Расчет двухзонной методической печи

Надя ..doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Череповецкий Государственный Университет.
Металлургический Факультет.
Кафедра промышленной теплоэнергетики.
По курсу «Теплотехника»
«Расчет двухзонной методической печи»
Конструкция отдельных частей печи 1
Расчет горения топлива: 9
1.Перерасчет состава топлива . 9
2 Объем воздуха и продуктов полного
3. Низшая теплота сгорания . .. 11
4. Температура горения топлива 11
Расчет теплообмена в рабочем пространстве
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве
Расчет нагрева металла . ..18
Расчет основных параметров . 25
. Тепловой баланс печи 28
Основные теплотехнические показатели рабочей
Аэродинамический расчет . .37
Расчет дымового тракта . .37
Расчет дымовой трубы .. 41
Расчет топливосжигающих устройств . 43
Техническое задание.
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по
температурному режиму.
Производительность печи G=101 тч
Нагреваемый металл: сталь 08КП
Заготовки квадратного сечения размером 10500*100*100 мм
CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2
Топливо – природный газ. Состав топлива в %:
Температура подогрева 400 °С
Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и
кузнечных цехах для нагрева квадратных прямоугольных а иногда и
круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено
тем что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при
невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла
методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с
другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при
помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая
заготовка выдается из печи.
Металл поступает в зону наиболее низких температур и продвигаясь
навстречу дымовым газам температура которых монотонно повышается
постепенно (методически) нагревается.
Первая (по уходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой
называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается
до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепенный
нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим
нагрева когда металл находится в упругом состоянии.
Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся
навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами отходящими
из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в
методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур
методических печей температура поддерживается на уровне 1300 - 1400С
в конце же методической зоны она находится в пределах 750-1000С.
Вторая ( по ходу металла) зона называется зоной высоких температур
или сварочной зоной. Назначение этой зоны – быстрый нагрев поверхности
заготовок до конечной температуры. Температура металла в методических
печах обычно составляет 1150-1250С. Для интенсивного нагрева
поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо
обеспечивать температуру на 50-100 К выше.
В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность
металла; температура середины металла отстает от температуры
поверхности. Однако при нагреве тонких заготовок нет необходимости
делать выдержку для выравнивания температур по сечению так как имеет
место небольшой перепад температур.
В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев
металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае когда
металл продвигаясь по монолитному поду нагревается только с одной
стороны сверху. Для этого на всю длину сварочной и методической зон
оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.
При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные
(водоохлаждаемые) трубы по которым перемещается металл. Глиссажные
трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две-три на
каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с
водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже и на
его поверхности образуются темные пятна.
Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в
двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны
выполняется без нижнего обогрева с монолитным огнеупорным подом.
Как монолитный под так и под томильной зоны в трехзонных
методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала
который не взаимодействует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее
действие продвигающегося металла.
Высотой рабочего пространства считается расстояние от высшей точки
свода до пода. В печах оборудованных глиссажными трубами полная
высота печи делится на две части: верхнюю ( расстояние от нажней части
заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода).
Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи а
ширина – по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нормальным
соотношение размеров когда отношение длины к ширине равно 5÷6 (
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи
металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При
торцевой выдаче необходим один толкатель который выполняет роль также
Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель но и
выталкиватель поэтому такие печи при размещении требуют больших
При торцевой выдаче через окно выдачи расположенное ниже пода печи
происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса
усиливается инжектирующим действием горелок расположенных в торце
Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами
обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент
использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве что объясняется
наличием методической зоны.
Методические печи могут быть двухзонными трехзонными и многозонными.
Трех- и много зонные печи применяются в тех случаях когда в
нагреваемых заготовках могут возникнуть значительный перепады
температур по толщине
( более 200 К на один метр толщины металла). Эти печи снабжены
дополнительными (томильными) зонами в которых и осуществляется
выравнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи.
Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в
соответствии с режимом нагрева и производительностью печи.
Так например если нагрев двухступенчатый то и профиль печи должен
быть двухзонный если нагрев трехступенчатый то и профиль должен быть
трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок то печь
должна иметь наклонный под.
Конструкции отдельных частей печи
Под печи. Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых
потерь через него следует выполнять в 2.5÷3.0 кирпича. Кроме того
необходимо применять изоляцию пода.
В методической части печи под выкладывается из шамота в 1.5÷2 кирпича
и прослойкой из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65÷130мм.
При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную
подушку толщиной 200÷300мм которая в свою очередь опирается на
кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий
Для нормальной работы необходимо чтобы наивысший уровень грунтовых
вод проходил не ближе чем на 250мм от площади нижних дымовых каналов.
Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или
заключают все строение печи находящееся ниже уровня грунтовых вод в
водонепроницаемый металлический кессон. Иногда кессон выполняется из
В нагревательных печах для устройства пода применяют магнезитовый
хромитовый и тальковый кирпич и также сырой тальк и хромистый
железняк. Самым дешевым является тальк но в то же время из всех
перечисленных выше материалов он устойчив против окалины хотя по
сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.
Под в сварочном пространстве выполняется толщиной в 3 кирпича т.е.
0мм. Верхний слой (150÷250мм) выкладывается магнезитовыми или
хромистыми материалами. Следующий слой – шамотный. Нижний изоляционный
слой имеет толщину 100÷150мм.
Стены нагревательных печей делаются толщиной в 375÷500мм что
составляет 1.5÷2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры:
0×115×65 или 250×125×65мм.
Более тонкие стенки в 1.5 кирпича (375мм) делаются обычно в случае
применения изоляции. Стены методических печей выкладываются из
шамотного кирпича. Динас применяется только для сварочного
пространство и стен топочного пространство методических печей.
Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не
более 4÷5м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба
свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела
прогиба получается если радиус кривизны будет равен ширине пролета.
Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода
упираются в опоры называемые пятовыми кирпичами. Для большей
прочности свода пятовые кирпичи
укладываются глубоко в стенку. Чем больше ширина пролета тем толще
должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из
стандартного кирпича 230 и 300мм; при пролетах более 3.5м применяется
кирпич длиной 345мм или больше.
Кроме арочных сводов существуют многочисленные конструкции так
называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов – секционная и
В индивидуальной системе каждый кирпич имеет свою подвеску а в
секционной системе отдельные кирпичи связаны в группы или ряды
которые подвешиваются в целом к арматуре. Наибольшее распространение
получили подвесные своды представляющие собой двутавр на который
надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для
ремонта и возможность тщательного его монтажа. Расстояние между
центрами подвесок – 300мм толщина свода – 300мм. Толщина кирпича –
8 и 73мм. Второй размер 73мм служит для компенсации неточности в
изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без подгонки
варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных
сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы
наивысшего качества.
Борова прокладываются в земле выше уровня грунтовых вод. При
расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в
кессоны. Влага не должна проникать в борова так как это значительно
ухудшит тягу дымовой трубы а следовательно и работу печи. Размеры
боровов определяются по скорости движения газов которая не должна
превышать при 0С и 760 мм рт ст 1.5÷2.5мс.
Из практических соображений борова не должны быть менее 600×600мм.
Стенки и под боровов выполняются в 1.5÷2.0 кирпича: внутренний кирпич
– шамотный а наружный (0.5 или целый) – красный. Свод боровов
выкладывается из шамота в один кирпич или же делается еще одна арка
из красного кирпича и засыпается золой и землей. Борова обычно
перекрываются полуциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боровах
составляет 0.08÷0.12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают
бетонную подушку толщиной 100÷200мм.
Крепление печей. При кладке печей необходимо следить за тем чтобы
предусмотрено достаточное количество температурных швов. В сводах
например температурные швы заполняются деревянными дощечками или
картоном которые выгорают по мере разогрева печи. Назначение
температурных швов – компенсация объемных изменений размеров кладки
при нагреве последней. При определении величины температурного шва
необходимо считаться с качеством кирпича плотностью кладки и способом
крепления. В целях сохранения формы кладки устраивают еще
металлическое крепление печей состоящее из опорных балок и каркасов
сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком
жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то чтобы
температурные швы были достаточных размеров. Если температурные швы
будут недостаточны то может произойти разрыв жесткого крепления или
Расчет горения топлива
1Пересчет состава топлива.
Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на
влажный проводится по формуле:
где dr – влагосодержание газа гм3 х – содержание компонента %
2.Объем воздуха и продуктов полного сгорания.
Теоретический расход сухого кислорода:
Теоретический расход сухого окислителя:
где O2ок – объемное содержание O2 в окислителе %
Расход сухого окислителя при [pic]
Расход сухих трехатомных газов:
Теоретический выход азота:
где N2ок – объемное содержание азота в окислителе %
Теоретический выход водяных паров:
где dок – влагосодержание окислителя гм3
Выход продуктов полного сгорания при [pic]
Объемный состав продуктов полного сгорания:
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:
3.Низшая теплота сгорания
Наиболее точной формулой для определения низшей теплоты
сгорания газообразного топлива является формула Менделеева т.е.
суммированием тепловых эффектов реакций горения:
Для газообразного топлива определяется по формуле:
4.Температура горения топлива
Эта часть расчета необходима для того чтобы установить обеспечивает
топливо нужную температуру нагрева металла и если не обеспечивает то
определить необходимую степень подогрева сред участвующих в горении.
Энтальпия продуктов сгорания:
где [pic]– химическая энтальпия продуктов сгорания:
где [pic] – недожог топлива кДжм3 ([pic]=3%[pic])
[pic] – физическое тепло вносимое воздухом и газом
Из приложения 4 t=400 0СQф - изобарная теплоемкость воздуха.
iв - энтальпия воздуха.
Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания 500 ОС
По полученным значениям строим график зависимости энтальпии 1м3
продуктов сгорания от температуры (рис. 1)
Графически определяем что iобщ = 342791 кДжм3 соответствует
расчетная температура tрасч.=2050 oC
Действительная температура горения:
где [pic] – опытный пирометрический коэффициент ([pic])
Рисунок 1. Зависимость 1 м.куб. продуктов сгорания от
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи.
1 Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.
Целью расчета внешнего теплообмена является определение приведенного
коэффициента излучения от газов и кладки на металл.
Расчет приведенного коэффициента излучения от газов и кладки на
проводим для верхней части рабочего пространства печи для нижних зон
коэффициента излучения принимаем таким же.
Для проведения расчета определяем размеры рабочего
Ширина рабочего пространства:
где n – число рядов заготовок
[pic] – расстояние между рядами заготовок или между торцами заготовок
и боковыми стенками печи м.
l – длина заготовки м.
Средняя высота рабочего пространства печи:
в сварочной зоне – hсв = 2 м.
В методической зоне – hмет = 15 м.
где Lсв Lмет. – соответственно длины сварочной и методической зон.
Внутренняя поверхность стен и свода:
Суммарная поверхность кладки и металла окружающих газовый объем:
Объем заполняемого газом рабочего пространства
Средняя эффективная длины луча:
Парциальное давление газов:
Степень черноты газов [pic]и [pic] в сварочной и методической зонах
определяем по приложениям 5 и 6.
Температура газов в сварочной зоне:
Средняя температура газов в методической зоне:
[pic]температура уходящих газов
Степень черноты продуктов сгорания:
где [pic]- поправочный коэффициент определяем по приложению 7.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл
Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:
в методической зоне:
Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла:
3 Расчет нагрева металла
Среднемассовая конечная температура заготовки:
[pic] где [pic] – заданный конечный перепад температур в заготовке
Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева
где [pic]– коэффициент теплопроводности металла при [pic]
Определяем из рис. 6: [pic]
S – полная толщина металла м.
Расчетная температура газов в сварочной зоне:
Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной
где [pic] – количество тепла уносимого уходящими газами из сварочной
где [pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая температуре.
[pic] – количество тепла излучаемого из сварочной зоны в методическую.
[pic] – удельный тепловой поток излучения ([pic]= 100 кВтм2)
[pic] – площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе
сварочной и методической зон.
[pic] – общая тепловая мощность печи
[pic] – удельный расход тепла (b = 2500 кДжкг)
G – производительность печи кгч
[pic] – количество тепла уносимое уходящими газами из печи
[pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая [pic]
Изменение теплосодержания металла в печи:
где iз iо – теплосодержание металла соответствующее
конечной [pic] температурам кДжкг.
Изменение теплосодержания металла вместе с образовавшейся окалиной:
[pic] – угар металла % ([pic]=2%)
Сок – теплоемкость окалины Сок = 1 кДж(кг*К)
m -коэффициент учитывающий сколько окалины Fe3O4
(кг) образуется от окисления 1 кг железа (m=138).
Приращение теплосодержания металла в методической зоне:
Приращение теплосодержания в сварочной зоне:
Нагрев металла в методической зоне (участок I)
Удельный тепловой поток в начале зоны:
Удельный тепловой поток в конце зоны:
где [pic] - средняя температура металла в конце методической
зоны соответствующая его теплосодержанию
λ=35 Вт(м ·К).– теплопроводность металла соответствующая
Уравнение для q1 решается методом последовательных приближений. В
приближении находим [pic] полагая член [pic].
Температура поверхности металла в конце зоны:
Перепад температур по сечению металла в конце зоны:
Температура оси металла в конце зоны:
Средний тепловой поток в методической зоне:
Время нагрева металла в методической зоне:
Участок сварочной зоны с монолитным подом (участок II'').
Время нагрева металла на этом участке:
[pic] – длина монолитного пода ([pic]= 5 м)
Чтобы определить параметры данного металла в начале
участка необходимо найти
критерии Био и Фурье. Критерий Фурье:
Теплоемкость металла: [pic]
Коэффициент теплопроводности:
Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева:
С помощью приложений по значениям критериев Bi и Fo определяем
величину [pic]и вычисляем перепад температур в начале участка: [pic]
Удельный тепловой поток в начале участка:
Температура поверхности металла при переходе на монолитный под:
Среднемассовая температура металла:
Температура на оси заготовки:
Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом.
Средний тепловой поток на участке:
Теплосодержание металла в конце участка i2=790 кДжкг соответствует
температуре tм2=1100.8С по рисунку 5.
Приращение теплосодержания на участке:
Время нагрева на участке:
Общее время нагрева:
Удельная продолжительность нагрева:
4 Расчет основных размеров.
Длина активного пода:
Длина методической зоны:
Длина сварочной зоны с монолитным подом:
Длина сварочной зоны с двухсторонним обогревом:
Площадь активного пода:
Площадь полезного пода:
Напряженность активного пода:
Напряженность полезного пода:
Расстояние между опорными трубами составляет 1000 мм. Смотровые и
рабочие окна располагаются симметрично с обеих сторон печи.
В сварочной зоне на участке с двухсторонним обогревом располагается 9
а на участке с монолитным подом – 6 рабочих окон. Количество окон
выбирается в зависимости от расстояния между осями окон которое
принимается для рабочих окон 1500 мм для смотровых окон – 1500 мм.
Размеры торцевых окон посада и выдачи:
[pic] – высота окна м
Тепловой баланс печи:
Тепло горения топлива:
где В – расход топлива кгс
Тепло внесенное подогретым воздухом и топливом (газом):
Тепло выделившееся при окислении железа:
Полезное тепло на нагрев металла:
Потери тепла с уходящими газами:
Потери тепла теплопроводностью:
где [pic] – средняя температура внутренней поверхности кладки оС
[pic] – температура окружающего воздуха оС
[pic] и [pic] – соответственно толщина огнеупорной кладки и
[pic] и [pic] – соответственно коэффициенты теплопроводности
огнеупорной кладки и изоляции Втм*К
[pic]– коэффициенты конвективной теплоотдачи от стенок и окружающего
[pic] – площадь поверхности кладки м2.
Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь свода и
стен сварочной и методической зон:
Средняя температура внутренней поверхности кладки tкл определяется
Безразмерные температуры:
Средняя температура поверхности металла:
Тепловые потери через свод в сварочной зоне.
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции.
Средняя температура слоя огнеупора:
Средняя температура слоя изоляции:
Коэффициенты теплопроводности динаса:
Коэффициенты теплопроводности изоляции:
Потери тепла теплопроводностью через свод: [pic]
Потери тепла теплопроводностью через стены: [pic]
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода:
Не превышать максимально допустимого значения для материала изоляции в
Правильность принятых средних температур слоев проверяется по
Расхождение между принятым значением средних температур и
формулам не превышает 20%.
Тепловые потери через свод и стены в методической зоне
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:
Средняя температура слоя огнеупора (динаса):
Коэффициент теплопроводности динаса:
Коэффициент теплопроводности изоляции:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода: [pic]С
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции стены:
подсчитанным по формулам не превышает 20%.
Потери тепла через окна печи.
Потери тепла через закрытые окна печи.
В сварочной зоне: [pic] [Вт]
где n=9 – число окон; [p
S=023 толщина стенки в один кирпич м; λ=146 – коэффициент
теплопроводности материала окна при [pic] Втм·К.
В методической зоне расчет аналогичный
где n=6 – число окон; [p S=023 –
толщина стенки в один кирпич м; λ=146 – коэффициент
материала окна при [pic] Втм·К.
Потери тепла излучением через открытые окна:
где [pic] – коэффициент диафрагмирования ([pic]=07)
Потери тепла с окалиной:
Потери тепла с охлаждающей водой:
Приравняв приходные и расходные статьи теплового баланса определяем
секундный расход топлива В кгс:
Приходные и расходные статьи теплового баланса сводятся в таблицу
Тепловой баланс печи.
Статья Приход тепла Статья Расход тепла
Тепло горения 50543.45 81.82 1. Полезное тепло на 20244.8 48.33
топлива нагрев металла
Тепло 8065.5 13.05 2. Потери тепла с 10087.5 24.07
внесенное уходящими газами.
Тепло 3170.27 5.13 3. Потери тепла 445.8 1.06
выделившееся при теплопроводностью через
окислении железа. кладку.
Итого: 61779.22 100 4. Потери тепла через 500.7 1.19
Потери тепла с 952.43 2.27
Потери тепла с 5860.89 13.99
Неучтенные потери. 3809.14 909
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования химической энергии топлива [pic]
показывающий какая доля химической энергии топлива остается в рабочем
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности
[pic] – количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное
металлом в печи кВт.
[pic] – тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
Рисунок5.Эскиз дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Высота канала: [pic]
Потери на трение в вертикальном канале:
где [pic] – коэффициент трения [pic]
[pic]– коэффициент объемного расширения газа [pic]
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные
[pic]где [pic] – коэффициент местного сопротивления. Из приложения 11:
[pic]Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов: [pic]
выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов [pic]
определяем второй размер:
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова [pic] от вертикальных каналов до трубы 20 м в
том числе до рекуператора 10 м [pic]
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на [pic] на пути от
каналов до рекуператора:
где [pic] - коэффициент местного сопротивления
Потери давления в рекуператоре: [pic]
Местные потери давления при повороте на [pic] на входе в дымовую
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства
печи к основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=35м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем: [pic]
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
[pic] барометрическое давление минимальное для данной местности кПа
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным
условиям): газа [pic] воздуха [pic]
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
Избыточное давление газа перед горелкой:
Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где[pic]- коэффициент сопротивления форсунки
где К – коэффициент (для природного газа К=15);
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи
работающей по двухзонному температурному режиму производительностью
1тч. В ходе его был рассчитан процесс горения топлива
гидродинамики теплоотдачи нагрева металла и дымовой тракт. В
результате получила следующие основные параметры методической печи:
-длина активного пода: [pic]
-длина методической зоны: [pic]
-длина сварочной зоны: [pic]
-высота методической зоны: [pic]
-высота сварочной зоны: [pic]
-высота дымовой трубы: [pic]
-время нагрева металла в печи: [pic]
Теплотехника. Н.Н. Лаврин Москва1985.
Расчет методических печей. Методические указания по курсовому
проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995.
ЧГУ.КП.1101.000.000.ПЗ
ЧГУ КП 1101.000.000 ПЗ

Чертеж.dwg

ЧГУ КП 1101.000.000ПЗ
Сталь 08КП ГОСТ 14918-80
Двухзонная методическая печь
ЧГУ КП 1101.000.000.ПЗ

Ответы далее.docx

23 Конвекция (от лат. convectio — принесение доставка) — явление переноса теплоты в жидкостях или газах путем перемешивания самого вещества (как вынужденно так и самопроизвольно). Теплопроводность (не путать с термическим сопротивлением и температуропроводностью) — это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами атомами электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том что кинетическая энергия атомов и молекул которая определяет температуру тела передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Тепловое излучение — электромагнитное излучение со сплошным спектром испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии (в отличие например от люминесценции возникающей за счёт внешних источников энергии).
.Методы изучения физических явлений
На основании представлений соверменной физики явления природы вообще и теплопроводности в частности можно описать и исследовать на основе феноменологического и статистического методов.
Метод описания процесса игнорирующий микроскопическую структуру вещества и рассматривающий его как сплошную среду (континуум) называется феноменологическим.
Феноменологический метод исселдования даёт возможность установить некоторые общие соотношения между параметрами характеризующими рассматриваемое явление в целом. Феномнологические законы носят вестма общий характер а роль конкретной физической среды учитывается коэффициентами определяемыми непосредственно из опыта.
Другой путь изучения физических явлений основан на изучении внутренней структуры вещества. Среда рассматривается как некоторая физическая система состоящая из большого числа молекул ионов или электронов с заданными свойствами взаимодействия. Получение макроскопических характеристик по заданным макроскопическим сваойствам среды составляет основную задачу такого метода называемого статистическим.
Оба метода обладают своими достоинствами и недостатками.Феноменологический метод позволяет сразу установить общие связи между параметрами характеризующими процесс и использовать экспериментальные данные точность которых предопределяет точность самого метода. В этом заключается достоинство использования феноменологического метода.
Однако сам факт проведения опытов для выявления характеристики физической среды является одноверемнно и недостатком метода так ка этим ограничиваются пределы применения феноменологических законов. Кроме того современный эксперимент очень сложен и зачастую является дорогостоящим.
Статистический метод позволяет получить феноменлогические соотношения на основании заданных свойств микроскопической структуры среды без дополнительного проведения эксперимента - в этом его достоинство. Недостаток статистического метода - его сложность в силу чего получить конечные расчётные соотношения возможно лишь для простейших физических моделей вещества. Кроме того для реализации метода требуется знание ряда параметров определение которых является предмтом исследования специальных разделов физики.
В основу исследования процессов теплопроводности положен феноменологический метод. Аналитическая теория теплопроводности игнорирует молекулярное строение вещества и рассматривает вещество как сплошную среду. Такой подход правомерен если размеры объектов исследования достаточно велики по сравнению с расстоянием эффективного межмолекулярного взаимодействия.
Температурное поле совокупность значений температур во всех точках рассматриваемого пространства в данный момент времени. Математически Температурное поле может быть описано уравнением зависимости температур от 3 пространственных координат и от времени (нестационарное трёхмерное Температурное поле). Для установившихся (стационарных) режимов Температурное поле от времени не зависит. Во многих случаях может рассматриваться зависимость Температурное поле от двух а иногда от одной координаты. Графически Температурное поле изображают посредством изотермических поверхностей соединяющих все точки поля с одинаковой температурой а для двухмерного поля - посредством семейства изотерм. Расстояние между изотермами обратно пропорционально градиенту температуры; при этом скалярному Температурное поле соответствует векторное поле градиентов температуры (см. Поля теория).
Изотермическая поверхность — поверхность линии кривизны которой образуют изотермическую сеть. Например изотермической поверхностью являются квадрики поверхности вращения поверхности постоянной средней кривизны и в частности минимальные поверхности. Инвариантный признак изотермической поверхности — градиентность чебышевского вектора сети линий кривизны. Для каждой изотермической поверхности определяется с точностью до гомотетии другая изотермическая поверхность находящаяся с первой в конформном соответствии Петерсона. Инверсия пространства сохраняет класс изотермической поверхности.
Тепловой поток количество теплоты переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Размерность Тепловой поток совпадает с размерностью мощности. Тепловой поток измеряется в ваттах или ккалч (1 вт = 086 ккалч). Тепловой поток отнесённый к единице изотермической поверхности называется плотностью Тепловой поток удельным Тепловой поток или тепловой нагрузкой; обозначается обычно q измеряется в втм2 или ккал(м2×ч). Плотность Тепловой поток — вектор любая компонента которого численно равна количеству теплоты передаваемой в единицу времени через единицу площади перпендикулярной к направлению взятой компоненты.
] Коэффициент теплопроводности вакуума
Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (тем ближе к нулю чем глубже вакуум). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц способных переносить тепло. Тем не менее тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными серебрят (такая поверхность хуже излучает и лучше отражает) а воздух между ними откачивают.
Связь с электропроводностью
Связь коэффициента теплопроводности K с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:
где k— постоянная Больцмана e— заряд электрона.
[] Обобщения закона Фурье
Следует отметить что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и соответственно процессов чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука ударные волны ит.д. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[1] а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[2]
Если время релаксации пренебрежимо мало то это уравнение переходит в закон Фурье.
Изучение любого физического процесса сводится к определению взаимной связи между факторами характеризующими этот процесс. Установление зависимости между факторами которые существенно изменяются в пространстве и во времени представляют сложную задачу. В таких случаях используют методы математической физики которые позволяют изучить процесс в элементарном малом объеме пространства ограничивая его протекание элементарным промежутком времени.Температурное поле некоторых элементов технологической системы формируется перемещающимися относительно этих элементов источниками теплоты. Примером такого элемента служит заготовка. Поэтому интерес представляет дифференциальное уравнение теплопроводности представленное в подвижной системе координат. Это уравнение описывает явления теплопроводности в наиболее обобщенном виде поскольку из него при соответствующих допущениях можно получить дифференциальное уравнение теплопроводности и в неподвижной системе координат.
При выводе дифференциального уравнения теплопроводности приняты следующие допущения: тело однородно и изотропно; физические величины X Ср и р постоянны; деформация рассматриваемого объема связанная с изменением температуры очень мала; разность между количеством теплоты поступившей вследствие теплопроводности в элементарный объем за элементарный промежуток времени и количеством теплоты вышедшим из этого объема за то же время расходуется на изменение внутренней энергии элементарного объема. Предполагается что источники теплоты движутся относительно рассматриваемого тела прямолинейно и равномерно со скоростью v.
Выделим в теле элементарный параллелепипед с ребрами dx dy dz ориентированными параллельно соответствующим координатным осям. Для упрощения задачи о выводе уравнения считаем что тело неподвижно а система координат вместе с источниками перемещается относительно тела только в направлении оси х (рис. 1.2).
Полное изменение температуры dQ неподвижного элемента А теп-лопроводящего тела состоит из:
. 1. Переносного изменения температуры обусловленного перемещением неизменяющегося подвижного поля из положения МК в положение М'К' вместе с подвижной системой координат
Собственного изменения температуры элементов подвижного поля связанного с изменением формы температурной кривой (М"К" вместо М'К') dQ" = двдх dx.
Составим тепловой баланс элементарного объема dxdydz за время dx. Элементарный параллелепипед связан с точкой А (рис. 1.2) имеющей в момент времени dx мгновенные подвижные координаты х у г. В соответствии с законом сохранения энергии теплота поступившая в элементарный объем теплопроводностью от соседних элементов и от внутренних источников расходуется на приращение внутренней энер -гии этого объема. Следовательно составляющими уравнения теплового баланса являются:
Интенсивность притока теплоты в элемент объема через его грани от соседних элементов. Явление притока обусловлено выравниванием температурного поля по закону теплопроводности Фурье и составляет div (k grad 9).
Интенсивность выделения теплоты в объеме элемента распределенными внутри него источниками зависящими от температуры q (9).
Интенсивность накопления теплоты в неподвижном элементе
объема за время dx. Эта теплота пропорциональна мгновенной скорости
изменения средней температуры неподвижного элемента Ср у (dddx).
Сумма интенсивностей притока и выделения теплоты в элементарном объеме равна интенсивности накопления теплоты. Поэтому после суммирования и упрощения получим
Пути интенсификации теплопередачи
Из уравнения теплопередачи Q=kFΔt следует что при заданных размерах стенки и температурах жидкостей величиной определяющей теплопередачу является k. Но поскольку теплопередача — явление сложное то правильное решение можно найти только на основе анализа частных составляющих характеризующих процесс. Так например если мы имеем дело с плоской стенкой для которой
(можно принять для тонких стенок с большим коэффициентом λ).
Интенсификация теплопередачи путем увеличения коэффициентов теплоотдачи. Из уравнения (2.77) следует что значение коэффициента теплопередачи не может быть больше самого малого значения . При 2 k' стремится к своему предельному значению 1. При 1 коэффициент теплопередачи стремится к 2. Проследим это на числовых примерах:
а) 1) 1=40 и 2=5000Вт(м2×К); 2) 1=40 и 2=10000Вт(м2×К).По формуле (2.77) находим что коэффицненты теплопередачиk'1=397Вт(м2×К) иk'2=398Вт(м2×К)б)1) 1=80Вт(м2×К) и 2=5000Вт(м2×К); 2) 1=200Вт(м2×К) и 2=5000Вт(м2×К).
Для случая (б) находим что коэффициенты теплопередачи
k'1=788Вт(м2×К) иk'2=192Вт(м2×К).
Из рассмотренного примера видно что при 1 много меньше 2 увеличение большего из коэффициентов теплопередачи (2) практически не дает увеличения k'1.Увеличение меньшего из коэффициентов теплоотдачи (1) в 2 и 5 раз дает увеличение k' почти во столько же раз.
Рис. 2.11. Зависимость k'=f(1 2).
На рис. 2.11 приведена зависимость k'=f(1 2) согласно формуле (2.77). Из графика следует что при увеличении 1 значение k' быстро растет до тех пор пока 1 не сравняется с 2. После того как 1станет больше 2 рост k' замедляется и при дальнейшем увеличении 1 практически прекращается. Следовательно при 1 много меньше 2 для увеличения k' следует увеличивать 1 т.е. уменьшать большее из термических сопротивлений 11. Иначе говоря при 1 много меньше 2 увеличение k' возможно только за счет увеличения 1. Если 12 увеличение коэффициента теплопередачи возможно за счет увеличения любого из .
Интенсификация теплопередачи за счет оребрения стенок. При передаче теплоты через цилиндрическую стенку термические сопротивления 11d1 и 1 2d2 определяются не только значениями коэффициентов теплоотдачи но и размерами самих поверхностей. При передаче теплоты через шаровую стенку влияние диаметров d1 и d2 оказывается еще сильнее что видно из соотношений 11d21 и 12d22. Отсюда следует что если значение мало то термическое сопротивление теплоотдачи можно уменьшить путем увеличения соответствующей поверхности. Такой же результат можно получить и для плоской стенки если одну из площадей поверхности увеличить путем оребрения. Последнее обстоятельство и положено в основу интенсификации теплопередачи за счет оребрения. При этом термические сопротивления станут пропорциональными величинам 11F1 и 12F2.Следует указать что при использовании метода оребрения нужно руководствоваться следующими соображениями: если 1много меньше 2 то оребрять поверхность со стороны 1 следует до тех пор пока 1F1 не достигает значения 2F2. Дальнейшее увеличение площади поверхности F1 малоэффективно. Ребристые поверхности изготавливаются или в виде сплошных отливок или отдельных ребер прикрепленных к поверхности.Строгое аналитическое решение задачи о распространении теплоты в ребре связано со значительными трудностями. В основу решения поэтому кладут некоторые допущения которые позволяют сравнительно простым путем получить нужный результат.
Теплопроводность в стержне (ребре) постоянного сечения
Ребра в поперечном сечении могут иметь профиль самой различной геометрической конфигурации (прямоугольник круг треугольник и другие фигуры в том числе и неправильной геометрической формы). Рассмотрим распространение теплоты в прямом стержне с постоянным поперечным сечением по длине.2.7.1. Дифференциальное уравнение и его решение. Обозначим площадь поперечного сечения стержня через f и периметр через u. Стержень находится в среде с постоянной температурой tF коэффициент теплоотдачи от поверхности стержня к окружающей среде будем считать постоянным для всей поверхности. Будем полагать также что значения коэффициента теплопроводности материала стержня λ достаточно велики а площадь поперечного сечения очень мала по сравнению с его длиной. Последнее дает основание пренебречь изменением температуры в поперечном сечении и считать что она изменяется только вдоль оси стержня. Для удобства дальнейших выкладок отсчет температуры будем вести от tF =const. Отсчитанную таким образом избыточную температуру стержня обозначим через . Очевидно =t—tF где tF — температура среды окружающей стержень; t — текущая температура стержня. Если задана температура основания стержня t1 то избыточная температура стержня (рис. 2.12) будет: 1=t1—tF .
Рис. 2.12. Перенос теплоты через стержень.
На расстоянии х от основания стержня выделим элемент стержня длино d Q dQ — количество теплоты отдаваемое за единицу времени наружной поверхностью элемента окружающей его среде. Согласно закону Фурье
Выражение (с) записано согласно закону Ньютона-Рихмана. Приравнивая (b) и (c) получаем следующее дифференциальное уравнение описывающее изменение температуры стержня:
Из выражения (g) видно что для ребра форма и размеры которого заданы при условии постоянства коэффициента теплоотдачи р по всей поверхности и постоянства λ в рассматриваемом интервале температур m=const. Тогда общий интеграл для уравнения (2.78) будет (2.79). Значения постоянных С1 и С2 определяются из граничных условий которые задаются в зависимости от длины стержня и других факторов.
Стержень бесконечной длины. В начальном сечении стержня температура поддерживается постоянной т. е. при х=0 =1. Если длина стержня l то вся теплота подводимая к стержню будет отдана им в окружающую среду и при х имеем =0. Подстановка граничных условий в уравнение (2.79) Дает:
Равенство (*) возможно только при С1=0. Таким образом С2=1. Подставляя эти значения постоянных С1 и С2 в уравнение (2.79) получаем выражение (2.80) которое можно записать в виде (2.80') где-безразмерная температура выраженная в долях температуры 1 начального сечения стержня.
Рис. 2.13. Изменение температуры по длине стержня.
На рис. 2.13 представлена зависимость безразмерной температуры от длины стержня при различных значениях параметра m (m1 m2 m3).Из рассмотрения рис. 2.13 следует что безразмерная температура убывает тем сильнее чем больше множитель m. При х все кривые асимптотически приближаются к =0.
Из уравнения (g) следует что величина пропорциональна коэффициенту теплоотдачи с боковой поверхности и обратно пропорциональна корню из λf знаменателю в уравнении (g) — фактору определяющему передачу теплоты теплопроводностью вдоль стержня. Отсюда следует что при оребрении нужно выбирать материал для ребер с большим коэффициентом теплопроводности. Последнее приводит к уменьшению значений m и сохранению больших избыточных температур вдоль стержня. При рλ=const значения m возрастают с возрастанием uf что указывает на более эффективную работу ребер с профилями имеющими меньшее отношение uf при том же поперечном сечении. Количество теплоты передаваемое стержнем в окружающую среду очевидно будет равняться количеству теплоты проходящему через его основание.
Через основание стержня проходит тепловой поток
Выражение (**) получено из уравнения (2.80). Подставляя значение градиента температуры при х=0 в предыдущее уравнение для теплового потока получаем формулу определяющую количество теплоты отданной стержнем в окружающую среду - (2.81).
Стержень конечной длины. Для стержня конечной длины дифференциальное уравнение (2.78) и его решение (2.79) сохраняют силу но граничные условия будут другими:
где — температура на конце стержня; l— коэффициент теплоотдачи с торца стержня.При х=l имеет место равенство количества теплоты подведенного к торцу стержня за счет теплопроводности количеству теплоты отдаваемому поверхностью торца в окружающую среду за счет теплоотдачи. Для определения постоянных С1 и С2 в уравнении (2.79) используем граничные условия (2.82):
Подставляя полученные значения С1 и С2 в уравнение (2.79) получаем (2.83). Умножив и разделив правую часть уравнения (2.83) на e-ml и произведя простые алгебраические преобразования получим:
Так можно записать граничные условия (2.82) если теплоотдачей с конца стержня пренебречь.Последнее можно допустить для случая когда l на торце стержня мало а коэффициент теплопроводности материала λ велик и отношение l λ0 т. е. можно пренебречь теплоотдачей с торца стержня.Для этих условий в соотношении (2.83') вторые члены числителя и знаменателя правой части обращаются в нуль и уравнение принимает вид:
По формулам (2.83') и (2.84) можно вычислить температуру в любом сечения стержня Обычно доля теплоты отдаваемой с торца стержня мала по сравнению с количеством теплоты отдаваемым с поверхности ребра и для практических инженерных расчетов как правило используется формула (2.84).В предельном случае когда х=l формула (2.84) принимает вид:
Количество теплоты Qp Вт отдаваемое поверхностью ребра в окружающую среду будет равно количеству теплоты подводимому к основанию ребра. Из уравнения (2.84) находим:
Последнее возможно если длина стержня очень велика тогда и формула (2.85) превращается в (2.81).
Спектральная плотность излучения — характеристика спектра излучения равная отношению интенсивности (плотности потока) излучения в узком частотном интервале к величине этого интервала. Является применением понятия спектральной плотности мощности к электромагнитному излучению. Монохромное излучение Монохроматическое излучение (от моно и греч. chrma родительный падеж chromatos — цвет) — электромагнитное излучение обладающее очень малым разбросом частот в идеале — одной длиной волны.
Монохроматическое излучение формируется в системах в которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние.
Эффективное излучение разность между земным излучением (См. Земное излучение) и противоизлучением атмосферы (См. Противоизлучение атмосферы); измеряется Пиргеометрами. Земное излучение тепловое излучение земной поверхности. Т. к. земная поверхность имеет сравнительно низкую температуру она излучает электромагнитные волны длиной от 3 до 80 мкм относящиеся к инфракрасной не воспринимаемой глазом области спектра. Противоизлучение атмосферы- встречное излучение атмосферы длинноволновое (инфракрасное) излучение атмосферы направленное в сторону земной поверхности.
Теплообменники – виды
Теплообменники различны по конструкции. Ниже приведены основные виды теплообменных устройств.Контактные теплообменникиВ контактных (смесительных) теплообменниках потоки греющего и нагреваемого веществ приводятся в прямой контакт друг с другом. Типичный пример – струйный конденсатор в котором разбрызгиваемая вода используется для конденсации водяного пара.Поверхностные теплообменникиВ теплообменниках поверхностного типа теплоноситель и нагреваемая среда разделяются тонкой стенкой. Часть поверхности стенки соприкасающаяся с теплоотдающим и нагреваемым потоками называется поверхностью теплообмена. Примером теплообменника поверхностного типа может служить автомобильный радиатор в котором вода системы охлаждения двигателя и более холодный атмосферный воздух находятся по разные стороны стенок решетки из тонких медных или латунных радиаторных трубок.Жаротрубные теплообменникВ жаротрубных теплообменниках в результате сгорания топлива образуется поток горячих газов как например в паровых котлах и бытовых котлах водяного отопления с топочным устройством.Теплообменники с большой площадью поверхности – пластинчатые и ребристые
Повсеместно применяются теплообменники с большой площадью поверхности (пластинчатые или ребристые). В этих теплообменниках используются развитые поперечные ребра. Таким образом увеличиваются площади поверхности теплообмена. При этом ребристые теплообменники более компактны чем трубные теплообменники. При сходных рабочих условиях у ребристых теплообменников более высокая насыщенность теплопередачи на единицу объема. Ребра теплообменников крепятся к трубам двумя способами пайки: с твердым или с мягким припоем.Противоточные или противопоточные теплообменники Противоточный теплообменник или противопоточный — это теплообменник со встречным движением двух сред. В процессе теплообмена одна среда передает другой свою температуру.
Топливо классифицируют:
по происхождению: естественное и искусственное;
по агрегатному состоянию: твердое жидкое газообразное (естественное и искусственное);
Естественное+твердое – дрова торф бурый уголь каменный уголь горючие сланцы антрацит.Естественное+жидкое – нефть.Естественное+газообразное – природный газ.
Искусственное+твердое – древесный уголь полукокс кокс брикеты угольная пыль.Искусственное+жидкое – мазут смола масла бензин лигроин соляной дистилят керосин.Искусственное+газообразное – доменный газ коксовый газ газогенераторный газ сланцевый газ.
Основные характеристики дизельного топлива
Процесс специальной переработки нефти в результате которого получается дизельное топливо носит название «перегонка» и в зависимости от технологии позволяет получать топливо двух различных марок: зимнее «З» - используется потребителями при температурах ниже 0 градусов и летнее «Л» - при температурах выше 0 градусов. Помимо этих двух основных марок существует и третья – арктическая «А». Солярка марки «А» предназначена для использования при очень низких температурах вплоть до -50 градусов.Дизельное топливо имеет достаточно большое число различных характеристик среди которых можно выделить несколько основных параметров.
Цетановое число. Определяет задержку воспламенения топлива. Т.е. через какой промежуток времени после впрыска топливной смеси в цилиндр произойдет её воспламенение. Чем выше цетановое число тем короче этот промежуток. Среднее значение для дизельного топлива – 40-50 единиц. При этом искусственное увеличение данного показателя выше 60 единиц уже не дает прироста к мощности мотора а учитывая что производить низкоцетановые нефтепродукты гораздо проще и дешевле среднее значение для российского топлива сохраняется на уровне 45 единиц.
Цетановое число влияет на шумность и мощность двигателя а также на дымность и экологичность выхлопных газов.
Вязкость и плотность дизельного топлива – показатели определяющие процессы смесеобразования и испарения топлива попадающего в камеру сгорания двигателя.
Показатель химической стабильности дизельного топлива определяет сопротивление солярки процессам окисления активизирующимся при длительном хранении топлива. В этом случае на дне емкости с дизелем образуется осадок предотвратить выпадение которого можно с помощью специальных присадок.
Топливо не содержащее в своём составе окислитель часто называют горючее. Понятие топлива более общее нежели горючее или горючее ископаемое потому как включает в себя древесину и различные топливные смеси. В широком смысле — один из видов потенциальной энергии энергоноситель.
Химическая или ядерная энергия топлива переводится в различные виды энергии и чаще всего через преобразование выделяемого при реакциях тепла тепловыми двигателями.
Основной показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива (теплота сгорания одного килограмма «условного топлива» (у.т.) составляет 293 МДж или 7000 ккал — что соответствует низшей теплотворной способности чистого антрацита.
Печное бытовое топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой мощности расположенных непосредственно в жилых помещениях а также в теплогенераторах средней мощности используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов сушки зерна фруктов консервирования и других целей.Стандарт на котельное топливо — ГОСТ 10585-99 предусматривает выпуск четырёх его марок: флотских мазутов Ф-5 и Ф-12 которые по вязкости классифицируются как лёгкие топлива топочных мазутов марки 40 — как среднее и марки 100 — тяжёлое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость соответствующих марок мазутов при 50 °C.
Печное топливо тёмное вырабатывается из дизельных фракций прямой перегонки и вторичного происхождения — дистиллятов термического каталитического крекинга и коксования.
По фракционному составу печное топливо может быть несколько тяжелее дизельного топлива по ГОСТ 305-82 (до 360 °C перегоняется до 90 процентов вместо 96 процентов вязкость печного топлива до 80 мм2с при 20 °C против 30-60 мм2с дизельного).
При изготовлении печного топлива не нормируются цетановое и йодное числа температура помутнения. При переработке сернистых нефтей массовая доля серы в топливе — до 11 процента.
Для улучшения низкотемпературных свойств печного топлива в промышленности применяют депрессорные присадки синтезированные на основе сополимера этилена с винилацетатом.
Теплота сгорания топлива. Условное топливо.
О качестве топлива судят по его теплоте сгорания. Для характеристики твердых и жидких видов топлива служит показатель удельной теплоты сгорания который представляет собой количество теплоты выделяемое при полном сгорании единицы массы (кДжкг). Для газообразных видов топлива применяется показатель объемной теплоты сгорания представляющий собой количество теплоты выделяемое при сгорании единицы объема (кДжм3). Кроме того газообразное топливо в ряде случаев оценивают по количеству теплоты выделяемой при полном сгорании одного моля газ (кДжмоль).
Теплоту сгорания определяют не только теоретически но и опытным путем сжигая определенное количество топлива в специальных приборах называемых калориметрами. Теплоту сгорания оценивают по повышению температуры воды в колориметре. Результаты полученные этим методом близки к значениям рассчитанным по элементарному составу топлива.
При сжигании одинаковых масс различных видов топлива выделяется различная теплота сгорания. Поэтому для удобства сравнительной оценки введено понятие условного топлива. За единицу его принято топлива при полном сгорании 1 кг или 1 м3 которого выделяется 293076 кДж. Таким топливом является донецкий каменный уголь.
Горение – химический процесс соединения горючего вещества и окислителя. Практически горение представляет собой окисление топлива кислородом воздуха. В результате этого процесса выделяется определенное количество тепловой энергии и резко повышается температура.
Типы топочных устройств
Топки;слоевые камерныеручные механические вихревые кипящий слойполумеханические факельнаяСлоевые топки предназначены для сжигания твердого топлива в слое на колосниковой решетке. В камерных топках сжигается твердое топливо во взвешенном состоянии в виде пыли и дробленых частиц а также жидкое распыляемое с помощью форсунок и газообразное. Камерные топки подразделяются на факельные и вихревые.
При факельном способе сжигания твердое топливо предварительно размалывается в мельницах и пыль вместе с воздухом (аэросмесь) попадает в топку. Время пребывания газа и пыли в объеме топки незначительно (15-2 с).
Циклонный способ сжигания основан на использовании закрученных топливовоздушных потоков. Транспорт топлива осуществляется воздухом. Топливные частицы циркулируют по определенным траекториям в течение времени необходимого для завершения их сгорания. Под действием центробежных сил частицы движутся в виде уплотненного пристенного слоя интенсивно перемешиваясь с воздухом. Время пребывания частиц в циклонной камере выбирается достаточным для выгорания грубой пыли (размер частиц - 200 мкм) или дробленого топлива (размер частиц до 5 мм).
Слоевые топки. По способу механизации операций обслуживания (подача топлива шировка слоя удаление зол и шлака) слоевые топки делятся на ручные (немеханизированные) полумеханические и механические. В полумеханических топках механизирована часть операций. В механических топках механизированы все операции.
Топка – один из основных элементов котельного агрегата. В ней происходит процесс горения при котором химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания передаваемую далее жидкости и пару находящимся в котле.
Безусловно самый распространенный на сегодня тип горелок - это газовые горелки. Их плюсы очевидны – газовые горелки просты и удобны в обращении легки не засоряются не коптят представлены во всех ценовых категориях. Применяются повсеместно – от выездов на дачу и отдыха на природе до многодневных серьезных походов.
Газовые горелки высокотехнологичные приборы имеющие широкий спектр возможностей для использования благодаря применению картриджей допускающих эксплуатацию при низких температурах. Особой популярностью газовые горелки Coleman пользуются у любителей зимнего отдыха (лыжники рыбаки альпинисты).
Классификация промышленных печей
Металлургические печи можно классифицировать как по их технологическому назначению так и по характеру тепловыделения т. е. по тому каким образом подводится тепло в рабочее пространство печи.
По технологическому назначению металлургические печи можно разделить на две основные группы: плавильные и нагревательные.
В плавильных печах как говорит само название происходит плавление материалов т. е. перевод их из одного агрегатного состояния (твердого) в другое (жидкое).В нагревательных печах материалы нагревают со следующими целями:1) для изменения механических свойств металлов перед их обработкой давлением;2) для изменения структуры металлов;3) с целью обжига (известняк руда огнеупорные и другие материалы);4) для удаления влаги.
Источниками получения тепла в металлургических печах могут быть химическая энергия топлива химическая энергия жидкого металла и электрическая энергия.
В топливных печах происходит превращение химической энергии топлива в тепловую в результате сгорания топлива. В металлургии к топливным печам относятся пламенные печи и печи работающие по слоевому режиму (шахтные печи).
Сушка — это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. Целью сушки является улучшение качества материала (снижение его объемной массы повышение прочности) и в связи с этим увеличение возможностей его использования. В химической промышленности где технологические процессы протекают в основном в жидкой фазе конечные продукты имеют вид либо паст либо зерен крошки пыли. Это обусловливает выбор соответствующих методов сушки.
Наиболее широко распространены в химической технологии конвективный и контактный методы сушки. При конвективной сушке тепло передается от теплоносителя к поверхности высушиваемого материала. В качестве теплоносителей используют воздух инертные и дымовые газы. При контактной сушке тепло высушиваемому материалу передается через обогреваемую перегородку соприкасающуюся с материалом. Несколько реже применяют радиационную сушку (инфракрасными лучами) и сушку электрическим током (высокой или промышленной частоты).
Методы сушки сублимацией в жидких средах со сбросом давления находят применение в других отраслях промышленности.
Применяемые в химической промышленности виды сушилок можно классифицировать по технологическим признакам: давлению (атмосферные и вакуумные) периодичности процесса способу подвода тепла (конвективные контактные радиационные с нагревом токами высокой частоты) роду сушильного агента (воздушные газовые сушилки на перегретом паре) направлениям движения материала и сушильного агента (прямоточные и противоточные) способу обслуживания схеме циркуляции сушильного агента тепловой схеме и т. д.
Выбор типа сушилки зависит от химических свойств материала. Так при сушке материалов с органическими растворителями используют герметичные аппараты и сушку обычно проводят под вакуумом; при сушке окисляющихся материалов применяют продувку инертными газами; при сушке жидких суспензий используют распыливание материала. Конструкции сушилок весьма разнообразны и выбор их определяется технологическими особенностями производства.
Паровые котлы серии NBO и NNB – прямоточные вертикально-водотрубные с сепаратором установленным на выходе пароводяной смеси из котла. Котлы выпускаемые в Южной Корее рассчитаны для работы на дизельном и газовом топливе.
Топки паровых котлов работают под наддувом. Воздух подается вентиляторами дизельное топливо в горелку подается топливным насосом через электромагнитные вентили. Топочные газы между разряженными экранными трубами выходят из топки в конвективную часть экранов после которой поступают в воздухоподогреватели.
Пароводяная смесь сухостью 982% поступает в сепаратор. Отбор отсепарированного пара к потребителям производится через вентиль расположенный в верхней части сепаратора. Отсепарированная котловая вода из сепаратора по отводящему трубопроводу поступает в нижний коллектор топки. На отводящем трубопроводе установлен датчик-солемер по команде которого открывается или закрывается регулирующий клапан продувки котловой воды.
Трубная система состоит из верхнего и нижнего кольцевых коллекторов соединенных двумя рядами (внутренний и наружный) прямых вертикальных труб расположенных по концентрическим окружностям в шахматном порядке. Внутренний ряд экранных труб образует цилиндрическую топочную камеру. Поверхность верхнего ряда экранных труб обращенная в топку является радиационной частью остальные поверхности являются конвективной частью. Конвективный газоход образован кольцевым пространством между внутренним и наружным рядом экранных труб с мембранами. Часть экранных труб между которыми выходят топочные газы установлены с разряжением промежутки между ними не закрыты мембранами. Радиационная и конвективная поверхности выполнены из труб диаметром 635 мм. Концы труб приварены к коллекторам. Верхний и нижний коллекторы – сварные круглого сечения кольцеобразной формы. На верхнем коллекторе установлены: сепаратор с двумя пружинами предохранительными клапанами; четыре штуцера смотровых люков; датчик регулировки давления; датчик ограничения давления. На нижнем коллекторе установлены патрубок дренажа воды из котла и два штуцера смотровых люков. На отопительном котле установлены два прибора прямого действия по замеру уровня воды. Один подключен к коллекторам второй к сепаратору и нижнему коллектору. Автоматический контроль герметичности запорных органов установленных на топливопроводах корейских отопительных котлов исключают протечку топлива а следовательно и образование топливовоздушной смеси. Для предотвращения взрыва топливовоздушной смеси предусматривается проведение вентиляции котла при запусках и остановках. Горелочное устройство установленное в верхней части топки состоит из воздушного регистра форсунки механического распыления. Форсунка состоит из топливного ствола с двумя клапанами по которым поступает топливо к двум распылителям электрода зажигания заключенного в фарфоровую трубку и электрода «земля». Сварная обшивка состоит из двух легко снимаемых половин соединяющихся болтами через асбестовые прокладки. Внутренние листы обшивки выполнены из жаростойкой стали. Для наблюдения за горением в газоплотной обшивке предусмотрено смотровое оконце. Топливная система парового котла на дизельном топливе состоит из топливного насоса клапана перепускного топливного фильтра вентилей и топливопровода. Система подачи воды в отопительный котел производится центробежным питательным насосом и состоит из обратного клапана запорного вентиля питательного трубопровода. На паровом котле установлены два предохранительных клапана служащие для защиты котла от превышения установленного давления. Давление подрыва клапана регулируется винтом. Подрыв клапана вручную производится рычагом клапана.57В вертикально-водотрубных котлах роль коллекторов выполняют цилиндрические барабаны большого диаметра а для вальцовки труб или их очистки от накипи рабочий проникает внутрь барабана. Таким образом отпадает потребность в большом количестве отверстий перекрываемых лючками как это например делается в горизонтально-водотрубных котлах камерных или секционных.Один или несколько таких коллекторов-барабанов являются в вертикально-водотрубном котле одновременно и барабанами-паросборниками.
Вертикально-водотрубные котлы пользуются наибольшим распространением. Только в установках высокого давления значительное количество барабанов чрезмерно удорожает вертикально-водотрубные котлы что вызывает стремление к переходу на однобарабанные котлы.
В СССР в настоящее время изготовляются вертикально-водотрубные паровые котлы; горизонтально-водотрубные котлы не производятся. Это обосновывается целым рядом соображений.
Вертикально-водотрубные котлы требуют меньше обрабатываемых деталей и поэтому их изготовление проще. В вертикально-водотрубном котле проще организовать циркуляцию значение которой играет первостепенную роль при высоких форсировках достигающихся при оборудовании котлов механическими топками или в условиях сжигания пыли.
Вертикально-водотрубные котлы предназначенные для отопления горячего водоснабжения и производственных нужд промышленных предприятий с паропроизводительностью колеблющейся в пределах 2—65 тчас выпускаются в настоящее время отечественными заводами следующих трех типов: ДКВ КРШ ВВД. Четвертый тип котла — ТКЗ — изготовляется Таганрогским заводом но еще не получены его эксплуатационные характеристики.
Из трех поименованных котлов наибольший эксплуатационный стаж имеет котел КРШ который в первую очередь и рассматривается.
Котельный агрегат и его элементы
Как уже указывалось устройства в которых непосредственно вырабатывается пар и нагревается вода называют паровыми или водогрейными котлами. Если котлы в отопительных котельных вырабатывают пар давлением РВ производственных и энергетических котельных по давлению получаемого пара котельные агрегаты разделяются на следующие: низкого давления (08-16 МПа) среднего (24-4 МПа) высокого (10-14МПа) и сверхвысокого давления (25-31Мпа). Паровые котельные агрегаты стандартизированы (ГОСТ 3619-76) по параметрам вырабатываемого пара (Р и Т) и мощности.Котельные агрегаты производительностью 001-55 кгс относятся к котлам малой мощности производительностью до 30 кгс к котлам средней мощности и более 30 кгс (до 500-1000 кгс) – к котлам большой мощности.Водогрейные котлы унифицированы по теплопроизводительности на восемь типов: 4 65 10 20 30 50 100 и 180 Гкалч. Котлы теплопроизводительностью ниже 30 Гкалч предназначаются для работы только в одном режиме (основном). Котлы теплопроизводительностью 30 Гкалч и выше допускают возможность работы как в основном так и в пиковом режимах т.е. в период максимального теплопотребления при наиболее низких температурах наружного воздуха.Для котлов теплопроизводительностью до 30 Гкалч температура воды на выходе принимается 432 К а давление воды на входе в котел – 16 МПа. Для котлов теплопроизводительностью 30 Гкалч и выше максимальная температура воды на выходе принимается 450-470 К а давление воды на входе – 25 МПа.По конструкции паровые котлы можно разделить на два типа – газотрубные и водотрубные. В газотрубных котлах основные поверхности нагрева находятся внутри цилиндрического сосуда большого диаметра в виде так называемых жаровых или дымогарных труб или различных их комбинаций по которым движутся продукты сгорания топлива. На рис. 14.1 показаны схемы котлов с жаровыми и дымогарными трубами.
Более совершенными являются водотрубные паровые котлы. Они имеют развитые поверхности нагрева состоящие из труб заполненных внутри водой и пароводяной смесью а снаружи обогреваемых продуктами сгорания топлива. Котлы относятся к горизонтально-водотрубным если трубы расположены под углом к горизонту не более 25о и к вертикально-водотрубным если трубы идут более круто или вертикально. В этих котлах путем изменения числа труб в пучках и числа самых пучков удалось увеличить площадь поверхности нагрева не увеличивая диаметр их барабанов что в свою очередь дало возможность получить в этих котлах пар высокого давления.При работе парового котла очень важно обеспечить надежное охлаждение поверхностей нагрева в которых происходит парообразование. Для этого необходимо соответствующим образом организовать движение воды и пароводяной смеси в испарительных поверхностях нагрева. По характеру организации движения рабочего тела в испарительных поверхностях котельные агрегаты делятся на три типа:
с естественной циркуляцией (рис 14.2а);
с принудительной циркуляцией (рис 14.2б);
32965-6758940Принципиальная схема прямоточного котла показана на рис 14.3. Питательная вода подается в конвективный экономайзер 6 где она подогревается за счет тепла газов и поступает в экранные трубы 2 выполненные в виде параллельно включенных змеевиков расположенных на стенах топочной камеры. В нижней части змеевиков вода нагревается до температуры насыщения. Парообразование до степени сухости 70-75% происходит в змеевиках среднего уровня расположения. Пароводяная смесь затем поступает в переходную конвективную зону 4 где происходит окончательное испарение воды и частичный перегрев пара. Из переходной зоны пар направляется в радиационный перегреватель 2 затем доводится до заданной температуры в конвективном перегревателе 3 и поступает на турбину. В опускной шахте котлоагрегата расположены первая (по ходу газов) и вторая ступени 5 и 7 воздухоподогревателя.
Тепловой баланс (физич.) выражается: в виде уравнения (в одной части которого суммируется приход теплоты в другой — её расход или потери) таблицы или диаграммы (рис.). Например Тепловой баланс (физич.) парового котла выражается след. уравнением:где — теплота сгорания топлива; — физическая теплота топлива; — физическая теплота воздуха; — теплота переданная рабочему телу; — потеря теплоты с уходящими газами; — потери теплоты из-за химического и механического недожога топлива; — потеря теплоты с излучением в окружающую

