины печи.

4. Чертеж элемента кладки вертикальной стены.

 

A, мм	В, мм	H, мм	h, мм	Свод	Тп.с, °С	Тр.п., °С	То.г., °С	Основность расплава
				Распорный				1,3

 

А - ширина копильника

В - длина копильника

H - высота копильника

h - высота уровня расплава

Т_п.с - Температура продуктов сгорания

Т_р.п - Температура расплава на поверхности

Т_о.г - Температура отходящих газов

Падение температуры расплава по глубине 105 /м

Температура наружной стенки под уровнем расплава Т_ст.1= 70

Температура наружной стенки над уровнем расплава Т_ст.2 = 90

Температура наружной поверхности свода Т_св.= 250

Температура наружной поверхности подины Т_под.= 110

Режим работы копильника - непрерывный

Состав газообразного топлива:

 

Компонент	CH4	C2H4	СО2	N2
Содержание, % об.		3,5	0,2	36,4

Часть 1. Конструирование ограждений печи.

 

Стена над уровнем расплава.

Расчёт 1-го огнеупорного слоя.

Выбор огнеупора для рабочего слоя: т.к. длинна копильника 15465 мм, то для того, чтобы сжечь газообразное топливо и обеспечить прогрев всего пространства печи, необходимо установить горелки типа «труба в трубе», для которых значение коэффициента расхода воздуха n=1,15 (таблица 4.1[1]). В этом случае газовая среда внутри копильника является кислой. Исходя из этого и того, что рабочий слой в этой зоне имеет температуру внутренней поверхности Т_вн.=Т_п.с.=1441°С и работает без теплосмен, по таблице 3.7 выбираю форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79) и по приложению 13[1] определяю его рабочие свойства

Т_пр=1450 – 1570 °С;

Высота надслоевого пространства H - h=2500 – 814 = 1686 мм = 1,686 м

По таблице 3.14 [1] выбираю толщину рабочего слоя: δ₁=0,23 м.

В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки над уровнем расплава не должна превышать Т_нар=90 ºС. По таблице 3.13 [1] определяю плотность теплового потока от вертикальной стенки: q_о.с.= 984

Для определения λ₁ задаюсь предварительно приближённым значением:

Т'₁=1200 ºС;

Тогда:

Определяю уточнённое значение :

Относительная погрешность расчёта:

Окончательно получаю:

δ₁=0,23 м.

 

Расчёт 2-го теплоизоляционного слоя.

По приложению 14 с учетом таблицы 3.10 [1], принимаю к установке во втором ряду шамотный легковес ШЛ - 0,9 (ГОСТ 5040-78) со следующими рабочими свойствами:

Т_пр=1270 °C

Задаюсь целью сделать кладку в три слоя, поэтому принимаю температуру на внешней границе второго слоя Т₂:

Т₂=300 °C;

Коэффициент теплопроводности:

Толщина 2-го слоя:

 

Т.к. 0,43 не кратно 0,115 (стандартный размер о/у кирпича 230х115х65 мм) принимаю δ₂=0,46 м

Температура наружной поверхности 2-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Повторяю расчет, приняв для определения , :

 

Повторяю расчет, приняв для определения , :

Окончательно получаю:

δ₂ = 0,46 м

 

Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя.

В качестве третьего слоя по приложению 14 [1] принимаю а сбозурит мастичный материал марки 600 (ТУ 36-130-69):

Т_пр= 900 °C;

Рассчитаю коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Толщина 3-го слоя:

Окончательно получаю:

Для проверки правильности расчёта определяю плотность теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку, и сраниваю её с принятым значением q_о.с.:

Проверяю степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

 

Суммарная толщина верхней части стены:

d_ст.1= d₁+ d₂ +d₃=0,23+0,46+0,02 = 0,71 м

 

Стена под уровнем расплава.

Расчёт свода.

Расчёт подины.

Заключение

 

1. Сжигание топлива осуществляется с предварительным подогревом воздуха до температуры Т_в = 136 °С с коэффициентом расхода воздуха n=1,15.
2. Сожигательное устройство – горелка ДВС-130/26
3. Конструкция ограждений печи.