Теплотехника.doc

Министерство образования и науки РФ
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Курсовой работа по дисциплине:
тема: «Расчет двухзонной методической печи»
Череповец 2008-2009 учебный
Конструкция отдельных частей печи 1
Расчет горения топлива: 9
1.Перерасчет состава топлива . 9
2 Объем воздуха и продуктов полного
3. Низшая теплота сгорания . .. 11
4. Температура горения топлива 11
Расчет теплообмена в рабочем пространстве
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве
Расчет нагрева металла . ..18
Расчет основных параметров . 25
. Тепловой баланс печи 28
Основные теплотехнические показатели рабочей
Аэродинамический расчет . .37
Расчет дымового тракта . .37
Расчет дымовой трубы .. 41
Расчет топливосжигающих устройств . ..43
Техническое задание.
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по
температурному режиму.
Производительность печи G=228 тч
Нагреваемый металл: сталь 3
Заготовки квадратного сечения размером 10500*100*100 мм
CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2
Топливо – природный газ. Состав топлива в %:
Температура подогрева 400 °С
Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и
кузнечных цехах для нагрева квадратных прямоугольных а иногда и
круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено
тем что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при
невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла
методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с
другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при
помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая
заготовка выдается из печи.
Металл поступает в зону наиболее низких температур и продвигаясь
навстречу дымовым газам температура которых монотонно повышается
постепенно (методически) нагревается.
Первая (по уходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой
называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается
до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепенный
нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим
нагрева когда металл находится в упругом состоянии.
Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся
навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами отходящими
из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в
методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур
методических печей температура поддерживается на уровне 1300 - 1400С
в конце же методической зоны она находится в пределах 750-1000С.
Вторая ( по ходу металла) зона называется зоной высоких температур
или сварочной зоной. Назначение этой зоны – быстрый нагрев поверхности
заготовок до конечной температуры. Температура металла в методических
печах обычно составляет 1150-1250С. Для интенсивного нагрева
поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо
обеспечивать температуру на 50-100 К выше.
В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность
металла; температура середины металла отстает от температуры
поверхности. Однако при нагреве тонких заготовок нет необходимости
делать выдержку для выравнивания температур по сечению так как имеет
место небольшой перепад температур.
В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев
металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае когда
металл продвигаясь по монолитному поду нагревается только с одной
стороны сверху. Для этого на всю длину сварочной и методической зон
оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.
При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные
(водоохлаждаемые) трубы по которым перемещается металл. Глиссажные
трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две-три на
каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с
водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже и на
его поверхности образуются темные пятна.
Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в
двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны
выполняется без нижнего обогрева с монолитным огнеупорным подом.
Как монолитный под так и под томильной зоны в трехзонных
методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала
который не взаимодействует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее
действие продвигающегося металла.
Высотой рабочего пространства считается расстояние от высшей точки
свода до пода. В печах оборудованных глиссажными трубами полная
высота печи делится на две части: верхнюю ( расстояние от нажней части
заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода).
Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи а
ширина – по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нормальным
соотношение размеров когда отношение длины к ширине равно 5÷6 (
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи
металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При
торцевой выдаче необходим один толкатель который выполняет роль также
Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель но и
выталкиватель поэтому такие печи при размещении требуют больших
При торцевой выдаче через окно выдачи расположенное ниже пода печи
происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса
усиливается инжектирующим действием горелок расположенных в торце
Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами
обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент
использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве что объясняется
наличием методической зоны.
Методические печи могут быть двухзонными трехзонными и многозонными.
Трех- и много зонные печи применяются в тех случаях когда в
нагреваемых заготовках могут возникнуть значительный перепады
температур по толщине
( более 200 К на один метр толщины металла). Эти печи снабжены
дополнительными (томильными) зонами в которых и осуществляется
выравнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи.
Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в
соответствии с режимом нагрева и производительностью печи.
Так например если нагрев двухступенчатый то и профиль печи должен
быть двухзонный если нагрев трехступенчатый то и профиль должен быть
трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок то печь
должна иметь наклонный под.
Конструкции отдельных частей печи
Под печи. Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых
потерь через него следует выполнять в 2.5÷3.0 кирпича. Кроме того
необходимо применять изоляцию пода.
В методической части печи под выкладывается из шамота в 1.5÷2 кирпича
и прослойкой из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65÷130мм.
При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную
подушку толщиной 200÷300мм которая в свою очередь опирается на
кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий
Для нормальной работы необходимо чтобы наивысший уровень грунтовых
вод проходил не ближе чем на 250мм от площади нижних дымовых каналов.
Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или
заключают все строение печи находящееся ниже уровня грунтовых вод в
водонепроницаемый металлический кессон. Иногда кессон выполняется из
В нагревательных печах для устройства пода применяют магнезитовый
хромитовый и тальковый кирпич и также сырой тальк и хромистый
железняк. Самым дешевым является тальк но в то же время из всех
перечисленных выше материалов он устойчив против окалины хотя по
сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.
Под в сварочном пространстве выполняется толщиной в 3 кирпича т.е.
0мм. Верхний слой (150÷250мм) выкладывается магнезитовыми или
хромистыми материалами. Следующий слой – шамотный. Нижний изоляционный
слой имеет толщину 100÷150мм.
Стены нагревательных печей делаются толщиной в 375÷500мм что
составляет 1.5÷2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры:
0×115×65 или 250×125×65мм.
Более тонкие стенки в 1.5 кирпича (375мм) делаются обычно в случае
применения изоляции. Стены методических печей выкладываются из
шамотного кирпича. Динас применяется только для сварочного
пространство и стен топочного пространство методических печей.
Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не
более 4÷5м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба
свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела
прогиба получается если радиус кривизны будет равен ширине пролета.
Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода
упираются в опоры называемые пятовыми кирпичами. Для большей
прочности свода пятовые кирпичи
укладываются глубоко в стенку. Чем больше ширина пролета тем толще
должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из
стандартного кирпича 230 и 300мм; при пролетах более 3.5м применяется
кирпич длиной 345мм или больше.
Кроме арочных сводов существуют многочисленные конструкции так
называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов – секционная и
В индивидуальной системе каждый кирпич имеет свою подвеску а в
секционной системе отдельные кирпичи связаны в группы или ряды
которые подвешиваются в целом к арматуре. Наибольшее распространение
получили подвесные своды представляющие собой двутавр на который
надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для
ремонта и возможность тщательного его монтажа. Расстояние между
центрами подвесок – 300мм толщина свода – 300мм. Толщина кирпича –
8 и 73мм. Второй размер 73мм служит для компенсации неточности в
изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без подгонки
варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных
сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы
наивысшего качества.
Борова прокладываются в земле выше уровня грунтовых вод. При
расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в
кессоны. Влага не должна проникать в борова так как это значительно
ухудшит тягу дымовой трубы а следовательно и работу печи. Размеры
боровов определяются по скорости движения газов которая не должна
превышать при 0С и 760 мм рт ст 1.5÷2.5мс.
Из практических соображений борова не должны быть менее 600×600мм.
Стенки и под боровов выполняются в 1.5÷2.0 кирпича: внутренний кирпич
– шамотный а наружный (0.5 или целый) – красный. Свод боровов
выкладывается из шамота в один кирпич или же делается еще одна арка
из красного кирпича и засыпается золой и землей. Борова обычно
перекрываются полуциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боровах
составляет 0.08÷0.12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают
бетонную подушку толщиной 100÷200мм.
Крепление печей. При кладке печей необходимо следить за тем чтобы
предусмотрено достаточное количество температурных швов. В сводах
например температурные швы заполняются деревянными дощечками или
картоном которые выгорают по мере разогрева печи. Назначение
температурных швов – компенсация объемных изменений размеров кладки
при нагреве последней. При определении величины температурного шва
необходимо считаться с качеством кирпича плотностью кладки и способом
крепления. В целях сохранения формы кладки устраивают еще
металлическое крепление печей состоящее из опорных балок и каркасов
сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком
жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то чтобы
температурные швы были достаточных размеров. Если температурные швы
будут недостаточны то может произойти разрыв жесткого крепления или
Расчет горения топлива
1Пересчет состава топлива.
Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на
влажный проводится по формуле:
где dr – влагосодержание газа гм3 х – содержание компонента %
2.Объем воздуха и продуктов полного сгорания.
Теоретический расход сухого кислорода:
Теоретический расход сухого окислителя:
где O2ок – объемное содержание O2 в окислителе %
Расход сухого окислителя при [pic]
Расход сухих трехатомных газов:
Теоретический выход азота:
где N2ок – объемное содержание азота в окислителе %
Теоретический выход водяных паров:
где dок – влагосодержание окислителя гм3
Выход продуктов полного сгорания при [pic]
Объемный состав продуктов полного сгорания:
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:
3.Низшая теплота сгорания
Наиболее точной формулой для определения низшей теплоты
сгорания газообразного топлива является формула Менделеева т.е.
суммированием тепловых эффектов реакций горения:
Для газообразного топлива определяется по формуле:
4.Температура горения топлива
Эта часть расчета необходима для того чтобы установить обеспечивает
топливо нужную температуру нагрева металла и если не обеспечивает то
определить необходимую степень подогрева сред участвующих в горении.
Энтальпия продуктов сгорания:
где [pic]– химическая энтальпия продуктов сгорания:
где [pic] – недожог топлива кДжм3 ([pic]=3%[pic])
[pic] – физическое тепло вносимое воздухом и газом
Из приложения 4 t=400 0СQф - изобарная теплоемкость воздуха.
iв - энтальпия воздуха.
Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания 500 ОС
По полученным значениям строим график зависимости энтальпии 1м3
продуктов сгорания от температуры (рис. 1)
Графически определяем что iобщ = 342791 кДжм3 соответствует
расчетная температура tрасч.=2050 oC
Действительная температура горения:
где [pic] – опытный пирометрический коэффициент ([pic])
Рисунок 1. Зависимость 1 м.куб. продуктов сгорания от температуры.
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи.
1 Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.
Целью расчета внешнего теплообмена является определение приведенного
коэффициента излучения от газов и кладки на металл.
Расчет приведенного коэффициента излучения от газов и кладки на
проводим для верхней части рабочего пространства печи для нижних зон
коэффициента излучения принимаем таким же.
Для проведения расчета определяем размеры рабочего
Ширина рабочего пространства:
где n – число рядов заготовок
[pic] – расстояние между рядами заготовок или между торцами заготовок
и боковыми стенками печи м.
l – длина заготовки м.
Средняя высота рабочего пространства печи:
в сварочной зоне – hсв = 2 м.
В методической зоне – hмет = 15 м.
где Lсв Lмет. – соответственно длины сварочной и методической зон.
Внутренняя поверхность стен и свода:
Суммарная поверхность кладки и металла окружающих газовый объем:
Объем заполняемого газом рабочего пространства
Средняя эффективная длины луча:
Парциальное давление газов:
Степень черноты газов [pic]и [pic] в сварочной и методической зонах
определяем по приложениям 5 и 6.
Температура газов в сварочной зоне:
Средняя температура газов в методической зоне:
[pic]температура уходящих газов
Степень черноты продуктов сгорания:
где [pic]- поправочный коэффициент определяем по приложению 7.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл
Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:
в методической зоне:
Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла:
3 Расчет нагрева металла
Среднемассовая конечная температура заготовки:
[pic] где [pic] – заданный конечный перепад температур в заготовке
Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева
где [pic]– коэффициент теплопроводности металла при [pic]
Определяем из рис. 6: [pic]
S – полная толщина металла м.
Расчетная температура газов в сварочной зоне:
Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной
где [pic] – количество тепла уносимого уходящими газами из сварочной
где [pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая температуре.
[pic] – количество тепла излучаемого из сварочной зоны в методическую.
[pic] – удельный тепловой поток излучения ([pic]= 100 кВтм2)
[pic] – площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе
сварочной и методической зон.
[pic] – общая тепловая мощность печи
[pic] – удельный расход тепла (b = 2500 кДжкг)
G – производительность печи кгч
[pic] – количество тепла уносимое уходящими газами из печи
[pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая [pic]
Изменение теплосодержания металла в печи:
где iз iо – теплосодержание металла соответствующее
конечной [pic] температурам кДжкг.
Изменение теплосодержания металла вместе с образовавшейся окалиной:
[pic] – угар металла % ([pic]=2%)
Сок – теплоемкость окалины Сок = 1 кДж(кг*К)
m -коэффициент учитывающий сколько окалины Fe3O4
окисления 1 кг железа (m=138).
Приращение теплосодержания металла в методической зоне:
Приращение теплосодержания в сварочной зоне:
Нагрев металла в методической зоне (участок I)
Удельный тепловой поток в начале зоны:
Удельный тепловой поток в конце зоны:
где [pic] - средняя температура металла в конце методической
зоны соответствующая его теплосодержанию
λ=396 Вт(м ·К).– теплопроводность металла
соответствующая температуре [pic].
Уравнение для q1 решается методом последовательных приближений. В
приближении находим [pic] полагая член [pic].
Температура поверхности металла в конце зоны:
Переход температур по сечению металла в конце зоны:
Температура оси металла в конце зоны:
Средний тепловой поток в методической зоне:
Время нагрева металла в методической зоне:
Участок сварочной зоны с монолитным подом (участок II'').
Время нагрева металла на этом участке:
[pic] – длина монолитного пода ([pic]= 5 м)
Чтобы определить параметры данного металла в начале
участка необходимо найти
критерии Био и Фурье. Критерий Фурье:
Теплоемкость металла: [pic]
Коэффициент теплопроводности:
Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева:
С помощью приложений по значениям критериев Bi и Fo определяем
величину [pic]и вычисляем перепад температур в начале участка: [pic]
Удельный тепловой поток в начале участка:
Температура поверхности металла при переходе на монолитный
Среднемассовая температура металла:
Температура на оси заготовки:
Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом.
Средний тепловой поток на участке:
Теплосодержание металла в конце участка i2=780 кДжкг соответствует
температуре tм2=1151С по рисунку 5.
Приращение теплосодержания на участке:
Время нагрева на участке:
Общее время нагрева:
Удельная продолжительность нагрева:
4 Расчет основных размеров.
Длина активного пода:
Длина методической зоны:
Длина сварочной зоны с монолитным подом:
Длина сварочной зоны с двухсторонним обогревом:
Площадь активного пода:
Площадь полезного пода:
Напряженность активного пода:
Напряженность полезного пода:
Расстояние между опорными трубами составляет 1000 мм. Смотровые и
рабочие окна располагаются симметрично с обеих сторон печи.
В сварочной зоне на участке с двухсторонним обогревом располагается 16
а на участке с монолитным подом – 8 рабочих окон. Количество окон
выбирается в зависимости от расстояния между осями окон которое
принимается для рабочих окон 1250 мм для смотровых окон – 1700 мм.
Размеры торцевых окон посада и выдачи:
[pic] – высота окна м
Тепловой баланс печи:
Тепло горения топлива:
где В – расход топлива кгс
Тепло внесенное подогретым воздухом и топливом (газом):
Тепло выделившееся при окислении железа:
Полезное тепло на нагрев металла:
Потери тепла с уходящими газами:
Потери тепла теплопроводностью:
где [pic] – средняя температура внутренней поверхности кладки оС
[pic] – температура окружающего воздуха оС
[pic] и [pic] – соответственно толщина огнеупорной кладки и
[pic] и [pic] – соответственно коэффициенты теплопроводности
огнеупорной кладки и изоляции Втм*К
[pic]– коэффициенты конвективной теплоотдачи от стенок и окружающего
[pic] – площадь поверхности кладки м2.
Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь свода и
стен сварочной и методической зон:
Средняя температура внутренней поверхности кладки tкл определяется
Безразмерные температуры:
Средняя температура поверхности металла:
Тепловые потери через свод в сварочной зоне.
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции.
Средняя температура слоя огнеупора:
Средняя температура слоя изоляции:
Коэффициенты теплопроводности динаса:
Коэффициенты теплопроводности изоляции:
Потери тепла теплопроводностью через свод: [pic]
Потери тепла теплопроводностью через стены: [pic]
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции стены:
Не превышать максимально допустимого значения для материала изоляции в
Правильность принятых средних температур слоев проверяется по
Расхождение между принятым значением средних температур и
формулам не превышает 20%.
Тепловые потери через свод и стены в методической зоне рассчитываются
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:
Средняя температура слоя огнеупора (динаса):
Коэффициент теплопроводности динаса:
Коэффициент теплопроводности изоляции:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода: [pic]С
подсчитанным по формулам не превышает 20%.
Потери тепла через окна печи.
Потери тепла через закрытые окна печи.
В сварочной зоне: [pic] [Вт]
где n=16 – число окон; [p
S=023 толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент
теплопроводности материала окна при [pic] Втм·К.
В методической зоне расчет аналогичный
где n=8 – число окон; [p S=023 –
толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент
материала окна при [pic] Втм·К.
Потери тепла излучением через открытые окна:
где [pic] – коэффициент диафрагмирования ([pic]=07)
Потери тепла с окалиной:
Потери тепла с охлаждающей водой:
Приравняв приходные и расходные статьи теплового баланса определяем
секундный расход топлива В кгс:
Приходные и расходные статьи теплового баланса сводятся
Тепловой баланс печи.
Статья Приход тепла Статья Расход тепла
Тепло горения 663617 789 1. Полезное тепло на 515153 613
топлива нагрев металла
Тепло 105895 126 2. Потери тепла с 132441 157
внесенное уходящими газами.
Тепло 715667 85 3. Потери тепла 78561 1
выделившееся при теплопроводностью через
окислении железа. кладку.
Итого: 8410787 100 4. Потери тепла через 50525 06
Потери тепла с 27158 31
Потери тепла с 76949 92
Неучтенные потери. 76461 91
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования химической энергии топлива [pic]
показывающий какая доля химической энергии топлива остается в рабочем
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности
[pic] – количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное
металлом в печи кВт.
[pic] – тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
Рисунок5.Эскиз дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Высота канала: [pic]
Потери на трение в вертикальном канале:
где [pic] – коэффициент трения [pic]
[pic]– коэффициент объемного расширения газа [pic]
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные
[pic]где [pic] – коэффициент местного сопротивления. Из приложения 11:
[pic]Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов: [pic]
выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов [pic]
определяем второй размер:
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова [pic] от вертикальных каналов до трубы 20 м в
том числе до рекуператора 10 м [pic]
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на [pic] на пути от
каналов до рекуператора:
где [pic] - коэффициент местного сопротивления
Потери давления в рекуператоре: [pic]
Местные потери давления при повороте на [pic] на входе в дымовую
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства
печи к основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=35м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем: [pic]
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
[pic] барометрическое давление минимальное для данной местности кПа
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным
условиям): газа [pic] воздуха [pic]
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
Избыточное давление газа перед горелкой:
Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где[pic]- коэффициент сопротивления форсунки
где К – коэффициент (для природного газа К=15);
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи
работающей по двудонному температурному режиму производительностью
8тч. В ходе его был рассчитан процесс горения топлива
гидродинамики теплоотдачи нагрева металла и дымовой тракт. В
результате получила следующие основные параметры методической печи:
-длина активного пода: [pic]
-длина методической зоны: [pic]
-длина сварочной зоны: [pic]
-высота методической зоны: [pic]
-высота сварочной зоны: [pic]
-высота дымовой трубы: [pic]
-время нагрева металла в печи: [pic]
Кривандин В.А. Неведомская И.Н. и др. Металлургическая
теплотехника. Конструкция и работа печей. 12 тома. Москва
Расчет методических печей. Методические указания по курсовому
проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995 -56 с.
ЧГУ.КП.1101.000.000.ПЗ
ЧГУ КП 1101.000.000 ПЗ

Мой курсовик.docx

Министерство образования и науки РФ
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Курсовой работа по дисциплине:
тема: «Расчет двухзонной методической печи»
Череповец 2008-2009 учебный год.
Конструкция отдельных частей печи 1
Расчет горения топлива: 9
1.Перерасчет состава топлива . 9
2 Объем воздуха и продуктов полного сгорания 9
3. Низшая теплота сгорания . .. 11
4. Температура горения топлива 11
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи .. .15
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи . . ..15
Расчет нагрева металла . ..18
Расчет основных параметров . 25
. Тепловой баланс печи 28
Основные теплотехнические показатели рабочей печи ..36
Аэродинамический расчет . .37
Расчет дымового тракта . .37
Расчет дымовой трубы .. 41
Расчет топливосжигающих устройств . ..43
ЧГУ.КП.1101.000.000.ПЗ
Техническое задание.
ЧГУ КП 1101.000.000 ПЗ
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по двухзонному
температурному режиму.
Производительность печи G=153 тч
Нагреваемый металл: сталь 3
Заготовки квадратного сечения размером 10500*100*100 мм
Топливо – природный газ. Состав топлива в %:
Температура подогрева 400 °С
Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных прямоугольных а иногда и круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено тем что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.
Металл поступает в зону наиболее низких температур и продвигаясь навстречу дымовым газам температура которых монотонно повышается постепенно (методически) нагревается.
Первая (по уходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепенный нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим нагрева когда металл находится в упругом состоянии.
Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами отходящими из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура поддерживается на уровне 1300 - 1400С в конце же методической зоны она находится в пределах 750-1000С.
Вторая ( по ходу металла) зона называется зоной высоких температур или сварочной зоной. Назначение этой зоны – быстрый нагрев поверхности заготовок до конечной температуры. Температура металла в методических печах обычно составляет 1150-1250С. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечивать температуру на 50-100 К выше.
В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность
металла; температура середины металла отстает от температуры поверхности. Однако при Изм.
нагреве тонких заготовок нет необходимости делать выдержку для выравнивания температур по сечению так как имеет место небольшой перепад температур.
В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае когда металл продвигаясь по монолитному поду нагревается только с одной стороны сверху. Для этого на всю длину сварочной и методической зон оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.
При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные (водоохлаждаемые) трубы по которым перемещается металл. Глиссажные трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две-три на каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже и на его поверхности образуются темные пятна.
Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны выполняется без нижнего обогрева с монолитным огнеупорным подом.
Как монолитный под так и под томильной зоны в трехзонных методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала который не взаимодействует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее действие продвигающегося металла.
Высотой рабочего пространства считается расстояние от высшей точки свода до пода. В печах оборудованных глиссажными трубами полная высота печи делится на две части: верхнюю ( расстояние от нажней части заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода). Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи а ширина – по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нормальным соотношение размеров когда отношение длины к ширине равно 5÷6 ( допускается 8÷10).
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи
металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При торцевой выдаче необходим один толкатель который выполняет роль также и выталкивателя.
Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель но и выталкиватель поэтому такие печи при размещении требуют больших площадей.
При торцевой выдаче через окно выдачи расположенное ниже пода печи происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок расположенных в торце печи.
Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве что объясняется наличием методической зоны.
Методические печи могут быть двухзонными трехзонными и многозонными. Трех- и много зонные печи применяются в тех случаях когда в нагреваемых заготовках могут возникнуть значительный перепады температур по толщине
( более 200 К на один метр толщины металла). Эти печи снабжены дополнительными (томильными) зонами в которых и осуществляется выравнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи.
Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в соответствии с режимом нагрева и производительностью печи.
Так например если нагрев двухступенчатый то и профиль печи должен быть двухзонный если нагрев трехступенчатый то и профиль должен быть трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок то печь должна иметь наклонный под.
Конструкции отдельных частей печи
Под печи. Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых потерь через него следует выполнять в 2.5÷3.0 кирпича. Кроме того необходимо применять изоляцию пода.
В методической части печи под выкладывается из шамота в 1.5÷2 кирпича и прослойкой из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65÷130мм.
При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную подушку толщиной 200÷300мм которая в свою очередь опирается на бутовую
кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий грунта.
Для нормальной работы необходимо чтобы наивысший уровень грунтовых вод проходил не ближе чем на 250мм от площади нижних дымовых каналов. Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или заключают все строение печи находящееся ниже уровня грунтовых вод в водонепроницаемый металлический кессон. Иногда кессон выполняется из железобетона.
В нагревательных печах для устройства пода применяют магнезитовый хромитовый и тальковый кирпич и также сырой тальк и хромистый железняк. Самым дешевым является тальк но в то же время из всех перечисленных выше материалов он устойчив против окалины хотя по сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.
Под в сварочном пространстве выполняется толщиной в 3 кирпича т.е. 690мм. Верхний слой (150÷250мм) выкладывается магнезитовыми или хромистыми материалами. Следующий слой – шамотный. Нижний изоляционный слой имеет толщину 100÷150мм.
Стены нагревательных печей делаются толщиной в 375÷500мм что составляет 1.5÷2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры: 230×115×65 или 250×125×65мм.
Более тонкие стенки в 1.5 кирпича (375мм) делаются обычно в случае применения изоляции. Стены методических печей выкладываются из шамотного кирпича. Динас применяется только для сварочного пространство и стен топочного пространство методических печей.
Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не более 4÷5м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела прогиба получается если радиус кривизны будет равен ширине пролета. Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода упираются в опоры называемые пятовыми кирпичами. Для большей прочности свода пятовые кирпичи
укладываются глубоко в стенку. Чем больше ширина пролета тем толще должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из стандартного Изм.
кирпича 230 и 300мм; при пролетах более 3.5м применяется кирпич длиной 345мм или больше.
Кроме арочных сводов существуют многочисленные конструкции так называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов – секционная и индивидуальная.
В индивидуальной системе каждый кирпич имеет свою подвеску а в секционной системе отдельные кирпичи связаны в группы или ряды которые подвешиваются в целом к арматуре. Наибольшее распространение получили подвесные своды представляющие собой двутавр на который надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для ремонта и возможность тщательного его монтажа. Расстояние между центрами подвесок – 300мм толщина свода – 300мм. Толщина кирпича – 118 и 73мм. Второй размер 73мм служит для компенсации неточности в изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без подгонки варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы наивысшего качества.
Борова прокладываются в земле выше уровня грунтовых вод. При расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в кессоны. Влага не должна проникать в борова так как это значительно ухудшит тягу дымовой трубы а следовательно и работу печи. Размеры боровов определяются по скорости движения газов которая не должна превышать при 0С и 760 мм рт ст 1.5÷2.5мс.
Из практических соображений борова не должны быть менее 600×600мм. Стенки и под боровов выполняются в 1.5÷2.0 кирпича: внутренний кирпич – шамотный а наружный (0.5 или целый) – красный. Свод боровов выкладывается из шамота в один кирпич или же делается еще одна арка из красного кирпича и засыпается золой и землей. Борова обычно перекрываются полуциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боровах составляет 0.08÷0.12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают бетонную подушку толщиной 100÷200мм.
Крепление печей. При кладке печей необходимо следить за тем чтобы было
предусмотрено достаточное количество температурных швов. В сводах например температурные швы заполняются деревянными дощечками или картоном которые выгорают по мере разогрева печи. Назначение температурных швов – компенсация объемных изменений размеров кладки при нагреве последней. При определении величины температурного шва необходимо считаться с качеством кирпича плотностью кладки и способом крепления. В целях сохранения формы кладки устраивают еще металлическое крепление печей состоящее из опорных балок и каркасов сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то чтобы температурные швы были достаточных размеров. Если температурные швы будут недостаточны то может произойти разрыв жесткого крепления или выпучивание кладки.
Расчет горения топлива
1Пересчет состава топлива.
Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на влажный проводится по формуле:
где dr – влагосодержание газа гм3 х – содержание компонента %
2.Объем воздуха и продуктов полного сгорания.
Теоретический расход сухого кислорода:
Теоретический расход сухого окислителя:
где O2ок – объемное содержание O2 в окислителе %
Расход сухого окислителя при
Расход сухих трехатомных газов:
Теоретический выход азота:
где N2ок – объемное содержание азота в окислителе %
Теоретический выход водяных паров:
где dок – влагосодержание окислителя гм3
Выход продуктов полного сгорания при
Объемный состав продуктов полного сгорания:
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:
3.Низшая теплота сгорания
Наиболее точной формулой для определения низшей теплоты сгорания газообразного топлива является формула Менделеева т.е. суммированием тепловых эффектов реакций горения:
Для газообразного топлива определяется по формуле:
4.Температура горения топлива
Эта часть расчета необходима для того чтобы установить обеспечивает ли данное
топливо нужную температуру нагрева металла и если не обеспечивает то
определить необходимую степень подогрева сред участвующих в горении.
Энтальпия продуктов сгорания:
где – химическая энтальпия продуктов сгорания:
где – недожог топлива кДжм3 (=3%)
– физическое тепло вносимое воздухом и газом
Из приложения 4 t=400 0СQф - изобарная теплоемкость воздуха.
iв - энтальпия воздуха.
Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания 500 ОС
По полученным значениям строим график зависимости энтальпии 1м3 продуктов сгорания от температуры (рис. 1)
Графически определяем что iобщ = 342791 кДжм3 соответствует расчетная температура tрасч.=2050 oC
Действительная температура горения:
где – опытный пирометрический коэффициент ()
Рисунок 1. Зависимость 1 м.куб. продуктов сгорания от температуры.
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи.
1 Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.
Целью расчета внешнего теплообмена является определение приведенного
коэффициента излучения от газов и кладки на металл.
Расчет приведенного коэффициента излучения от газов и кладки на металл
проводим для верхней части рабочего пространства печи для нижних зон значение
коэффициента излучения принимаем таким же.
Для проведения расчета определяем размеры рабочего пространства печи.
Ширина рабочего пространства:
где n – число рядов заготовок
– расстояние между рядами заготовок или между торцами заготовок и боковыми стенками печи м.
l – длина заготовки м.
Средняя высота рабочего пространства печи:
в сварочной зоне – hсв = 2 м.
В методической зоне – hмет = 15 м.
где Lсв Lмет. – соответственно длины сварочной и методической зон. м.
Внутренняя поверхность стен и свода:
Суммарная поверхность кладки и металла окружающих газовый объем:
Объем заполняемого газом рабочего пространства
Средняя эффективная длины луча:
Парциальное давление газов:
Степень черноты газов и в сварочной и методической зонах определяем по приложениям 5 и 6.
Температура газов в сварочной зоне:
Средняя температура газов в методической зоне:
температура уходящих газов
Степень черноты продуктов сгорания:
где - поправочный коэффициент определяем по приложению 7.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл
Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:
в методической зоне:
Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла:
3 Расчет нагрева металла
Среднемассовая конечная температура заготовки:
где – заданный конечный перепад температур в заготовке
Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева
где – коэффициент теплопроводности металла при
Определяем из рис. 6:
S – полная толщина металла м.
Расчетная температура газов в сварочной зоне:
Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной зоне:
где – количество тепла уносимого уходящими газами из сварочной зоны.
где – энтальпия продуктов сгорания соответствующая температуре.
– количество тепла излучаемого из сварочной зоны в методическую.
– удельный тепловой поток излучения (= 100 кВтм2)
– площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе сварочной и методической зон.
– общая тепловая мощность печи
– удельный расход тепла (b = 2500 кДжкг)
G – производительность печи кгч
– количество тепла уносимое уходящими газами из печи
– энтальпия продуктов сгорания соответствующая
Изменение теплосодержания металла в печи:
где iз iо – теплосодержание металла соответствующее начальной и
конечной температурам кДжкг.
Изменение теплосодержания металла вместе с образовавшейся окалиной:
– угар металла % (=2%)
Сок – теплоемкость окалины Сок = 1 кДж(кг*К)
m -коэффициент учитывающий сколько окалины Fe3O4 (кг) образуется от
окисления 1 кг железа (m=138).
Приращение теплосодержания металла в методической зоне:
Приращение теплосодержания в сварочной зоне:
Нагрев металла в методической зоне (участок I)
Удельный тепловой поток в начале зоны:
Удельный тепловой поток в конце зоны:
где - средняя температура металла в конце методической зоны соответствующая его теплосодержанию
найденная по графику;
λ=396 Вт(м ·К).– теплопроводность металла соответствующая температуре .
Уравнение для q1 решается методом последовательных приближений. В первом
приближении находим полагая член .
Температура поверхности металла в конце зоны:
Переход температур по сечению металла в конце зоны:
Температура оси металла в конце зоны:
Средний тепловой поток в методической зоне:
Время нагрева металла в методической зоне:
Участок сварочной зоны с монолитным подом (участок II'').
Время нагрева металла на этом участке:
– длина монолитного пода (= 5 м)
Чтобы определить параметры данного металла в начале участка необходимо найти
критерии Био и Фурье. Критерий Фурье:
Теплоемкость металла:
Коэффициент теплопроводности:
Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева:
С помощью приложений по значениям критериев Bi и Fo определяем величину и вычисляем перепад температур в начале участка:
Удельный тепловой поток в начале участка:
Температура поверхности металла при переходе на монолитный под:
Среднемассовая температура металла:
Температура на оси заготовки:
Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом.
Средний тепловой поток на участке:
Теплосодержание металла в конце участка i2=810 кДжкг соответствует
температуре tм2=1178С по рисунку 5.
Приращение теплосодержания на участке:
Время нагрева на участке:
Общее время нагрева:
Удельная продолжительность нагрева:
4 Расчет основных размеров.
Длина активного пода:
Длина методической зоны:
Длина сварочной зоны с монолитным подом:
Длина сварочной зоны с двухсторонним обогревом:
Площадь активного пода:
Площадь полезного пода:
Напряженность активного пода:
Напряженность полезного пода:
Расстояние между опорными трубами составляет 1000 мм. Смотровые и рабочие окна располагаются симметрично с обеих сторон печи.
В сварочной зоне на участке с двухсторонним обогревом располагается 16 смотровых окон;
а на участке с монолитным подом – 8 рабочих окон. Количество окон выбирается в зависимости от расстояния между осями окон которое принимается для рабочих окон 1250 мм для смотровых окон – 1700 мм.
Размеры торцевых окон посада и выдачи:
Тепловой баланс печи:
Тепло горения топлива:
где В – расход топлива кгс
Тепло внесенное подогретым воздухом и топливом (газом):
Тепло выделившееся при окислении железа:
Полезное тепло на нагрев металла:
Потери тепла с уходящими газами:
Потери тепла теплопроводностью:
где – средняя температура внутренней поверхности кладки оС
– температура окружающего воздуха оС
и – соответственно толщина огнеупорной кладки и изоляции м.
и – соответственно коэффициенты теплопроводности огнеупорной кладки и изоляции Втм*К
– коэффициенты конвективной теплоотдачи от стенок и окружающего воздуха. ()
– площадь поверхности кладки м2.
Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь свода и стен сварочной и методической зон:
Средняя температура внутренней поверхности кладки tкл определяется следующим образом:
Безразмерные температуры:
Средняя температура поверхности металла:
Тепловые потери через свод в сварочной зоне.
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции.
Средняя температура слоя огнеупора:
Средняя температура слоя изоляции:
Коэффициенты теплопроводности динаса:
Коэффициенты теплопроводности изоляции:
Потери тепла теплопроводностью через свод:
Потери тепла теплопроводностью через стены:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции стены:
Не превышать максимально допустимого значения для материала изоляции в
Правильность принятых средних температур слоев проверяется по формулам:
Расхождение между принятым значением средних температур и подсчитанным по
формулам не превышает 20%.
Тепловые потери через свод и стены в методической зоне рассчитываются
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:
Средняя температура слоя огнеупора (динаса):
Средняя температура слоя изоляции:
Коэффициент теплопроводности динаса:
Коэффициент теплопроводности изоляции:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода: С
Не превышать максимально допустимого значения для материала изоляции в 1200С.
Расхождение между принятым значением средних температур и подсчитанным по формулам не превышает 20%.
Потери тепла через окна печи.
Потери тепла через закрытые окна печи.
В сварочной зоне: [Вт]
где n=16 – число окон; - площадь окна м2;
S=023 толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент теплопроводности материала окна при Втм·К.
В методической зоне расчет аналогичный
где n=8 – число окон; - площадь окна м2; S=023 –
толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент теплопроводности
материала окна при Втм·К.
Потери тепла излучением через открытые окна:
где – коэффициент диафрагмирования (=07)
Потери тепла с окалиной:
Потери тепла с охлаждающей водой:
Приравняв приходные и расходные статьи теплового баланса определяем секундный расход топлива В кгс:
Приходные и расходные статьи теплового баланса сводятся в таблицу 2:
Табл.2 Тепловой баланс печи.
Тепло горения топлива
Полезное тепло на нагрев металла
Тепло внесенное подогретым воздухом и топливом (газом)
Потери тепла с уходящими газами.
Тепло выделившееся при окислении железа.
Потери тепла теплопроводностью через кладку.
Потери тепла с окалиной.
Потери тепла с охлаждающей водой.
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования химической энергии топлива показывающий какая доля химической энергии топлива остается в рабочем пространстве печи:
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности Мпол и мощности
– количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное металлом в печи кВт.
– тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
Рисунок5.Эскиз дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не учитываются.
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Потери на трение в вертикальном канале:
где – коэффициент трения
– коэффициент объемного расширения газа
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные каналы:
где – коэффициент местного сопротивления. Из приложения 11: =047
Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов:
выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов
определяем второй размер:
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова от вертикальных каналов до трубы 20 м в том числе до рекуператора 10 м
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на на пути от вертикальных
каналов до рекуператора:
где - коэффициент местного сопротивления
Потери давления в рекуператоре:
Местные потери давления при повороте на на входе в дымовую трубу:
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства печи к основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=35м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем:
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
барометрическое давление минимальное для данной местности кПа
– нормальное атмосферное давление (101325 кПа);
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным условиям): газа воздуха
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
Избыточное давление газа перед горелкой:
Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где- коэффициент сопротивления форсунки
где К – коэффициент (для природного газа К=15);
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи работающей по двудонному температурному режиму производительностью 180тч. В ходе его был рассчитан процесс горения топлива гидродинамики теплоотдачи нагрева металла и дымовой тракт. В результате получила следующие основные параметры методической печи:
-длина активного пода:
-длина методической зоны:
-длина сварочной зоны:
-высота методической зоны:
-высота сварочной зоны:
-высота дымовой трубы:
-время нагрева металла в печи:
Кривандин В.А. Неведомская И.Н. и др. Металлургическая теплотехника. Конструкция и работа печей. 12 тома. Москва Металлургия 1986
Расчет методических печей. Методические указания по курсовому проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995 -56 с.

Применение теории подобия при изучении процессов теплоотдачи.doc

Применение теории подобия при изучении процессов теплоотдачи
Теория подобия широко используется при изучении явлений конвективного
теплообмена. Она однозначно определяет условия подобия физических процессов
и позволяет результаты эксперимента полученные на объекте исследования или
модели распространить на все подобные явления. Путем обработки общих
дифференциальных уравнений удается получить критерии подобия конвективного
теплообмена. Теоремы подобия позволяют заменить совместное решение четырех
дифференциальных уравнений. Для конвективного теплообмена связь
подобия может быть представлена в виде степенной функции Nu=сRеmРгпGrd.
Коэффициенты c.m.n.d определяются на основе обработки экспериментальных
данных. Критериальное уравнение дает возможность вычислить коэффициент
теплоотдачи во всех подобных явлениях.
При изучении раздела требуется уяснить необходимые и достаточные условия
подобия явлений конвективного теплообмена методику приведения
дифференциальных уравнений к безразмерному виду. Показать
последовательность определения критериев подобия и дать их физический
смысл. Записать связь между критериями подобия для различных случаев
конвективного теплообмена.
Для решения задач связанных с нахождением температурного поля необходимо
иметь дифференциальное уравнение теплопроводности. Под дифференциальным
уравнением понимают математическую зависимость между физическими величинами
характеризующими изучаемое явление причем эти физические величины являются
функциями пространства и времени. Такое уравнение характеризует протекание
физического явления в любой точке тела в любой момент времени.
Дифференциальное уравнение теплопроводности дает зависимость между
температурой временем и координатами элементарного объема.
Вывод дифференциального уравнения сделаем упрощенным методом. Предположим
что имеется одномерное температурное поле (тепло распространяется в одном
направлении например в направлении оси х ). Термические коэффициенты
считаем не зависимыми от координат и времени.
Выделим в однородной и изотропной неограниченной пластине элементарный
параллелепипед объем которого равен (рис. 3.1) Количество тепла
втекающего через левую грань в параллелепипед в единицу времени равно а
количество тепла вытекающего через противоположную грань в единицу
времени равно dxdydz
Рис 1.3. Поток тепла через элементарный объём
Если [pic] то элементарный параллелепипед будет нагреваться тогда разница
между этими потоками тепла по закону сохранения энергии равна теплу
аккумулированному данным элементарным параллелепипедом т. е.
Величина есть неизвестная функция х. Если ее разложить в ряд Тейлора и
ограничиться двумя первыми членами ряда то можно написать:
Тогда из равенства (3.1) будем иметь:
Применяя уравнение теплопроводности [pic] получим:
Уравнение (3.5) есть дифференциальное уравнение теплопроводности для
одномерного потока тепла. Если тепло распространяется по нормали к
изотермическим поверхностям то вектор q можно разложить на три
составляющие по координатным осям. Количество аккумулированного
элементарным объемом тепла будет равно сумме
Тогда дифференциальное уравнение примет вид
Для симметричного одномерного температурного поля является функцией одной
координаты. Поясним это на примере бесконечного круглого цилиндра. Если ось
такого цилиндра совпадает с координатой z то температура в любой точке
цилиндра будет зависеть только от координат х и у. При равномерном
охлаждении или нагревании цилиндра в любой точке отстоящей на расстоянии r
от оси цилиндра температура в данный момент времени будет одна и та же.
Следовательно изотермические поверхности будут представлять собой
цилиндрические поверхности коаксиально расположенные к поверхности
цилиндра. Между радиальной координатой r (радиус-вектор) и координатами х и
Тогда дифференциальное уравнение теплопроводности для бесконечного цилиндра
можно преобразовать так:
для бесконечного цилиндра можно преобразовать так:
Дифференцируя (3.8) по х а (3.10) по у получаем
Складывая уравнения (3.11) и (3.12) и принимая во внимание
(3.7) получим для уравнения теплопроводности следующее выражение:
В общем случае когда температура зависит от всех трех координат (х у г)
дифференциальное уравнение теплопроводности конечного цилиндра имеет вид

Министерство образования и науки РФ.doc

Министерство образования и науки РФ
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Курсовой работа по дисциплине:
тема: «Расчет двухзонной методической печи»
Череповец 2006 учебный год.
Конструкция отдельных частей печи 1
Расчет горения топлива: 9
1.Перерасчет состава топлива . 9
2 Объем воздуха и продуктов полного
3. Низшая теплота сгорания . .. 11
4. Температура горения топлива 12
Расчет теплообмена в рабочем пространстве
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве
Расчет нагрева металла . ..18
Расчет основных параметров . 25
. Тепловой баланс печи 28
Основные теплотехнические показатели рабочей
Аэродинамический расчет . .37
Расчет дымового тракта . .37
Расчет дымовой трубы .. 41
Расчет топливосжигающих устройств . ..43
Техническое задание.
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по
температурному режиму.
Производительность печи G=111 тч
Заготовки квадратного сечения размером 5100*150*150 мм
Тепло горения 3317853 7871 1. Полезное тепло на 25080 5528
топлива нагрев металла
Тепло 548771 1302 2. Потери тепла с 657242 1448
внесенное уходящими газами.
Тепло 348417 827 3. Потери тепла 35815 789
выделившееся при теплопроводностью через
окислении железа. кладку.
Итого: 4215041 100 4. Потери тепла через 9031 199
Потери тепла с 10467 231
Потери тепла с 288895 637
Неучтенные потери. 529801 1168
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования химической энергии топлива [pic]
показывающий какая доля химической энергии топлива остается в рабочем
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности
[pic] – количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное
металлом в печи кВт.
[pic] – тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
Рисунок5.Эскиз дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Высота канала: [pic]
Потери на трение в вертикальном канале:
где [pic] – коэффициент трения [pic]
[pic]– коэффициент объемного расширения газа [pic]
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные
[pic] где [pic] – коэффициент местного сопротивления. Из приложения
[pic]Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов: [pic]
выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов [pic]
определяем второй размер:
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова [pic] от вертикальных каналов до
числе до рекуператора 10 м [pic]
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на [pic] на
пути от вертикальных
каналов до рекуператора:
где [pic] - коэффициент местного сопротивления
Потери давления в рекуператоре: [pic]
Местные потери давления при повороте на [pic] на входе в дымовую
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства
печи к основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=35м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем: [pic]
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
[pic][pic] – барометрическое давление минимальное для данной
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным
условиям): газа [pic] воздуха [pic]
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
[pic]Избыточное давление газа перед горелкой:
[pic] Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где[pic]- коэффициент сопротивления форсунки
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи
работающей по двудонному температурному режиму производительностью
0тч. В ходе его был рассчитан процесс горения топлива
гидродинамики теплоотдачи нагрева металла и дымовой тракт. В
результате получила следующие основные параметры методической печи:
-длина активного пода: [pic]
-длина методической зоны: [pic]
-длина сварочной зоны: [pic]
-высота методической зоны: [pic]
-высота сварочной зоны: [pic]
-высота дымовой трубы: [pic]
-время нагрева металла в печи: [pic]
Кривандин В.А. Неведомская И.Н. и др. Металлургическая
теплотехника. Конструкция и работа печей. 12 тома. Москва
Расчет методических печей. Методические указания по курсовому
проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995 -56 с.
ЧГУ КП 1101.000.000 ПЗ
ЧГУ.КП.1101.000.000.ПЗ