 

	Стена над уровнем расплава	Стена под уровнем расплава
№ слоя	Tвн-Tнар,ºС	Материал	Толщина, м	№ слоя	Tвн-Tнар,ºС	Материал	Толщина, м
	1441-1212	Форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79)	0,23		1085-948	Форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79)	0,345
	1212-228	ШЛ - 0,9 (ГОСТ 5040-78)	0,46		948-260	ШЛ - 0.9 (ГОСТ 5040-78)	0,46
	228-90	Асбозурит мастичный марки 600 (ТУ 36-130-69)	0,02		260-70	Асбозурит мастичный марки 600 (ТУ 36-130-69)	0,05
Σ, м	0,71	Σ, м	0,855
Свод печи	Подина печи
	1441-	Динасовый огнеупор (ГОСТ 4159-79)	0,23		1000-816	Форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79)	0,23
	840-250	Каолиновая вата 2-8 мкм	0,015		646-254	ШВ (ГОСТ 390-83)	0,26
	254-110	Диатомитовая обожженная крошка в засыпке	0,022
Σ, м	0,245	Σ, м	0,512

 

 

Список литературы:

1. Сборщиков Г. С., Крупенников С. А., Теплотехника: расчет и конструирование элементов промышленных печей. №1710,- М.: «Учеба», 2004 г.178 с.
2. Миткалинный В. И., Кривандин В. А. и др., Металлургические печи: атлас,- М,: «Металлургия», 1987 г.,384с.
3. Кривандин В. А., Белоусов В. В., Сборщиков Г.С. и др., Теплотехника металлургического производства т.2, -М.: «МИСИС», 2002 г.,607 с.

 

 

Задание

Вариант № 57

 

Копильник расплава заданного состава имеет площадь сечения A B и высоту в свету H. Высота уровня расплава h.

Для поддержания заданного уровня температуры расплава в рабочем пространстве копильника сжигается органическое топливо заданного состава.

 

Расчетная часть.

1. Разработать конструкцию ограждений печи.

2. Рассчитать процесс сжигания топлива при заданных температурных условиях печи.

3. Составить тепловой баланс копильника и определить расход топлива.

4. Выбрать и рассчитать сожигательные устройства.

 

Графическая часть.

1. Чертеж узла установки горелочного устройства на печи.

2. Чертеж узла стыковки свода печи со стеной.

3. Чертеж элемента подины печи.

4. Чертеж элемента кладки вертикальной стены.

 

A, мм	В, мм	H, мм	h, мм	Свод	Тп.с, °С	Тр.п., °С	То.г., °С	Основность расплава
				Распорный				1,3

 

А - ширина копильника

В - длина копильника

H - высота копильника

h - высота уровня расплава

Т_п.с - Температура продуктов сгорания

Т_р.п - Температура расплава на поверхности

Т_о.г - Температура отходящих газов

Падение температуры расплава по глубине 105 /м

Температура наружной стенки под уровнем расплава Т_ст.1= 70

Температура наружной стенки над уровнем расплава Т_ст.2 = 90

Температура наружной поверхности свода Т_св.= 250

Температура наружной поверхности подины Т_под.= 110

Режим работы копильника - непрерывный

Состав газообразного топлива:

 

Компонент	CH4	C2H4	СО2	N2
Содержание, % об.		3,5	0,2	36,4

Часть 1. Конструирование ограждений печи.

 

Стена над уровнем расплава.

Расчёт 1-го огнеупорного слоя.

Выбор огнеупора для рабочего слоя: т.к. длинна копильника 15465 мм, то для того, чтобы сжечь газообразное топливо и обеспечить прогрев всего пространства печи, необходимо установить горелки типа «труба в трубе», для которых значение коэффициента расхода воздуха n=1,15 (таблица 4.1[1]). В этом случае газовая среда внутри копильника является кислой. Исходя из этого и того, что рабочий слой в этой зоне имеет температуру внутренней поверхности Т_вн.=Т_п.с.=1441°С и работает без теплосмен, по таблице 3.7 выбираю форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79) и по приложению 13[1] определяю его рабочие свойства

Т_пр=1450 – 1570 °С;

Высота надслоевого пространства H - h=2500 – 814 = 1686 мм = 1,686 м

По таблице 3.14 [1] выбираю толщину рабочего слоя: δ₁=0,23 м.

В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки над уровнем расплава не должна превышать Т_нар=90 ºС. По таблице 3.13 [1] определяю плотность теплового потока от вертикальной стенки: q_о.с.= 984

Для определения λ₁ задаюсь предварительно приближённым значением:

Т'₁=1200 ºС;

Тогда:

Определяю уточнённое значение :

Относительная погрешность расчёта:

Окончательно получаю:

δ₁=0,23 м.