Лекции по теплотехнике (шпоры).doc

Классификация топлива: 1)Твердое 2) Жидкое 3) Газообразное или 1)природное
) искусственное. Природное твердое топливо – дрова торф бурый и каменный
угли антрацит горючие сланцы. Природное жидкое топливо – нефть. Природное
газообразное топливо – природный газ. Искусственное твердое топливо –
полукокс кокс торфяные и каменноугольные брикеты. Искусственное жидкое
топливо – бензин керосин соляровое и др масла мазут. Искусственное
газообразное топливо – нефтяной газ полукоксовый газ коксовый газ
доменный газ. УГЛИ. Бурые угли. К ним относят угли с высшей теплотой
сгорания до 24 МДжкг. Их характеризует большой выход летучих
неспекающийся коксовый остаток и большая влажность которая достигает 55-
% у молодых и до 30% у старых. По содержанию влаги в рабочей массе их
делят: 1) Б1 – с влажностью WP>40% 2)Б2 – WP 30-40% 3)Б3 – WP 30%. Б1 –
мягкие молодые угли Б2 и Б3 – плотные и более старые. Плотность бурых
углей от 500-1300 кгм3. Они легко теряют на воздухе влагу и механическую
прочность. Легко превращаются в мелочь и обладают повышенной способностью к
самовозгоранию. У них низкая теплота сгорания QH = 10-17 МДжкг.
Используются как местное топливо. Каменные угли. К ним относятся угли с
высшей теплотой сгорания QB во влажном беззольном состоянии более 24
МДжкг. Выход летучих более 9%. Плотность 1150-1500 кгм3. каменные угли
делятся на марки в основном по выходу летучих:
Хорошо спекаются без доступа воздуха угли имеющие % более 17 и меньше 0.
их используют для коксования все остальные используют в качестве топлива.
В энергетике используют окисленные угли у которых выход летучик также от
-40% но дающие неспекающийся остаток (Экибастуз). Угли
характеризующиеся спекающимся остатком подразделяют на технологические
группы: 1) Полуантрациты (Па) 2) Антрациты (А). Полуантрациты имеют высокую
теплоту сгорания Q более 35 МДжкг. Антрациты – 337МДжкг. Это
высококачественное механически прочное котельное топливо. Теплота сгорания
каменных углей и антрацитов от 23-27 МДжкг. Плотность от 1400-1700 кгм3.
Ископаемые угли и горючие сланцы классифицируют по крупности если их после
грохочения разделяют на классы: 1)Плита – более 100 мм 2) Крупный – от 50-
0 мм 3) Орех 25-50мм 4) Мелкий 13-25 мм 5) Семечка 6-13 мм 6) Штыб до
мм. Энергетические топлива как правило грохочению не подвергают и
направляют к потребителю в виде рядового угля (не более 300 мм) Часть углей
подвергают обогащению сухому или мокрому с выделением высокозольного
промпродукта и очень высокозольных хвостов которые отправляют в отвалы.
При мокром обогащении выделяется продукт – шлам который после подсушки
используется в энергетике. МАЗУТЫ. Они предназначены для сжигания в
котельных и технологических установках. Подразделяются на 1)Флотские Ф5
Ф12 2) Топочные М40 М100. Цифра показывает отношение времени истекания 200
мл мазута при 50 С ко времени истекания такого же количества
дистиллированной воды при 20 С. Мазуты очень вязкие жидкости. Для перекачки
мазута по трубам и распыления форсунками его нагревают до 100-140 С.
Температура застывания мазута М40 минус 10 С М100 – минус 25С. Мазута
высококачественные обозначаются дополнительно буквой «в». В пределах марок
топочные мазута подразделяются в зависимости от содержания серы: 1)
Малосернистые до 05% 2) Сернистые 05-2 % 3)Высокосернистые 2 – 35%.
Твердое и жидкое топливо состоят из углерода водорода органической серы
S0 горючей колчеданной серы SK кислорода и азота. Помимо этих элементов
которые составляют горючую массу топлива в нем есть балласт – зола А и
влага W. Состав топлива выражается в % по массе. Различают рабочую сухую и
горючую массы (р с г). АР+WP = 100%. Если из топлива исключить балласт
то получим горючую массу. Сухая масса топлива соответствует обезвоженному
топливу. Состав рабочей массы топлива сильно зависит от величины балласта
так как в справочниках данные по составу горючей массы. С и Н – самые
ценная часть топлива. Углерод при полном сгорании выделяет 8050 ккалкг. В
древесине и торфе его до 50% около 65-80% в бурых и каменных углях 90-95%
в антрацитах 84-87% в мазуте. Содержание угля растет с увеличением
химического возраста топлива и характеризует степень обуглероживания орг
массы растительного и животного происхождения. Водород в топливе частью
находится в связанном виде составляя внутреннюю влагу топлива снижая
тепловую ценность. С увеличением химического возраста ценность уменьшается.
Кислород и азот образуют – внутренний балласт. S содержится в виде
сернистых соединений S0 и колчедана SK которые объединяются в летучую
серу: S0 + SK = SЛ которая способна при полном сгорании выделять до 2106
ккалкг. Сера входит в состав топлива в виде сернистых солей (сульфатов)
которые не способны гореть. Присутствие серы резко снижает качество
топлива. Зола является балластной примесью сильно влияет на качество
топлива и процессы горения. Золу подразделяют на первичную (входящую в
состав матер-ого вещества) и вторичную (представляющую продукты
выветривания и разложение минеральных пород) и третичную (пустая порода).
Содержание золы в бурых и каменных углях в % от рабочей массы составляет 4-
% в торфе 5-7 в дрофах 05% в мазуте 03%. В золу твердого топлива
входит глина окислы железа известь магнезия щелочи В лаборатории
определяют зольность топлива при сжигании его в фарфоровом тигле при 810 С.
Легкоплавкая зола которая приводит к зашлаковыванию горящего слоя топлива
расплавленная и размягченная откладывается на трубы при этом ухудшается
теплопередача. При высоких температурах жидкий шлак может выступать в
химическую реакцию с кладкой вызывая быстрый износ. Влага-топливо –
вредная балластная составляющая. Влага складывается из внешней или
механической влаги (внешнее увлажнение) и равновесной влаги называемой
гигроскопичностью материала. Чтобы определить внешнюю влагу пробу
высушивают на воздухе до постоянного веса а гигроскопичную влагу
определяют сушкой пробы в сушильном шкафу сухого топлива также до
постоянной массы при температуре 102-105 С. Влажность жидкого топлива
определяют давая воде отстояться в течение суток при Т=40С. Влажность
газообразного топлива находят пропуская пробу газа через слой СаСl
который поглощает влгу. В топочной технике используют понятия приведенной
влажности под которым подразумевают влажность топлива приходящуюся на
00 ккал низшей теплоты сгорания Wn = 1000 WPWPН % (Wn 3 – маловлажное
Wn > 8 – сильновлажное). Важной характеристикой топлива является его
теплота сгорания. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей
теплотой сгорания QB называется все количество тепла выделенной при полном
сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива и 1м3 газообразного при
превращении водяных паров содержащихся в продуктах сгорания в жидкость. На
практике не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации
поэтому введено понятие низшей теплоты сгорания QH. Ее величину получают
вычитая из QB теплоту парообразования влаги как содержащейся в топливе
так и образовавшейся при его сжигании. На парообразование 1 кг влаги
расходуется примерно 600 ккалкг. Теплоту сгорания газообразного топлива
определяют при помощи газового калориметра. В нем в течение определенного
времени сжигают топливо подаваемое горелкой. Выделенное тепло
воспринимается потоком воды. Расход газа определяют счетчиком а расход
воды взвешиванием. Для сравнения тепловой ценности различных топлив введено
понятие «условное топливо» под которым подразумевается топливо
характеризуемое теплотой сгорания 7000 ккалкг или 2935 МДжкг что
соответствует хорошему малозольному сухому углю. Другой важной
характеристикой является выход летучих веществ при нагревании топлива без
доступа воздуха. Выход летучих дается в % от рабочей (горючей) массы
топлива. Чем больше выход летучих тем ниже Т воспламенения легче
зажигание топлива и тем больше V пламени. При использовании топлива в
различных технологических процессах представляют ценность и другие
свойства: при коксовании кам углей важной характеристикой являются свойства
кокса т.к. при использовании его в доменных и других печах кокс можно
использовать лишь с определенными свойствами по составу выходу летучих и
механической прочности. При газификации топлива интерес представляет
реакционная способность топлива (горючесть) его термическая прочность и
некоторые другие свойства. При сжигании топлива в печах где требуется
определенная температура интерес представляет жаропроизводительность
топлива (калориметрическая ТСГОР). ГАЗООБРАЗНОЕ топливо:. Горючие газы
разделяют на природные и искусственные. Искусственные делят на газы
полученные при термической переработке топлива которая заключается в
разложении топлива при нагревании его без доступа воздуха и во-вторых на
газы полученные при газификации твердого топлива заключающуюся во
взаимодействии его с воздухом водяным паром иногда с углекислым газом
т.е. когда все топливо за исключением негорючей золы превращается в газ.
Природные газы представляют собой смесь различного рода углеводородов с
преимущественным содержанием СН4. В жирных газах нефтяных месторождений
метана меньше и больше высших углеводородов. При добыче нефти выходит
«попутный газ». Природный газ выходящий из скважин иногда содержит бензин.
Его может быть до 10 гм3 а в жирных и до 200гм3. Кроме того газ выносит
песок и воду. Природный газ используют как топливо для промышленности и
бытовых нужд а также сырьем для получения химических продуктов. Большое
значение получают попутные газы из которых также получают достаточное
количество хим продуктов. Из категории ископаемых газов большое значение
имеет коксовый. Теплота его сгорания 3600-4500 ккалм3. Светильный газ – он
по составу близок к коксовому. Получают его в результате сухой перегонке
каменных углей при высокой температуре. Нефтяной крекинг-газ получают при
всех способах крекинга нефтепродуктов. Его теплота сгорания 10000-15000
ккалм3. Он является наиболее высококалорийным. При другом виде крекинга
при Т порядка 650-750С и атмосферном давлении можно получить пиролизный
нефтяной газ. Генераторный газ получают при газификации различных твердых
топлив при помощи вводимых с воздухом кислородов водяного пара или
углекислоты. Теплота сгорания 1200-2500 ккалм3. Доменный газ –
низкокалорийный (800-960) Газ подземной газификации – самый низкокалорийный
ПОДГОТОВКА ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ. К сжиганию топлива предшествует та или иная
подготовка. Каменные и бурые угли и антрациты дробят и просеивают т.к.
лучшим образом сжечь можно при более или менее равномерной кусковатости.
Дрова подвергают естественной сушке. Часто угли и торф перед сжиганием
превращают в пылевидное топливо. Широко используют хим переработку топлива
(коксование). В данном случае искусственное топливо по составу сильно
отличается от исходного. СУХАЯ ПЕРЕГОНКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА. Сухой перегонкой
называют процесс термического (пирогенетического) разложения топлива без
доступа кислорода при нагревании в специальных печах. Сухая перегонка может
осуществляться в верхней части тазогенераторов и в слоевых топках котельных
агрегатов. Т начала разложения топлива зависит от его хим возраста: чем
моложе топливо тем оно богаче кислородом и тем при более низкой
температуре начинается разложение. При нагревании сначала происходит
выделение внешней влаги затем отгоняются конденс-ся пары масел и жирных
кислот которые являются продуктами прямой отгонки. Выход летучих не
равномерен по времени и зависит для каждого вида топлива от Т. При сухой
перегонке спекающихся углей при Т = 350-450С наступает размягчение или
«пластическое состояние угля» и содержащиеся в топливе битумы переходят в
жидкое состояние. С переходом угля в пластическое состояние начинается
процесс собственно разложения. И из топлива начинают выделяться
углеводородные газы и пары а масса топлива спекаясь вновь затвердевает
образуя кокс. При нагреве топлива без доступа воздуха ослабляются связи
между атомами наименее прочные связи имеют сложные органические молекулы.
Они распадаются на более простые и получаются новые продукты которые уже
способны выдержать данную Т. Последними распадаются самые простые
углеводороды. Наиболее прочными являются молекулы метана которые
разрушаются при Т>600C по схеме: СН4=С + 2Н2. Атомы углерода отдельно
существовать не могут и связаны в твердые кристаллы углерода и
кристаллическая решетка его позволяет газам проникать между слоями и может
происходить объемное химическое реагирование. Выделение продуктов
разложения заканчивается при Т=1100-1200С. Летучие состоят из
углеводородов сероводородов аммиака окиси углерода углекислоты и
внутренней влаги. При коксовании углей Т доводят до 1000-1100С а сухая
переборка бурых углей торфа и др топлив с большим выходом летучих получают
в установках коксования при Т 500-550С и при этом получают
высококачественные смолы которые наравне с нефтью могут служить сырьем для
получения моторных топлив и масел. И одновременно образовывается полукокс
который используется как топливо в котельных и газогенераторных установках.
ПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА. Каким бы сложным не был состав углеводородного
топлива при его полном сгорании углерод окисляется до СО2 водород до Н2О
сера до SO2. Формально полное окисление серы соответствует образования
SO3 но при топочных температурах фактически не образовывается.
Окислителем обычно служит воздух и его количество должно быть достаточным
для полного сгорания всех горючих элементов. На 2 кг т.е. 1 кмоль водорода
необходимо затратить 16 кг или 05 кмоль кислорода. При этом образовывается
кг водяного пара. На 12 кг углерода и 32 кг серы нужно затратить 32 кг
кислорода. При этом получается 44 кг СЩ2 и 64 кг SO2. Следовательно для
полного сгорания 1 кг углерода теоретически требуется затратить 267 кг
кислорода. А при сгорании 1 кг серы и водорода 1 и 8 кг кислорода
соответственно. Часть необходимого кислорода содержится в топливе а
остальное необходимо подать с воздухом. Отнесенная к единице полностью
прореагировавшего воздуха теплота сгорания различных топлив хоть и
несколько отличается но в среднем ее можно принять 38 МДжм3
действительно прореагировавшего воздуха. Поскольку равномерно перемешать
воздух с топливом трудно в топку приходится подавать больше воздуха чем
это необходимо теоретически. Отношение количества воздуха VB действительно
поданного в топку к теоретически необходимому V0 называют коэффициентом
избытка воздуха αВ = VB V0. При нормальной организации топочного процесса
αВ>1. Чем совершеннее топка и лучше горелочные устройства тем меньше
приходится подавать лишнего воздуха. ОБЪЕМЫ И СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ.
При проектировании агрегатов необходимо знать количество образовавшихся
газов чтобы правильно рассчитать газоходы дымовую трубу выбрать дымосос
и т.п. Как правило количество продуктов сгорания относят на единицу
топлива. Их рассчитывают исходя из уравнения материального баланса горения.
Для грубых расчетов можно считать что в нормальных условиях объем
продуктов сгорания (VГ) твердого и жидкого топлив равен объему воздуха
(VВ) а газообразного топлива (VВ+1). Т.к. объем – основная составляющая
дымовых газов – N – не меняется. Но для более точных расчетов необходимо
учитывать что VГ> VВ на 15-20% из-за испарения содержащегося в нем влаги и
из-за образования водяного пара при сгорании водосодержащих соединений. При
полном сгорании в продуктах сгорания 021(αВ – 1) – избыточный кислород а
9* αВ V0 – азот воздуха который проходит через топливо. ЭНТАЛЬПИЯ
ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ. В соответствии с уравнением 1-ого закона термодинамики
количество теплоты отдаваемой потоком газов в теплообменнике равно
разности энтальпий газов до и после теплообменника. Следовательно основой
тепловых расчетов топливо использующих устройств является энтальпия
продуктов сгорания которую принято рассчитывать на единицу топлива. НГ =
VГ*СГ`*t. (СГ` - теплоемкость). Удельная теплоемкость дымовых газов
несколько больше чем воздуха это связано с тем что вместо двухатомного
кислорода в дымовых газах появляются более теплоемкие трехатомные – Н2О и
СО2. Объем продуктов сгорания увеличивается с увеличением коэф избытка
воздуха а следовательно увеличивается и энтальпия. Расчеты теплообменника
удобно выполнять по Нt – диаграммам на которых представлены линии дающие
зависимость энтальпии продуктов сгорании от температуры в зависимости от
коэф изб возд. Температура горения некоторых газообразных топлив в холодном
воздухе (СО – 2370С Н2 – 2230С СН4 – 2030С )Эта температура называется
адиабатной. Действительная температура оказывается тем ниже адиабатной чем
больше теплопотери из зоны горения на холодные стенки топки и в окружающую
среду. Разница может быть до 25%. При нагреве воздуха или обогащении его
кислородом адиабатная температура увеличивается. В процессе горения топлива
в топочной камере теплота может передаваться конвекцией и излучением
нагреваемому металлу или охлаждающим поверхностям котла. В результате газы
охлаждаются и энтальпия их снижается. Уравнение QГ = НГ` - НГ`` можно
считать уравнением теплового баланса который может служить основой расчета
для всех теплообменных поверхностей. Очень часто для удаления продуктов
сгорания их удаляют дымососами т.е. они движутся в агрегате под
разряжением. Через неплотности к дымовым газам может подсасываться
атмосферный воздух. Коэффициент избытка воздуха может увеличиваться до .
Но энтальпия газов при этом практически не изменится т.к. энтальпия
холодного воздуха близка к 0. Температура дымовых газов может за счет
присосов снижаться с 1100 до 950 С. Следовательно экономичность
теплообменника снижается.
ОРГАНИЗАЦИЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ. Назначение парового
котла – производство из воды пара с давлением выше атмосферного и с
использованием этого пара вне котла. Водогрейный котел – для нагрева воды.
Печь предназначается для нагрева плавления сушки прокалки различных
материалов. Если в котлах выделяющаяся при сгорании теплота передается
воде или пару то в печах – обрабатываемому материалу. За счет сжигания
топлива получается теплота. Иногда используют выносные топки назначением
которых является только получение горячих продуктов сгорания. Чаще всего
топка используется не только для сжигания топлива но и для передачи
теплоты пару воде или др материалу. В общем случае тепловой расчет любого
агрегата базируется на уравнении его теплового баланса в котором
приравниваются входящие в агрегат потоки и выходящая из него теплота.
Рассмотрим в качестве примера тепловой баланс топки водогрейного котла.
Поступающее газообразное топливо сгорает вместе с подаваемым воздухом.
Большая часть выделяющейся теплоты отдается воде движущейся по трубам
размещенным по стенкам топки. Это полезно использующаяся теплота QПОЛ.
Часть теплоты затрачивается на увеличение энтальпии продуктов сгорания (на
нагрев воздуха подаваемого в топку) – QП.С. В продуктах сгорания могут
содержаться недогоревшие газы: СО Н2 СН4 Теплота которую могли бы дать
эти газы если бы они химически прореагировали с кислородом называется хим
недожогом QХИМ. При сжигании твердого топлива из топки могут удаляться с
золой или шлаком тв недогоревшие частицы которые можно легко удалить
механическим путем – это механический недожог – QМЕХ. Часть теплоты всегда
теряется через стенки топки QСТ несмотря на то что они выполняются из
теплоизоляционного материала. В топочной технике все составляющие
теплового баланса принято относить на единицу количества подаваемого
топлива. К входным потокам прежде всего относятся теплота сгорания топлива
QiГ энтальпия топлива hТЛ и энтальпия воздуха НВТ. QiГ+ hТЛ +НВТ = QХИМ+
QМЕХ +QСТ + НП.С. + QПОЛ. Обе части уравнения могут содержать
дополнительные члены: при сжигании твердого и жидкого топлива QХИМ связан в
основном с наличием в продуктах СО. QХИМ является прежде всего следствием
недостатка воздуха в зоне горения или плохого его перемешивания с топливом.
Он увеличивается если происходит уменьшение Т в топке при снижении
нагрузки а также при малом времени нахождения топлива в топочной камере.
QМЕХ определяется содержанием горючих элементов в золе и шлаке
образовавшихся в результате сгорания топлива. Значение хим и мех недожогов
зависят от типа сжигаемого топлива конструкции и размеров топки способа
механизации топочного процесса Существенное влияние на них оказывает и
коэффициент избытка воздуха. Увеличение количества воздуха сначала улучшает
горение т.е. QХИМ и QМЕХ уменьшаются но чрезмерное увеличение коэф изб
воздуха снижает ТГОР могут возрасти. Одним из основных показателей топки
является теплонапряжение qV топочного объема – отношение выделяющейся при
горении теплоты к объему топки: qV = QiГ*BVT. Где В – расход топлива. Для
слоевых топок на твердом топливе важнее знать количество теплоты
выделяющейся на единице площади подд-щей решетку qR = QiГ*BR. Где R –
площадь слоя топлива. При увеличении qV и qR недожог обычно увеличивается
из-за уменьшения времени пребывания реагентов в топочном объеме.
Оптимальные величины для разных типов топок установлены практикой. Расчет
топки сводится к определению ее размеров и температуре газов на выходе.
Удельные значения qV и qR выбирают такими чтобы обеспечить не только
полное горение но и охлаждение продуктов сгорания до нужной температуры.
Объем и площадь поперечного сечения определяют по формулам: qV = Q
ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗОВ. В топку можно подавать заранее подготовленную
газовоздушную смесь а можно вдувать горючий газ и воздух раздельно.
Сжигание подготовленной смеси называют кинетическим. Скорость реакции
сильно возрастает с температурой следовательно при высоких температурах
такая смесь может сгорать с огромной скоростью. Предварительно
подготовленную смесь сжигают в карбюраторных ДВС. В промышленных топках и
печах такой скорости сгорания обычно не требуется. Кроме того
подготовленная смесь чрезвычайно взрывоопасна. Она может взорваться от
искры. В топке же она может взорваться при проскоке пламени через горелку
из топки и даже просто при нагреве до определенной температуры которая
называется температурой самовоспламенения. Не всякую смесь можно поджечь от
электрической искры. Различают нижний (αВ>1) и верхний (αВ1)
концентрационные пределы зажигания. Вне этих пределов смесь невозможно
поджечь. Учитывая взрывоопасность готовой смеси в промышленных установках
предпочитают не иметь с ней дела и подавать горючий газ отдельно от
воздуха. Такое горение называют диффузионным т.к. скорость его сгорания
определяется интенсивностью перемешивания компонентов путем взаимной
диффузии. Турбулентные пульсации обеспечивают смешение достаточно крупных
порций топлива с окислителем обеспечивая макросмешение но для горения
необходимо смешение на молекулярном уровне. Поскольку горение осложняется
диффузией т.е. процессом протекающим медленно то и диффузионный факел
получается намного длиннее чем факел подготовленной смеси. Но раздельная
подача топлива и окислителя широко используется по двум причинам: 1)
Раздельный транспорт намного безопаснее 2) Иногда нужно сознательно
замедлить сжигание. ГОРЕЛКИ И ТОПКИ ДЛЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА. Сжигание
топлива осуществляется с помощью устройств называемых горелками. Они
предназначены для ввода газа и окислителя в топку смешение потоков до
начала горения или в самом процессе горения для стабилизации факела под
которой понимают создание условий обеспечивающих надежное горение факела
без погасаний пульсаций или отрыва от горелки. В основном это достигается
за счет создания такого аэродинамического режима при котором образующиеся
раскаленные продукты непрерывно подмешиваются к свежей топливовоздушной
смеси обеспечивая ее зажигание. По принципу смесеобразования газовые
горелки делят: 1)Инжекционные 2)С принудительной подачей воздуха. В
горелках первого типа воздух инжектируется из атмосферы струей газа
вытекающего из сопла а в горелках второго типа газ и воздух подают под
давлением. Количество инжектируемого воздуха примерно пропорционально
расходу эжектирующего газа следовательно при изменении тепловой мощности
горелки соотношение газ-воздух а соответственно и αВ остаются примерно
одинаковыми. Инжекционные горелки не требуют установки вентилятора для
подачи воздуха но нуждаются в большом давлении. В крупных печах чаще всего
используют горелки с принудительной подачей воздуха. Смешение воздуха с
газом часто осуществляется в них путем закручивания подаваемого воздуха
который не только сильно турбулезирует факел но и создает мощную
циркуляцию к устью горелки раскаленных продуктов и поджигающих вытекающих
из горелки газовоздушную смесь. При розжиге горелки факел поджигают
электрозапальником или др В ряде технологических процессов образуются
горючие газы содержащие вредные вещества которые нельзя выбрасывать в
атмосферу. Эти отходы делят на две группы: 1)Газы с теплотой сгорания более
МДжм3. Их сжигают также как и природный газ но при низких значения
теплоты сгораемый воздух необходимо подогревать а иногда и сам газ 2) Газы
у которых теплота сгорания менее 3 МДжм3. Они не являются горючими. Многие
из них содержать кислород что делает их взрывоопасными Тогда используют
огневое обезвреживание т.е. сжигают в топке вместе с основным топливом.
Вентиляционные выбросы часто используют в качестве дутьевого воздуха в
топках. При этом исключается загрязнение атмосферного воздуха и
используется теплота сгорания выбросов.
ФОРСУНКИ И ТОПКИ ДЛЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА. Три условия при которых
обеспечивается быстрое и экономичное сжигание топлива – это мелкий распыл
хорошее перемешивание с окислителем и надежная стабилизация горения. Для
распыления жидкого топлива и жидких отходов производства используются
механические пневматические и ротационные форсунки. В механических под
высоким избыточным давлением (РИЗБ) от 1 МПа в топках до многих десятков
МПа в дизелях продавливается сквозь небольшие отверстия иногда
предварительно закручивается в центробежном завихрителе вытекает из
отверстия с большой скоростью распадается на маленькие капли. Перед
механической форсункой топливо должно быть очищено от механических примесей
или «пиндык!» В тех случаях когда трудно обеспечивать надежную очистку
используют пневматические форсунки в которых топливо распыливается струей
воздуха и реже – пара. Воздух или пар со сверхзвуковой скоростью
подхватывает и интенсивно распыливает струйки предварительно подогретого до
0-140 градусов мазута который подается примерно под тем же давлением.
Полученный «туман» выбрасывается в топку. Расход распылевающего агента
примерно 05-1 кг на 1 кг мазута. Форсунку устанавливают в горелке через
которую подается закрученный в завихрителе воздух. Основным элементом
ротационной форсунки является тщательно отполированный изнутри
распылевающий стакан диаметром 150-200 мм и вращающийся на валу с частотой
00-7000 обмин. Топлива по трубке которая проходит внутри вала подается
на внутреннюю поверхность стакана распределяется по внутренней стенке
тонким слоем и разбрызгивается стекая с края стакана под действием
центробежной силы. Попадая в поток воздуха проходящего через лопаточный
завихритель пленка топлива распадается на мельчайшие капли выносится в
топочный объем и там воспламеняется. Ротационные форсунки сложнее в
эксплуатации чем предыдущие но они обладают существенным преимуществом –
они прекрасно распыляют топливо в широком диапазоне изменения нагрузок.
Кроме того они не требуют тонной очистки жидкого топлива от примесей и
могут работать при низком давлении. Жидкое топливо сжигают в камерных
топках конструкции которых практически не отличаются от топок для газа но
мазут сложнее сжигать чем высококалорийный газ следовательно
теплонапряжение топочного объема qV для мазутных топок принимают не более
0 кВтм3. Лучшие показатели горения мазута достигаются в топках крупных
паровых котлов а худшие – в небольших печах. Топки работающие на мазуте
чрезвычайно чувствительны к попаданию в него воды. Она не перемешивается с
мазутом и если достаточно большая порция воды попадет в форсунку то
факел погаснет. И если следом снова попадет мазут может произойти взрыв.
Но в то же время жидкие отходы нефтепереработки содержащие даже 50% воды
имеют еще достаточно большую теплоту сгорания. Для их утилизации
водомазутную смесь предварительно превращают в суспензию которая
сжигается как любое жидкое топливо. В топочной технике широко используется
комбинированные горелки позволяющие попеременно или одновременно сжигать
различное топливо. ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА. Горючие газы и
пары смол выделяющиеся при термическом разложении натурального твердого
топлива в процессе нагревания достаточно интенсивно как и газообразное
топливо. Поэтому сжигание топлив с большим выходом летучих (дрова торф..)
не вызывает затруднений если содержание балласта невелико. Время сгорания
топлив со средним (кам и бурые угли) и небольшим (тощие угли антрацит)
выходом летучих определяется скоростью реакции на поверхности коксового
остатка который образуется после выделения летучих. Реакция протекающая
на поверхности раздела двух сред называется гетерогенной. Она состоит из
двух процессов: диффузии кислорода к поверхности и его химической реакции с
топливом. Скорость химической реакции при высокой температуре становится
столь большой что весь кислород подводимый к поверхности вступает в
реакцию. В результате скорость горения оказывается зависящей только от
интенсивности доставки кислорода к поверхности горящей частицы путем
массообмена и диффузии. На нее практически перестают влиять как Т процесса
так и реакционные свойства коксового остатка. Такой режим гетерогенной
реакции называется диффузионным. Интенсифицировать горение в данном режиме
можно только путем интенсификации подвода реагента к поверхности топливной
СЛОЕВЫЕ ТОПКИ. Твердое топливо загруженное слоем определенной толщины на
распределительную решетку поджигается и продувается воздухом. Проходя между
кусочками топлива воздух теряет кислород и обогащается СО2 и СО. Зона в
пределах которой практически полностью исчезает О2 называется кислородной и
ее высота составляет 2-3 диаметра кусков топлива. В выходящих из нее газах
содержится не только СО2 Н2О и N2 но и горючие газы СО и H2. Если слоя
больше чем кислородной зоны то за кислородной следует восстановительная
в которой идут только реакции СО2+С=2СО и Н2О+С=СО+Н2. В результате
концентрация выходящих из слоя горючих газов увеличивается по мере
увеличения его высоты. Высоту слоя стараются держать равной высоте
кислородной зоны или чуть больше ее. Для дожигания продуктов неполного
сгорания Н2 и СО а также для дожигания выносимой пыли в топочный объем на
слоем подают дополнительный воздух. Количество сгоревшего топлива
пропорционально количеству поданного воздуха но увеличивать скорость
подачи воздуха через слой свыше определенного предела может привести к
нарушению устойчивости плотного слоя. Чем крупнее частицы тем с больше
скоростью можно продувать воздух. Топочные устройства для слоевого сжигания
классифицирую в зависимости от способа подачи перемещения и шуровки –
разрушения спеков – на колосниковой решетке. В немеханизированных топках
можно сжигать не более 300-400 кг угля. Лучшие – с пневматическим
забрасыванием и цепной решеткой обратного хода. Особенность – горение
топлива на непрерывно движущейся со скоростью 1-15 мчас колосниковой
решетке сконструированной как полотно транспортерной ленты. Полотно
состоит из отдельных колосниковых элементов закрепленных на бесконечных
шарнирных цепях. Необходимый для горения воздух подводится под решетку
через зазоры между элементами колосника. Подача топлива осуществляется
пневматическим забрасывателем. Основной элемент которого – ротор
вращающийся с частотой 500-1500 обмин. Ленточным питателем – небольшим
транспортером – топливо подается из бункера на лопасти ротора и
забрасывается в топку. Крупные куски летят к задней стенке и двигаются по
ленте дольше мелкие попадают ближе а самые мелкие фракции (менее 1 мм)
сгорают в топочном объеме налету. Для этого специально подводится воздух
(10-15% от всего воздуха) со скоростью примерно 20 мс. Такие топки
относятся к ряду факельно-слоевых т.к. часть топлива сгорает в факеле. Для
интенсификации горения через сопла расположенные в задней стенке
дополнительно подают воздух (около 50% всего воздуха) в виде струй острого
дутья. Скорость 50-70 мс которые перемешивают потоки в объеме. Вместе с
острым дутьем в топку возвращают уловленный в золоуловителе унос с высоким
содержанием горючих что позволяет дожечь несгоревшие и вынесенные из топки
частицы. Шуровка слоя в таких топках не требуется т.к. прогреваясь в
процессе полета частицы угля теряют способность спекаться. Основные потери
– от механического недожога. Если отсутствует острое дутье и возврат уноса
механический недожог может составлять 13%. Оптимальный размер кусков 25-50
мм. Т -1200С. С увеличением qR увеличивается и механический недожог из-за
выноса несгоревшей мелочи которая содержится в несгоревшем топливе и
которая образуется из-за растрескивания топлива при сгорании. Большая
концентрация топлива в плотном слое создает развитую поверхность
реагирования. Поэтому в единице объема в слое выделяется огромное
количество тепла но необходимость дожигания выносимых продуктов неполного
сгорания и мелких топливных частиц а также охлаждения газов в топке до
температур при которых затвердевают зольные частицы (1000-1100С)
предусматривают слоем достаточно большой объем. Из-за неравномерной высоты
слоя коэффициент избытка воздуха приходится держать достаточно большим.
Механический недожог 05-1%. Преимущество – простота отсутствие
углеразмольных устройств возможность устойчивой работы в широком диапазоне
нагрузок. Недостаток – небольшая производительность и невозможность сжигать
топливо с высокой зольностью и влажность. Иногда не горят и спекающиеся
угли которые образуют на поверхности нагрева «корку» не пропускающую
ФАКЕЛЬНЫЕ ТОПКИ. В слоевых топка использовался только уголь не содержащий
мелочь. И фракция менее 6 мм(штыб) являлась отходом. Для ее сжигания
разработан пылевидный способ при котором угли размельчали до 01 мм а
трудносжигаемые антрациты еще мельче. Такие пылинки увлекаются потоком газа
и время их сгорания – доли секунды. При вертикальной скорости газа менее 10
мс и достаточной высоте топки пыль успевает сгореть на лету в процессе
движения весте с газом от горелки до выходы из топки. Этот метод положен в
основу факельных (камерных) топок в которые тонко размолотая пыль
вдувается через горелки вместе с необходимым для горения воздухом.
Аналогично сжигаются газообразные или жидкие топлива т.к. камерные топки
пригодны для сжигания любых топлив – это преимущество. Также преимущество в
том что можно создать топки на практически сколь угодно большую мощность.
В то же время пыль не удается устойчиво сжигать в маленьких топках
особенно при переменных режимах. Пылеугольные топки с мощностью менее 20
МВт не делают. Топливо измельчают в мельничных устройствах и вдуваются в
топочную камеру через пылеугольные горелки. Транспортирующие воздух
вдувающие воздух вместе с пылью – первичные. При камерном сжигании твердых
топлив в виде пыли летучие вещества выделяясь при горении сгорают в
факеле как газообразное топливо. Это способствует стабилизации факела.
Количество первичного воздуха должно быть достаточно для сжигания летучих.
Оно составляет от 15 до 25% всего количества воздуха для углей с малым
выходом летучих и от 20 до 50% для топлив с большим выходом летучих. Ост
воздух необходим для горения – вторичный – подают в топку отдельно и
перемешивают с пылью уже в процессе горения. Для того чтобы пыль
загорелась ее первоначально нужно нагреть до достаточно высокой Т. А вместе
с ней и первичный воздух. Это делают только путем подмешивания к потоку
«пылевзвеси» раскаленных продуктов сгорания. Хорошую организацию сжигания
топлив особенно трудносжигаемых обеспечивает использование улиточных
горелок. Угольная пыль с первичным воздухом подается в них через
центральную трубу и благодаря наличию рассекателя выходит в топку в виде
тонкой кольцевой струи. Вторичный воздух подается через улитку сильно
закручиваясь в ней и выходя в топку создает мощный турбулентный закрученный
факел который обеспечивает подсос больших количеств раскаленных газов из
ядра факела к устью горелки. Это ускоряет прогрев смеси топлива с первичным
воздухом и воспламенение. Вторичный воздух хорошо перемешивается уже с
воспламенившейся пылью. Наиболее крупные пылинки догорают в процессе полета
в потоке газа в пределах топочного объема. При факельном сгорании угольной
пыли в каждый момент времени в топке находится ничтожный запас топлива
порядка нескольких десятков кг. А это делает факельный процесс весьма
чувствительным к изменению расхода топлива и воздуха что позволяет
практически мгновенно менять производительность топки. Но одновременно и
повышаются требования к надежности снабжения топки пылью т.к. небольшой
перерыв в несколько секунд приводит к погасанию факела. Если снова
возобновить подачу пыли – есть опасность взрыва. Поэтому устанавливают
несколько горелок. При пылевидном сжигании топлив в ядре факела расположены
достаточно высокие Т (1400-1500С) при которой зола становится жидкой или
тестообразной и налипание ее на стенки топки приводит к зашлаковыванию.
Следовательно сжигание пылевидного топлива чаще всего используют в котлах
где стены топки закрыты водоохлаждаемыми трубами – экранами. Около них газ
охлаждается в взвешенные в нем частицы золы успевают затвердеть до
соприкосновения со стенкой. ЦИКЛОННЫЕ ТОПКИ. В них используют специальный
способ сжигания. В них используют мелкие частицы угля (менее 5 мм). А
необходимый для этого воздух подают с огромной скоростью (до 100 мс) по
касательной к образующей циклона. В топке создается мощный вихрь
вовлекающий частицы в циркуляционное движение. И в котором они интенсивно
вдуваются потоком. В результате в топке развивается Т близкая к адиабатной
(ок 2000 С) Зола угля плавится и жидкий шлак стекает по стенкам. Такие
топки используют для сжигания S с целью получения SO2 для обжига руд и
т.п. А иногда в таких топках осуществляют огневое обезвреживание сточных
ТОПКИ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ. Устойчивое горение пылеугольного факела возможно
только при достаточно высокой Т(1400-1500 С). При этой Т начинает заметно
окисляться азот воздуха. Определенное количество NO образуется из N2
содержащемся в топливе. Оксид азота выброшенный вместе с дымовыми газами в
атмосферу доокисляется в ней до высокотоксичного NO2. ПДК 0085 мгм3.
Чтобы обеспечить ПДК на крупных тепловых станциях приходится строить очень
высокие трубы которые разбрасывают на возможно большую площадь. При
сжигании топлив содержащих серу образуется SO2. Эти выбросы служат
причиной образования фотохимического смога и кислотных дождей. Газообразные
вредные выбросы можно резко уменьшить путем снижения Т горения до 850-950
С. При этих Т азот практически не окисляется а SO2 соединяясь с СаО
образует СаSO4. Если в золе топлива недостаточно СаО для связывания всего
SO2 к топливу примешивают известняк. Т.е. SO2 связывается до безвредного
гипса которые удаляется вместе с золой. В процессе деятельности человека
образуется множество горючих отходов которые топливом не считаются. Такие
отходы в слоевых и камерных топках сжечь не удается. И возникла
необходимость создания топочных устройств для сжигания этих отходов. Это
топки с кипящим слоем – псевдоожиженным или кипящим называется слой
мелкозернистого материала продуваемый снизу вверх газом со скоростью
превышающей предел устойчивости плотного слоя но недостаточной для выноса
частиц из слоя. Интенсивная циркуляция частиц в объеме создает впечатление
бурно кипящей жидкости. Продуваемый снизу слой частиц теряет устойчивость
потому что сопротивление фильтрующемуся сквозь него воздуху становится
равным весу столба материала на единицу площади. Средний размер частиц в
слое 2-3 мм им соответствует рабочая скорость псевдоожижения от 1.5 до 4
мс. Это определяет площадь газораспределительной решетки при заданной
тепловой мощности топки. Теплонапряжение объема принимают примерно таким
же как и для слоевых топок. Простейшая топка с кипящим слоем во многом
напоминает слоевую т.е. имеет много конструктивных элементов.
Принципиальное отличие заключается в том что интенсивность перемеш частиц
обеспечивает постоянство Т по всему объему кипящего слоя. Поддержание Т
кипящего слоя (850-950) обеспечивается двумя способами. В небольших
промышленных печах сжигающих отходы или дешевое топливо в слой подают
значительно больше воздуха. При том же количестве выделенной теплоты Т
газов уменьшается по мере увеличения коэффициента избытка воздуха. В
крупных энергетических агрегатах такой метод горения не экономичен т.к.
лишний воздух уносит с собой и теплоту. Т.е. увеличиваются потери с
уходящими газами. Поэтому в кипящих топках размещают трубы с циркулирующей
в них водой или паром которые воспринимают необходимое количество теплоты.
Интенсивное омывание этих труб частицами обеспечивает высокий коэффициент
теплоотдачи от слоя к трубам это позволяет уменьшить металлоемкость котла.
Топливо устойчиво горит при его содержании в кипящем слое составляющим 1%
и менее. Остальные 99% - зола. И даже при столь неблагоприятных условиях
интенсивное перемешивание не позволяет зольным частицам блокировать горючее
от доступа к ним кислорода. Для удаления золы вводимой с топливом часть
материала непрерывно выводится в виде мелкозернистого шлака. И чаще всего
просто сливается через отверстие в подине т.к. кипящий слой может течь
как жидкость. Механический недожог составляет примерно 06%. Недостатком
котлов является большой механический недожог. Топливо при среднем размере
частиц 2-3 мм 20% оказывается менее 05 мм которые не успевают полностью
сгореть и уносятся газом из слоя. Для их дожигания приходится
предусматривать достаточно высокое надслоевое пространство. Т.е. объем
топки над слоем должен быть не менее 5-6 м. В нем частицы горят на лету.
ТОПКИ С ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ КИПЯЩИМ СЛОЕМ. Это топки второго поколения. За этими
топками устанавливают «Циклон» в котором улавливаются все недогоревшие
частицы и снова возвращаются в топку. Т.е. они оказываются запертыми в
системе: «топка – циклон – топка» пока не сгорят полностью. Эти топки
имеют высокую экономичность и высоки экологические преимущества. Их
используют не только в энергетике а также для сжигания колчедана обжига
руд и концентратов. Кроме того их используют для сжигания различных вредных
отходов. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Классификация: 1. По области применения:
(изделия используемые при разливке стали называемый сифонный или
сталеразливочный припас огнеупорный кирпич для ДП для футеровки стальь-
ковшей ) 2. По сложности форм и размерам: а) нормальный б) фасонные
изделия – простые сложные особо сложные в) крупноблочные фасонные изделия
г) специальные изделия. Нормальные: прямой продольныйпоперечный клиновой.
По сортности. 4. По огнеупорности: класс 0 (огнеупорность 1750 С) класс
А (1730С) класс Б (1670С) класс В (1580С). В зависимости от степени
огнеупорности изделия также делят на огнеупорные (1580-1770С0
высокоупорные 1770-2000С высшей огнеупорности – более 2000С. 5. По способу
изготовления: а) пиленые из естественной горной породы б) пластического
формирования в) полусухого прессования г) тромбованные д) литые плавленые.
) По термообработке а) обжиговые – обожжены после формовки б)
безобжиговые. 7) По химическо-минералогическому составу а) кремнеземные б)
динасовые (кварцевые) в) алюмо-силикатные г) магнезиальные д) углеродистые
СВОЙСТВА ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ. I). ФИЗИЧЕСКИЕ. 1) пористость. Размеры
пор их структура и количество колеблестя от 1-80%. Различают виды
пористости: а) Общая (истинная т.е. объем всех пор отнесенный к объему
который занимает изделие вместе с порами) б) кажущуюся (открутую т.е.
объем сообщающихся между собой и с атмосферным воздухом пор отнесенных к
общему объему изделия) в) закрытая т.е. объем изолированных от окружающей
атмосферы пор отнесенных к общему объему изделия) 2) С пористостью тесно
связано водопоглощение которое подсчитывают: КW = (G2 – G1)G1*100% где
G2 – масса насыщенного водой образца G1 – масса сухого образца. Масса
изделия отнесенная к его объему вместе с порами называется объемной массой
ρ1 = G1V. Кажущаяся пористость численно равна произведению: ПКАЖ = КW* ρ1.
) Газопроницаемость. Характеризуется коэффициентом газопроницаемости
который выражается в дм или литрах воздуха проходящих через огнеупорное
изделие площадью 1 м2 и толщиной в 1 м в течении 1 часа и при разности
давлений в 1 мм водного столба. Она зависит от Т величины и характера
форм однородности структуры и от разности давлений газа. КГАЗ =
(VГ*)F*p*. Где все это объем воздуха толщина площадь давление и время
(слева направо). При повышении давления газопроницаемость уменьшается. 4)
Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности λ может меняться от
нескольких десятых до 20 ккалм час град. В большинстве случаев огнеупорная
кладка служит изолятором тепла. В тех случаях когда нагрев происходит
через огнеупорную стенку огнеупорный материал служит проводником тепла и
должен обладать возможно большей теплопроводностью. На нее влияют хим и
минералогический состав пористость Т кристаллическая структура. При
повышении Т теплопроводность огнеупорных материалов возрастает исключение
составляют магнезитовые и карборудные огнеупоры. При увеличении пористости
теплопроводность уменьшается но при Т вше 800-900С увеличение пористости
уже мало влияет на теплопроводность а форма пор имеет существенное
значение. Поры меньшего поперечника – меньшая теплопроводность т.к. при
этом будет уменьшатся конвективная теплоотдача внутри пор. При увеличении
содержания кристаллической фазы теплопроводность огнеупоров увеличивается.
Электропроводность. При обычных Т огнеупоры являются электроизоляторами
а при повышенных Т – начинают проводить ток. Диназ и шамотные огнеупоры при
Т =1250С являются электропроводниками. С повышением пористости эл-
проводность уменьшается. 6. Теплоемкость. С повышением Т теплоемкость
повышается. Величина теплоемкости от 02-04 ккалкг град. II) РАБОЧИЕ
СВОЙСТВА. 1. Огнеупорность – свойство материала противостоять действию
высоких температур. ПК173 – огнеупорность равна 1730 С. Т.к. огнеупоры –
многофазные гетерогенные поликомпонентные системы то они не могут
плавиться при какой либо определенной Т а размягчаются постепенно в каком-
то Т-интервале. Нижний предел огнеупорности считают ПК158. Из-за содержания
примесей верхний предел для большинства изделий составляет 1670-1710 С.
Огнеупорность зависит от хим состава соотношения и количества флюсующих
примесей и от степени дисперсности составляющих компонентов. 2. Термическая
устойчивость - способность огнеупоров противостоять резким колебаниям Т
не растрескиваясь и не разрушаясь. Определяется числом водяных теплосмен
т.е. последовательных нагревания до 850 С и охлаждений в проточной холодной
воде. В редких случаях нагрев и до 1300 С. В случае быстрого нагрева
кирпича образуются трещины направленные главным образом касательно к
поверхности нагрева и вследствие развиваются напряжения сдвига а в случае
быстрого охлаждения при медленном нагреве – растрескивание происходит по
линиям направленным перпендикулярно друг к другу. Напряжение возникающее
в нагреваемом теле пропорционально величине относительного сдвига. Оно
зависит от толщины тела коэффициента термического расширения и
температурного градиента приближая зависимость: Кt = k*lMAX*λ*c*ρ где
это коэффициент пропорциональности максимальное касательное смещение
коэфф теплопроводности коэф терм расширения теплоемкость и плотность
(слева направо). Это выражение справедливо для случая нагревания
огнеупорных материалов. Для случая охлаждения это выражение записывается
также только lMAX – максимальное удлинение. Большое влияние на терм
устойчивость оказывает величина толщина и форма изделия. Тонкие небольшие
изделия несложной формы более термостойкие чем изделия из того же
материала но больших размеров более толстые и более сложные по форме. На
термическую устойчивость оказывает влияние и способность их изготовления.
Строительная прочность – способность огнеупорных материалов противостоять
в условиях службы механической нагрузке. Огнеупорные материалы в процессе
эксплуатации подвергаются сжатию растяжению изгибу истиранию но чаще
всего сжатию. Абсолютная величина этой нагрузки достигает 5-6 кгсм2. Запас
прочности при обычных Т во много раз превышает эту величину. Но высокая
прочность огнеупоров при обычных Т еще не свидетельствует о том что они
будут обладать повышенной строительной прочностью при высоких Т. Иногда для
шамотных огнеупоров повышенная механическая прочность говорит о том что
обжиг был проведен при слишком высокой Т. И он будет обладать пониженной
строительной прочностью при повышенных Т. Если огнеупорный материал
характеризуется при обычных Т пониженной мех прочностью то это результат
недостаточного обжига и он будет обладать плохой шлакоустойчивостью. С
повышением Т мех прочность шамотных огнеупоров повышается до некоторого
предела а затем падает. Если печь работает на пылеугольном топливе то
газоходы и огнеупорная футеровка топок могут подвергаться истирающему
воздействию частиц золы. Плотные и прочные огнеупоры обычно хорошо
подвергаются истиранию. При высоких Т огнеупорные материалы могут
деформироваться даже при небольших (порядка 1-2 кгсм2) нагрузках. В этом
случае строительная прочность характеризует не временное сопротивление
сжатия а деформация под нагрузкой при высокой Т. Несмотря на высокую
огнеупорность (2000С) и выше магнезитовые огнеупоры обладают сравнительно
плохой строительной прочностью при температурах эксплуатации.
Постояноство объема. При эксплуатации в металлических печах материалы
изменяют свой объем вследствие термического расширения а также усадки
роста и деформации под нагрузкой. Сокращение объема обожженных огнеупорных
материалов при нагревании носит название дополнительной усадки: ДУ= (V1 –
V2)*100% V1. Увеличение объема огнеупорных материалов при нагревании
называется дополнительным ростом: ДР= (V2 – V1)*100% V1. При нагревании
динас дает увеличение до 02 – 05%. Рост динаса в процессе его службы в
сводах металлических печей является в некоторой степени положительным
явлением т.к. это способствует уплотнению швов. Усадка зависит от
химминералог состава степени дисперсности Т продолжительности теплового
воздействия. Полукислые огнеупоры являются промежуточными по составу между
динасом и шамотными. Т.к. динас дает рост а шамотные усадку то при
соответствующем составе исх шихты для изготовления полукислых огнеупоров
они могут обладать хорошим постоянством объема. Магнезитовые и
хромомагнезитовые огнеупоры отличаются хорошим постоянством объема при Т до
00 – 1550С. 5.Шлакоустойчивость. Это способность огнеупоров противостоять
при высоких Т разъедающему действию расплавленного шлака. Шлаки: а) Кислые
(SiO2 P2O5) б) Основные (СаО MgO). При изменении хим состава шлаков
шлакоразъедание огнеупоров сильно изменяется. Если в основных шлаках
увеличение содержания Mn закиси Fe окиси Zn то шлакоразъедание
огнеупоров увеличивается. Окислы Ti глинозем наоборот уменьшают
разъедающее действие основных шлаков. Шлакоразъедание можно определить как
величину обратную шлакоустойчивости огнеупоров. Шлакопроницаемость
огнеупоров характеризуется глубиной прониконовения шлака в огнеупорные
материалы. Шлакоразъедаемость и шлакопроницаемость взаимосвязаны. При 800-
0С шлакоразъедаемость огнеупоров обычно незначительна но при 1200-1400С
и выше быстро возрастает и становится главной причиной разрушения
огнеупоров. Чем ближе хим состав шлаков к хим составу огнеупоров тем
меньше их шлакоразъедание. В шамотных огнеупорах в первую очередь
подвергается разъеданию глинистая связка. 6.Правильность формы и точность
размеров. По форме огнеупорные материалы бывают: 1)Нормальный кирпич (прям
0-300 * 113-150 * 100-65; клин торц 230-300 * 113-150 * 75-65 * 65-55) 2)
КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ПЕЧЕЙ. По технологическим и
конструктивным признакам. По технологическому признаку металлургические
печи: 1)плавильные 2) Нагревательные. Плавильные для получения Ме из руд и
переплавки Ме для получения необходимых свойств. В них материалы меняют
свое агрегатное состояние. Нагревательные печи используют для нагрева
материалов с целью обжига и сушки а также придания Ме пластических
свойств перед обработкой давлением. Большое количество печей используют для
термообработки чтобы изменить внутреннее строение и структуру Ме. В
нагревательных печах Ме не меняют агрегатное состояние. Внутри каждому
группы печи подразделяются в соответствии с теми операциями которые в них
проводят. Плавильные (чугуноплавильные стале.. меде ). Нагревательные печи
ограниченные определенными технологическими операциями подразделяются и по
конструктивным признакам методам транспортировки Ме в печь и характеру
продукта подвергаемого нагреву. Нагревательные печи для нагрева перед
прокаткой подразделяют на: нагревательные колодцы методические печи
камерные садочные толкательные с вращающимся подом для нагрева слитков
блюмов слябов труб сорта Топливные печи подразделяют по виду
используемого топлива. В соответствии с методами утилизации тепла
отходящих дымовых газов в печи: регенеративные и рекуперативные.
Электропечи классифицируют по способу превращения электроэнергии в
тепловую: дуговые печи сопротивления индукционные. Современные печи
представляют собой сложные тепловые агрегаты состоящие из собственно печи
и вспомогательного оборудования. Собственно печь: рабочее пространство
устройство для получения тепловой энергии (горелки форсунки ).
Вспомогательное оборудование: устройства утилизации теплоотходящих газов
вентиляторы дымососы КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ ТЕПЛОГЕНЕРАЦИИ.
Тепловыделение в печах – процесс превращении какого-либо вида энергии в
тепловую. Источниками получения тепла являются: а) хим энергия топлива
(топливные печи) б) хим энергия жидкого Ме в)электрическая энергия.
Превращение хим энергии топлива в тепловую происходит в результате сгорания
топлива в топливных печах. В черной металлургии к таким печах относятся
пламенные печи и печи работающие по слоевому режиму (шахтные печи) Рабочее
пространство пламенных печей только в очень малой степени заполнено
обрабатываемым металлом которое обычно располагается на поду. В шахтных
печах все рабочее пространство заполнено сыпучими материалами в состав
которого входит и кусковое твердое топливо. При сгорании которого
образуются продукты сгорания и выделяется тепловая энергия которая
передается материалу конвекцией излучением и теплопроводностью. В этих
печах расстояние между кусками и поверхностью теплообмена практически
неопределимы. Превращение хим энергии Ме в тепловую происходит при
выгорании примесей находящихся в составе жидкого Ме. В этих печах
(конвертере) процесс теплогенерации происходит в материале и выделяющееся
тепло равномерно распределяется по всей массе жидкого Ме. Существуют печи
в которых тепловыделение обусловлено и хим энергией топлива и хим энергией
жидкого Ме. Эти печи занимают промежуточное место между топливными печами и
конвертерами. К ним относятся мартеновские печи. В них топливо сгорает над
ванной металла а пламя и раскаленные газы также находятся над ванной. В
металлической ванне происходит выгорание примесей сопровождающееся
выделением тепла причем очень существенным. Основой превращения
электроэнергии в тепловую является теплогенерация: при прохождении эл тока
через газ при воздействии эл тока на магнитное поле и создание вихревых
токов в Ме. при перемагничивании и поляризации диэлектриков. при
прохождении эл тока через тв или жидкие тела обладающие теплопроводностью
за счет кинетической энергии электродов. Перечисленные теплонегерации лежат
в основе конструкций следующих групп печей: 1). Дуговых и плазменных печей
) Индукционных 3) Установок диэлектрического нагрева 4) Печей
сопротивления 5) Электронно-лучевых печей. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ПЕЧЕЙ. Существуют две группы работы печей различающихся по характеру
происходящих в них процессах. В одних выделение тепла происходит в самом
материале и для них процессы теплогенерации имеют главенствующее значение
(конвертер). Другую более обширную группу составляют печи в которых
выделение тепла происходит вне материала а тепло передается благодаря
протеканию процессов теплообмена. К этой группе относят множество
плавильных нагревательных и термических печей. В современных печах
определяющими являются процессы теплообмена. Необходимо стремиться к
созданию таких условий при которых достигается наибольший тепловой поток к
поверхности материала и полное его усвоение. Для обеспечения этого
необходимо: 1.Максимально возможное увеличение разности Т между греющей
средой и поверхностью нагрева. 2. Интенсивное питание печи теплом при
наиболее полном использовании этого тепла в пределах рабочего пространства
печи 3. Создание энергичного движения и циркуляции газов в рабочем
пространстве печи в основном под действием струй топлива и воздуха которое
создается горелками и форсунками. 4. Полное сжигание топлива и совмещение в
допустимых случаях топочного объема с рабочим пространством печи. 5.
Создание такого режима давления в нем или таких конструкций при которых
обеспечивается минимальный контакт печной атмосферы с окружающей средой.
Конструирование печей нужно вести таким образом чтобы обеспечить данное
условие и достигнуть наилучших условий для теплопередачи. Классификация
режимов работы печей по теплообменному признаку позволяет объединить в
одной классификационной группе режимы работы печей различного
технологического назначения и установить для каждой такой группы
рациональные условия сжигания топлива и механики газов. В обычных печах
существуют две основных ступени передачи тепла от теплоносителя (пламя
электродуга ) к поверхности материала и от поверхности – внутрь материала:
Внешняя задача 2. Внутренняя задача. В условиях внешней задачи
теплоотдача осуществляется в результате излучения и конвекции в условиях
внутренней задачи теплообмен происходит главным образом в результате
теплопроводности. При нагреве жидкости возможен и конвективный теплообмен.
ВНЕШНИИ ТЕПЛООБМЕН. 1). Радиационный режим. Для него характерно
преобладающее влияние теплового излучения. Если Т и излучательная
способность пламени или объема раскаленных газов одинакова по толщине то
говорят о равномерной теплоотдачи металлу и своду печи. При неравномерном
температурном поле и переменной излучательной способности по толщине
пламени или объему газов теплоотдача в разных направлениях разная. Поэтому
в общем виде возможные режимы могут быть определены следующим образом: а)
Равномерно распределенный радиационный теплообмен. QПМ=QПК т.е. тепловой
поток от пламени на металл и тепловой поток от пламени на кладку равны. б)
Направленный прямой радиационный теплообмен QПМ>QПК в) Направленный
косвенный радиационный теплообмен QПМQПК. Для всех трех видов роль кладки
как посредника передачи тепла от пламени – различна. При равномерно
распределенном рад теплообмене решающую роль играет величина степени
черноты пламени П. При малых величинах тепловой поток приходящийся на
металл и кладку относительно невелик. Стремление увеличить тепловой поток
приводит к необходимости увеличения величины излучательной способности
пламени т.к. П одновременно характеризует и поглощательную способность
пламени то пламя тем сильнее экранирует кладку чем выше П. И
следовательно тем меньше тепла от кладки попадет на металл. В практических
случаях увеличить П можно двумя способами: увеличение толщины слоя газа и
путем естественной и искусственной карбюризации (слово в лекциях не
разобрал возможно карборизации). Увеличение толщины газового объема
связано с увеличением высоты рабочего пространства и во многих случаях
нерационально. Равномерно распределенный режим теплообмена наиболее
целесообразно использовать в печах в которых нагреваются массивные
изделия. По такому режиму работают нагревательные колодцы некоторые
камерные печи и т.п. В качестве топлива выбирают такие виды которые
обеспечивают светимость факела. Направленный прямой радиационный теплообмен
обеспечивается созданием градиента температур по толщине пламени и с
приближением максимальных температур к поверхности металла. При
неравномерном распределении Т по толщине пламени наивысший тепловой поток
исходит из того соля в котором максимальна Т. Распространяясь в
направлении металла и кладки тепловой поток претерпевает количественное
изменение в результате поглощающего действия других слоев пламени. Если
поглощательная способность всех слоев одинакова то поглощение будет тем
меньше чем меньше толщина газового объема между рассматриваемым слоем
пламени и поверхностью металла или кладки. Целесообразно чтобы
распределение П по толщине кладки было оптимальным. Причем наибольшее
значение имеет П тех слоев пламени в которых Т максимальна. Такой принцип
используется в плавильных и нагревательных печах при нагреве тонких и
массивных изделий размещенных по поду печи. Для осуществления такого
режима высоко-температурный хорошо светящийся факел располагают вблизи
поверхности нагреваемого или расплавляемого металла. Такой режим не
рационально использовать в том случае если поверхность нагрева
распределена по всему объему рабочего пространства печи. Направленный
косвенный рад теплообмен имеет место в тех случаях когда тепло
выделяющееся при сгорании топлива передается не непосредственно металлу а
через посредника т.к. косвенно (чаще всего это кладка). При сжигании
топлива образуются раскаленные газы весьма высокой Т и относительно низкой
излучательной способности соответствующей селективному излучению СО2 и
Н2О. Нагреваемый металл имеет сложный спектр поглощения следовательно
нужно стремиться к тому чтобы падающий на него тепловой поток имел
сплошной спектр излучения. Раскаленный газы целесообразно направлять вдоль
свода печи максимально приближая область максимальных Т к поверхности
огнеупоров. При этому будет происходить рост Т кладки и трансформирование
селективного излучения газов в сплошное излучение кладки. Находят
распространение печи со сводом-отоплением. Многие печи строят весьма
широкими (12-14м) т.е. с развитой поверхностью свода. Для того чтобы
получить максимальный эффект от излучательной способности кладки используют
керамические и плоскопламенные горелки. Их устанавливают на своде печи и
пламя тонким слоем распространяется по поверхности свода обеспечивая
высокую теплоотдачу. Такой режим целесообразно использовать когда
необходим равномерный нагрев исключающий местные нагревы под действием
отдаленных факелов. 2) Конвективный режим. При Т=550-600 С преобладающую
роль играет теплообмен конвекцией. По такому режиму работают
низкотермические и сушильные печи. Температура в рабочем пространстве ниже
Т горения топлива следовательно объем в котором сжигают топливо выносят
за пределы рабочего пространства печи. В этих печах стремятся достичь
развитого движения газов для равномерного нагрева материала. 3) Слоевый
режим работы печей. Его используют при обработке кускового материала. Чаще
всего материал в вертикальных печах располагают по всему объему и
раскаленные газы проходят между его кусками либо частицы его распределены
в газообразном теплоносителе. Для слоевого режима характерно что все три
вида теплопередач тесно переплетены между собой и разделить их практически
невозможно. Известны три разновидности слоевого режима: а) с плотным (или
фильтрующим) слоем б) с ожиженным (или кипящим) слоем в) со взвешенным
слоем обрабатываемого металла. В печах с плотным фильтрующим слоем материал
расположен плотно по всему объему и медленно продвигается вниз. Раскаленные
газы фильтруются через слой между кусками. Этот режим характерен для
шахтных печей. В печах с ожиженным слоем – слой под динамическим действии
ем газов находится в разуплотненном состоянии и энергично перемешивается.
Такой режим используют в печах для обжига сырых материалов и часто в
цветной металлургии. В печах работающих со взвешенным слоем обрабатывают
материалы доведенные до пылевидного состояния. Мелкие частицы отделены
друг от друга газовой прослойкой. Концентрация частиц в газовой среде
зависит от технологического назначения печи. Часто используется в цветной
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ПЕЧИ. Работа каждой печи характеризуется
рядом показателей наиболее важными из которых является: Т и тепловой
режим коэффициент полученного теплоиспользования производительность.
Температурный режим – важный технический показатель но термин Т печи имеет
условный характер. В топливных печах в состоянии взаимного теплообмена
находятся пламя металл кладка температура которых различная. И Т печи не
может определяться ни одним из этих значений и представляет собой какую-то
осредненную величину применительно к которой и применяют термин Т печи. Т
зависит от ряда факторов важнейшие из которых – Т горения топлива и
характер потребления тепла включая тепловые потери. Иногда для
ориентировочного определения используют весьма приближенным соотношением:
tД = *tК где (слева направо) действительная температура печи
пирометрический коэффициент и калориметрическая Т горения топлива.
Пирометрический коэффициент зависит от конструкции печи и находится в
пределах 068-080. Т печи зависит от ее назначения и в зависимости от
этого изменяется допустимая разность между Т печи и Т нагрева металла. Эта
разность определяется в основном соображениям равномерности нагрева металла
и составляет для нагревательных прокатных и кузнечных печей 150-300С а
для термических 50-70С. Т может меняться во времени и по объему печи.
Изменение Т печи по времени называют температурным режимом печи. Обычно его
представляют графиком (Т от времени). Печи Т которых не меняется со
временем называются печами постоянного действия (методические печи). Печи с
переменной во времени Т – печи периодического действия. Изменение Т по
объему и длине печи может иметь различный характер. Нагревательные печи в
которых Т по всему объему примерно одинакова называются камерными а печи с
изменяющейся по длине Т называются методическими. Работа печи определяется
тем какое количество тепла поступает в нее. Количество тепла которое
подают в печь в каждый данный момент времени называется тепловой нагрузкой.
То наибольшее количество тела которое печь может нормально без недожога
топлива в рабочем пространстве усвоить называется тепловой мощностью.
Тепловой режим печи представляет собой изменение тепловой нагрузки во
времени и может быть представлен графически. Печи периодического действия
работающие с переменной во времени Т имеют переменную во времени тепловую
нагрузку. Тогда как печи постоянного действия работают при неизменной
тепловой нагрузке. Качество работы печи ее совершенство как теплового
агрегата хар-ся коэффициентом полезного теплоиспользования (КПТ) и
коэффициентом использования тепла (КИТ). КПТ =
(QM+QШЛ+QЭНД+QЭКЗ)(QT+QФ*B) где слева направо – тепло металла тепло
шлака тепло эндо и тепло экзотермических реакций хим тепло топлива
физическое тепло топлива и часовой расход топлива. Если QФ = 0 т.е. в печь
поступает только тепло топлива то КПТ превращается в коэффициент полезного
топливоиспользования. Чем выше КПТ тем лучше в тепловом отношении
работает печь. Увеличение подогрева топлива и воздуха снижение Т уходящих
дымовых газов и снижение тепловых потерь благоприятно влияют на КПТ.
Тепловые потери в печах в большей мере зависят от факторов связанный с
конструкцией печи следовательно чтобы охарактеризовать только топливо и
условия его сжигания используют КИТ: КИТ= (QPH+QФ-QУХ)( QPH+QФ) где QPH-
низшая теплота сгорания про рабочей массе QУХ – тепло уходящих газов.
КПТКИТ всегда. Необходимо при эксплуатировании и проектировании печи
стремиться к тому чтобы КПТ(КИТ. Для этого необходимо снижение тепловых
потерь. Производительность печей. Это важнейший показатель т.к. именно в
производительности сходятся все положительные и все отрицательные стороны
конструкции и тепловой работы печи. В плавильных печах производительность
сильно зависит от характера проплавляемой шихты а в нагревательных – от Т
металла. В обоих случаях на производительность влияние оказывает Т в
рабочем пространстве печи и Т уходящих дымовых газов а также интенсивность
и характер теплопередачи от печи к нагреваемому или проплавляемому
материалу. Обычно различают общую и удельную производительность. Общая
производительность характеризует размеры и масштабы агрегата и измеряется в
тч или тсут. Удельная производительность выражается в кгм2 ч или тм2 ч.
Она характеризует интенсивность работы печи и служит для оценки качества
работы и сравнения печей. Удельная производительность часто называют
напряженностью пода печи. В этом случае различают напряженность активного и
напряженность габаритного пода. В первом случае производительность отнесена
только к площади пода занятого металлом во втором – ко усей площади пода
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И РАСХОД ТОПЛИВА. На действующей печи расход топлива
определяется непосредственным измерением а для проектируемых – расчетным
балансом печи. Тепловой баланс состоит из равных между собой приходной и
расходной частей каждая из которых складывается из нескольких статей. Для
печей постоянного действия тепловой баланс составляют на 1 час. А для печей
периодического действия – на 1 цикл работы. Статьи приходной части
теплового баланса: 1. QХ – тепло получаемое в результате сгорания топлива
(QХ=В* QPH) 2. Тепло вносимое подогретым воздухом (QВ=В*СВ*tВ*n*) где
слева направо часовой расход топлива удельная теплоемкость в интервале от
до tВ температура воздуха коэффициент избытка воздуха количество
воздуха необходимое для сжигания единицы топлива. 3. Тепло вносимое
подогретым топливом. QT=В*СТ*tT. где СТ средняя удельная теплоемкость
топлива. 4. Тепло экзотермических реакций. При составлении теплового
баланса учитываются все химические реакции идущие с положительным тепловым
эффектом кроме реакций горения топлива. В нагреваемых печах учитывают
тепло выделяющееся при окислении металла. При окислении 1 кг выделяется
52 кДжкг тепла. Поэтому тепло экзотермических реакций оказывается
QЭКЗ=5652*Р*а где Р –производительность печи а – величина угара металла.
Статьи расходной части: 1. QПОЛ. Полезное тепло необходимое для нагревания
и плавления материала. Если материалы поступают в печь холодными то
полезное тепло: QПОЛ=G*Cm*tm.k Если подогретыми: QПОЛ 1 = G*(Cm*tm.k –
C`m*tm.n) где G – количество материала кгчас tm.k – конечная Т нагрева
металла tm.n. – начальная Т металла Сm – средняя удельная теплоемкость
металла в интервале от 0 до tm.k. С`m – средняя удельная теплоемкость Ме в
интервале от 0 до tm.n..Для плавильных печей учитывают скрытую теплоту
плавления металла. 2. Тепло уносимое шлаками. QШЛ 2 = GШЛ*CШЛ*tШЛ. 3. Тепло
эндотермических реакций. Только для плавильных печей!!! Это тепло на
разложение известняка. 4. Тепло уносимое отходящими газами Q4 =
B*УХ*СУХ*tУХ. Некоторое количество дымовых газов удаляется из рабочего
пространства печи в результате выбивания через окна щели Поэтому УХ
можно рассматривать как полное количество газов образовывающихся при
сжигании единицы массы или единицы объема топлива. 5. Тепло от химической
неполноты сгорания топлива. При беспламенном сжигании потери от химической
неполноты практически отсутствуют. При пламенном сжигании в отходящих газах
содержится от 05 до 3% несгоревших газов (СО и Н2). Если принять что на
% СО содержится 05% Н2 то теплота сгорания такой смеси составит 12142
кДжм3. Если принять долю несгоревшего СО равно а то потери тепла составят
Q5=B* УХ*а*12142 6. Тепло от механической неполноты сгорания. Под
механической неполнотой сгорания понимают различные потери тепла. При
сжигании тв топлива потери составляют 3-5%. Q6=(0.03-0.05)B* QPH. В случае
газообразного топлива потери составляют 2-3% а в случае жидкого топлива
около 1%. 7. Потери тепло в результате теплопропаж через кладку. Потери
тепла через свод стены печи определяются по уравнению: QКЛ 7 = (tКЛ –
tB)(S1λ1 + S2 λ2 + 1α) где слева направо Т внутренней поверхности
кладки Т воздуха S1 и S2 толщина огнеупорной кладки и изоляции λ1 и λ2
– коэффициенты теплопроводности кладки и изоляции α – коэфф теплоотдачи от
стенки воздуху (198). 8. Потери тепла излучением через открытые окна печи.
Q8 = С0*(Т100)4*F*Ф*φ где слева направо коэффициент лучеиспускания
абсолютно черного тела Т в печи площадь открытого окна коэффициент
диафрагмирования доля времени когда окно открыто. Т окружающей среды
практически не влияет на лучеиспускание через окно. Чем меньше печь тем
относительно большее значение имеют потери тепла через окна и щели. 9.
Тепло выносимое выбивающимися газами. Если на поду печи давление будет
равно давлению окружающей среды или если статическое давление будет равно
то количество выбивающихся газов через открытое окно или через щели
закрытого окна будет равно: (сука очень большая формула нах ее). 10. Тепло
затраченное на нагревание тары (мульды ковша ) Q10 = GТ.Р.*СТ.Р.*tТ.Р.
соответственно масса тары средняя теплоемкость тары и Т до которой
нагревается тара. Если тара входит в печь нагретой то учитывается только
тепло затраченное на дальнейшее нагревание тары. 11. Тепло уносимое водой
охлаждающей отдельные элементы печи. Потери тепла обусловлены водяным
охлаждением. Определяется либо расчетом теплообмена либо берется из
справочника. 12. Затраты тепла на аккумуляцию его кладкой. QКЛ =
VКЛ*ρКЛ*СКЛ*tКЛ. где слева направо объем кладки в кубах объемная масса
кладки средняя теплоемкость и средняя Т кладки. После определения всех
статей баланса приход тепла приравнивают к расходу. Расход топлива выражая
его в кг условного топлива относят к массе нагреваемого металла. Удельный
расход топлива: (В* QPH)(7000G) кгкг. Умножив эту величину на 100% -
получим удельный расход топлива от массы металла. Коэффициент пл-го
использования современных пламенных печей составляет 025-055 а для
некоторых шахтных печей он достигает 08. Для электропечей 07 и больше но
в приходной части для электропечей будет только QЭЛ а в расходной
останется только Q5.
ТЕПЛООБМЕННИКИ. Рекуператор представляет собой устройство для подогрева
воздуха или газа в котором теплопередача происходит от греющего газа к
нагреваемому через стенку поверхности которой F являются поверхностями
нагрева. Одной из особенностей рекуператора является изменение Т по ходу
газов. Используют схемы: 1. противоток 2. Параллельный ток 3. Перекрестный
ток. Каждая имеет свои особенности. 1. Противоток. Он может быть трех
типов в зависимости от соотношения водяных числе потоков греющего и
нагреваемого: WГ и WH. Водяное число потока представляет собой
произведение расхода потока (кгч) на теплоемкость: W=G*C. И численно равно
расходу воды в эквивалентном (по теплоемкости) потоке воды. I рода. WГ =
WH. В этом случае температуры вдоль поверхности нагрева представляют собой
прямые параллельные линии и разность между Тсгор продуктов и воздуха
остается постоянной. Такой ток встречается редко. II рода. Этот случай
наиболее распространен. При очень большой F нагрева температурные кривые
сольются на горячей стороне рекуператора. Воздух нагреется до Т поступающих
в рекуператор продуктов сгорания и этот случай будет составлять предел
экономических возможностей этого типа. Главным преимуществом этого типа
является возможность высокого нагрева этого тока а недостатком – высокая Т
стенки. С точки зрения экономического использования материальных затрать
делать рекуператоры с очень большими поверхностями нагрева нерационально.
Практически считается что рекуператор должен использовать 60-70% тепла от
предельно возможного для данной схемы. III рода. В идеальном рекуператоре
этого типа КПД = 100% т.к. продукты сгорания остывают до Т поступающего
холодного потока. И преимуществом этого типа является высокий КПД и низкая
Т стенки. 2. Параллельный или прямоток. В схемах параллельного тока в
отличии от схем противотока характер температурных кривых не меняется в
зависимости от соотношений водяных чисел потока. От него зависит только КПД
рекуператора т.е. возможные уровни охлаждения продуктов сгорания и нагрева
воздуха. Для параллельного потока предельный КПД определяется:
КПД=WH(WГ+WH).*100%. Ценным преимуществом схемы параллельного тока
является возможность использования его при работе на продуктах сгорания
очень высокой Т но при этом сохраняется низкая Т стенки. Недостаток –
сравнительно низкий КПД. Эффективность использования поверхности нагрева
при этой схеме неодинакова. Она убывает в направлении по холодному кону.
Самостоятельно такая схема используется редко но используется с
противотоком в комбинированных схемах. Т.е. секция параллельного тока
ставится вначале комбинированной схемы чтобы принять на себя «термический
удар» а завершает схема противоточная.
КОНСТРУКЦИИ РЕКУПЕРАТОРОВ. сходит от греющего газа к нагреваемому Тепло
вносимое подогретым воздухом ((1. Х составляют на 1 час. Для этогоескольких
статей. х площади пода занятого металлом ссах. Хорошая конструкция должна
обеспечивать длительную стойкость работы в течение нескольких лет.
Эффективная работа возможна при соблюдении: 1. Применение окалино-стойких
материалов для труб рекуператоров 2. Использовании материала обладающего
большой теплопроводностью 3. Обеспечение минимально возможной Т труб в
результате улучшения теплообмена между трубой и холодным потоком. 4.
Предотвращение местных перегревов труб 5. Герметичность (газоплотность)
конструкции 6. Обеспечении компенсации Т расширений 7. Создание условий
возможности чистки труб в процессе работы. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ РКУПЕРАТОРЫ. 1.
Сталеуглеродистые слабо легированные характеризуются большой
теплопроводностью (17-40 ккалм ч С) 2. Низкая Т трубы рекуператора легко
обеспечивается при высоких скоростях нагрева газа 3. Герметичность
конструкции обеспечивается весьма легко особенно при использовании мягких
углеродистых сталей. Высокая герметичность позволяет высокую скорость
газов чему соответствуют большие значения коэффициента теплопередачи. Но
недостатком Ме рекуператоров является малая жаропрочность дешевых сортов
сталей. Из-за чего рекуператоры из углеродистой стали позволяют нагревать
газы до 300С а из чугуна не выше 350С. Срок службы около года. При
необходимости работать с более высокими Т подогрева используют легированные
стали и дорогие чугуны. Но не все окалино-стойкие стали пригодны для
рекуператоров. Используются такие стали которые хорошо свариваются
пластичны но достаточно стойки против ползучести. ИГОЛЬЧАТЫЕ РЕКУПЕРАТОРЫ
Широко используют чугунные игольчатые рекуператоры изготавливаемые из
природно-легированных Cr и Ni чугунов. Основным элементом являются
игольчатая труба. Воздух движется внутри трубы а дымовые газы – снаружи.
Устройство игл в несколько раз повышает коэффициент теплопередачи. Это
происходит за счет турбулезации потоков и увеличения фактической
поверхности нагрева. Игольчатые трубы выпускают четырех длин: 880 135
85 и 1640 мм. По конструкции различают трубы трех типов: 1) 175. С
обтекаемыми иглами на воздушной и дымовой сторонах и расстоянием между
иглами 175 мм 2)28. Расстояние между иглами 28 мм. 3) С обтекаемыми иглами
на воздушной стороне и с гладкой поверхностью с газовой стороны. Последние
рекуператоры рекомендуются для печей с загрязненными пылью продуктами
сгорания. Трубы можно соединить в любой последовательности (рис 70). Между
собой а также с патрубками для отвода и доступа воздуха трубы соединены
строганными чугунными р??ками (слово непонятно написано). В рекуператоре
(рис 70) воздух проходит 4 секции из трех труб каждая. Скорость воздуха
примерно 4-7 мс онесенная к 0С. А скорость продуктов сгорания при 0 С 1-2
мс. РЕКУПЕРАТОР ИЗ ГЛАДКИХ СТАЛЬНЫХ ТРУБ. Большие воздухонагреватели с
площадью нагрева более 50-60 м2 а также нагреватели для газа надежде если
они изготовлены из цельнотянутых стальных труб. Они позволяют при сварке
труб достичь практически полной герметичности. Кроме того у них есть
преимущество при чистке и наблюдении за состоянием поверхности. Трубы
рекомендуют устанавливать вертикально обеспечивая возможность их
свободного расширения при нагреве. При использовании труб длиной 3 м
температурные расширения достигают 20-30 мм . Важно также обеспечить их
равномерный нагрев. Если трубы жестко вварены в днище расположенные по
концам батареи то различие в Т приведет к различному удлинению что может
привести к короблению и даже разрыву труб. Нагреваемый газ пускают внутри
труб со скоростью =8-10 мс отнесенной к 0С а продукты сгорания между
трубами скоростью 2 мс. Но в последнее время стали поступать наоборот: это
связано с тем что необходимо уменьшит температурный перепад между стенкой
и нагреваемым потоком. Т.е. чтобы обеспечить минимальную Т стенки. В этом
случае выгоднее вариант поперечного омывания пучка труб нагреваемым
потоком. Коэффициент теплопередачи увеличивается почти в 2 раза если
обеспечены те же скорости. На рис 71 показан трубчатый рекуператор по
проекту Гипромеза представляющий собой группу нескольких нагревательных
элементов состоящих из двух вставленных друг в друга и четырех
концентрично расположенных труб. Нижние концы внутренних труб открыты и
находятся вблизи наглухо закрытых концов нижних труб. Воздух входит сначала
во внутренние трубы опускается вниз и переходит в пространство между
внутренней и наружной трубой и по нему поднимается в коробку горячего
воздуха. Трубы закреплены только одним концом т.к. тепловое расширение не
влияет на прочность конструкции. Коэффициент теплопередачи в таком
рекуператоре составляет 15-20 ккалм2 ч С. ПЛАСТИНЧАТЫЕ РЕКУПЕРАТОРЫ. Ранее
широко применявшиеся сейчас используются очень редко. Это связано с тем
что они не обеспечивают длительного срока службы из-за весьма сильно
меняющейся Т продуктов сгорания что приводит к короблению и трещинам.
МОНОЛИТНЫЕ ЧУГУННО-СТАЛЬНЫЕ РЕКУПЕРАТОРЫ (ТЕРМОБЛОКИ). В них отдельные
трубки заливаются чугуном который предохраняет их от быстрого сгорания. На
рис 72 показан термоблок конструкции ЦНИИТМАШа. В нем воздух проходит по
трубам диаметром 05 дюйма залитым чугуном. Продукты сгорания проходят по
каналам в чугунной отливке перпендикулярно пути воздуха. Недостаток:
большая громоздкость и большой расход Ме на единицу тепла. Но стойкость их
достаточно велика. Их используют на малых кузнечных камерных печах. На
больших печах использование термоблоков неоправданно. Общий коэффициент
теплопередачи в термоблоках достигает 14 ккалм2 ч С. РАДИАЦИОННЫЕ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕКУПЕРАТОРЫ. Это цилиндр большого диаметра в полых стенках
которого движется нагреваемый воздух которых обогревается уходящими газами
изнутри и снаружи. Такие рекуператоры используют тогда когда Т отходящих
газов 1300-1400С. Благодаря большой толщине газового потока они
обеспечивают высокое значение суммарного коэффициента теплопередачи (
примерно 40). Благодаря большому диаметру они не засоряются пылью и их
поверхности удобны для очистки и Т стенки минимальна. Скорость нагреваемого
воздуха легко довести до 30 мс. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
РЕКУПЕРАТОРЫ. В этих конструкциях в одном агрегате совмещаются радиационный
и конвективный рекуператоры. Эта конструкция обеспечивает нагрев воздуха до
0С. При Т уходящих газов 1500С. Такой высоко температурный нагрев воздуха
достигается в результате легированных сталей и поперечного омывания пучка
труб в конвективной части рекуператора. КЕРАМИЧЕСКИЕ РЕКУПЕРАТОРЫ.
Возможность высокотемпературного нагрева воздуха (до 900С) и долговечность
– основные достоинства. Рекуператоры из шамотных кирпичей на методических
печах могут работать без ремонта в течение нескольких лет. В каждом кирпиче
предусмотрено 4 отверстия (рис 75) и буртики на которые укладывают
короткие шамотные распорные плитки. Кирпичи ставят один на другой и их
отверстия образуют сплошные вертикальные каналы по которым проходит
воздух. Продукты сгорания движутся горизонтально между кирпичами.
Недостатки: большие тепловые сопротивления стенки и малая газоплотность не
позволяет работать с большими скоростями воздуха. Более совершенной
конструкцией является керамический рекуператор устанавливаемый на
нагревательных колодцах (рис 76). В отличие от рекуператоров методических
печей продукты сгорания направляются по трубкам с сечением в виде
восьмигранника сверху вниз. А между трубами зиг-загообразно движется
нагреваемый воздух. Верхние ряды труб и самые нижние трубы делают из
карбошамота а средние – из шамота. Длины трубок 298-397 мм. Наружный
диаметр 140 мм а толщина стенок 13 и 16 мм соответственно для шамота и
карбошамота. Пространство между трубками перекрывают специальными фасонными
плитками а вверху рекуператора предусмотрен песочный затвор. В смысле
газоплотности более надежны керамические рекуператоры из длинных
горизонтально расположенных труб без стыков выполненных из карборунда
который характеризуется значительной теплопроводностью. Размеры труб 1320
мм длина 140 мм наружный и 102 мм внутренний диаметры. Могут использовать
в методических печах. Для улучшения теплопередачи внутрь труб вставляют
специальные турбулезирующие вставки. Недостаток конструкции – громоздкость.
Керамические рекуператоры удобнее располагать под рабочим пространством
РЕГЕНЕРАТОРЫ. В регенераторах посредником между греющим и нагревающимся
потоками является не тонкая герметическая стенка массивная регенеративная
насадка которая работает периодически: сначала воспринимая или аккумулируя
тепло а затем отдавая это тепло нагреваемому потоку который движется по
тому же пути что и горячие газы но во встречном направлении. Таким
образом проблемы герметичности стенки в регенераторах не существует.
Насадки можно сооружать из обыкновенного шамотного или динасового кирпича.
И греть их до очень высоких Т. Газ и воздух сравнительно легко нагревается
до Т=1000-1200С. Ремонт насадки обходится обычно недорого. Существует
некоторая аналогия между тепловой работой регенератора и рекуператора: о
чем можно судить по изменениям Т вдоль поверхности нагрева который показан
на рис 77. Изменение водяных чисел потоков влияет на изменение температуры
почти одинаково как в регенераторе так и в рекуператоре. Разница состоит
в том что в регенераторах в следствие процесса аккумуляции изменения Т
вдоль поверхности характеризуется не кривыми линиями а некоторой полосой
ограниченной линиями (1) и (2) из которых первая соответствует началу
периода а вторая – его концу. Площадь полосы пропорциональна количеству
тепла аккумулированного насадкой за период между перекидками. Чем больше
время между перекидками тем толще полоса тем больше увеличивается к концу
периода нагрева Т уходящих газов и следовательно потери тепла с ними.
Относительный КПД регенератора очень сильно зависит от времени между
перекидками. С увеличением этого времени КПД падает Есть значения максимума
КПД которого и нужно придерживаться обеспечивая оптимальное время между
перекидками. Например для регенераторов мартеновских печей время в
различные периоды плавки колеблется от 10-15 минут. РЕГЕРЕРАТИВНЫЕ НАСАДКИ.
Размеры кирпича из которого делают насадку (его толщина) а также размеры
характеризующие взаимное расположение кирпичей в насадке а также форма
кирпичей и их общая компоновка должны обеспечивать: 1. Максимальную
теплоотдачу в единицу объема насадки 2. Длительность срока службы 3.
Минимальные затраты на сооружение. Ячейкой называют самый узкий проход в
горизонтальной плоскости соприкосновения кирпичей. Обычно ячейки квадратные
(120х120). Самую простую насадку системы Сименса выкладывают из
обыкновенного (нормального) кирпича. На рис 79 кирпичи кладут
горизонтальными рядами на ребро. Там изображена насадка колодцами т.е. все
ячейки расположены по вертикали. Если сместить ячейки одну относительно
другой на 12 шага то получится насадка шахматная или вразбежку. Ее
используют редко т.к. она сильно заносится пылью. Насадка Петерсона
немного отличается от насадки Сименса: ее выкладывают из специальных
кирпичей с уступами фиксирующими положение кирпича при кладке (рис 79б)
Брусковую насадку (рис 79г) выкладывают как две предыдущие но из
специального кирпича: брусковый кирпич квадратного сечения. Насадка Каупера
совсем другой конструкции (рис 79в). Ее поверхность нагрева представляет
собой сплошные вертикальные колодцы. Горизонтальные поверхности кирпичей
соприкасаются и в теплообмене не участвуют. На рис 79д показан блок из
насадки для доменных воздухонагревателей конструкции ВНИИМТ. В этой насадке
ячейка фигурная с вертикальными овальными выступами вертикальные каналы
сообщаются между собой горизонтальными проходами. Удельная поверхность
нагрева ячейки Н сильно увеличивается с уменьшением размера ячейки и
кирпича. На величину Н существенно влияет и конструкция насадки. Но
удельная поверхность насадки еще не определяет однозначно ее эффективность
которая выражается объемным коэффициентом теплопередачи αВ. Другим
определяющим фактором является интенсивность конвективной и лучистой
теплоотдачи на поверхность кирпича. Можно создать такие поверхности
нагрева интенсивность теплоотдачи на которых будет очень слаба. Такие
поверхности называются фиктивными и они не увеличивают эффективность
регенеративной насадки. Сама насадка создает своеобразные условия для
потока газов. Например насадка Сименса Петерсена и особенно брусковая
сильно турбулезируют поток газов и интенсифицируют передачу конвекцией.
Использование общеизвестных формул результатов удовлетворяющих не дает.
Поэтому регенеративные насадки исследуют как самостоятельный объект
конвективного теплообмена. Для насадки Каупера со сплошными гладкими
каналами была получена формула αВ = 0018*λТ*Re0.80045 где слева направо
коэффициент теплопроизводительности газов число Рейнольдса. Re=d* =
dρ. d – размер – скорость – коэфф кинематической вязкости ρ –
плотность – коэф динамической вязкости. Но использование фасонного
кирпича с выступами и горизонтальными проходами увеличивает коэффициенты
конвективной теплопередачи для того же размера ячейки на 25-80%. Это
увеличение происходит главным образом за счет увеличения фактической
скорости и турбулезации потока. Но потери напора возрастают по мере
увеличения фактической скорости. Для других насадок получена формула
которая выглядит: Nu = А*Ren. Re определяют в самом узком сечении насадки.
Исследования показали что размер ячейки довольно слабо влияет на величину
конвективного коэффициента теплопередачи. Опыт показал что уже в восьмом
ряду от входа газов в насадку теплообмен стабилизируется. Для этого ряда
значения коэффициентов А и n для различных видов насадки различны.
Конвективный коэффициент теплопередачи может быть рассчитан для различных
насадок: αВ = αF * Н где αF – коэф поверхностной теплопередачи. Если
сравнить все виды насадок то наилучший коэффициент теплопередачи
обеспечивает брусковая насадка. Это объясняется тем что в ней имеется
наибольшее количество горизонтальных зазоров турбулезирующих поток.
Насадка Петерсона II несмотря на сильно развитую поверхность нагрева дает
пониженный по сравнению с насадкой Петерсона I коэффициент теплопередачи.
Это объясняется близостью горизонтальных поверхностей слабо обдуваемых
газами и следовательно не принимающих активного участия в теплопередаче.
Узкие горизонтальные зазоры слабо турбулезируют поток газов. Наименьшее
значение коэфф теплопередачи дает насадка Каупера с гладкими каналами т.к.
в ней отсутствуют турбулезирующие газовый поток элементы т.е.
горизонтальные зазоры. Но окончательный выбор определяется не только
уровнем теплопередачи в ней но и другими условиями. Например насадка
Сименса сооружается быстрее чем брусковая т.к. нужно класть меньше рядов.
А в насадке Петерсона самим же кирпичом фиксируется размер ячейки.
РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТОРА. Поверхность нагрева может быть определена по: F = QПЕР
*ΔtСР где слева направо количество теплоты итоговый коэффициент
теплопередачи отнесенный к периоду между перекидкам и учитывающий тепловое
сопротивление аккумуляции средняя Т. В процессе аккумуляции тепла
температурные поля в насадочном кирпиче меняются. (см. рис) .
Температурная кривая I представляет температуры по толщине кирпича в конце
нагрева. Кривая II – в конце охлаждения. Заштрихованная площадь
пропорциональна количеству аккумулированного тепла за один период. А вся
площадь АВСD представляет теплосодержание насадочного кирпича в конце
нагрева и конце охлаждения. В идеале вся толщина кирпича должна принимать
участие в аккумуляции тепла. Об этом можно судить по коэффициенту
аккумуляции – это отношение фактически аккумулированного тепла за период
к тому количеству тепла которое было бы аккумулировано если бы
теплопроводность кирпича была равна бесконечности а температуры на его
поверхности сохранились бы прежними. Вся толщина кирпича будет работать при
условии >033. Расчет регенераторов ведут в порядке: 1. Составляют по
заданным температурам (начальной для дыма и конечной для нагреваемого
воздуха или газа) тепловой баланс регенератора. Определяют Т уходящих из
регенератора газов среднюю между перекидками. Определяют ΔtСР по
логарифмической формуле. Выбирают тип и горизонтальные размеры насадки а
также скорость газов и выполняют расчет «живого сечения». 2. Определяют
коэффициенты теплопередачи 3. Находят итоговый коэффициент . 4. Определяют
площадь F нагрева всей насадки. 5. Находят удельную поверхность нагрева Н.
Вычисляют объем и высоту насадки. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТЫ РЕГЕНЕРАТОРА.
Отношение высоты h к корню квадратному из сечения насадки называется
коэффициентом стойкости насадки: КС= h12 и чем он больше тем
равномернее и интенсивнее работает насадка. Обычно для хорошей насадки
коэффициент КС =15 и больше. Очень высокие и длинные регенератор порядка
более 20 м позволили бы нагреть воздух до Т близкой к Т продуктов сгорания.
Но из-за конструктивных условий такой возможности нет .И высота всех
регенераторов недостаточна. Наиболее высокими являются воздухонагреватели
доменных печей. Их строят высотой до 30 м в виде цилиндрической башни
заключенной в металлический кожух диаметром около 85 м (рис 87). Эти
регенеративные воздухонагреватели отличаются большой производительностью.
Они нагревают воздух объемом 270 тыс м3 в час до Т=1100С и выше. Одну
доменную печь обычно обслуживают 4 воздухонагревателя. Три из них в работе
а четвертый в ремонте. Из трех работающих в одном нагревается дутье а два
других отапливаются доменных газом. Размер ячейки регенеративных насадок
воздухонагревателей больших размеров составляет 45 мм. Чтобы обеспечить
эффективный теплообмен в регенераторах необходимо соблюдение условий: 1.
Оптимальное время между перекидками 2. Толщина кирпича не должна превышать
мм для того чтобы в процессе аккумуляции тепла кирпич принимал участие
по всей толщине. 3. Обеспечение достаточно большой скорости газов в
насадке. Это условие для таких печей как мартеновские ограничивается
необходимостью обеспечить долговечную работу насадок в течение всей
компании печи. А это как правило 3-6 мес непрерывной работы. Для того
чтобы засорение каналов не могло вывести насадку из строя размер ячейки
делают не менее 100х100 мм. И тогда скорости в самом узком сечении насадки
получаются от 1-15 мс. 4. Обеспечить по возможности наиболее эффективную
конструкцию насадки с большей ячейкой что удешевляет регенератор. 5.
Обеспечить возможно большую высоту насадки например для мартеновских
печей более 5 м. Это дает возможность работать с высоким КПД регенератора
т.е. создает более высокий нагрев газа по сечению насадки. 6. Обеспечить
равномерное по сечению насадки распределение газов. Особенно трудно
обеспечить равномерность в горизонтальной насадке. В этом случае иногда
приходится делать наверху гуще а внизу – реже. В некоторых случаях из-за
близкого стояния грунтовых вод построить высокую насадку невозможно
поэтому делают зигзагообразные или двухоборотные регенераторы в которых
строят 2 невысокии насадки рядом и продукты сгорания проходят
последовательно через одну и другую двигаясь в каждой насадке вертикально.
Необходимо обеспечить продувку насадки паром или компрессорным воздухом
для периодической очистки от пыли. КОТЛЫ-УТИЛИЗАТОРЫ. Большая запыленность
газов затрудняет возможность установки за многими печами регенераторов но
эти печи обычно отличаются большой тепловой мощностью. Для того чтобы
использовать тепло уходящих газов за ними строят котлы-утилизаторы где
получают пар используемый на бытовые или энергетические цели. Трудность
использования тепла в котлах-утилизаторах за всеми печами объясняется тем
что: 1. При Т газов поступающих в котел ниже 400С объем пара с 1 м3
поверхности нагрева котла получается очень малый и амортизация затрат
становится не эффективной. 2. При установке котла-утилизатора за печью в
газовый тракт печи вводится дополнительное сопротивление. Чтобы это не
сказалось вредно на работе печи требуется установка мощных вентиляторов а
также системы шиберов которая позволила бы быстро отключить котел-
утилизатор и перейти к работе на трубу. 3. Не эффективно использовать котлы-
утилизаторы если мелкие печи разбросаны на значительном расстоянии.
Поэтому котлы-утилизаторы строят за крупными печами. В некоторых случаях
установка котлов-утилизаторов может способствовать решению чисто печных
вопросов например когда уходящие из печи газы имеют Т=1300С сильно
запылены то установленные регенераторы или рекуператоры обречены на
быстрое засорение и выход из строя. Если же непосредственно за печью
установить котельные поверхности нагрева особенно радиационного типа то
котельные поверхности воспримут на себя «термический удар» и сыграют роль
пылеосадителя. И уже очищенные от пыли и охлажденные до Т 900..1000С газы
можно направлять в рекуператор. В некоторых случаях когда приходится
работать на искусственной тяге в котлах-утилизаторах продукты сгорания
охлаждаются до 250С.
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. Металлургические нагревательные печи делятся на: 1.
Прокатные 2. Кузнечные. Такое деление условно т.к. температурный режим и
требования к нагреву у них практически одинаковые. Если размеры заготовок и
производительность печей одинакова то конструкции их практически
идентичны. Некоторые конструктивные отличия наблюдаются в кузнечных печах
небольшой производительности для мелких и средних заготовок или для очень
больших слитков массой до нескольких десятков и сотен тонн. 1). Печи для
нагрева мелких и средних заготовок. Это в основном камерные печи в которых
Ме во время нагрева не перемещается по поду. Поэтому для равномерного
нагрева необходимо поддерживать одинаковую Т во всех участках печи. Это
достигается равномерным подводом тепла по ее длине и устройством рабочего
пространства в виде параллелепипеда. Камерные печи для мелких и средних
заготовок бывают: стационарные и переносные. У переносных предусмотрен
отвод продуктов сгорания вверх. На рис 105 – переносная печь на жидком
топливе. Форсунки (1) поставлены с двух боковых сторон и направлены прямо в
рабочее пространство печи (2) выложенное огнеупорным кирпичом (3).
Продукты сгорания удаляются вверх через каналы (4). Поступают в рекуператор
(7) для подогрева воздуха и затем удаляются под зонт (8). Загрузка и
выгрузка осуществляется через окно (5) с заслонкой (6). ТЭП РАБОТЫ КАМЕРНЫХ
ПЕЧЕЙ В этих печах важнейшим показателем работы является удельная
производительность (напряжений пода) и удельный расход тепла. А эти
показатели сами зависят от ряда факторов: толщины нагреваемой заготовки
температурного режима печи вида топлива поэтому о преимуществах печей
судят если печи однотипны и работают в одинаковых условиях. Для малых
камерных печей удельная производительность составляет 300-600 кгм2 С ч. А
удельный расход тепла 5-67 МДжкг или 1200-1600ккалкг в том случае если
печи не используют тепло уходящих продуктов сгорания для подогрева воздуха
а при наличии рекуператора удельный расход тепла снижается тем больше чем
выше Т подогрева воздуха. ПЕЧИ ДЛЯ НАГРЕВА КРУПНЫХ ЗАГОТОВОК И СЛИТКОВ.
Слитки и крупные заготовки в зависимости от вида и условий обработки
нагревают в камерных печах партией или садкой либо по одной штуке если
масса заготовки очень большая. Камерные печи для крупных заготовок работают
чаще всего при переменной Т в рабочем пространстве. При посадке большой
массы холодного Ме высокая Т печи резко снижается. В дальнейшем по мере
прогрева садки Т в печи повышается. Такое временной понижение Т удлиняет
процесс нагрева. В тех случаях если Ме в холодном состоянии свойственна
большая пластичность можно бы на первоначальном этапе резко увеличить
подачу тепла а следовательно и увеличить скорость нагрева. Но с точки
зрения экономичности такой процесс невыгоден т.к. для поддержания
постоянной Т печи при посадке большой холодной партии надо было подавать бы
очень большое количество тепла за короткий промежуток времени. А это
потребовало бы большой установочной мощности энергетического оборудования
печей которые работали бы короткую часть времени. Поэтому установочную
мощность для таких печей принимают 30-50% от максимального потока. От
нагрева заготовок относительно массивных т.е. не требующих специальных
загрузочных устройств применяют камерные печи рассмотренные выше. Но с тем
различием что в них обязательно устанавливают устройство для использования
тепла уходящих продуктов сгорания. Первоначально использовались
регенераторы. Но в современных печах выполняют рекуператоры из жаропрочных
сталей что облегчает конструкцию печей. В обжимных цехах для нагрева перед
прокаткой слитков больших сечений (400х400 и выше) используют
нагревательные колодцы. Это печи у которых рабочее пространство перекрыто
не стационарным сводом а объемной крышкой которая при садке отодвигается
в сторону. Загружают слитки при помощи клещевого крана. Слитки становятся
вертикально. Преимущество нагрева слитков крупных сечений в колодцах:
благодаря вертикальной садке большая часть поверхности омывается продуктами
сгорания что обеспечивает равномерный и ускоренный нагрев; если в колодец
погружают слитки с еще не затвердевшей сердцевиной то вертикальное
расположение устраняет опасность смещения усадочной раковины. В настоящее
время используют два типа колодцев: 1. Мелко-камерные регенеративные
колодцы с регенераторами поставленными с противоположных сторон по длине
рабочей камеры. 2. Рекуперативные с горелкой в центре пода. Началось
строительство также рекуперативных колодцев с одной горелкой поставленной
в торцевой стене над слитком. Рабочее пространство регенеративных колодцев
– прямоугольный параллелепипед. В каждый колодец загружают 6 – 8 слитков.
Затем напольным краном крышка сдвигается на колодец. С двух противоположных
сторон колодца расположены по два регенератора. Регенеративные колодцы
благодаря высокому нагреву газа и воздуха в регенераторах хорошо работают
на газах с низкой теплотой сгорания (доменный) обеспечивая высокую
скорость нагрева. Но таким колодцам свойственны недостатки: неравномерность
нагрева а иногда и перегрев и оплавление кромок. И реверсирование движения
газов связанное с использованием газов усложняет конструкцию колодцев.
Лучшие условия в рекуперативных колодцах с горелкой в центре пода. Емкость
таких колодцев от 5 до 16 крупных слитков. Рабочая камера колодца
перекрывается крышкой отодвигаемой напольным краном. По краям крышки
предусмотрен специальный нож который при закрывании крышки уходит в
песочный затвор. Горелка поставлена в середине пода. Пламя поднимается
вверх затем поворачивает вниз омывает слитки и уходи в дымовые каналы
керамического рекуператора. Окалина опадающая со слитков выпадает в виде
шлаков через летку либо удаляется в сухом виде через люк. Но тогда на под
колодца предварительно насыпают слой коксика. В этих колодцах слитки
расположены примерно одинаково к факелу но и в них наблюдается некоторая
неравномерность нагрева. Так верхняя часть бывает нагрета лучше а сторона
слитка обращенная к стенке колодца – хуже. Поэтому приходится увеличивать
время нагрева что снижает производительность. Кроме того в таких колодцах
площадь колодца используется недостаточно полно т.е. слитки находятся в
основном вдоль стены. Существует несколько новых конструкций рекуперативных
колодцев. Одной из таких конструкций является рекуперативные колодцы с
горелкой расположенной в верхней части торцевой стенки колодца. В них
загружают от 12 до 18 слитков и располагают по два ряда по ширине. Движение
газов имеет подковообразный вид. Газы проходят над слитками горизонтально в
верхней части затем поворачивают и внизу следуют в обратном направлении.
Уходят в дымовые окна под горелкой затем в рекуператор боров и дымовую
трубу. Но и в этих колодцах появляется неравномерность нагрева – по высоте
слитка особенно у уширенных книзу. Кроме того наблюдается неравномерность
нагрева по длине. Это связано с тем что в колодце расход топлива на
протяжении нагрева не остается постоянным. Сначала его поддерживают
большим а по мере нагрева снижают. В связи с этим изменяется место
поворота факела из верхней части в нижнюю часть колодца. При большом
расходе факел поворачивает у противоположной стенки и находящиеся здесь
слитки прогреваются лучше. По мере уменьшения расхода местоположения
поворота все больше приближается к горелке и лучше условия создаются для
слитков которые близко расположены к горелке. В таких конструкциях для
получения одинакового по длине нагрева слитки нужно загружать и нагревать в
определенной последовательности. Колодцы с одной верхней горелкой также не
обеспечивают полной равномерности нагрева. Но при посадке горячего Ме т.е.
слитков с Т 800С и выше неравномерность нагрева находится в допустимых
пределах и кроме того в них хорошо используется площадь пода. Число
посадочных мест достигает трех на 1 метр длины. Это обстоятельство имеет
особое значение для мощных блюмингов. Для нагрева очень крупных слитков
(десятки и сотни тонн) используют камерные печи отличающиеся от предыдущих
тем что у них под выполнен выдвижным. Слитки кладут на подставки 400-600
мм. Для более равномерного обогрева горелки устанавливают так чтобы пламя
(факел) не был направлен на Ме. Под этих печей – тележка футерованная
кирпичом и поставленная на специальные катки. Выдвижение пода с помощью
лебедки или т.п. Загружают слитки мостовым краном а для устранения
подсосов в печь – песочные затворы.
ТЭП РАБОТЫ КАМЕРНЫХ ПЕЧЕЙ ДЛЯ СЛИТКОВ И КРУПНЫХ ЗАГОТОВОК. ТЭП работы
колодцев меняется весьма сильно в зависимости от режима нагрева и величины
горячего и холодного посадок. На заводах обычно поступает в колодцы 80-95%
горячего посада Т800С и выше. При этом удельный расход тепла составляет
50- 1250 кДжкг или 150-300 ккалкг. В колодцах скорость нагрева слитков
и следовательно напряжение активного пода велики например семи тонные
слитки горячего посада 700х700 нагреваются за 25-3 часа. А те же слитки
холодного посада за 7-8 часов. Для печей с выдвижным подом удельная
производительность 3-8 тм3*сутки. А удельный расход тепла составляет 2900-
00 кДжкг или 760-1200 ккалкг. ПЕЧИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ При массовом
нагреве однотипных заготовок в прокатных и кузнечных цехах используют печи
постоянного или непрерывного действия в которых заготовки движутся по
рабочему пространству с помощью механизмов расположенных либо вне рабочего
объема печи либо внутри его. Условия работы последних намного тяжелее. Их
стараются использовать в печах с более низкой Т. Характерной особенностью
механизированных печей является постоянство во времени Т режима в то
время как по длине рабочего пространств Т может быть как переменной так и
постоянной. В нагревательных печах распространены два Т режима: 1.
Методический 2. С постоянной Т по длине печи. Под методическим понимают
режим при котором Т газов по длине печи повышается от окна загрузки к окну
выдачи. Методический режим может быть двух зонным трех зонным. При двух
зонном режиме первая по ходу Ме зона (методическая) характеризуется
повышающейся по длине Т. Вторая зона (зона высоких Т или сварочная)
характеризуется практически постоянной по длине Т. В связи с таким
распределением температур по длине Ме в печи с двух зонным режимом на
протяжении методической зоны и части зоны высоких Т нагревается с
относительно большой скоростью. А к концу зоны скорость повышается.
Тепловой поток передаваемый на поверхность Ме на протяжении методической
зоны увеличивается а в сварочной падает в связи с тем что Т постоянна а
Т верхней поверхности Ме продолжает повышаться. Для получения двух зонного
режима горелки ставят только в сварочной зоне где сгорает топливо и
движения газов в двух зонных печах происходит из сварочной зоны в
методическую. Методическая зона обогревается продуктами сгорания в основном
тогда когда реакция горения закончилась. В ней тепло отходящих продуктов
сгорания используется для предварительного подогрева Ме который
окончательно подогревается в сварочной зоне. Чем длиннее методическая зона
тем лучше используется тепло продуктов сгорания и тем ниже их Т при выходе
из печи. Первые конструкции методических печей имели методическую зону
относительно длинную (около 75%). В современных – 40-60%. Трех зонный режим
отличается от двух зонного – наличием третей зоны – зоны томления. В этой
зоне Т газа посередине одинакова и обычно превышает конечную Т нагрева Ме
на 40-6-С. Трех зонный режим отличается от двух зонного тем что в зоне
высоких Т возможна более высокая Т и такой режим обеспечивает быстрый
нагрев поверхности заготовок почти до конечной Т т.е. в томильной зоне
происходит выравнивание Т по сечению. В связи с тем что современные
прокатные станы имеют большую производительность то возникла необходимость
и в печах большой производительности. Это требует постройки методических
печей большой длины и которые должны обеспечивать высокое напряжение пода.
Это можно сделать если повысить Т уровень по длине методической зоны и зоны
высоких Т а при большой длине печи это трудно сделать с одной группой
горелок. В современных печах ставят сверху и внизу (а иногда только сверху)
дополнительно 1-2 группы горелок. В методических печах Ме сначала
нагревается в зоне с пониженными Т что уменьшает начальную скорость
нагрева и производительность печи но такой режим оправдан в тех случаях
когда идет нагрев высоко углеродистых или легированных сталей либо
заготовок значительной толщины которые требуют осторожного нагрева. Если
сталь имеет хорошие пластичные свойства в холодном состоянии и толщина
заготовок невелика то можно с самого начала нагрева заготовки с большой
скоростью причем используя прямоточный режим.
КОНСТРУКЦИИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПЕЧЕЙ. Используют методические печи с
толкателями. Эти механизмы довольно просты и надежны в работе т.к.
находятся вне печи и не подвергаются воздействию высоких Т. Конструкции
самих методических печей разнообразны и их выбирают в зависимости от Т
режима нагрева вида сжигаемого топлива способа выдачи Ме размеров и
формы нагреваемых заготовок. Рабочее пространство печи имеет форму
вытянутого прямоугольника. Ме загружают с одного конца печи через торцевое
загрузочное окно а выдается Ме с другого конца причем окно может быть
расположено в боковой или торцевой стенке. Двух зонные печи с верхним
обогревом используют при нагреве тонких заготовок у которых не возникает
большой разности Т между верхней и нижней поверхностями. Небольшие печи с
монолитным подом используют в кузнечных цехах. При нагреве более толстых
заготовок используют печи с верхним или нижним обогревом. В них на
протяжении методической зоны и первой половины зоны высоких Т Ме
продвигается не по монолитному поду а по специальным направляющим –
глиссажным трубам. В виду того что от глиссажных шин на нижних сторонах
заготовок образуются темные холодные пятна – во второй части должен быть
монолитный под который предусматривает устранение темных полос. На заводах
Германии используют многозонные методические печи которые имеют свод
параболической формы. Эта печь выполняется в виде отдельных секций которые
вместе со сводом заключают в сплошной Ме кожух. Глиссажные трубы выполняют
из высокоогнеупорного материала который обладает хорошей механической
прочностью при высоких Т. Потери теплоты – минимальны. КПД достигает 73%.
Для нагрева заготовок неудобных для проталкивания используют карусельные
печи и используют их в трубопрокатных и колесопрокатных производствах. В
конструкциях ролевых печей (с наклонным подом) были существенные
недостатки также как из-за разности уровней пода у окна посада и выдачи
возникает избыточное давление. Происходит выбивание газа через окно
загрузки и подсос холодного воздуха через окно выдачи. В них также
происходит повышение окисления Ме. В карусельных печах подвижный под сделан
в виде круглого диска или кольца и он перемещается с такой скоростью чтобы
время нагрева заготовки было равно времени одного оборота. В зависимости от
вида пода карусельные печи подразделяют с дисковым (или тарельчатым) подом
и кольцевые печи. Первые используют когда нагреваются тонкие заготовки и
когда диаметр печи равен 4-5 м. В кольцевых печах диаметр иногда может
достигать значительных величин (20-25 м). Это зависит от размеров заготовки
и удобства обслуживания. В карусельных печах под представляет собой
конструкцию отдельную от стен печи т.е. между стенами и подом
предусмотрена щель ширина которой 50-80 мм и чтобы не было подсоса воздуха
через нее – печи снабжают песочными или гидрозатвором. Карусельные печи с
дисковым подом относят к печам с камерным режимом. В печах с кольцевым
подом распределяя горелки и дымовые окна по периметру печи и дымовые окна
соответствующим образом можно создать любой Т режим. Эксплуатация
карусельных печей возможна лишь при нагреве до Т не более Т плавления
окалины т.к. жидкий шлак может попасть в песочный затвор и при застывании
вызовет остановку печи. При нагреве тонких и длинных заготовок используют
печи с шагающими балками. В них заготовки располагаются длинной стороной
поперек продольной оси печи. Они перемещаются с помощью продольных
подвижных балок совершающих движения по замкнутому контуру. В высоко Т
печах (более 1100С) балки футеруют огнеупорным материалом и они являются
часть пода. В печах с более низкой Т балки изготавливают из жаропрочной
стали. В печах с одной группой подвижных балок перемещение происходит так:
подвижные балки поднимаются выше неподвижных и оставляют заготовки на
неподвижных балках. И возвращаются в исходное положение. В печах с двумя
группами подвижных балок разница в том что при опускании одной группы
подвижных балок заготовки подхватываются другой группой которая в это
время поднимается и переносит их дальше. Используют также для нагрева
заготовки большой длины секционные печи которые состоят из
последовательных отдельных небольших камер и между секциями находятся
крытые тамбуры. Заготовки входят через торцевые окна передвигаются по
рабочему пространству секции при помощи размещенных в тамбуре
косопоставленных роликов. Такая установка позволяет вращаться заготовке
что улучшает нагрев и кроме того уменьшается опасность искривления. Каждая
секция обогревается шестью горелками из каждой секции продукты сгорания
уходят через рабочие окна в тамбур проходят по дымоходу поступают в
змеевиковую пароиспарительную утилизационную установку а оттуда в
рекуператор. Так как в секционных печах нагревают заготовки допускающие
большую скорость нагрева то в них поддерживают прямоточный либо камерный
режим с большим перепадом Т. Эти печи характеризуются высокой удельной
производительностью а следовательно требуют небольших площадей и
окисление Ме в них меньше. Кроме того преимущество в том что их
производительность легко уменьшить или увеличить. На удельную
производительность печей с методическим режимом в большой степени влияет Т
продуктов сгорания. С повышением Т возрастает удельная производительность.
В современных печах удельный расход тепла достигает 300-500 ккалкг. При
нагреве Ме в печах с открытым пламенем в окалину переходит от 1 до 2% Ме.
Уменьшить количество окалины можно если нагревать Ме до высокой Т в печах
с двухстадийным режимом сжигания топлива. Этот способ заключается в том
что в рабочем пространстве печи топливо сжигается при подаче высоко Т
воздуха в количестве значительно меньшем теоретического с коэффициентом
расхода воздуха примерно 05. В результате получается неполное сгорание и
продукты которого содержат значительное количество СО и Н2 которые
предохраняют Ме от окисления. Для получения безокислительного нагрева в
печи с Т 1250С-1300С необходимо чтобы в печной атмосфере поддерживалось
соотношение СО:СО2 = 3 и Н2:Н2О = 12. При выходе из рабочего пространства
продукты неполного сгорания дожигают подавая дополнительный воздух и
направляют в регенератор или рекуператор. В методических печах вторичный
воздух для дожигания продуктов неполного сгорания выходящих из камеры
высокой Т попадают в ту часть где Т Ме невысока и где он практически не
КАМЕРНЫЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. К термическим печам предъявляются высокие
требования в отношении равномерности нагрева. Поэтому подвод тепла в
рабочее пространство делает по возможности рассредоточенным. И принимают
также меры к тому чтобы ярко-светящиеся факелы не попадали в рабочее
пространство и чтобы хорошо была развита циркуляция газов т.к. это
способствует выравниванию Т. Наилучший вариант – газообразное топливо.
Используют мазуты. Газообразное а особенно жидкое топливо в термических
печах часто сжигают не в рабочем пространстве а в отдельных топках т.к.
легче получаются продукты сгорания где нет отдельных светящихся факелов.
Топки располагают под подом и редко вдоль боковых сторон рабочего
пространства. Термические печи используют для различных термических
обработок заготовок и изделий и это разнообразие предполагает и
разнообразие конструкций. Печи можно условно разделить на две группы по Т:
) Печи с Т 800 и выше 2) Печи с низкой Т. Конструкции каждой из них сильно
отличается. В печах с высокой Т большой количество тепла передается
излучением. Но в этом случае необходимо предусмотреть защиту Ме от
пятнистого нагрева. В печах с низкой Т основное количество тепла передается
конвекцией поэтому относятся к типу конвективных и поэтому передача тепла
в основном – принудительная. Топливо в них сгорает в сильно закрытых
топках в которых горение устойчивое и нет опасности пятнистого нагрева.
Для термической обработки Ме нагревают в камерных печах работающих как
правило по схеме периодического действия. Но возможен и режим
непрерывного действия. Первые используют в том случае если нагревают
небольшое количество заготовок. КАМЕРНЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. Камерные печи с
подовыми топками часто используют для термической обработки изделий средних
и малых размеров. Печь отапливается мазутом сжигаемым с помощью форсунок
поставленных под подом по одной штуке на каждой боковой стенке печи. Для
каждой форсунки сделана самостоятельная топка. Продукты сгорания попадают в
рабочее пространство через пламенное окно которое расположено на
противоположной от форсунки стороне. Уходят в дымовые канал часть
подсасывается к продуктам сгорания а оставшаяся часть эжэктируется газами
выходящими из форсунки и поступает в топку через окно. Подовые топки
способствуют усилению циркуляции газов в рабочем пространстве и
дополнительный подвод тепла теплопроводностью через кладку пода к нижней
поверхности изделия. При термообработке крупных заготовок или изделий
собранных в специальные скобы используют печи с выдвижным подом. Они
отапливаются мазутом и в этом случае выполняют боковые отдельные топки.
Если печи отапливаются газообразным топливом то более рациональная
конструкция с горелками прямо направленными в рабочее пространство печи и
которые расположены под изделиями и над ними. При этом горелки внизу
ставятся большей мощности. Мощные горелки ставятся еще и потому что они
должны нагревать не только Ме но и подставки на которых Ме находится.
Недостатком печи является значительные потери тепла при выдвижении пода.
Поэтому вместо таких печей используют большие камерные печи с
механизированной садкой Ме. Обычно эти печи с подподовыми топками и
конструкция их аналогична камерным печам с подподовыми топками для
небольших изделий. Для термообработки длинных изделий используют
вертикальные печи. Изделия в них либо подвешивают либо устанавливают
торцевой частью на пол. Высота печей достигает иногда 30 м. Поперечное
сечений – круг. Для отопления газообразным топливом в них используют
короткопламенные горелки небольшой производительности. Чтобы обеспечить
подвод необходимого тепла используют многочисленные горелки. Тогда подвод
тепла получается рассредоточенным. Горелки устанавливают тангенциально (по
касательно) – печь отапливаемая газом сжигаемым в горелках расположенных в
рядов по высоте. Продукты сгорания удаляются в боров через дымовые окна.
Изделия загружают сверху и нагреваются в подвешенном состоянии. Если
вертикальные печи отапливаются мазутом то во избежание местных перегревов
топку делают либо отдельно внизу либо рабочее пространство отделяют тонкой
стенкой (полумуфелем) в которой делают отверстия. Но такая конструкция
рациональна для печей высотой 5-6 м. ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ДЕЙСТВИЯ.
Их используют для термообработки многочисленных изделий малых и средних
размеров. Конструкции разнообразны из-за разнообразия режимов
используемых при термообработке. Теплотехническая часть конструкции почти
одинакова: различие состоит в устройстве механизмов транспортирующих
изделие в печь. Распространенной формой рабочего пространства является
прямой параллелепипед а устройство для сжигания располагаются вдоль
боковых стенок. Наиболее простым и надежным средством является толкатель.
Изделие располагают на специальных поддонах из жаропрочной стали или на
специальных изделиях (башмаках). Они толкателем продвигаются по специальным
направляющим. Форсунки направлены в подподовой топке и расположены в
шахматном порядке. Продукты сгорания удаляются из печи вниз через каналы.
Металл загружают через окно а выгружают через другое на другом конце
печи. Ме передвигается по направляющим. Для термообработки тонких изделий
используют печи с шагающим подом которые по конструкции аналогичны
кузнечным печам. Но в виду свойственным этим печам недостаткам используют
конвейерные печи. Печи с гибким тяговым органом делят на печи с подовым и
подподовым конвейером. В подподовых конструкциях цепь конвейера проходит в
специальных углублениях ниже пода. К цепи крепят специальные гребешки на
которые устанавливают изделие. Печь с подовым конвейером проще но их
используют при Т не выше 700С. Подподовая печь находится в более
благоприятных условиях работы. И из жаропрочной стали в них выполнены
только гребешки. По сравнению с печами с конвейерами роликовые отличаются
рядом преимуществ: они обеспечивают лучшую равномерность нагрева и высокую
скорость передвижения. Могут быть длиной до 100 м. Ролики располагаются по
всей длине рабочего пространства. Ролики могут быть гладкими либо с
насаженными дисками. Их делают из жаропрочной стали неохлаждаемыми и
охлаждаемыми при Т более 950С. Цапфы вращаются в подшипниках расположенных
вне печи. На один конец каждого ролика насаживают звездочку или коническую
шестерню. С помощью цепи они вращаются. Печи используют для отжига стальной
ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ КОСВЕННОГО НАГРЕВА. Длина этих печей достигает 200 м. Что
требует значительной длины цеха. Для уменьшения длины в печах большой
производительности ролики размещают в несколько рядов по высоте. Ленту
направляют так что она делает несколько оборотов по высоте. Скорость ленты
в горизонтальных печах свыше 120 ммин не допускается т.к. начинается
сильное биение ленты. Когда необходимо получить большую производительность
стальной ленты толщиной от 05-1 мм используют башенные печи. В них сделан
ряд вертикальных секций. А вверху и внизу установлены направляющие ролики.
Лента проходит все секции в зависимости от ее назначения поддерживается
необходимая Т которая создается либо горелками либо излучающими трубами
элементами сопротивления и т.п. А также поддерживается необходимая
атмосфера. Скорость в таких печах достигает 600 ммин. ПЕЧИ КОСВЕННОГО
НАГРЕВА. При термообработке некоторых изделий часто необходимо обеспечить
безокислительный нагрев что сделать в обычных пламенных печах невозможно
т.к. продукты сгорания содержат окислительные газы СО2 Н2О О2 SO2.
Приходится отделять изделия стенкой от пространства где сжигается топливо
а пространство где находятся изделия защищается защитной атмосферой.
Такие печи называют муфельными. Их различают двух типов: с муфелированием
садки и муфелированием пламени. Особенностью печей первого типа является
наличие в печи Ме сосуда или муфеля внутрь которого помещают изделие а
муфель обогревается продуктами сгорания извне. Во втором случае топливо
сжигают в специальных Ме или керамических трубах. Т.к. эти трубы передают
тепло излучением то их называют излучающими или радиационными.
Используются муфельные печи когда необходимо нагреть изделие в специальной
атмосфере обеспечивающей химико-термическую обработку. КАМЕРНЫЕ МУФЕЛЬНЫЕ
ПЕЧИ. Их используют для нагрева небольшого количества изделий как правило
с муфелированием садки. Печь снабжена четырьмя подподовыми топками которые
перекрыты карборундовыми плитами по две с каждой стороны. Установлены 4
горелки. На поду печи устанавливают муфель из жаропрочной стали. Изделие
загружают в печь и закрывают герметичной крышкой. В муфель входит две трубы
по одной подается газ для создания атмосферы а по другой выходят
отработавшие газы из муфеля. Для отжига листовой стали и рулонов для
получения Ме с хорошей вязкостью и низкой твердостью а также пригодного
для весьма глубокой вытяжки используют печи с муфелированием садки
(колпаковые). Они состоят из пода и двух переносных колпаков – внутреннего
из жаропрочной стали и наружного выполненного из легковесного огнеупора и
скрепленного Ме-каркасом. В этом колпаке установлены горелки и сделаны
дымовые окна. Рулоны устанавливают друг на друга накрывают муфелем края
которого опускают в песочный затвор. Затем накрывают внешним
обогревательным колпаком и включают горелки. Для защиты от окисления под
муфель во время нагрева и охлаждения подают защитный газ. После того как
садка нагрета колпак снимают и краном переносят на другой стенд.
МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ МУФЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ. Их используют для массового
безокислительного нагрева. Это печи постоянного действия. Часто их делают
проходными с толкателем. Наиболее распространены печи с излучающими
трубами т.е. с муфелированием пламени. Они предназначены для газовой
цементации. Изделия загружают на поддоны а чтобы воздух не попал в рабочее
пространство печи при загрузке и выгрузке печь снабжают тамбурами. Поддон
попадает в тамбур через боковые окна. Затем открываются заслонки окна
загрузки и выгрузки. И с помощью толкателя поддон вталкивается в печь на
направляющие. Одновременно в противоположном разгрузочном конце поддон с
готовыми деталями выталкивается на специальный выталкиватель который
ставит поддон на подъемный стол опускающийся в закалочный бак. Обогрев
рабочего пространства осуществляется излучающими трубами. Пространство печи
заполнено цементирующим газом содержащим большое количество углеводорода.
Печь снабжена вентиляторами. ВАННЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. Их используют для
безокислительного нагрева мелких деталей особенно с острыми кромками. В
отличие от обычных пламенных печей изделия помещают не в пространство
заполненное продуктами сгорания а в ванну – тигель которая заполнена той
или иной жидкостью нагретой до определенной Т. Поэтому нагрев не
сопровождается окислением. В качестве греющей жидкости используют
расплавленный свинец различные расплавленные соли или смеси солей а для
Т ниже 300С – масло. При опускании изделия в тигель оно быстрее и
равномернее нагревается чем в газовых средах. Это объясняется тем что
коэффициенты теплоотдачи жидких сред к Ме значительно выше чем от газа к
Ме. На рис представлена ванная печь. Газ сжигается при помощи двух горелок
расположенных тангенциально. Продукты сгорания удаляются через канал.
Тигель заполняют расплавленным свинцом. Изделия загружают клещами. Ими же
удерживаются от всплытия. Материалом для тигеля служит жароупорная сталь.
При нагреве большого количества изделий они продвигаются по ванне с
помощью подвесок прикрепленных к цепи конвейера. ТЭП РАБОТЫ ТЕРМИЧЕСКИХ
ПЕЧЕЙ. Использование термических печей состоит не только в нагреве стали
до той или иной Т но и придании ей определенных физико-химических свойств
благодаря изменению структуры или в изменении хим состава поверхностных
слоев. Поэтому в термических печах после достижения заданной Т Ме
необходимо выдерживать чтобы процессы успели завершиться. Увеличении
времени нагрева Ме обусловлено также тем что нагрев в них происходит при
меньшем внешнем перепаде Т. Это приводит к тому что показатели удельной
производительности печи ниже чем у кузнечных или прокатных. В печах для
тяжелых садок удельная производительность колеблется в зависимости от
размеров садки и Т-режима. Удельный расход тепла от 600-1100 ккалкг. У
проходных печей расход тепла от 450-850. Уд расход тепла в отпускных печах
0-600 а в печах для закалки и нормализации 500-850. В печах снабженных
циркуляционными вентиляторами 300-400.
УСТАНОВКИ ДЛЯПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ГАЗА. У изделий нагреваемых в защитной
атмосфере поверхность можно получить либо светлую либо слегка
потемневшую. Защитную атмосферу можно получить газифицируя тв или жидкое
топливо. Но чаще всего ее создают из высоко калорийных и сжиженных газов
неполным их сжиганием с коэффициентом расхода воздуха не более 1. И с
последующей очисткой продуктов сгорания от паров воды и углекислоты.
Продукты неполного сгорания из камеры сгорания направляются в трубчатый
холодильник или скруббер где охлаждаются и частично освобождаются от паров
воды. Затем поступают в абсорбент для поглощения СО2. Затем газ поступает в
адсорбер заполненный силикогелем или активированным глиноземом для
поглощения Н2О. А затем направляют в печь где они служат защитной
атмосферой. ОЧИСТКА ГАЗОВ. 1) Очистка доменного газа. Средняя степень
запыленности (40-60 гм3). Он должен быть очищен от колошниковой пыли
которая отлагаясь в насадках регенераторов газодувках газопроводах
горелках и др заносит их и быстро выводит из строя. В очищенном доменном
газе который может быть использован на отопление коксовых батарей который
подается на газораспределительную станцию содержание пыли не должно быть
более 10 мгм3. Для всех других потребителей доменного газа содержание
может быть 15-20. При очистке взвешенные частицы должны отделяться от
газового потока и улавливаться каким-либо образом. Это отделение происходит
в несколько последовательно включенных аппаратов. И в зависимости от этого
всю очистку разделяют на: грубую полутонку и тонкую. А)Грубая очистка –
отделение частиц более 01 мм. Ее осуществляют в сухих пылеуловителях
диаметром 5-8 м где выпадение тв частиц происходит за счет инерционных сил
при повороте газового потока на 180º. Либо за счет центробежных сил
возникающих при тангенциальном подводе. В пылеуловителях этого типа
улавливается 65-75% пыли. Содержание пыли 3-12 гм3. Б)Полутонка очистка –
осаждение частиц пыли 002 мм. Очистить газ до 06-16 гм3. В основе –
коагуляция т.е. свойство колошниковой пыли слипаться при сбрызгивании ее
водой. Но коагуляции препятствует абсорбция т.е. свойство мелкодисперсных
частиц образовывать вокруг себя уплотненные газовые оболочки. Чем меньше
тем плотнее. Осаждение частиц менее 002 мм не происходит. Очистка в
скрубберах. Это вертикальные цилиндры диаметром 6-8 м. Высотой 20-30 м. В
них поток газа движется вверх со скоростью 14-25 мс и промывается
падающей водой мелкоразбрызгивающеся с помощью форсунок. Газ охлаждается
от 250-300 С до 40-50. Степень очистки 92-99%. Используются также трубы
распылители Вентури (инжектор). В) Тонкая очистка позволяет очистить газ от
пыли до 0005 мм. Наилучший результат – электростатическая очистка при
которой частицам пыли сообщается электро разряд. Заряженные частицы под
действием сил Эл-статического поля движутся к осадительному электроду
выходя из потока газа а затем смываются с него непрерывно текущей водой.
Схема типового электрофильтра производительностью 90000 м3 час:
электрофильтр собирается из 316 Ме труб диаметром 230 мм и высотой 45 м
которые являются осадительными электродами. Внутри каждой трубы – медная
проволока диаметром 3 мм которая и есть электрод. Напряжение до 100000 В.
Содержание пыли не более 10 мгм3. Скорость газа 05-2 мс. Тонкую очистку
получают также на дезинтеграторах которые работают по принципу
центробежной промывки газа. К быстро вращающейся внутри массивного корпуса
ротора подводится из скруббера полу очищенный газ и разбрызгивающаяся вода.
Благодаря центробежным силам газовоздушная смесь через систему подвижных и
неподвижных бичей ротора и статора. При этом происходит интенсивная
коагуляция. Тонкую очистку получают также в рукавных матерчатых фильтрах.
Содержание пыли не более 10-20 мгм3. Очистка мешков от пыли осуществляется
периодически встряхиванием и встречной продувкой. Максимальная Т газа для
суконных мешков не более 100 С. Основными недостатками матерчатых фильтров
является: недостаточная прочность громоздкость низкая Т газа
огнеопасность и дорогостоимость. Асбестовые и мешки из стеклоткани держат Т
до 350 С и выше. Схемы очисток доменного газа разнообразны. Схемы выбирают
в зависимости от начального пыле содержания требуемой степени очистки
режима работы доменной печи и др. Каждая схема включает в себя элементы
грубой полутонкой и тонкой очистки. Значительное распространение получила
схема Вентури. 2) Очистка коксового газа. Содержит примеси нафталина и
сернистых соединений. Нафталин может выделяться и оседать на стенках труб
арматуры приборах. Содержание нафталина не должно превышать 005 мгм3.
Сернистые соединения в присутствии водяных паров вызывают коррозию труб
Ме Содержание не должно превышать 002 гм3. Коксовый газ очищают на
специальных установках на КХП. Отел с естественной тягой – котел в котором
сопротивление газового тракта преодолевается за счет разности плотности атм
воздуха и газов в дымовой трубе. Котел с наддувом – котел в котором
сопротивление газ тракта преодолевается работой дутьевых вентиляторов.
Экономайзер – устройство обогреваемое продуктами сгорания топлива и
Рекуперативный воздухоподогреватель – устройство в котором теплота от
продуктов сгорания передается воздуху через разделяющую их теплообменную
поверхность. Регенеративный воздухоподогреватель в котором теплота от
продуктов сгорания передается по воздуху через одни и те же периодически
нагреваемые и охлаждаемые теплообменные поверхности. Параметры котлов.
Номинальная производительность котла. – наибольшая паропроизводительность
котла которую котел должен обеспечивать при длительной эксплуатации и при
сжигании основного вида топлива при номинальных значения параметров пара и
питательной воды с учетом допустимых отклонений. Номинальная
термопроизводительность – наибольшая термопроизводительность которую котел
должен обеспечить при номинальных значениях параметров с учетом
отклонений. Номинальное давление пара в котле – давление которое должно
обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем а при его отсутствии
непосредственно пере паропроводом к потребителю. Номинальная Т пара – Т
которая должна обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем а при
его отсутствии – непосредственно перед паропроводом к потребителю.
Номинальная Т питательной воды – Т воды которая должна обеспечиваться
перед ходом в экономайзер или другой подогреватель а при их отсутствии – в
барабан котла при номинальной паропроизводительности. Номинальное
гидравлическое сопротивление – перепад давлений измеренный за входной и
перед выходной арматурой при номинальных значения параметров оды. Основной
режим водогрейного котла – режим работы при котором котел является основным
источником теплоты системы теплоснабжения. Техническое диагностирование –
определение технического состояния объекта. Нормальные условия эксплуатации
– эксплуатационные режимы предусмотренные плановым регламентов работы. НТД
(нормативно техническая документация) – технические условия отраслевые и
гос стандарты. ПТД (производственная техн документация) – технологические
инструкции карты технологического процесса составляемые предприятием. Для
снабжения котлов топливом используют горелки: пылегазовые газовые
мазутные газомазутные а в зависимости от потоков горелки могут быть:
вихревые прямоточные инжекционные горелки предварительного смешения.
Котельные могут быть закрытые полуоткрытые и открытые. В закрытых – все
оборудование внутри в полуоткрытых вспомогательное оборудование
устанавливают вне здания в открытых защищены только котла агрегатов. Если
котлов устанавливают несколько то их размещают фронтом по прямой линии.
Для котлов с механическим топливом расстояние до стены не менее 2 м а для
газомазутных 1 м. Современные котельные проектируют каркасными
одноэтажными. В зависимости от места установки и назначения котлов им
присваиваются категории по взрывной взрывопожарной и пожарной опасности. А
также присваивается степень огнестойкости зданий. Котельные котлы которых
работают на газе не относятся к взрывоопасным помещениям. Отопление и
вентиляция газофицированных котельных должны соответствовать санитарным
нормам для категории пром предприятий средней тяжести работ. Осн элементом
газовых котельных является ГРП и ГРУ (газорегуляторные пробки и установки).
Они предназначены для питания нескольких потребителей. Входное давление не
более 06 МПа. ГРП – в отдельных зданиях а ГРУ – непосредственно в
помещении котельных. В ГРП и ГРУ входят: фильтр регулятор давления ПЗУ
(предохранительные запорные устройства) и предохранительных сбросные
устройства (ПСУ) запорная арматура КиП узлы измерения расхода газа.
Байнас – обводная линия. ПСК – предварительный сбросной клапан предназначен
для снижения выходного давления газа после регулятора путем стравливания
части газа в атмосферу. В газовом тракте может случиться резкое уменьшение
расхода газов и регулятор в силу своей инертности не может сразу
восстановить заданное давление. В этом случае должен сработать
предварительный запорный клапан. Горелки обычно зажигают печным
запальником. Непосредственно перед горелкой имеется шибер (заслонка) с
помощью которого регулируют подачу воздуха при розжиге горелки.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА: УГЛИ.. МАЗУТЫ. ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО
ПОДГОТОВКА ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ. СУХАЯ ПЕРЕГОНКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА.
ПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА ОБЪЕМЫ И СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ.
ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ
ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗОВ. ГОРЕЛКИ И ТОПКИ ДЛЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА
ФОРСУНКИ И ТОПКИ ДЛЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА. ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО
ФАКЕЛЬНЫЕ ТОПКИ. ЦИКЛОННЫЕ ТОПКИ
ТОПКИ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ.
ТОПКИ С ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ КИПЯЩИМ СЛОЕМ. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ СВОЙСТВА
ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ПЕЧЕЙ КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ
ТЕПЛОГЕНЕРАЦИИ. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПЕЧЕЙ.
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ПЕЧИ
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И РАСХОД ТОПЛИВА.
КОНСТРУКЦИИ РЕКУПЕРАТОРОВ. сходит от греющего газа к нагреваемому
Тепло вносимое подогретым воздухом ((1. Х составляют на 1 час. Для
этогоескольких статей. х площади пода занятого металлом ссах.
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИГОЛЬЧАТЫЕ ИЗ ГЛАДКИХ СТАЛЬНЫХ ТРУБ. ПЛАСТИНЧАТЫЕ
РАДИАЦИОННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОМБИНИРОВАННЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ
РЕГЕНЕРАТОРЫ. РЕГЕРЕРАТИВНЫЕ НАСАДКИ.
РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТОРА. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТЫ РЕГЕНЕРАТОРА. КОТЛЫ-
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. ТЭП РАБОТЫ КАМЕРНЫХ ПЕЧЕЙ . ПЕЧИ ДЛЯ НАГРЕВА
КРУПНЫХ ЗАГОТОВОК И СЛИТКОВ.
ТЭП РАБОТЫ КАМЕРНЫХ ПЕЧЕЙ ДЛЯ СЛИТКОВ И КРУПНЫХ ЗАГОТОВОК. ПЕЧИ
НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
КОНСТРУКЦИИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПЕЧЕЙ
КАМЕРНЫЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. КАМЕРНЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. ТЕРМИЧЕСКИЕ
ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ДЕЙСТВИЯ
ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ КОСВЕННОГО НАГРЕВАПЕЧИ КОСВЕННОГО НАГРЕВАКАМЕРНЫЕ
МУФЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ МУФЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ. ВАННЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ
ПЕЧИ. ТЭП РАБОТЫ ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ
УСТАНОВКИ ДЛЯПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ГАЗА. ОЧИСТКА ГАЗОВ
сходит от греющего газа к нагреваемому Тепло вносимое подогретым воздухом
((1. Х составляют на 1 час. Для этогоескольких статей. х площади пода
занятого металлом ссах.

мой.doc

Министерство образования и науки РФ
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Курсовой работа по дисциплине:
тема: «Расчет двухзонной методической печи»
Череповец 2008-2009 учебный
Конструкция отдельных частей печи 1
Расчет горения топлива: 9
1.Перерасчет состава топлива . 9
2 Объем воздуха и продуктов полного
3. Низшая теплота сгорания . .. 11
4. Температура горения топлива 11
Расчет теплообмена в рабочем пространстве
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве
Расчет нагрева металла . ..18
Расчет основных параметров . 25
. Тепловой баланс печи 28
Основные теплотехнические показатели рабочей
Аэродинамический расчет . .37
Расчет дымового тракта . .37
Расчет дымовой трубы .. 41
Расчет топливосжигающих устройств . ..43
Техническое задание.
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по
температурному режиму.
Производительность печи G=188 тч
Нагреваемый металл: сталь 3
Заготовки квадратного сечения размером 10500*100*100 мм
CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2
Топливо – природный газ. Состав топлива в %:
Температура подогрева 400 °С
Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и
кузнечных цехах для нагрева квадратных прямоугольных а иногда и
круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено
тем что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при
невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла
методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с
другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при
помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая
заготовка выдается из печи.
Металл поступает в зону наиболее низких температур и продвигаясь
навстречу дымовым газам температура которых монотонно повышается
постепенно (методически) нагревается.
Первая (по уходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой
называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается
до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепенный
нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим
нагрева когда металл находится в упругом состоянии.
Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся
навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами отходящими
из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в
методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур
методических печей температура поддерживается на уровне 1300 - 1400С
в конце же методической зоны она находится в пределах 750-1000С.
Вторая ( по ходу металла) зона называется зоной высоких температур
или сварочной зоной. Назначение этой зоны – быстрый нагрев поверхности
заготовок до конечной температуры. Температура металла в методических
печах обычно составляет 1150-1250С. Для интенсивного нагрева
поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо
обеспечивать температуру на 50-100 К выше.
В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность
металла; температура середины металла отстает от температуры
поверхности. Однако при нагреве тонких заготовок нет необходимости
делать выдержку для выравнивания температур по сечению так как имеет
место небольшой перепад температур.
В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев
металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае когда
металл продвигаясь по монолитному поду нагревается только с одной
стороны сверху. Для этого на всю длину сварочной и методической зон
оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.
При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные
(водоохлаждаемые) трубы по которым перемещается металл. Глиссажные
трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две-три на
каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с
водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже и на
его поверхности образуются темные пятна.
Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в
двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны
выполняется без нижнего обогрева с монолитным огнеупорным подом.
Как монолитный под так и под томильной зоны в трехзонных
методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала
который не взаимодействует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее
действие продвигающегося металла.
Высотой рабочего пространства считается расстояние от высшей точки
свода до пода. В печах оборудованных глиссажными трубами полная
высота печи делится на две части: верхнюю ( расстояние от нажней части
заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода).
Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи а
ширина – по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нормальным
соотношение размеров когда отношение длины к ширине равно 5÷6 (
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи
металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При
торцевой выдаче необходим один толкатель который выполняет роль также
Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель но и
выталкиватель поэтому такие печи при размещении требуют больших
При торцевой выдаче через окно выдачи расположенное ниже пода печи
происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса
усиливается инжектирующим действием горелок расположенных в торце
Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами
обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент
использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве что объясняется
наличием методической зоны.
Методические печи могут быть двухзонными трехзонными и многозонными.
Трех- и много зонные печи применяются в тех случаях когда в
нагреваемых заготовках могут возникнуть значительный перепады
температур по толщине
( более 200 К на один метр толщины металла). Эти печи снабжены
дополнительными (томильными) зонами в которых и осуществляется
выравнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи.
Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в
соответствии с режимом нагрева и производительностью печи.
Так например если нагрев двухступенчатый то и профиль печи должен
быть двухзонный если нагрев трехступенчатый то и профиль должен быть
трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок то печь
должна иметь наклонный под.
Конструкции отдельных частей печи
Под печи. Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых
потерь через него следует выполнять в 2.5÷3.0 кирпича. Кроме того
необходимо применять изоляцию пода.
В методической части печи под выкладывается из шамота в 1.5÷2 кирпича
и прослойкой из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65÷130мм.
При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную
подушку толщиной 200÷300мм которая в свою очередь опирается на
кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий
Для нормальной работы необходимо чтобы наивысший уровень грунтовых
вод проходил не ближе чем на 250мм от площади нижних дымовых каналов.
Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или
заключают все строение печи находящееся ниже уровня грунтовых вод в
водонепроницаемый металлический кессон. Иногда кессон выполняется из
В нагревательных печах для устройства пода применяют магнезитовый
хромитовый и тальковый кирпич и также сырой тальк и хромистый
железняк. Самым дешевым является тальк но в то же время из всех
перечисленных выше материалов он устойчив против окалины хотя по
сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.
Под в сварочном пространстве выполняется толщиной в 3 кирпича т.е.
0мм. Верхний слой (150÷250мм) выкладывается магнезитовыми или
хромистыми материалами. Следующий слой – шамотный. Нижний изоляционный
слой имеет толщину 100÷150мм.
Стены нагревательных печей делаются толщиной в 375÷500мм что
составляет 1.5÷2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры:
0×115×65 или 250×125×65мм.
Более тонкие стенки в 1.5 кирпича (375мм) делаются обычно в случае
применения изоляции. Стены методических печей выкладываются из
шамотного кирпича. Динас применяется только для сварочного
пространство и стен топочного пространство методических печей.
Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не
более 4÷5м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба
свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела
прогиба получается если радиус кривизны будет равен ширине пролета.
Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода
упираются в опоры называемые пятовыми кирпичами. Для большей
прочности свода пятовые кирпичи
укладываются глубоко в стенку. Чем больше ширина пролета тем толще
должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из
стандартного кирпича 230 и 300мм; при пролетах более 3.5м применяется
кирпич длиной 345мм или больше.
Кроме арочных сводов существуют многочисленные конструкции так
называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов – секционная и
В индивидуальной системе каждый кирпич имеет свою подвеску а в
секционной системе отдельные кирпичи связаны в группы или ряды
которые подвешиваются в целом к арматуре. Наибольшее распространение
получили подвесные своды представляющие собой двутавр на который
надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для
ремонта и возможность тщательного его монтажа. Расстояние между
центрами подвесок – 300мм толщина свода – 300мм. Толщина кирпича –
8 и 73мм. Второй размер 73мм служит для компенсации неточности в
изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без подгонки
варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных
сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы
наивысшего качества.
Борова прокладываются в земле выше уровня грунтовых вод. При
расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в
кессоны. Влага не должна проникать в борова так как это значительно
ухудшит тягу дымовой трубы а следовательно и работу печи. Размеры
боровов определяются по скорости движения газов которая не должна
превышать при 0С и 760 мм рт ст 1.5÷2.5мс.
Из практических соображений борова не должны быть менее 600×600мм.
Стенки и под боровов выполняются в 1.5÷2.0 кирпича: внутренний кирпич
– шамотный а наружный (0.5 или целый) – красный. Свод боровов
выкладывается из шамота в один кирпич или же делается еще одна арка
из красного кирпича и засыпается золой и землей. Борова обычно
перекрываются полуциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боровах
составляет 0.08÷0.12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают
бетонную подушку толщиной 100÷200мм.
Крепление печей. При кладке печей необходимо следить за тем чтобы
предусмотрено достаточное количество температурных швов. В сводах
например температурные швы заполняются деревянными дощечками или
картоном которые выгорают по мере разогрева печи. Назначение
температурных швов – компенсация объемных изменений размеров кладки
при нагреве последней. При определении величины температурного шва
необходимо считаться с качеством кирпича плотностью кладки и способом
крепления. В целях сохранения формы кладки устраивают еще
металлическое крепление печей состоящее из опорных балок и каркасов
сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком
жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то чтобы
температурные швы были достаточных размеров. Если температурные швы
будут недостаточны то может произойти разрыв жесткого крепления или
Расчет горения топлива
1Пересчет состава топлива.
Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на
влажный проводится по формуле:
где dr – влагосодержание газа гм3 х – содержание компонента %
2.Объем воздуха и продуктов полного сгорания.
Теоретический расход сухого кислорода:
Теоретический расход сухого окислителя:
где O2ок – объемное содержание O2 в окислителе %
Расход сухого окислителя при [pic]
Расход сухих трехатомных газов:
Теоретический выход азота:
где N2ок – объемное содержание азота в окислителе %
Теоретический выход водяных паров:
где dок – влагосодержание окислителя гм3
Выход продуктов полного сгорания при [pic]
Объемный состав продуктов полного сгорания:
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:
3.Низшая теплота сгорания
Наиболее точной формулой для определения низшей теплоты
сгорания газообразного топлива является формула Менделеева т.е.
суммированием тепловых эффектов реакций горения:
Для газообразного топлива определяется по формуле:
4.Температура горения топлива
Эта часть расчета необходима для того чтобы установить обеспечивает
топливо нужную температуру нагрева металла и если не обеспечивает то
определить необходимую степень подогрева сред участвующих в горении.
Энтальпия продуктов сгорания:
где [pic]– химическая энтальпия продуктов сгорания:
где [pic] – недожог топлива кДжм3 ([pic]=3%[pic])
[pic] – физическое тепло вносимое воздухом и газом
Из приложения 4 t=400 0СQф - изобарная теплоемкость воздуха.
iв - энтальпия воздуха.
Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания 500 ОС
По полученным значениям строим график зависимости энтальпии 1м3
продуктов сгорания от температуры (рис. 1)
Графически определяем что iобщ = 342791 кДжм3 соответствует
расчетная температура tрасч.=2050 oC
Действительная температура горения:
где [pic] – опытный пирометрический коэффициент ([pic])
Рисунок 1. Зависимость 1 м.куб. продуктов сгорания от температуры.
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи.
1 Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.
Целью расчета внешнего теплообмена является определение приведенного
коэффициента излучения от газов и кладки на металл.
Расчет приведенного коэффициента излучения от газов и кладки на
проводим для верхней части рабочего пространства печи для нижних зон
коэффициента излучения принимаем таким же.
Для проведения расчета определяем размеры рабочего
Ширина рабочего пространства:
где n – число рядов заготовок
[pic] – расстояние между рядами заготовок или между торцами заготовок
и боковыми стенками печи м.
l – длина заготовки м.
Средняя высота рабочего пространства печи:
в сварочной зоне – hсв = 2 м.
В методической зоне – hмет = 15 м.
где Lсв Lмет. – соответственно длины сварочной и методической зон.
Внутренняя поверхность стен и свода:
Суммарная поверхность кладки и металла окружающих газовый объем:
Объем заполняемого газом рабочего пространства
Средняя эффективная длины луча:
Парциальное давление газов:
Степень черноты газов [pic]и [pic] в сварочной и методической зонах
определяем по приложениям 5 и 6.
Температура газов в сварочной зоне:
Средняя температура газов в методической зоне:
[pic]температура уходящих газов
Степень черноты продуктов сгорания:
где [pic]- поправочный коэффициент определяем по приложению 7.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл
Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:
в методической зоне:
Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла:
3 Расчет нагрева металла
Среднемассовая конечная температура заготовки:
[pic] где [pic] – заданный конечный перепад температур в заготовке
Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева
где [pic]– коэффициент теплопроводности металла при [pic]
Определяем из рис. 6: [pic]
S – полная толщина металла м.
Расчетная температура газов в сварочной зоне:
Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной
где [pic] – количество тепла уносимого уходящими газами из сварочной
где [pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая температуре.
[pic] – количество тепла излучаемого из сварочной зоны в методическую.
[pic] – удельный тепловой поток излучения ([pic]= 100 кВтм2)
[pic] – площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе
сварочной и методической зон.
[pic] – общая тепловая мощность печи
[pic] – удельный расход тепла (b = 2500 кДжкг)
G – производительность печи кгч
[pic] – количество тепла уносимое уходящими газами из печи
[pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая [pic]
Изменение теплосодержания металла в печи:
где iз iо – теплосодержание металла соответствующее
конечной [pic] температурам кДжкг.
Изменение теплосодержания металла вместе с образовавшейся окалиной:
[pic] – угар металла % ([pic]=2%)
Сок – теплоемкость окалины Сок = 1 кДж(кг*К)
m -коэффициент учитывающий сколько окалины Fe3O4
(кг) образуется от окисления 1 кг железа (m=138).
Приращение теплосодержания металла в методической зоне:
Приращение теплосодержания в сварочной зоне:
Нагрев металла в методической зоне (участок I)
Удельный тепловой поток в начале зоны:
Удельный тепловой поток в конце зоны:
где [pic] - средняя температура металла в конце методической
зоны соответствующая его теплосодержанию
λ=396 Вт(м ·К).– теплопроводность металла
соответствующая температуре [pic].
Уравнение для q1 решается методом последовательных приближений. В
приближении находим [pic] полагая член [pic].
Температура поверхности металла в конце зоны:
Перепад температур по сечению металла в конце зоны:
Температура оси металла в конце зоны:
Средний тепловой поток в методической зоне:
Время нагрева металла в методической зоне:
Участок сварочной зоны с монолитным подом (участок II'').
Время нагрева металла на этом участке:
[pic] – длина монолитного пода ([pic]= 5 м)
Чтобы определить параметры данного металла в начале
участка необходимо найти
критерии Био и Фурье. Критерий Фурье:
Теплоемкость металла: [pic]
Коэффициент теплопроводности:
Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева:
С помощью приложений по значениям критериев Bi и Fo определяем
величину [pic]и вычисляем перепад температур в начале участка: [pic]
Удельный тепловой поток в начале участка:
Температура поверхности металла при переходе на монолитный
Среднемассовая температура металла:
Температура на оси заготовки:
Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом.
Средний тепловой поток на участке:
Теплосодержание металла в конце участка i2=810 кДжкг соответствует
температуре tм2=1189С по рисунку 5.
Приращение теплосодержания на участке:
Время нагрева на участке:
Общее время нагрева:
Удельная продолжительность нагрева:
4 Расчет основных размеров.
Длина активного пода:
Длина методической зоны:
Длина сварочной зоны с монолитным подом:
Длина сварочной зоны с двухсторонним обогревом:
Площадь активного пода:
Площадь полезного пода:
Напряженность активного пода:
Напряженность полезного пода:
Расстояние между опорными трубами составляет 1000 мм. Смотровые и
рабочие окна располагаются симметрично с обеих сторон печи.
В сварочной зоне на участке с двухсторонним обогревом располагается 16
а на участке с монолитным подом – 8 рабочих окон. Количество окон
выбирается в зависимости от расстояния между осями окон которое
принимается для рабочих окон 1250 мм для смотровых окон – 1700 мм.
Размеры торцевых окон посада и выдачи:
[pic] – высота окна м
Тепловой баланс печи:
Тепло горения топлива:
где В – расход топлива кгс
Тепло внесенное подогретым воздухом и топливом (газом):
Тепло выделившееся при окислении железа:
Полезное тепло на нагрев металла:
Потери тепла с уходящими газами:
Потери тепла теплопроводностью:
где [pic] – средняя температура внутренней поверхности кладки оС
[pic] – температура окружающего воздуха оС
[pic] и [pic] – соответственно толщина огнеупорной кладки и
[pic] и [pic] – соответственно коэффициенты теплопроводности
огнеупорной кладки и изоляции Втм*К
[pic]– коэффициенты конвективной теплоотдачи от стенок и окружающего
[pic] – площадь поверхности кладки м2.
Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь свода и
стен сварочной и методической зон:
Средняя температура внутренней поверхности кладки tкл определяется
Безразмерные температуры:
Средняя температура поверхности металла:
Тепловые потери через свод в сварочной зоне.
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции.
Средняя температура слоя огнеупора:
Средняя температура слоя изоляции:
Коэффициенты теплопроводности динаса:
Коэффициенты теплопроводности изоляции:
Потери тепла теплопроводностью через свод: [pic]
Потери тепла теплопроводностью через стены: [pic]
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода:
Не превышать максимально допустимого значения для материала изоляции в
Правильность принятых средних температур слоев проверяется по
Расхождение между принятым значением средних температур и
формулам не превышает 20%.
Тепловые потери через свод и стены в методической зоне
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:
Средняя температура слоя огнеупора (динаса):
Коэффициент теплопроводности динаса:
Коэффициент теплопроводности изоляции:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода: [pic]С
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции стены:
подсчитанным по формулам не превышает 20%.
Потери тепла через окна печи.
Потери тепла через закрытые окна печи.
В сварочной зоне: [pic] [Вт]
где n=16 – число окон; [p
S=023 толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент
теплопроводности материала окна при [pic] Втм·К.
В методической зоне расчет аналогичный
где n=8 – число окон; [p S=023 –
толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент
материала окна при [pic] Втм·К.
Потери тепла излучением через открытые окна:
где [pic] – коэффициент диафрагмирования ([pic]=07)
Потери тепла с окалиной:
Потери тепла с охлаждающей водой:
Приравняв приходные и расходные статьи теплового баланса определяем
секундный расход топлива В кгс:
Приходные и расходные статьи теплового баланса сводятся
Тепловой баланс печи.
Статья Приход тепла Статья Расход тепла
Тепло горения 543256 7885 1. Полезное тепло на 42477566161
топлива нагрев металла
Тепло 86691 1258 2. Потери тепла с 10842281572
внесенное уходящими газами.
Тепло 590111 857 3. Потери тепла 78561 114
выделившееся при теплопроводностью через
окислении железа. кладку.
Итого: 6889581 100 4. Потери тепла через 50525 073
Потери тепла с 177284 257
Потери тепла с 629946 914
Неучтенные потери. 626832 909
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования химической энергии топлива [pic]
показывающий какая доля химической энергии топлива остается в рабочем
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности
[pic] – количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное
металлом в печи кВт.
[pic] – тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
Рисунок5.Эскиз дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Высота канала: [pic]
Потери на трение в вертикальном канале:
где [pic] – коэффициент трения [pic]
[pic]– коэффициент объемного расширения газа [pic]
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные
[pic]где [pic] – коэффициент местного сопротивления. Из приложения 11:
[pic]Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов: [pic]
выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов [pic]
определяем второй размер:
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова [pic] от вертикальных каналов до трубы 20 м в
том числе до рекуператора 10 м [pic]
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на [pic] на пути от
каналов до рекуператора:
где [pic] - коэффициент местного сопротивления
Потери давления в рекуператоре: [pic]
Местные потери давления при повороте на [pic] на входе в дымовую
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства
печи к основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=35м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем: [pic]
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
[pic] барометрическое давление минимальное для данной местности кПа
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным
условиям): газа [pic] воздуха [pic]
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
Избыточное давление газа перед горелкой:
Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где[pic]- коэффициент сопротивления форсунки
где К – коэффициент (для природного газа К=15);
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи
работающей по двудонному температурному режиму производительностью
0тч. В ходе его был рассчитан процесс горения топлива
гидродинамики теплоотдачи нагрева металла и дымовой тракт. В
результате получила следующие основные параметры методической печи:
-длина активного пода: [pic]
-длина методической зоны: [pic]
-длина сварочной зоны: [pic]
-высота методической зоны: [pic]
-высота сварочной зоны: [pic]
-высота дымовой трубы: [pic]
-время нагрева металла в печи: [pic]
Кривандин В.А. Неведомская И.Н. и др. Металлургическая
теплотехника. Конструкция и работа печей. 12 тома. Москва
Расчет методических печей. Методические указания по курсовому
проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995 -56 с.
ЧГУ.КП.1101.000.000.ПЗ
ЧГУ КП 1101.000.000 ПЗ

Ответы 86.docx

свойства тел неразрывно связанные и с их природой как-то: протяженность делимость скважность плотность весомость сжимаемость расширяемость и пр.
Термодинамическая система — это любая область пространства ограниченная действительными или воображаемыми границами выбранными для анализа её внутренних термодинамических параметров.
Пространство смежное с границей системы называется внешней средой. У всех термодинамических систем есть среда с которой может происходить обмен энергии и вещества.
Границы термодинамической системы могут быть неподвижными или подвижными.
Системы могут быть большими или маленькими в зависимости от границ. Например система может охватывать всю холодильную систему или газ в одном из цилиндров компрессора.
Система может существовать в вакууме или может содержать несколько фаз одного или более веществ. Термодинамические системы могут содержать сухой воздух и водяной пар (два вещества) или воду и водяной пар (две стадии одного и того же вещества). Однородная система состоит из одного вещества одной его фазы или однородной смеси нескольких компонентов.
Системы бывают изолированными (замкнутыми) или открытыми. В изолированной системе не происходит никаких обменных процессов с внешней средой.
В открытой системе и энергия и вещество могут переходить из системы в среду и обратно. При анализе насосов и теплообменников необходима открытая система так как жидкости должны пересекать границы при анализе. Если массовый расход открытой системы устойчивый и однородный систему называют открытой системой с постоянным расходом.
Состояние термодинамической системы определяется физическими свойствами вещества. Температура давление объем внутренняя энергия энтальпия и энтропия — это термодинамические величины определяющие те или иные интегральные параметры системы. Данные параметры строго определяются лишь для систем находящихся в состоянии термодинамического равновесия.
Изотермический процесс— термодинамический процесс происходящий в физической системе при постоянной температуре.
Несколько изотерм для идеального газа нa p-V диаграмме
Для осуществления изотермического процесса систему обычно помещают в термостат (массивное тело находящееся в тепловом равновесии) теплопроводность которого велика так что теплообмен с системой происходит достаточно быстро по сравнению со скоростью протекания процесса и температура системы в любой момент практически не отличается от температуры термостата. Можно осуществить изотермический процесс иначе— с применением источников или стоков тепла контролируя постоянство температуры с помощью термометров. К изотермическим процессам относятся например кипение жидкости или плавление твёрдого тела при постоянном давлении. В идеальном газе при изотермическом процессе произведение давления на объём постоянно (закон Бойля-Мариотта).
При изотермическом процессе системе вообще говоря сообщается определённое количество теплоты (или она отдаёт теплоту) и совершается внешняя работа. Альтернативный процесс при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует (термодинамическая система находится в энергетическом равновесии — система не поглощает и не выделяет тепло) называется адиабатическим процессом.
Работа совершенная идеальным газом в изотермическом процессе равна где — число частиц газа — температура и — объём газа в начале и конце процесса — постоянная Больцмана .
В твёрдом теле и большинстве жидкостей изотермические процессы очень мало изменяют объём тела если только не происходит фазовый переход.
Первый закон термодинамики для изотермического процесса записывается в виде:
Работа совершаемая газом при расширении или сжатии газа равна A = PΔV.
Количество теплоты получаемое или отдаваемое газом характеризуется изменением энтальпии: Q = ΔI = ΔU + PΔV.
Изохорический или изохорный процесс от др.-греч. — «ровный» и chora — «пространство занятое место») — это термодинамический процесс который происходит при постоянстве объёма. В газах и жидкостях осуществляется очень просто: для этого достаточно нагревать (охлаждать) вещество в сосуде который не изменяет своего объёма.
При изохорическом процессе давление идеального газа прямо пропорциально его температуре (см. Закон Шарля). В реальных газах закон Шарля не выполняется так как часть теплоты которую получает система расходуется на увеличение энергии взаимодействия частиц.
На графиках изображается линиями которые называются изохоры. Для идеального газа они являются прямыми во всех диаграммах которые связывают параметры: T (температура) V (объем) и P (давление).
Адиабатический процесс — термодинамический процесс в макроскопической системе при котором система не получает и не отдаёт тепловой энергии.
Некоторые авторы (в частности Л.Д.Ландау) называли адиабатическими только квазистатические адиабатические процессы.[1]
Линия изображающая адиабатный процесс на какой-либо термодинамической диаграмме называется адиабатой.
Первое начало термодинамики
Для адиабатического процесса первое начало термодинамики в силу отсутствия теплообмена системы со средой имеет вид
где:ΔU - изменение внутренней энергии тела A - работа совершаемая системой
Политропический процесс — термодинамический процесс во время которого удельная теплоёмкость c газа остаётся неизменной. Предельными частными явлениями политропного процесса являются изотермический процесс и адиабатный процесс. В случае идеального газа изобарный процесс и изохорный процесс также являются политропическими.Для идеального газа уравнение политропы может быть записано в виде:pVn = constгде величина называется показателем политропы.В зависимости от процесса можно определить значение n:1. Изотермический процесс: n = 1 так как PV1 = const значит PV = const значит T = const.2. Изобарный процесс: n = 0 так как PV0 = P = const.3. Адиабатный процесс: n = γ это следует из уравнения Пуассона.4. Изохорный процесс: так как значит P1 P2 = (V2 V1)n значит V2 V1 = (P1 P2)(1 n) значит чтобы P1 и P2 обратились в 1 n должна быть бесконечность.
Теплоёмкость тела (обозначается C)— физическая величина определяющая отношение бесконечно малого количества теплоты ΔQ полученного телом к соответствующему приращению его температуры ΔT:Единица измерения теплоёмкости в системе СИ— ДжК.
Удельная теплоёмкость вещества— теплоёмкость единицы массы данного вещества. Единицы измерения— Дж(кг К).
Молярная теплоёмкость вещества— теплоёмкость 1 моля данного вещества. Единицы измерения— Дж(моль К).
Если же говорить про теплоёмкость произвольной системы то ее уместно формулировать в терминах термодинамических потенциалов— теплоёмкость есть отношение малого приращения количества теплоты Q к малому изменению температуры T:
Понятие теплоёмкости определено как для веществ в различных агрегатных состояниях (твёрдых тел жидкостей газов) так и для ансамблей частиц и квазичастиц (в физике металлов например говорят о теплоёмкости электронного газа). Если речь идёт не о каком-либо теле а о некотором веществе как таковом то различают удельную теплоёмкость— теплоёмкость единицы массы этого вещества и молярную— теплоёмкость одного моля его.
Для примера в молекулярно-кинетической теории газов показывается что молярная теплоёмкость идеального газа с i степенями свободы при постоянном объеме равна:
R = 8.31 Дж(моль К)— универсальная газовая постоянная.
А при постоянном давлении
Удельные теплоёмкости многих веществ приведены в справочниках обычно для процесса при постоянном давлении. К примеру удельная теплоемкость жидкой воды при нормальных условиях— 4200 Дж(кг К). Льда— 2100 Дж(кг К)
Существует несколько теорий теплоёмкости твердого тела:Закон Дюлонга-Пти и закон Джоуля-Коппа. Оба закона выведены из классических представлений и с определенной точностью справедливы лишь для нормальных температур (примерно от 15°C до 100°C). Квантовая теория теплоёмкостей Эйнштейна. Первая весьма удачная попытка применения квантовых законов к описанию теплоемкости. Квантовая теория теплоёмкостей Дебая. Содержит наиболее полное описание и хорошо согласуется с экспериментом.
Теплоёмкость системы невзаимодействующих частиц (например газа) определяется числом степеней свободы частиц.
Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — полная энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Следовательно внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.
Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает что всякий раз когда система оказывается в данном состоянии её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение независимо от предыстории системы. Следовательно изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях независимо от пути по которому совершался переход.
Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии:
где — теплота измеренная в джоулях — работа измеренная в джоуляхДля квазистатических процессов выполняется следующее соотношение:где — температура измеренная в кельвинах — энтропия измеренная в джоуляхкельвин — давление измеренное в паскалях — химический потенциал — количество частиц в системе
ТЕПЛОТА кинетическая часть внутренней энергии вещества определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты которым обладает тело при данной температуре зависит от его массы; например при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты чем в маленькой а в ведре с холодной водой его может быть больше чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже).
Теплота играет важную роль в жизни человека в том числе и в функционировании его организма. Часть химической энергии содержащейся в пище превращается в теплоту благодаря чему температура тела поддерживается вблизи 37° С. Тепловой баланс тела человека зависит также от температуры окружающей среды и люди вынуждены расходовать много энергии на обогрев жилых и производственных помещений зимой и на охлаждение их летом. Большую часть этой энергии поставляют тепловые машины например котельные установки и паровые турбины электростанций работающих на ископаемом топливе (угле нефти) и вырабатывающих электроэнергию.
Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы дельта U количеством теплоты Q подведенным к ней и суммарной работой внешних сил A действующих на систему.
Первый закон термодинамики - Изменение внутренней энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты подведенного к системе извне и работы внешних сил действующих на нее:
Первый закон термодинамики - количество теплоты подведенное к системе идет на изменение ее внутренней энергии на совершение системой работы над внешними телами:
Энтальпия также тепловая функция и теплосодержание— термодинамический потенциал характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления энтропии и числа частиц.
Если термомеханическую систему рассматривать как состоящую из макротела (газа) и поршня с грузом Р = p S уравновешивающего давление газа р внутри сосуда то такая система называется расширенной.
Энтальпия или энергия расширенной системы Е равна сумме внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом Eпот = pSx = pV H = E = U + pV
Таким образом энтальпия в данном состоянии представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы которую необходимо затратить чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду имеющую давление р и находящуюся с телом в равновесном состоянии. Энтальпия системы H— аналогично внутренней энергии— имеет вполне определенное значение для каждого состояния т.е. является функцией состояния. Следовательно в процессе изменения состоянияΔH = H2 H1
Энтальпией системы удобно пользоваться в тех случаях когда в качестве независимых переменных определяющих состояние системы выбирают давление р и температуру Т
Энтальпия— величина аддитивная т.е. для сложной системы равна сумме энтальпий её независимых частей .
Энтальпия определяется с точностью до постоянного слагаемого которому в термодинамике часто придают произвольные значения (например при расчете и построении тепловых диаграмм). При наличии немеханических сил величина энтальпии системы равна вопрогде X yi— обобщённая координата.
Изменение энтальпии не зависит от пути процесса так как изменение объёма при постоянном давлении определяется только начальным и конечным состоянием системы.
Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс) то изменение любого её параметра равно нулю а отсюда ΔU = 0 и ΔH = 0.
Понятие о термодинамических циклах.
Работа за процесс - площадь под графиком на PV - диаграмме но если мы используем только один термодинамический процесс мы вернемся в конечную точку по тому же пути и суммарная энергия перехода 1 -> 2 -> 1 будет равна 0 т.е. работа равна 0.
Термодинамическим циклом называется такая совокупность термодинамических процессов в результате которых система возвращается в исходное состояние.
Прямой цикл - цикл в котором система совершает положительную работу (A > 0). Примером прямого цикла является цикл совершаемый рабочим телом в тепловом двигателе. В таком двигателе рабочее тело получает энергию в форме теплоты от внешних источников и часть ее отдает в форме работы.
Обратный цикл - цикл в котором система совершает отрицательную работу (A 0). Пример - цикл рабочего тела в холодильной установке. В такой установке рабочее тело получает энергию в форме работы и передает энергию в форме теплоты от холодного тела к более нагретому телу.
ОБРАТИМЫЕ И НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ пути изменения состояния термодинамич. системы. Процесс наз. обратимым если он допускает возвращение рассматриваемой системы из конечного состояния в исходное через ту же последовательность промежут. состояний что и в прямом процессе но проходимую в обратном порядке. При этом в исходное состояние возвращается не только система но и среда. Обратимый процесс возможен если и в системе и в окружающей среде он протекает равновесно. При этом предполагается что равновесие существует между отдельными частями рассматриваемой системы и на границе с окружающей средой. Обратимый процесс - идеализир. случай достижимый лишь при бесконечно медленном изменении термодинамич. параметров. Скорость установления равновесия должна быть больше чем скорость рассматриваемого процесса. Если невозможно найти способ вернуть и систему и тела в окружающей среде в исходное состояние процесс изменения состояния системы наз. необратимым.
Необратимые процессы могут протекать самопроизвольно только в одном направлении; таковы диффузия теплопроводность вязкое течение и др. Для хим. р-ции применяют понятия термодинамич. и кинетич. обратимости к-рые совпадают только в непосредств. близости к состоянию равновесия. Р-ция А + ВС + D наз. кинетически обратимой или двусторонней если в данных условиях продукты С и D могут реагировать друг с другом с образованием исходных в-в А и В. При этом скорости прямой и обратной р-ций соотв. гдеи-константы скорости [А] [В] [С] [D]- текущие концентрации (активности) с течением времени становятся равными и наступает химическое равновесие в к-ром -константа равновесия. зависящая от т-ры. Кинетически необратимыми (односторонними) являются обычно такие р-ции в ходе к-рых хотя бы один из продуктов удаляется из зоны р-ции (выпадает в осадок улетучивается или выделяется в виде малодиссоциированного соед.) а также р-ции сопровождающиеся выделением большого кол-ва тепла.
На практике нередко встречаются системы находящиеся в частичном равновесии т.е. в равновесии по отношению к определенного рода процессам тогда как в целом система неравновесна. Напр. образец закаленной стали обладает пространств. неоднородностью и является системой неравновесной по отношению к диффузионным процессам однако в этом образце могут происходить равновесные циклы мех. деформации поскольку времена релаксации диффузии и деформации в твердых телах отличаются на десятки порядков. Следовательно процессы с относительно большим временем релаксации являются кинетически заторможенными и могут не приниматься во внимание при термодинамич. анализе более быстрых процессов.
Необратимые процессы сопровождаются диссипатив-ными эффектами сущностью к-рых является производство (генерирование) энтропии в системе в результате протекания рассматриваемого процесса. Простейшее выражение закона диссипации имеет вид:
гдесредняя т-ра diS-производство энтропии - т. наз. нескомпенсированная теплота Клаузиуса (теплота диссипации).
Обратимые процессы будучи идеализированными не сопровождаются диссипативными эффектами. Микроско-пич. теория обратимых и необратимых процессов развивается в статистической термодинамике. Системы в к-рых протекают необратимые процессы изучает термодинамика необратимых процессов.
-й закон — второе начало термодинамики: Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода. Имеется несколько различных но в тоже время эквивалентных формулировок этого закона. 1 — Постулат Клаузиуса. Процесс при котором не происходит других изменений кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному является необратимым то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких либо других изменений в системе. Это явление называют рассеиванием или дисперсией энергии. 2 — Постулат Кельвина. Процесс при котором работа переходит в теплоту без каких либо других изменений в системе является необратимым то есть невозможно превратить в работу всю теплоту взятую от источника с однородной температурой не проводя других изменений в системе.
Цикл Карно — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно работающая по этому циклу обладает максимальным КПД из всех машин у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно.
Цикл Карно назван в честь французского физика Сади Карно который впервые его исследовал в 1824 году.
Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом так и в обратном направлении при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.
Описание цикла Карно
Цикл Карно в координатах P и V
Цикл Карно в координатах T и S
Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой TH холодильника с температурой TX и рабочего тела.
Цикл Карно состоит из четырёх стадий:
Изотермическое расширение (на рисунке — процесс AБ). В начале процесса рабочее тело имеет температуру TH то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты QH. При этом объём рабочего тела увеличивается.
Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рисунке — процесс БВ). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.
Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс ВГ). Рабочее тело имеющее к тому времени температуру TX приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься отдавая холодильнику количество теплоты QX.
Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс ГА). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.
Энтропия (от греч. ρα— поворот превращение)— понятие впервые введённое Клаузиусом в термодинамике для определения меры необратимого рассеивания энергии меры отклонения реального процесса от идеального. Определённая как сумма приведённых теплот она является функцией состояния и остаётся постоянной при обратимых процессах тогда как в необратимых— её изменение всегда положительно.
Термин широко применяется и в других областях знания: в статистической физике— как мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации как мера неопределённости какого-либо опыта (испытания) который может иметь разные исходы; в исторической науке для экспликации феномена альтернативности истории (инвариантности и вариативности исторического процесса
Водяной пар — газообразное состояние воды.Образуется молекулами воды при ее испарении. При поступлении В.п. в воздух он как и все другие газы создает определенное давление называемое парциальным.[1] Оно выражается в единицах давления — паскалях. Водяной пар может переходить непосредственно в твердую фазу — в кристаллы льда.

курсовик2.doc

Министерство образования и науки РФ
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Курсовой работа по дисциплине:
тема: «Расчет двухзонной методической печи»
Череповец 2008-2009 учебный
Конструкция отдельных частей печи 1
Расчет горения топлива: 9
1.Перерасчет состава топлива . 9
2 Объем воздуха и продуктов полного
3. Низшая теплота сгорания . .. 11
4. Температура горения топлива 11
Расчет теплообмена в рабочем пространстве
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве
Расчет нагрева металла . ..18
Расчет основных параметров . 25
. Тепловой баланс печи 28
Основные теплотехнические показатели рабочей
Аэродинамический расчет . .37
Расчет дымового тракта . .37
Расчет дымовой трубы .. 41
Расчет топливосжигающих устройств . ..43
Техническое задание.
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по
температурному режиму.
Производительность печи G=188 тч
Нагреваемый металл: сталь 3
Заготовки квадратного сечения размером 10500*100*100 мм
CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2
Топливо – природный газ. Состав топлива в %:
Температура подогрева 400 °С
Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и
кузнечных цехах для нагрева квадратных прямоугольных а иногда и
круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено
тем что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при
невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла
методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с
другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при
помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая
заготовка выдается из печи.
Металл поступает в зону наиболее низких температур и продвигаясь
навстречу дымовым газам температура которых монотонно повышается
постепенно (методически) нагревается.
Первая (по уходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой
называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается
до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепенный
нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим
нагрева когда металл находится в упругом состоянии.
Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся
навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами отходящими
из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в
методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур
методических печей температура поддерживается на уровне 1300 - 1400С
в конце же методической зоны она находится в пределах 750-1000С.
Вторая ( по ходу металла) зона называется зоной высоких температур
или сварочной зоной. Назначение этой зоны – быстрый нагрев поверхности
заготовок до конечной температуры. Температура металла в методических
печах обычно составляет 1150-1250С. Для интенсивного нагрева
поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо
обеспечивать температуру на 50-100 К выше.
В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность
металла; температура середины металла отстает от температуры
поверхности. Однако при нагреве тонких заготовок нет необходимости
делать выдержку для выравнивания температур по сечению так как имеет
место небольшой перепад температур.
В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев
металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае когда
металл продвигаясь по монолитному поду нагревается только с одной
стороны сверху. Для этого на всю длину сварочной и методической зон
оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.
При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные
(водоохлаждаемые) трубы по которым перемещается металл. Глиссажные
трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две-три на
каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с
водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже и на
его поверхности образуются темные пятна.
Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в
двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны
выполняется без нижнего обогрева с монолитным огнеупорным подом.
Как монолитный под так и под томильной зоны в трехзонных
методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала
который не взаимодействует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее
действие продвигающегося металла.
Высотой рабочего пространства считается расстояние от высшей точки
свода до пода. В печах оборудованных глиссажными трубами полная
высота печи делится на две части: верхнюю ( расстояние от нажней части
заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода).
Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи а
ширина – по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нормальным
соотношение размеров когда отношение длины к ширине равно 5÷6 (
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи
металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При
торцевой выдаче необходим один толкатель который выполняет роль также
Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель но и
выталкиватель поэтому такие печи при размещении требуют больших
При торцевой выдаче через окно выдачи расположенное ниже пода печи
происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса
усиливается инжектирующим действием горелок расположенных в торце
Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами
обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент
использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве что объясняется
наличием методической зоны.
Методические печи могут быть двухзонными трехзонными и многозонными.
Трех- и много зонные печи применяются в тех случаях когда в
нагреваемых заготовках могут возникнуть значительный перепады
температур по толщине
( более 200 К на один метр толщины металла). Эти печи снабжены
дополнительными (томильными) зонами в которых и осуществляется
выравнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи.
Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в
соответствии с режимом нагрева и производительностью печи.
Так например если нагрев двухступенчатый то и профиль печи должен
быть двухзонный если нагрев трехступенчатый то и профиль должен быть
трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок то печь
должна иметь наклонный под.
Конструкции отдельных частей печи
Под печи. Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых
потерь через него следует выполнять в 2.5÷3.0 кирпича. Кроме того
необходимо применять изоляцию пода.
В методической части печи под выкладывается из шамота в 1.5÷2 кирпича
и прослойкой из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65÷130мм.
При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную
подушку толщиной 200÷300мм которая в свою очередь опирается на
кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий
Для нормальной работы необходимо чтобы наивысший уровень грунтовых
вод проходил не ближе чем на 250мм от площади нижних дымовых каналов.
Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или
заключают все строение печи находящееся ниже уровня грунтовых вод в
водонепроницаемый металлический кессон. Иногда кессон выполняется из
В нагревательных печах для устройства пода применяют магнезитовый
хромитовый и тальковый кирпич и также сырой тальк и хромистый
железняк. Самым дешевым является тальк но в то же время из всех
перечисленных выше материалов он устойчив против окалины хотя по
сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.
Под в сварочном пространстве выполняется толщиной в 3 кирпича т.е.
0мм. Верхний слой (150÷250мм) выкладывается магнезитовыми или
хромистыми материалами. Следующий слой – шамотный. Нижний изоляционный
слой имеет толщину 100÷150мм.
Стены нагревательных печей делаются толщиной в 375÷500мм что
составляет 1.5÷2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры:
0×115×65 или 250×125×65мм.
Более тонкие стенки в 1.5 кирпича (375мм) делаются обычно в случае
применения изоляции. Стены методических печей выкладываются из
шамотного кирпича. Динас применяется только для сварочного
пространство и стен топочного пространство методических печей.
Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не
более 4÷5м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба
свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела
прогиба получается если радиус кривизны будет равен ширине пролета.
Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода
упираются в опоры называемые пятовыми кирпичами. Для большей
прочности свода пятовые кирпичи
укладываются глубоко в стенку. Чем больше ширина пролета тем толще
должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из
стандартного кирпича 230 и 300мм; при пролетах более 3.5м применяется
кирпич длиной 345мм или больше.
Кроме арочных сводов существуют многочисленные конструкции так
называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов – секционная и
В индивидуальной системе каждый кирпич имеет свою подвеску а в
секционной системе отдельные кирпичи связаны в группы или ряды
которые подвешиваются в целом к арматуре. Наибольшее распространение
получили подвесные своды представляющие собой двутавр на который
надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для
ремонта и возможность тщательного его монтажа. Расстояние между
центрами подвесок – 300мм толщина свода – 300мм. Толщина кирпича –
8 и 73мм. Второй размер 73мм служит для компенсации неточности в
изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без подгонки
варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных
сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы
наивысшего качества.
Борова прокладываются в земле выше уровня грунтовых вод. При
расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в
кессоны. Влага не должна проникать в борова так как это значительно
ухудшит тягу дымовой трубы а следовательно и работу печи. Размеры
боровов определяются по скорости движения газов которая не должна
превышать при 0С и 760 мм рт ст 1.5÷2.5мс.
Из практических соображений борова не должны быть менее 600×600мм.
Стенки и под боровов выполняются в 1.5÷2.0 кирпича: внутренний кирпич
– шамотный а наружный (0.5 или целый) – красный. Свод боровов
выкладывается из шамота в один кирпич или же делается еще одна арка
из красного кирпича и засыпается золой и землей. Борова обычно
перекрываются полуциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боровах
составляет 0.08÷0.12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают
бетонную подушку толщиной 100÷200мм.
Крепление печей. При кладке печей необходимо следить за тем чтобы
предусмотрено достаточное количество температурных швов. В сводах
например температурные швы заполняются деревянными дощечками или
картоном которые выгорают по мере разогрева печи. Назначение
температурных швов – компенсация объемных изменений размеров кладки
при нагреве последней. При определении величины температурного шва
необходимо считаться с качеством кирпича плотностью кладки и способом
крепления. В целях сохранения формы кладки устраивают еще
металлическое крепление печей состоящее из опорных балок и каркасов
сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком
жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то чтобы
температурные швы были достаточных размеров. Если температурные швы
будут недостаточны то может произойти разрыв жесткого крепления или
Расчет горения топлива
1Пересчет состава топлива.
Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на
влажный проводится по формуле:
где dr – влагосодержание газа гм3 х – содержание компонента %
2.Объем воздуха и продуктов полного сгорания.
Теоретический расход сухого кислорода:
Теоретический расход сухого окислителя:
где O2ок – объемное содержание O2 в окислителе %
Расход сухого окислителя при [pic]
Расход сухих трехатомных газов:
Теоретический выход азота:
где N2ок – объемное содержание азота в окислителе %
Теоретический выход водяных паров:
где dок – влагосодержание окислителя гм3
Выход продуктов полного сгорания при [pic]
Объемный состав продуктов полного сгорания:
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:
3.Низшая теплота сгорания
Наиболее точной формулой для определения низшей теплоты
сгорания газообразного топлива является формула Менделеева т.е.
суммированием тепловых эффектов реакций горения:
Для газообразного топлива определяется по формуле:
4.Температура горения топлива
Эта часть расчета необходима для того чтобы установить обеспечивает
топливо нужную температуру нагрева металла и если не обеспечивает то
определить необходимую степень подогрева сред участвующих в горении.
Энтальпия продуктов сгорания:
где [pic]– химическая энтальпия продуктов сгорания:
где [pic] – недожог топлива кДжм3 ([pic]=3%[pic])
[pic] – физическое тепло вносимое воздухом и газом
Из приложения 4 t=400 0СQф - изобарная теплоемкость воздуха.
iв - энтальпия воздуха.
Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания 500 ОС
По полученным значениям строим график зависимости энтальпии 1м3
продуктов сгорания от температуры (рис. 1)
Графически определяем что iобщ = 342791 кДжм3 соответствует
расчетная температура tрасч.=2050 oC
Действительная температура горения:
где [pic] – опытный пирометрический коэффициент ([pic])
Рисунок 1. Зависимость 1 м.куб. продуктов сгорания от температуры.
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи.
1 Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.
Целью расчета внешнего теплообмена является определение приведенного
коэффициента излучения от газов и кладки на металл.
Расчет приведенного коэффициента излучения от газов и кладки на
проводим для верхней части рабочего пространства печи для нижних зон
коэффициента излучения принимаем таким же.
Для проведения расчета определяем размеры рабочего
Ширина рабочего пространства:
где n – число рядов заготовок
[pic] – расстояние между рядами заготовок или между торцами заготовок
и боковыми стенками печи м.
l – длина заготовки м.
Средняя высота рабочего пространства печи:
в сварочной зоне – hсв = 2 м.
В методической зоне – hмет = 15 м.
где Lсв Lмет. – соответственно длины сварочной и методической зон.
Внутренняя поверхность стен и свода:
Суммарная поверхность кладки и металла окружающих газовый объем:
Объем заполняемого газом рабочего пространства
Средняя эффективная длины луча:
Парциальное давление газов:
Степень черноты газов [pic]и [pic] в сварочной и методической зонах
определяем по приложениям 5 и 6.
Температура газов в сварочной зоне:
Средняя температура газов в методической зоне:
[pic]температура уходящих газов
Степень черноты продуктов сгорания:
где [pic]- поправочный коэффициент определяем по приложению 7.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл
Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:
в методической зоне:
Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла:
3 Расчет нагрева металла
Среднемассовая конечная температура заготовки:
[pic] где [pic] – заданный конечный перепад температур в заготовке
Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева
где [pic]– коэффициент теплопроводности металла при [pic]
Определяем из рис. 6: [pic]
S – полная толщина металла м.
Расчетная температура газов в сварочной зоне:
Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной
где [pic] – количество тепла уносимого уходящими газами из сварочной
где [pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая температуре.
[pic] – количество тепла излучаемого из сварочной зоны в методическую.
[pic] – удельный тепловой поток излучения ([pic]= 100 кВтм2)
[pic] – площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе
сварочной и методической зон.
[pic] – общая тепловая мощность печи
[pic] – удельный расход тепла (b = 2500 кДжкг)
G – производительность печи кгч
[pic] – количество тепла уносимое уходящими газами из печи
[pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая [pic]
Изменение теплосодержания металла в печи:
где iз iо – теплосодержание металла соответствующее
конечной [pic] температурам кДжкг.
Изменение теплосодержания металла вместе с образовавшейся окалиной:
[pic] – угар металла % ([pic]=2%)
Сок – теплоемкость окалины Сок = 1 кДж(кг*К)
m -коэффициент учитывающий сколько окалины Fe3O4
(кг) образуется от окисления 1 кг железа (m=138).
Приращение теплосодержания металла в методической зоне:
Приращение теплосодержания в сварочной зоне:
Нагрев металла в методической зоне (участок I)
Удельный тепловой поток в начале зоны:
Удельный тепловой поток в конце зоны:
где [pic] - средняя температура металла в конце методической
зоны соответствующая его теплосодержанию
λ=396 Вт(м ·К).– теплопроводность металла
соответствующая температуре [pic].
Уравнение для q1 решается методом последовательных приближений. В
приближении находим [pic] полагая член [pic].
Температура поверхности металла в конце зоны:
Перепад температур по сечению металла в конце зоны:
Температура оси металла в конце зоны:
Средний тепловой поток в методической зоне:
Время нагрева металла в методической зоне:
Участок сварочной зоны с монолитным подом (участок II'').
Время нагрева металла на этом участке:
[pic] – длина монолитного пода ([pic]= 5 м)
Чтобы определить параметры данного металла в начале
участка необходимо найти
критерии Био и Фурье. Критерий Фурье:
Теплоемкость металла: [pic]
Коэффициент теплопроводности:
Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева:
С помощью приложений по значениям критериев Bi и Fo определяем
величину [pic]и вычисляем перепад температур в начале участка: [pic]
Удельный тепловой поток в начале участка:
Температура поверхности металла при переходе на монолитный
Среднемассовая температура металла:
Температура на оси заготовки:
Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом.
Средний тепловой поток на участке:
Теплосодержание металла в конце участка i2=810 кДжкг соответствует
температуре tм2=1189С по рисунку 5.
Приращение теплосодержания на участке:
Время нагрева на участке:
Общее время нагрева:
Удельная продолжительность нагрева:
4 Расчет основных размеров.
Длина активного пода:
Длина методической зоны:
Длина сварочной зоны с монолитным подом:
Длина сварочной зоны с двухсторонним обогревом:
Площадь активного пода:
Площадь полезного пода:
Напряженность активного пода:
Напряженность полезного пода:
Расстояние между опорными трубами составляет 1000 мм. Смотровые и
рабочие окна располагаются симметрично с обеих сторон печи.
В сварочной зоне на участке с двухсторонним обогревом располагается 16
а на участке с монолитным подом – 8 рабочих окон. Количество окон
выбирается в зависимости от расстояния между осями окон которое
принимается для рабочих окон 1250 мм для смотровых окон – 1700 мм.
Размеры торцевых окон посада и выдачи:
[pic] – высота окна м
Тепловой баланс печи:
Тепло горения топлива:
где В – расход топлива кгс
Тепло внесенное подогретым воздухом и топливом (газом):
Тепло выделившееся при окислении железа:
Полезное тепло на нагрев металла:
Потери тепла с уходящими газами:
Потери тепла теплопроводностью:
где [pic] – средняя температура внутренней поверхности кладки оС
[pic] – температура окружающего воздуха оС
[pic] и [pic] – соответственно толщина огнеупорной кладки и
[pic] и [pic] – соответственно коэффициенты теплопроводности
огнеупорной кладки и изоляции Втм*К
[pic]– коэффициенты конвективной теплоотдачи от стенок и окружающего
[pic] – площадь поверхности кладки м2.
Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь свода и
стен сварочной и методической зон:
Средняя температура внутренней поверхности кладки tкл определяется
Безразмерные температуры:
Средняя температура поверхности металла:
Тепловые потери через свод в сварочной зоне.
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции.
Средняя температура слоя огнеупора:
Средняя температура слоя изоляции:
Коэффициенты теплопроводности динаса:
Коэффициенты теплопроводности изоляции:
Потери тепла теплопроводностью через свод: [pic]
Потери тепла теплопроводностью через стены: [pic]
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода:
Не превышать максимально допустимого значения для материала изоляции в
Правильность принятых средних температур слоев проверяется по
Расхождение между принятым значением средних температур и
формулам не превышает 20%.
Тепловые потери через свод и стены в методической зоне
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:
Средняя температура слоя огнеупора (динаса):
Коэффициент теплопроводности динаса:
Коэффициент теплопроводности изоляции:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода: [pic]С
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции стены:
подсчитанным по формулам не превышает 20%.
Потери тепла через окна печи.
Потери тепла через закрытые окна печи.
В сварочной зоне: [pic] [Вт]
где n=16 – число окон; [p
S=023 толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент
теплопроводности материала окна при [pic] Втм·К.
В методической зоне расчет аналогичный
где n=8 – число окон; [p S=023 –
толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент
материала окна при [pic] Втм·К.
Потери тепла излучением через открытые окна:
где [pic] – коэффициент диафрагмирования ([pic]=07)
Потери тепла с окалиной:
Потери тепла с охлаждающей водой:
Приравняв приходные и расходные статьи теплового баланса определяем
секундный расход топлива В кгс:
Приходные и расходные статьи теплового баланса сводятся
Тепловой баланс печи.
Статья Приход тепла Статья Расход тепла
Тепло горения 543256 7885 1. Полезное тепло на 42477566161
топлива нагрев металла
Тепло 86691 1258 2. Потери тепла с 10842281572
внесенное уходящими газами.
Тепло 590111 857 3. Потери тепла 78561 114
выделившееся при теплопроводностью через
окислении железа. кладку.
Итого: 6889581 100 4. Потери тепла через 50525 073
Потери тепла с 177284 257
Потери тепла с 629946 914
Неучтенные потери. 626832 909
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования химической энергии топлива [pic]
показывающий какая доля химической энергии топлива остается в рабочем
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности
[pic] – количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное
металлом в печи кВт.
[pic] – тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
Рисунок5.Эскиз дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Высота канала: [pic]
Потери на трение в вертикальном канале:
где [pic] – коэффициент трения [pic]
[pic]– коэффициент объемного расширения газа [pic]
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные
[pic]где [pic] – коэффициент местного сопротивления. Из приложения 11:
[pic]Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов: [pic]
выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов [pic]
определяем второй размер:
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова [pic] от вертикальных каналов до трубы 20 м в
том числе до рекуператора 10 м [pic]
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на [pic] на пути от
каналов до рекуператора:
где [pic] - коэффициент местного сопротивления
Потери давления в рекуператоре: [pic]
Местные потери давления при повороте на [pic] на входе в дымовую
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства
печи к основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=35м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем: [pic]
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
[pic] барометрическое давление минимальное для данной местности кПа
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным
условиям): газа [pic] воздуха [pic]
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
Избыточное давление газа перед горелкой:
Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где[pic]- коэффициент сопротивления форсунки
где К – коэффициент (для природного газа К=15);
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи
работающей по двудонному температурному режиму производительностью
0тч. В ходе его был рассчитан процесс горения топлива
гидродинамики теплоотдачи нагрева металла и дымовой тракт. В
результате получила следующие основные параметры методической печи:
-длина активного пода: [pic]
-длина методической зоны: [pic]
-длина сварочной зоны: [pic]
-высота методической зоны: [pic]
-высота сварочной зоны: [pic]
-высота дымовой трубы: [pic]
-время нагрева металла в печи: [pic]
Кривандин В.А. Неведомская И.Н. и др. Металлургическая
теплотехника. Конструкция и работа печей. 12 тома. Москва
Расчет методических печей. Методические указания по курсовому
проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995 -56 с.
ЧГУ.КП.1101.000.000.ПЗ
ЧГУ КП 1101.000.000 ПЗ

Лаб.Практикум.pdf

Министерство образования Российской Федерации
Тверской государственный технический университет
Кафедра «Гидравлика теплотехника и гидропривод»
Методические указания
«Виртуальная лаборатория
по технической термодинамике
Составители: доц. Кузнецов Б.Ф.
Работа 1. Первый закон термодинамики в применении к решению одной
из технических задач 3
Работа 2. Определение параметров влажного воздуха ..13
Работа 3. Исследование процесса истечения из суживающегося сопла . 25
Работа 4. Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала (метод цилиндрического слоя) 37
Работа 5. Определение коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции (метод струны) ..46
Работа 6. Исследование процессов теплообмена на горизонтальном трубопроводе .. ..56
Современные энерго-технологические системы требуют от специалиста
глубокого понимания законов и принципов действия теплового оборудования встроенного в эти системы. Только достаточно высокий уровень общетеплотехнической подготовки позволит специалисту решать задачи по созданию современных экономически выгодных тепловых установок и находить
пути повышения их энергетической эффективности.
Лабораторные исследования позволяют более глубоко понимать основные законы термодинамики и теплопередачи принципы работы тепловых
установок. Обработка опытных данных может осуществляться с помощью
диаграмм и справочных таблиц умение пользоваться которыми необходимо
В состав виртуальной лаборатории включены шесть работ: три работы
по технической термодинамике и три – по теплопередаче. Использование
компьютерных технологий при выполнении лабораторных работ позволяет
значительно расширить диапазон как качественных так и количественных
характеристик исследуемых процессов. Использование виртуальной лаборатории позволяет руководителю занятий ставить перед обучаемым индивидуальные задания по исследованию теплотехнических процессов.
Работа 1. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ В ПРИЛОЖЕНИИ К
РЕШЕНИЮ ОДНОГО ИЗ ВИДОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.
Цель работы. Определение с помощью уравнения первого закона термодинамики количества теплоты отдаваемого в окружающую среду в условиях лабораторной установки.
Основные положения. Одно из возможных формульных представлений первого закона термодинамики в расчете на 1 кг массы рабочего тела
q и l - соответственно суммарные количества теплоты и техничеj
ской работы переносимые через контрольную оболочку термодинамической системы;
h – изменение энтальпии рабочего тела h
Экин – изменение кинетической энергии потока 1 кг рабочего тела
Эпот – изменение потенциальной энергии потока1 кг рабочего тела
Э пот = g ( Z 2 Z1 )
h1 W1 и Z1 соответственно энтальпия скорость и геометрическая
высота от условного уровня отсчета для входного сечения потока рабочего тела;
h2 W2 и Z2 соответственно энтальпия скорость и геометрическая
высота от условного уровня отсчета для выходного сечения потока рабочего тела.
Вся термодинамическая система представленная на рис. 1 делится на
два участка (две подсистемы): первый участок от входного сечения I до сечения IIа а второй - от сечения IIа до сечения II. Каждый из этих участков
заключается в свою контрольную оболочку (на схеме показаны пунктирной
При установившемся режиме теплообмена в установке внутри и с окружающим воздухом температура трубы (tx) не меняется. В условиях этого стационарного режима работы установки уравнение первого закона термодинамики для I-го участка (подсистемы) приобретает вид:
+ g ( Z 2 a Z1 ) + q н1
lэ1 – работа электрического тока подаваемого на электродвигатель компрессора определяемая по уравнению:
G – расход воздуха рассчитываемый по показаниям вакуумметра воздухомерного устройства;
Nэ – мощность потребляемая электродвигателем компрессора оцени-
вается по показаниям амперметра и вольтметра. Часть этой мощности передается воздуху в виде технической работы совершаемой компрессором а
часть – в виде тепла;
qн1 – количество тепла отдаваемое системой на I-ом участке в окружающую среду.
Расчетная схема I-го участка может быть представлена в следующем виIIa
Уравнение первого закона термодинамики для II-го участка (подсистемы)
+ g (Z 2 Z 2а ) + q н 2
lэ2 – работа электрического тока подаваемого на нагрев трубы определяемая
Nн – мощность потребляемая на нагрев трубы преобразуемая целиком
в тепло и оцениваемая по показаниям амперметра и вольтметра. Часть
этой мощности отводится в окружающую среду;
qн2 – количество тепла отдаваемое системой на II-ом участке в окружающую среду.
Расчетная схема II-го участка может быть представлена в следующем виде:
Для термодинамической системы в целом уравнение первого закона
термодинамики образуется суммированием уравнений (5) и (7) и представляется в виде:
l э1 + l э 2 = h 2 h 1 +
+ g ( Z 2 Z1 ) + q н1 + q н 2
qн1 + qн2 = qн – общее количество теплоты отдаваемое в окружающую
Схема и описание установки. Рабочее тело воздух компрессором 1
(рис. 1) забирается из окружающей среды сжимается и поступает в горизонтальный участок трубы 5. Воздух на пути из окружающей среды в компрессор проходит через воздухомерное устройство 2 типа «труба Вентури». Ко-
личество воздуха проходящее через установку может изменяться с помощью заслонки 3. Параметры окружающей среды измеряются приборами
расположенными на панели 11 «Окружающая среда» (ртутный чашечный
барометр и жидкостно-стеклянный термометр). На панели 4 «Статические
напоры» расположены три U-образных манометра для измерения статических давлений в сечениях: «горло» воздухомера (Н) на входе в компрессор
(Нв) и за компрессором (Нн). В результате подведенного тепла воздух проходя от сечения II где его температура равна температуре окружающей
среды t1 = tокр нагревается до температуры t2а которая измеряется термопарой 6 в комплекте с вторичным прибором.
Рис. 1. Схема установки.
Для определения мощности подведенной к электродвигателю компрессора
служит панель 8 «Работа компрессора» с размещенными на ней амперметром
и вольтметром. Мощность расходованная на нагрев горизонтального участка
трубы 5 определяется по показаниям вольтметра и амперметра расположенных на панели 10 «Нагрев трубы».
Температура воздуха при входе в
воздухомер (сечение I)
Температура воздуха при выходе
из трубы (сечение II)
Показания вакуумметра («горло»
Показания пьезометра (после компрессора)
Напряжение и сила тока потребляемого компрессором
Напряжение и сила тока потребляемого на нагрев трубы
Температура окружающей среды
Расчетные формулы и расчеты.
1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле:
2. Перепад давления воздуха в воздухомере Р:
где ρ – плотность воды в U-образном вакуумметре равная 1000 кгм3;
g – ускорение свободного падения равное 981 мсек2;
Н – показание вакуумметра («горло») воздухомера переведенное в м
3. Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера ρв
где R – характеристическая газовая постоянная воздуха равная 287
G = 0525·10 3 · ρв ·Р кгсек
5. Абсолютное давление в сечении на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу Р2а
Р 2 а = Р атм + ρ g Н н Па
где Нн - показание пьезометра (после компрессора) переведенное в м
6. Плотность воздуха на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу ρ2а
где t2а – температура воздуха на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу (сечение IIа) °С.
7. Плотность воздуха на выходе из трубы ρ2
где t2 – температура воздуха на выходе из трубы (сечение II) °С.
8. Значение энтальпии воздуха h в сечениях I IIa и II определяется по
где ср – теплоемкость воздуха при постоянном давлении которая может
быть принята не зависящей от температуры и равной 1006 кДж(кг·°С);
tj – температура в рассматриваемом сечении °С;
j – индекс рассматриваемого сечения (I IIa или II).
9. Средняя скорость потока Wj в сечениях IIa и II определяется по общему уравнению
где F – площадь проходного сечения для потока воздуха одинаковая для сечений IIa и II и равная 135·10-3 м2;
ρj – плотность воздуха в рассматриваемом сечении кгм3;
j - индекс рассматриваемого сечения (IIa или II).
Скорость потока воздуха в сечении I (на входе в воздухомер из окружающей среды) должна быть принята равной W1 = 0.
10. Изменение потенциальной энергии на участке I IIа Эпот
Э пот = g·( Z 2 а Z1 )·10 3 кДжкг
Так как в данной работе (Z2а – Z1) = 04 м то Эпот = 00039 кДжкг
одинаково для всех опытов и сравнительно мало. Поэтому величиной этого
слагаемого в уравнении (5) можно пренебречь.
11. Работа электрического тока lэ1 на I-ом участке (подсистеме)
где Iк – сила тока потребляемая электродвигателем компрессора а;
Uк – напряжение подаваемое на электродвигатель компрессора в.
12. Работа электрического тока lэ2 на II-ом участке (подсистеме)
где Iн – сила тока потребляемая на нагрев трубы а;
Uн – напряжение подаваемое на нагрев трубы в.
13. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной таблицы 2.
Атмосферное давление
Перепад давления воздуха в воздухомере
Плотность воздуха по состоянию в
Плотность воздуха в сечении IIа
Средняя скорость потока в сечении
Плотность воздуха при выходе из
Средняя скорость потока при выходе
Работа электрического тока на пер9
вом участке (подсистеме)
Изменение энтальпии потока на
первом участке (подсистеме)
Изменение кинетической энергии
потока на первом участке (подсисЭкин1
Количество теплоты отдаваемое на
первом участке в окружающую среqн1
Работа электрического тока на вто13
ром участке (подсистеме)
Изменение энтальпии потока на вто14
потока на втором участке (подсисЭкин2
втором участке в окружающую среqн2
Общее количество тепла отдаваемое
в окружающую среду термодинамиqн
14. Пояснения к расчетам некоторых величин при заполнении таблицы результатов расчета
q н1 = l э1 h1 Э кин1 кДжкг
h 2 = h 2 h 2 a кДжкг
q н 2 = l э 2 h 2 Э кин 2 кДжкг
q н = q н1 + q н 2 кДжкг
Контрольные вопросы.
1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните как достигается
2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.
3. Какими методами измеряется температура в данной работе?
4. Как измеряется и регулируется расход воздуха в данной работе?
5. На что расходуется мощность подведенная к компрессору и как она определяется?
6. Сформулируйте и напишите аналитические выражения первого закона
термодинамики для замкнутой и разомкнутой оболочек.
7. Каков физический смысл величин входящих в уравнения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой оболочек?
8. Дайте определение и поясните физический смысл понятий теплоты и
работы в технической термодинамике.
9. Что означают знаки « + » и « » для теплоты и работы?
10. На что и каким образом влияет изменение нагрева трубы при постоянном расходе воздуха?
11. На что расходуется мощность подведенная для нагрева трубы и как
12. . Как осуществляется выбор контрольных оболочек (границ) подсистем
(системы) применительно к данной лабораторной работе?
13. В каком месте и почему границы подсистем (системы) размыкаются?
14. Что называется внутренней энергией рабочего тела? Свойства внутренней энергии и расчетные формулы.
15. Что называется энтальпией рабочего тела? Свойства энтальпии и расчетные формулы.
Работа 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Цель работы. Изучение термодинамических свойств влажного воздуха и
процессов изменения параметров влажного воздуха.
Основные положения. Влажный воздух представляет собой смесь сухого
воздуха и водяного пара. Знание свойств влажного воздуха необходимо для
расчетов процессов сушки влажных материалов и изделий а также систем
вентиляции и кондиционирования воздуха. Влажный воздух можно рассматривать с некоторыми допущениями как газовую смесь к которой применимы
законы идеального газа.
З а к о н Д а л ь т о н а формулируется так: общее давление смеси равно
сумме парциальных давлений компонентов. Каждый газ ведет себя так как
если бы он был один в сосуде занимая весь объем смеси:
где В барометрическое давление;
рв и рп парциальные давления соответственно сухого воздуха и водяного пара.
У р а в н е н и е с о с т о я н и я для идеального газа может быть использовано как для сухого воздуха так и для водяного пара находящегося во влажном воздухе так как во влажном ненасыщенном воздухе влага находится в
состоянии перегретого пара. Уравнение состояния можно записать в следующем виде:
или для 1 кг рабочего тела:
где р парциальное давление компонента Па;
V объем газовой смеси м3;
R характеристическая газовая постоянная Дж(кг·град);
Т абсолютная температура °К;
v удельный объем газа м3кг.
Содержание водяного пара во влажном воздухе может быть выражено
по-разному: через абсолютную или относительную влажность или влагосодержание.
А б с о л ю т н а я в л а ж н о с т ь воздуха характеризует массу водяного пара
которая содержится в 1 м3 влажного воздуха. Так как объем водяного пара в
м3 влажного воздуха также составляет 1 м3 то можно сказать что абсолютная влажность численно равна плотности водяного пара в смеси ρп кгм3. Таким образом абсолютная влажность представляет собой объемную концентрацию пара. Концентрация влаги в воздухе может изменяться. Воздух который способен поглощать водяной пар называется ненасыщенным причем
эта его способность к насыщению зависит от температуры. Чем выше температура тем больше движущая сила процесса сушки определяемая разностью
парциальных давлений паров растворителя над материалом и в окружающем
воздухе. Влага переходит из материала в воздух до наступления состояния
равновесия. При насыщении воздух не поглощает влагу и избыточная влага
начинает конденсироваться. Поэтому в процессе сушки очень важно знать
способность воздуха к насыщению которая характеризуется относительной
О т н о с и т е л ь н а я в л а ж н о с т ь — это отношение концентрации водяного пара ненасыщенного воздуха или газа к концентрации водяного пара насыщенного воздуха или газа при одинаковых температурах и давлениях т. е.
это отношение плотности водяного пара при данных условиях к плотности
предельно возможной при той же температуре и том же барометрическом
где ρп плотность пара в ненасыщенном состоянии (перегретого пара) кгм3;
ρн плотность пара в состоянии насыщения (сухого насыщенного пара)
Из уравнения (3) относительную влажность воздуха можно выразить с небольшой погрешностью отношением парциального давления пара в воздухе к
парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Ошибка при предположении что водяной пар является идеальным газом
составляет приблизительно 15% что вполне допустимо при инженерных
расчетах. Тогда относительная влажность воздуха при температуре t менее
При температуре выше 100°С относительная влажность определяется
где В барометрическое давление Па; ρ max =
Для абсолютно сухого воздуха когда рп = 0 относительная влажность
тоже равна 0. Для воздуха насыщенного водяными парами рп = рн и φ= 1.
Поэтому можно сказать что относительная влажность является показателем
степени насыщения воздуха водяными парами.
В л а г о с о д е р ж а н и е в о з д у х а . Влагосодержанием влажного воздуха называется масса водяного пара в граммах приходящаяся на 1 килограмм абсолютно сухого воздуха:
где Мп и Мв — соответственно массы водяного пара и сухого газа кг.
Используя уравнение состояния (2) для влажного воздуха запишем:
Величина В входящая в формулу зависит от географического положения
местности (для центральных частей России В 745 мм рт. ст.).
Из уравнения (8) видно что влагосодержание воздуха зависит от относительной влажности парциального давления насыщенного водяною пара и
барометрического давления. Для насыщенного воздуха (φ = 1) с возрастанием парциального давления (или температуры насыщения) увеличивается количество влаги в газе. С увеличением барометрического давления влагосодержание воздуха падает. При температуре более 100 °С рн = В тогда формула (8) приобретает следующий вид:
т. е. величина d при t > 100 °С зависит только от φ.
Т е п л о с о д е р ж а н и е влажного воздуха в котором содержится 1 кг сухого
воздуха и d г влаги можно представить как сумму теплосодержаний (энтальпий) сухого газа и перегретого водяного пара. Теплосодержание I влажного
воздуха относится обычно к 1 кг сухого воздуха:
где hв = 1006·t — энтальпия сухого воздуха кДжкг (1006 — средняя удельная
hп = (2500+197·t) — энтальпия водяного пара равная сумме его теплосодержания при 0°С и тепла перегрева от 0° до t (197 — средняя удельная теплоемкость перегретого водяного пара кДж(кг · град).
Таким образом теплосодержание влажного воздуха на 1 кг сухого воздуха определяется по формуле:
I = 1006·t + 0001·d·( 2500 + 197·t ) кДжкг
Из этой формулы видно что энтальпия влажного воздуха возрастает с
увеличением его температуры и влагосодержания.
Т е м п е р а т у р а т о ч к и р о с ы является одной из характеристик влажного
воздуха. По этой температуре можно определить относительную влажность
воздуха. Температурой точки росы или температурой насыщения называется та температура до которой следует охладить влажный воздух (при по-
стоянном влагосодержании) чтобы он стал насыщенным При этом водяной
пар конденсируется и выпадает в виде росы (φ = 1). Парциальное давление
водяного пара рп равно давлению в состоянии насыщения рн. Температуру
точки росы можно определить по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара как температуру насыщенного воздуха при парциальном
давлении насыщения рн или по Id диаграмме влажного воздуха (рис. 3).
Схема и описание установки. Лабораторная установка (рис. 1) состоит из
прозрачного пластмассового воздуховода 1 внутри которого установлен
психрометр. Психрометр состоит из двух ртутных термометров: сухого 5 и
так называемого мокрого 4.
Рис. 1. Схема лабораторной установки.
Мокрый термометр отличается от сухого тем что его ртутный термобаллончик обернут тканью смоченной водой. Таким образом мокрый термометр
показывает температуру которую имеет вода содержащаяся во влажной
ткани. Очевидно что с поверхности мокрой ткани (если только влажный воздух не является насыщенным) происходит испарение воды. Убыль влаги в
процессе испарения компенсируется ее поступлением под действием капиллярных сил из специального баллончика 3 с водой. Для уменьшения погрешности показаний мокрого термометра компрессором 2 создается поток воздуха скорость которого измеряется расходомерным устройством типа труба
«Вентури» 9 по показаниям U-образного вакуумметра 10. При достижении
стационарного режима (разность показаний сухого и мокрого термометров
не изменяется во времени) сухой термометр показывает истинное значение
температуры влажного воздуха tс а мокрый температуру испаряющейся с
поверхности ткани воды tм.
Причем чем суше воздух тем больше психрометрическая разность
(tс tм). Переход от одного режима к другому осуществляется путем изменения температуры воздуха с помощью электронагревателя 6. В работе предусмотрена возможность изменения скорости воздушного потока с помощью
поворотной заслонки 8 а также изменение влагосодержания путем впрыскивания в поток воздуха водяного пара генерируемого в автоклаве 7. Измерение параметров окружающей среды выполняется с помощью ртутного барометра 11 и термометра 12. Результаты наблюдений вносятся в протокол (таблица 1).
Температура сухого термометра
Температура мокрого термометра
Разрежение в «горле» воздухомера
1. Приступая к вычислениям необходимо рассчитать истинное значение температуры мокрого термометра tм по формуле:
где tм показание мокрого термометра в психрометре °С;
ошибка в процентах от измеренной психрометрической разности (tс – tм)
определяемая по графику рис. 2 в зависимости от скорости потока воздуха;
tс температура по сухому термометру °С.
Рис. 2. График для определения величины ошибки к показаниям мокрого
термометра при разной скорости воздуха
2. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле:
3. Перепад давления воздуха в воздухомере Р:
4. Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера ρв
9. Средняя скорость потока W определяется по уравнению
где F – площадь проходного сечения для потока воздуха равная величине
10. Плотность воздуха ρ в рассматриваемом сечении при атмосферном давлении по формуле
11.Определение относительной влажности:
а) по психрометрической формуле
р п р м А·( t c t м )
где рм давление насыщения водяного пара при измеренной температуре
рн давление насыщения водяного пара при температуре сухого термометра.
Величины рм и рн находятся по таблицам термодинамических свойств
воды и водяного пара или по рекуррентной формуле полинома:
р = 61041 + t·(4449 + t·(1143 + t·(267·10 2 + t·(261·10 4 + t·285·10 6 )))) Па
Поправочный коэффициент А учитывающий влияние скорости воздуха находится по формуле:
где В барометрическое давление; W скорость воздуха мсек.
Величины всех парциальных давлений р и барометрического давления В в формулах (19 20 и 21) должны иметь одинаковую размерность
(например бар или Па).
б) по Id диаграмме (рис.3). Для нахождения относительной влажности на
диаграмме следует найти точку пересечения изотерм tс и tм. Затем путем интерполяции между линиями φ = const определяется относительная влажность
в %. Кроме того по Id диаграмме влажного воздуха в соответствии с найденным положением точки изотерм tс и tм определяются: влагосодержание
теплосодержание температура точки росы и парциальное давление водяного
пара во влажном воздухе.
Рис. 3. Id диаграмма
12. Абсолютная влажность воздуха ρп определяется по уравнению состояния:
здесь и далее φ – относительная влажность в долях единицы;
Rп – характеристическая газовая постоянная водяного пара равная 462
рн давление насыщения водяного пара при температуре сухого термометра Па;
13. Влагосодержание воздуха определяется по формуле (8).
14. Теплосодержание (энтальпия) влажного воздуха находится по
15. Парциальное давление пара во влажном воздухе по формуле:
6. Результаты расчетов по формулам и найденные по Id диаграмме
влажного воздуха должны быть продублированы в форме сводной таблицы 2.
Истинное значение мокрого
Теплосодержание (энтальпия)
3. Как Вы понимаете такие состояния как насыщенный и ненасыщенный
4. Как Вы относитесь к термину «пересыщенный» влажный воздух?
5. Как формулируется и записывается закон парциальных давлений для
6. Что называется абсолютной относительной влажностью и влагосодержанием влажного воздуха?
7. Как выражается и из чего складывается теплосодержание (энтальпия)
8. Почему с увеличением температуры влажного воздуха его относительная
влажность уменьшается?
9. Чем Вы можете объяснить влияние скорости воздуха на отклонение показания смоченного термометра от истинного значения температуры мокрого
10. Как устроена диаграмма I-d влажного воздуха и каким образом определяются параметры влажного воздуха с помощью диаграммы по показаниям
сухого и мокрого термометров?
11. Покажите на диаграмме и поясните процессы «сухого» нагрева и охлаждения влажного воздуха.
12. Покажите на диаграмме и поясните процесс адиабатного насыщения
13. Дайте определение понятию точки росы. Как определяется температура
точки росы на диаграмме?
14. Какова связь между относительной влажностью воздуха и его влагосодержанием?
15. Дайте вывод аналитической формулы для расчета абсолютной влажности воздуха.
16. Дайте вывод аналитической формулы для расчета влагосодержания воздуха.
17. Дайте вывод аналитической формулы для расчета теплосодержания (энтальпии) воздуха.
Работа 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА
ЧЕРЕЗ СУЖИВАЮЩЕЕСЯ СОПЛО
Цель работы. Исследование зависимости массового расхода воздуха через суживающееся сопло от отношения давления за соплом к давлению перед
Основные положения. Канал в котором с уменьшением давления скорость газового потока возрастает называется с о п л о м ; канал в котором
скорость газа уменьшается а давление возрастает называется д и ф ф у з о р о м . Поскольку назначением сопла является преобразование потенциальной
энергии рабочего тела в кинетическую для анализа происходящего в нем
процесса начальная скорость потока является несущественной и можно принять W1 = 0. Тогда уравнение первого закона термодинамики при адиабатном
истечении рабочего тела через сопло принимает вид:
l 0 = 0 = v·dp = h1 h 2
где W0 —теоретическая скорость потока в выходном сечении сопла;
Р1 — начальное давление рабочего тела;
Р2 — давление среды в которую происходит истечение.
Разность энтальпий (h1 – h2) при истечении через сопла также называется
располагаемым теплопадением и обозначается через h0. Она соответствует
тому максимуму кинетической энергии который может быть получен лишь в
идеальных условиях истечения а фактически из-за неизбежных потерь связанных с необратимостью процесса никогда не достигается.
Исходя из равенства W022 = h0 теоретическую скорость истечения
рабочего тела через сопло в рассматриваемом случае можно определить по
W0 = 2·1000·h 0 = 4472· h 0 мсек
Здесь h0 выражено в кДжкг. Это соотношение справедливо для любого
Рассмотрим адиабатное истечение газа через суживающееся сопло из резервуара (рис.1) достаточно большого объема в котором изменением давления можно пренебречь (Р1 const).
Рис. 1. Истечение газа из резервуара через
В резервуаре газ имеет параметры Р1 T1 v1 (ρ1) а на выходе из сопла Р2
Т2 v2 (ρ1) W2. Давление среды в которую происходит истечение газа обозначим Р0. Основной характеристикой процесса истечения является отношение конечного давления к начальному т. е. величина = Р0Р1.
В зависимости от отношения давлений можно выделить три характерных режима истечения газа: при >кр докритический при = кр критический и при кр сверхкритический режимы.
Значение при котором расход газа достигает максимума называется
критическим кр и находится по формуле:
Как и показатель адиабаты величина кр является физической константой газа т. е. одной из характеристик его физических свойств.
При докритическом режиме истечения (>кр) в сопле происходит полное расширение газа с понижением давления от Р1 до Р0 на срезе сопла
Р2 = Р0 скорость на выходе меньше скорости звука (рис. 2а) располагаемая
работа соответствующая площади 1'-1-2-2'-1' полностью расходуется на
увеличение кинетической энергии газа. При критическом режиме ( = кр)
также происходит полное расширение газа в пределах сопла на срезе
сопла Р2 = Ркр = Р1·кр = Р0 скорость на выходе равна критической скорости –
скорости звука (рис. 2б) располагаемая работа полностью расходуется на
увеличение кинетической энергии газа. При сверхкритическом режиме
(кр) в пределах сопла происходит неполное расширение газа давление
понижается только до критического на срезе сопла Р2=Ркр=1·кр>0 скорость на выходе равна критической скорости – местной скорости звука
(рис.2 в). Дальнейшее расширение газа и понижение его давления до Р0 осуществляется за пределами сопла. На увеличение кинетической энергии расходуется только часть располагаемой работы соответствующая площади 1'1-2-2'-1' другая ее часть соответствующая площади 2'-2-20 -20'-2' в суживающемся сопле остается не реализуемой.
Рис.2. Процесс истечения газа в vp – координатах и характер изменения
скорости звука и скорости истечения газа
а – при >кр; б – при = кр; в – при кр
Скорость газа на выходе из суживающегося сопла определяется по
для первого случая когда >кр Р2 = Р0:
для второго и в третьего случаев когда = кр а Р2 = Ркр = Р1·кр = Р0 и
или подставив значение кр из формулы (3) получим:
тогда при условиях адиабатного истечения
Полученная формула показывает что критическая скорость истечения
газа из сопла равна скорости распространения звуковой волны в этом газе
при его параметрах Ркр и vкр т е местной скорости звука С в выходном сечении сопла.
В этом содержится физическое объяснение тому что при снижении
внешнего давления Р0 ниже Ркр скорость истечения не изменяется а остается
Действительно если Р0>Ркр то W0Wкр или W0C то всякое понижение давления Р0 передается вдоль сопла в направлении обратном движению
потока со скоростью (C W0) > 0. При этом происходит перераспределение
давления и скоростей по всей длине сопла· в каждом промежуточном сечении устанавливается новая скорость соответствующая большему расходу газа. Если же Р0 снизится до Ркр то дальнейшее понижение его уже не сможет
распространяться вдоль сопла поскольку скорость его распространения навстречу потоку снизится до нуля (C Wкр) = 0. Поэтому в промежуточных
сечениях сопла расход газа не изменится не изменится он и в выходном сечении т е скорость истечения останется постоянной и равной Wкр.
Зависимость скорости и расхода газа на выходе из суживающегося сопла от отношения давлений = Р0Р1 показана на рис. 3. Экспериментально
эта зависимость была получена А.Сен-Венаном в 1839 году.
Рис. 3. Изменение скорости
истечения и расхода газа
через суживающееся сопло
и сопло Лаваля от отноше-
В отличие от теоретического изоэнтропийного действительный процесс истечения реального газа происходит при трении частиц газа между собой и о стенки канала. При этом работа затрачиваемая на преодоление сил
трения преобразуется в теплоту в результате чего температура и энтальпия
газа в выходном сечении канала возрастают.
Истечение газа с трением становится необратимым процессом и сопровождается увеличением энтропии.
На рис. 4 в sh - координатах представлены процессы расширения газа
-2 при истечении без трения и 1-2д при истечении с трением. При одинаковом перепаде давлений Р1 Р2 действительный теплоперепад hд = h1-h2д
меньше располагаемого h = h1 h2. В результате этого действительная скорость истечения газа оказывается меньше теоретической.
Рис. 4. Изоэнтропийный и действительный
процессы истечения газа в sh ? диаграмме
Отношение разности располагаемого и действительного теплоперепадов (потери теплоперепада) к располагаемому теплоперепаду называется
коэффициентом потери энергии
К о э ф ф и ц и е н т о м п о т е р и с к о р о с т и называется отношение действительной скорости истечения к теоретической
Коэффициент потери скорости учитывающий уменьшение действительной скорости по сравнению с теоретической в современных соплах равен 095 - 098 .
Отношение действительного теплоперепада h д к теоретическому
h или действительной кинетической энергии Wд22 к теоретической W22
называется к о э ф ф и ц и е н т о м п о л е з н о г о д е й с т в и я канала
С учетом выражений (8) и (10)
Схема и описание установки. Воздух от ресивера поршневого компрессора (на схеме не показан) (рис. 5) по трубопроводу поступает через измерительную диафрагму 1 к суживающемуся соплу 2. В камере 3 за соплом куда
происходит истечение можно устанавливать различные давления выше барометрического путем изменения проходного сечения для воздуха с помощью вентиля 5. А затем воздух направляется в атмосферу. Сопло выполнено
с плавным сужением. Диаметр выходного сечения сопла 215 мм. Суживающийся участок сопла заканчивается коротким цилиндрическим участком с
отверстием для отбора и регистрации давления Р2м и температуры t2д в выходном сечении сопла (прибор 12).. Измерительная диафрагма 1 представляет собой тонкий диск с круглым отверстием по центру и вместе с дифманометром 7 служит для измерения расхода воздуха.
Температура и давление воздуха в окружающей среде измеряются соответственно термометром 8 и чашечным ртутным барометром 6.
Рис. 5. Схема установки.
Температура и давление воздуха перед измерительной диафрагмой замеряется с помощью комбинированного прибора 9 а перед соплом прибором 10. Давление за соплом измеряется манометрической частью комбинированного прибора 11. Все показания приборов заносятся в протокол наблюдений (таблица 1).
Показание ма1 нометра перед
Показание ма2 нометра перед
Показание манометра в вы3
Показание ма4 нометра за соплом
Показания дифманометра
Температура перед диафрагмой
Температура перед соплом
выходном сечении сопла
Температура ок9 ружающей среды
1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле
2. Перевод показаний образцовых манометров Рм Р1м Р2м' и Р2м в абсолютные значения давлений по формуле
Р = Р атм + Р мj = Р атм + g·Р мj ·10 4 Па
где g ускорение свободного падения равное 981 мсек2;
Рмj показания одного из четырех манометров из табл. 1.
3. Перепад давления воздуха на диафрагме
Н – показание дифманометра переведенное в м вод.ст.
4. Плотность воздуха по состоянию перед диафрагмой:
R – характеристическая газовая постоянная воздуха равная 287
5. Действительный расход воздуха через диафрагму (следовательно
G д = 2745·10 5 · ρв ·Р кгсек
6. Теоретическая скорость истечения в выходном сечении сопла:
W2 = 4472· (h1 h 2 ) = 4472· h мсек
7. Значения энтальпий воздуха h1 и h2 в сечениях на входе и на выходе
из сопла определяется по общему уравнению:
j – индекс рассматриваемого сечения.
8. Теоретическое значение температуры в выходном сечении сопла
находится из условия адиабатного процесса истечения по формуле:
T2 = Т1 · 2 = Т1 ·() k °К а t2 = T2 273 °C
– значение отношения давлений. Величину принимают по данным
таблицы результатов расчета (таблица 2) для конкретного опыта когда
режим истечения докритический т.е. > кр; для всех остальных опытов когда = кр критический и кр сверхкритический режимы
величина в формуле (20) равна кр (независимо от данных таблицы 2) и находится по уравнению (3) при k = 14.
9. Действительный процесс истечения сопровождается увеличением
энтропии и температуры Т2д (рис. 4).Действительная скорость истечения при
этом также уменьшается и может быть найдена по уравнению
W2 д = 4472· h д = 4472· h 1 h 2 д мсек
10. Коэффициент потери энергии находится по формуле ( 8 ) .
11. Коэффициент потери скорости находится по формуле (10).
12. Коэффициент полезного действия канала рассчитывается по формуле (11) или (12).
13. Результаты расчетов должны быть продублированы
Давление перед соплом
Перепад давления на диафрагме
стью до трех значащих цифр)
Действительная температу10
Действительная скорость
14. По результатам расчетов построить в соответствующем масштабе
график зависимости расхода газа от отношения давлений.
3. Дайте определение процессов истечения и дросселирования.
4. Напишите уравнение первого закона термодинамики применительно к
5. Напишите уравнение первого закона термодинамики применительно к
процессу дросселирования.
6. Как изменяется скорость истечения через суживающееся сопло при изменении от 1 до 0 (покажите качественное изменение на графике расхода)?
7. Чем объясняется проявление критического режима при истечении?
8. В чем различие теоретического и действительного процессов истечения?
9. Как изображается теоретический и действительный процессы истечения
10. Почему отличаются теоретическая и действительная температуры воздуха на выходе из сопла при истечении?
11. На каком основании процесс дросселирования используется при измерении расхода воздуха?
12. Как может изменяться температура воздуха в процессе дросселирования?
13. От чего зависят величины коэффициентов: потери скорости φс потери
энергии с и полезного действия канала к?
14. Какие каналы называются соплами?
15. От каких параметров зависят расход и скорость газа при истечении через сопло?
16. Почему температуры воздуха перед диафрагмой и перед соплом равны?
17. Как изменяются энтальпия и энтропия потока газа при прохождении
Работа 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА (метод цилиндрического слоя).
Цель работы. Освоение одного из методов определения коэффициента
теплопроводности теплоизоляционных материалов (метод цилиндрического
слоя) и закрепление знаний по теории теплопроводности.
Основные положения. Теплота является наиболее универсальной формой
передачи энергии возникающей в результате молекулярно-кинетического
(теплового) движения микрочастиц - молекул атомов электронов. Универсальность тепловой энергии состоит в том что любая форма энергии (механическая химическая электрическая ядерная и т.п.) трансформируется в
конечном счете либо частично либо полностью в тепловое движение молекул (теплоту). Различные тела могут обмениваться внутренней энергией в
форме теплоты что количественно выражается первым законом термодинамики.
Т е п л о о б м е н это самопроизвольный процесс переноса теплоты в
пространстве с неоднородным температурным полем.
п о л е м называют совокупность мгновенных
значений температуры во всех точках рассматриваемого пространства. Поскольку температура скалярная величина то температурное поле скалярное поле.
В общем случае перенос теплоты может вызываться неоднородностью
полей других физических величин (например диффузионный перенос теплоты за счет разности концентраций и др.). В зависимости от характера теплового движения различают следующие виды теплообмена.
Т е п л о п р о в о д н о с т ь - молекулярный перенос теплоты в среде с неоднородным распределением температуры посредством теплового движения микрочастиц.
К о н в е к ц и я перенос теплоты в среде с неоднородным распределением температуры при движении среды.
и з л у ч е н и е м теплообмен включающий переход
внутренней энергии тела (вещества) в энергию излучения перенос излучения преобразование энергии излучения во внутреннюю энергию другого тела (вещества).
В зависимости от времени теплообмен может быть:
с т а ц и о н а р н ы м если температурное поле не зависит от времени;
н е с т а ц и о н а р н ы м если температурное поле меняется во времени.
Для количественного описания процесса теплообмена используют следующие величины:
Температура Т в данной точке тела осредненная: по поверхности по
объему по массе тела. Если соединить точки температурного поля с одинаковой температурой то получим и з о т е р м и ч е с к у ю п о в е р х н о с т ь . При
пересечении изотермической поверхности плоскостью получим на этой
плоскости с е м е й с т в о и з о т е р м линий постоянной температуры.
Перепад температур разность температур между двумя точками
одного тела двумя изотермическими поверхностями поверхностью и окружающей средой двумя телами. Перепад температуры вдоль изотермы равен
нулю. Наибольший перепад температуры происходит по направлению нормали к изотермической поверхности. Возрастание температуры по нормали
к изотермической поверхности характеризуется градиентом температуры.
Средний градиент температуры
температур между двумя изотермическими поверхностями к расстоянию
между ними n измеренному по нормали n к этим поверхностям (рис. 1).
Истинный градиент температуры
температуры при n—>0 или это есть вектор направленный по нормали к
изотермической поверхности в сторону возрастания температуры численно
равный первой производной температуры по этой нормали.:
Рис. 1. Изотермы температурного поля градиент температуры тепловой поток.
а) положение нормали и направление градиента температуры и теплового потока; б) n нормаль к изотермической поверхности дF q – удельный тепловой поток мощность
теплового потока дQ = q·дF.
К о л и ч е с т в о т е п л о т ы дQ Дж м о щ н о с т ь т е п л о в о г о п о т о ка
Втм2 – количество теплоты
проходящее в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности.
Перенос теплоты теплопроводностью выражается эмпирическим законом Био-Фурье согласно которому вектор удельного теплового потока прямо
пропорционален градиенту температуры:
Знак «минус» в уравнении (2) показывает что направление теплового
потока противоположно направлению градиента температуры.
Коэффициент пропорциональности λ в уравнении (2) характеризует
способность тел проводить теплоту и называется к о э ф ф и ц и е н т о м т е п л о п р о в о д н о с т и . Количественно коэффициент теплопроводности λ - тепловой поток (Вт) проходящий через единицу поверхности (м2) при единичном градиенте температур (градм) и имеет размерность Вт(м·град).
Коэффициент теплопроводности - физическая характеристика зависящая от химического состава и физического строения вещества его темпера-
туры влажности и ряда других факторов. Коэффициент теплопроводности
имеет максимальные значения для чистых металлов и минимальные для газов.
Теплоизоляционные материалы. К числу теплоизоляционных материалов
могут быть отнесены все материалы обладающие низким коэффициентом
теплопроводности (менее 5 Вт(м·град) при t = 0 °С).
Теплоизоляционные материалы могут быть неорганического происхождения
(асбест шлаки глины пески минералы и т.д.) органического (шерсть хлопок дерево кожа резина текстолит и т.д.) и смешанными т.е. состоящими
одновременно из органических и неорганических веществ. Материалы органического происхождения используют в области температур не превышающих +150 °С. Для более высоких температур применяются материалы неорганического происхождения.
Теплопроводность твердых теплоизоляционных материалов как правило определяется их пористостью (т.е. общим объемом газовых включений
отнесенным к единице объема изоляционного материала) размером пор и
влажностью. С ростом влажности теплопроводность увеличивается. Теплопроводность пористых тел сильно возрастает с температурой; при температурах более 1300°С тепловые изоляторы становятся проводниками тепла.
Сплошные диэлектрические материалы например стекло имеют более высокую теплопроводность по сравнению с пористыми материалами.
Установлено также что чем выше плотность материала тем больше
его теплопроводность.
Однослойная стенка (трубка) при λ = const. Рассмотрим цилиндрическую
стенку (трубку) длиной l с внутренним r1 и внешним r2 радиусами (рис. 2).
Рис. 2 Температурное поле и
цилиндрической стенке:
а)- цилиндрическая стенка; б) –
Заданы температуры T1 внутренней и T2 наружной поверхностей стенки. Условием одномерности теплового потока будет условие l >>> r2 откуда следует дqдl = 0.
Дифференциальное уравнение теплопроводности в полярных координатах при λ=const и отсутствии внутреннего источника теплоты (Qv = 0) имеет вид:
При заданных граничных условиях:
Согласно уравнению (4) температура цилиндрической стенки меняется
по логарифмической зависимости (рис. 2).
Удельный тепловой поток q через единицу площади цилиндрической поверхности будет величиной переменной:
Мощность теплового потока Q=q·F через цилиндрическую поверхность
площадью F=2 ·r·l (l - длина цилиндрической стенки) есть постоянная величина равная:
Формулу (6) можно записать используя понятие т е р м и ч е с к о г о
где R l = ·ln 2 термическое сопротивление цилиндрической стенки.
Удельный тепловой поток на единицу длины стенки ql = Ql :
Таким образом предлагаемый экспериментальный метод определения
коэффициента теплопроводности основан на измерении:
мощности теплового потока проходящего через цилиндрический
перепада температур между внутренней и наружной поверхностями
слоя тепловой изоляции;
геометрических характеристик слоя тепловой изоляции.
Схема и описание установки. Исследуемый материал 1 (рис. 3) нанесен в
Рис. 3 Схема лабораторной установки
виде цилиндрического слоя (d1 = 005 м; d2 = 002 м) на наружную поверхность металлической трубы 2. Длина цилиндра тепловой изоляции составляет
м что значительно больше наружного диаметра.
Источником теплового потока служит электронагреватель 3 который
включен в электрическую цепь через автотрансформатор 4. Для определения
мощности теплового потока служат вольтметр 5 и амперметр 6. Для измерения температур на внутренней и наружной поверхностях тепловой изоляции
применяются хромель-копелевые термопары 7 и 8 в комплекте с вторичными
Результаты измерений при достижении стационарного режима заносятся в протокол наблюдений (табл. 1). Стационарность режима оценивается по
неизменности температур t1 и t2 во времени.
Исследуемый материал
Температура внутренней поверхности слоя
Температура наружной
поверхности слоя изоляции
1. Все расчеты сводятся к вычислениям коэффициента теплопроводности на основе выражения (6) по формуле:
2. Мощность теплового потока по формуле:
3. Средняя температура тепловой изоляции:
4. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной таблицы 2.
исследуемого материала
Коэффициент теплопроводности исследуемого материала
Температурный коэффициент
5. По результатам расчетов построить в соответствующем масштабе
график зависимости коэффициента теплопроводности от средней температуры тепловой изоляции. Пользуясь графиком определить коэффициент характеризующий влияние температуры на теплопроводность материала. При
обработке графического материала характер зависимости представить в виде
уравнения прямой линии:
λ t = λ 0 ·(1 + ·t ср ) .
3. Какие величины следует измерять в данной работе чтобы вычислить коэффициент теплопроводности?
4. Какова физическая сущность передачи тепла теплопроводностью?
5. Сформулируйте понятия: температурное поле изотермическая поверхность градиент температуры мощность теплового потока удельный тепловой поток.
6. Покажите на схеме установки как направлен вектор теплового потока и
градиента температуры?
7. Каков физический смысл коэффициента теплопроводности и от каких
факторов он зависит?
8. Каков характер изменения температуры по толщине плоской и цилиндрической стенок?
9. Какова взаимосвязь между коэффициентом теплопроводности и наклоном температурной кривой по толщине тепловой изоляции?
10. Дайте определение понятию термического сопротивления стенки.
11. Как зависит коэффициент теплопроводности различных веществ (металлов неметаллов жидкостей и газов) от температуры? Ответ обосновать.
12. Сформулируйте основной закон теплопроводности. В чем его сущность?
13. Каковы основные трудности тепловых расчетов при переносе тепла теплопроводностью?
14. Как влияет форма стенки на величину её термического сопротивления?
Работа 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ
ПРИ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ (метод струны).
Цель работы. Определение экспериментальным путем на лабораторной
установке коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции в неограниченном пространстве. Изучение методики обработки опытных данных с применением теории подобия и составления критериального уравнения по результатам эксперимента..
Основные положения. Теплообмен в условиях естественной конвекции
осуществляется при местном нагревании или охлаждении среды находящейся в ограниченном или неограниченном пространстве. Этот вид конвективного переноса тепла играет преимущественную роль в процессах отопления помещений и имеет значение в различных областях техники. Например
нагревание комнатного воздуха отопительными приборами а также нагревание и охлаждение ограждающих конструкций помещений (стены окна
двери и пр.) осуществляется в условиях естественной конвекции или так
называемого свободного потока.
Естественная конвекция возникает в неравномерно нагретом газе или
жидкости находящейся в ограниченном или неограниченном пространстве и
может влиять на конвективный перенос тепла в вынужденном потоке среды.
В больших масштабах свободное перемещение масс среды вызванное различием ее плотностей в отдельных местах пространства осуществляется в
атмосфере земли водных пространствах океанов и морей и т. д.
За счет естественного движения нагретого воздуха в зданиях осуществляется его вентиляция наружным воздухом. Исследованием свободной конвекции занимался еще М. В. Ломоносов который применял подъемную силу нагретых масс воздуха для устройства вентиляции шахт а также для перемещения газов в пламенных печах. К настоящему времени достаточно
полно изучен естественный конвективный теплообмен для тел простейшей
формы (плита цилиндр шар) находящихся в различных средах заполняющих пространство бльших размеров по сравнению с размерами самого тела.
Как показывает опыт характер свободного течения среды относительно поверхности нагретого тела бывает как ламинарным так частично
или полностью турбулентным.
На рис. 1 показано свободное перемещение комнатного воздуха у вертикально подвешенной нагретой
трубы большой длины. На нижнем участке трубы наблюдается ламинарное течение воздуха вверх. На некотором расстоянии от нижнего конца трубы перемещение
слоев воздуха теряет ламинарный характер возникают
отдельные локонообразные массы появляются искривленные струйки которые далее дробятся на более мелкие и восходящий поток воздуха у нагретой трубы приобретает турбулентный характер с ламинарным пристенРис. 1. Характер течения
среды и изменение коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции
у вертикального цилиндра
ным слоем. Рис. 1 является хорошей иллюстрацией развития и перехода ламинарного течения в турбулентное.
Экспериментально коэффициент теплоотдачи может быть определен из основного уравнения теплоотдачи
где Q – мощность теплового потока передаваемого свободной конвекцией в
F – теплоотдающая поверхность;
t – температурный напор(разность температур между теплоотающей
средой и окружающей средой.
Свободный конвективный теплообмен тел в различных средах находящихся в неограниченном пространстве экспериментально изучался различными исследователями. Опыты проводились с телами простейшей фор-
мы (плиты цилиндры шары) с размерами от 15 мк (проволоки) и до 16 м
(шары) в различных средах (различные газы и жидкости).
Результаты исследований обобщались с помощью характерных для
этого явления критериев Nu Gr и Рг что находится в полном соответствии с
теорией подобия и аналитическим решением задачи. Изменение физических
параметров в пограничном слое удается учесть введением критериального
представляющего относительное изменение параметров пеPrст
реноса и а в пределах изменения температуры среды: tп температур потока окружающей среды tст температуры среды на границе со стенкой.
Академиком М. А. Михеевым и И. М. Михеевой на основании обобщения результатов экспериментального исследования рекомендуются следующие формулы для расчета средних критериев теплообмена тел в свободном потоке.
Для г о р и з о н т а л ь н ы х т р у б в диапазоне изменения Gr·Pr от 103 до
Nu п d = 05·(Grп ·Prп )
средний критерий Нуссельта;
Grп d = 2 ·п ·( t п t ст ) критерий Грасгофа;
ап критерий Прандтля при температуре потока окружающей сре-
критерий Прандтля жидкости при температуре среды на гра-
Для в е р т и к а л ь н ы х т р у б и плит в диапазоне изменения Grпh Рrп от
3 до 109 (что отвечает ламинарному течению среды):
Nu пh = 076·(Grп ·Prп )
и в диапазоне изменения Grпh Рrп > 109 (что отвечает турбулентному течению):
Nu пh = 015·(Grп ·Prп )
мало зависит от температуры и его можно
Формула (4) для расчета критерия конвективного теплообмена в условиях естественной конвекции при турбулентном режиме течения характерна
тем что коэффициент теплоотдачи оказывается не зависящим от размера тела.
Для т о н к и х п р о в о л о к малого размера для которых выполняется
условие (Grпd·Prп) 103 критерий конвективного теплообмена имеет постоянное число:
Эти предельные наименьшие значения критерия Nu отвечают н е п о д в и ж н о м у п о г р а н и ч н о м у с л о ю когда теплоотдачу можно вычислить
непосредственно по формулам теплопроводности.
Между этим предельным состоянием полностью заторможенной среды
в пограничном слое и рассмотренным выше режимом свободной конвекции
при которой в пограничном слое осуществляется течение среды с равноправным участием инерционных сил и сил внутреннего вязкостного трения существует режим свободной конвекции с п о л з у щ и м т е ч е н и е м в пограничном слое. Для этого режима силами инерции можно пренебречь и решить
задачу конвективного теплообмена в виде зависимости:
Nu пd = С·(Grпd ·Prп ) n
В уравнении (6) определяющим размером является диаметр проволоки
d м а определяющей температурой температура потока tп °С. Данная
формула справедлива для потока воздуха у которого критерий Pr 07 и
практически не зависит от температуры.
коэффициента С и показателя степени n в формуле
(6) можно принять по таблице
Характер или режим теплообмена
псевдотеплопроводнось
переходный и турбулентный
Схема и описание установки. В экспериментальной лабораторной установке (рис.2) теплоотдающей стенкой является нихромовая проволока
(струна) длиною 1540 мм и диа-
метром 05 мм по которой пропус-
кается электрический ток напряжением до 30 в. Таким образом разV
меры струны определяют теплоотдающую поверхность F = 2419·10-3
м2. Струна удерживается в верти-
кальном положении стойкой 1 с
двумя кронштейнами. В верхнем
кронштейне 2 изолированном от
массы установки неподвижно за-
креплен один конец струны. Другой
конец струны зажат в головке ин-
Рис. 2 Схема лабораторной установки
дикатора часового типа 5. Головка
индикатора свободно перемещается
в изоляторе-держателе 4 нижнего кронштейна. Груз 6 обеспечивает постоянное по величине натяжение струны. Напряжение от сети 220 в подводится
через автотрансформатор к держателю 2 и головке индикатора 5. Для определения мощности теплового потока служат вольтметр 7 и амперметр 8.
Все результаты измерений заносятся в протокол наблюдений (табл. 1)
при стационарном режиме. О стационарности режима можно судить по неизменности показаний индикатора удлинения струны т.е. по постоянству
2. Температурный напор (разность температур струны и окружающей
среды) находится по эмпирической формуле в зависимости от удлинения
t m = 02736 + 42603·l + 02723·l 2 °С
3. Средняя температура струны:
t ст = t m + t окр °С
4. Мощность теплового потока выделенная при прохождении электрического тока по струне:
5. Мощность теплового потока через поверхность струны в окружающую среду за счет теплового излучения определяется по закону Стефана-Больцмана:
t + 273 4 t окр + 273 4
где = 064 076 степень черноты нихромовой проволоки
С0 = 567 коэффициент излучения абсолютно черного тела Вт(м2·°К4);
F теплоотдающая поверхность струны равная 2419·10-3 м2.
Таким образом с учетом численных значений параметров:
6. Тогда мощность теплового потока через поверхность струны в окружающую среду за счет свободной конвекции:
7. Коэффициент теплоотдачи:
8. Теплофизические свойства воздуха (окружающей среды) при определяющей температуре равной tокр:
теплоемкость ср = 1006 Дж(кг·град)
коэффициент объемного расширения =
коэффициент теплопроводности λ = 0000074·tопр + 00245 Вт(м·град) (17)
коэффициент кинематической вязкости = (0000089·tопр2 + 0088·tопр +
коэффициент температуропроводности а =
9. Критерий Нуссельта:
10. Критерий Грасгофа:
11. Критерий Прандтля:
12. Результаты расчетов должны быть продублированы
(разность температур
Количество тепла выделенное электрическим током
Количество тепла отданное излучением
Количество тепла отданное конвекцией
Коэффициент теплоотдачи
Коэффициент объемного
Теплоемкость воздуха
Коэффициент теплопроводности воздуха
Коэффициент температуропроводности воздуха
Коэффициент кинематической вязкости воздуха
Критериальное уравнение
13. По результатам расчетов построить в соответствующем масштабе
в логарифмических координатах график зависимости критерия Nu от произведения (Gr·Pr)
14. Характер зависимости по п. 4.13. представить в виде прямой линии. Решив уравнение прямой линии получить уравнение (6) в явном виде и
сравнить его с табличным значением.
1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните как она достигается?
3. Как определяется средняя температура струны в данной установке?
4. Для чего замеряется барометрическое давление в данной работе?
5. Как определяется количество теплоты отданное струной окружающему
воздуху посредством конвекции?
6. Как определяется количество теплоты отданное струной окружающему
воздуху посредством излучения?
7. Что такое свободная и вынужденная конвекция?
8. . Каков физический смысл и размерность коэффициента теплоотдачи?
9. Какие факторы определяют интенсивность конвективного теплообмена?
10. . Что такое критерий подобия?
11. Что такое «определяющая температура» и «определяющий» размер?
12. Какие критерии называются «определяющими» и «определяемыми»?
13. . Для чего и как составляются критериальные уравнения?
14. Как определяется коэффициент теплоотдачи α из критериального уравнения?
14.Что характеризуют критерии Nu Gr Рr?
Работа 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА
НА ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ
Цель работы. Изучение процессов теплообмена при свободной и
вынужденной конвекции на горизонтальном трубопроводе. Экспериментальное определение коэффициентов теплоотдачи и сравнение их с вычисленными по критериальным уравнениям.
Основные положения. При знании величины мощности теплового
потока Q в теплообмене поверхности с обтекающей ее средой становится
возможным определение коэффициента теплоотдачи α из уравнения Ньютона-Рихмана:
F - поверхность участвующая в теплообмене;
t – средний температурный напор.
В условиях когда по горизонтально расположенному трубопроводу
движется воздух под напором а с внешней стороны трубопровода существует контакт с окружающим воздухом внутри трубопровода теплообмен определяется условиями вынужденной конвекции а с внешней стороны - естественной конвекции. Обозначим мощность теплового потока при вынужденной
конвекции Q1 а при естественной конвекции – Q2. и соответственно коэффициенты теплоотдачи α1 и α2.
Введем также обозначения:
Fвн - внутренняя поверхность трубопровода которая участвует в теплообмене при вынужденной конвекции;
Fнар – внешняя поверхность трубопровода обменивающаяся теплом с
окружающей средой в процессе естественной конвекции;
t1 - температурный напор со стороны внутренней поверхности;
t2 - температурный напор со стороны наружной поверхности трубопровода.
Таким образом в опыте должны быть определены Q1 и Q2 t1 и t2 а
также заданы Fвн и Fнар. В таком случае из опыта становится возможным определение α1оп и α2оп которые затем могут быть сравнены со значениями
α1расч и α2расч полученными из соответствующих характеру теплообмена критериальных уравнений. Электрический ток при прохождении по трубе совершает работу которая полностью переходит в тепло Qэ. В таком случае
уравнение первого закона термодинамики как частный случай закона сохранения энергии приобретает вид:
Q э = Q1 + Q 2 + Q 3
Q1 - мощность теплового потока переданная воздуху движущемуся
Q2 - мощность теплового потока переданная воздуху окружающему
Q3 - мощность теплового потока затраченная на нагрев (охлаждение)
Тепловой поток Q3 имеет место только при нестационарном режиме
работы установки а при достижении стационарного режима когда температура трубы tx = const Q3 = 0 и уравнение упрощается:
Мощность теплового потока Q1 переданная воздуху движущемуся
внутри трубы может быть определена по уравнению первого закона термодинамики для участка от сечения I-I до сечения II-II (рис. 1):
Q1 = G (h + Э кин + Э пот + l т ) Вт
При выполнении расчетов следует иметь ввиду что изменение потенциальной энергии потока равна нулю и техническая работа совершаемая потоком также равна нулю.
Для расчета средних значений коэффициентов теплоотдачи при
конвективном теплообмене в воздушной среде рекомендуются следующие
формулы на основе критериальных уравнений.
Для расчета средних величин критериев Нуссельта к о н в е к т и в н о г о
т е п л о о б м е н а п о т о к а в о з д у х а в т р у б а х рекомендуются уравнения:
а) для ламинарного режима Re2·103:
Nu 1п d = 015·Re 0п33 ·Prп0 43
б) для развитого турбулентного режима Re>104:
Nu1пd = 0021·Re 0п8 ·Prп0 43
критерий Рейнольдса;
ап критерий Прандтля при температуре потока воздуха в трубе.
Для г о р и з о н т а л ь н ы х т р у б при естественной конвекции в неограниченном пространстве в диапазоне изменения (Gr·Pr) от 103 до 108:
Nu 2 п d = 05·(Grп ·Prп ) 0 25
· п Т критерий Грасгофа;
Схема и описание установки. Воздух являющийся в данном случае
рабочим телом забирается компрессором 1 из окружающей среды (рис. 1).
Параметры воздуха в окружающей среде измеряются ртутным барометром и
термометром расположенными на панели 11 «Окружающая среда».
Рис. 1 Схема лабораторной установки
Далее поток воздуха через сечение 00 направляется в воздухомерное
устройство 2 типа «труба Вентури». Количество проходящего воздуха регулируется заслонкой 3. По системе соединительных трубопроводов поток воздуха поступает во входное сечение II исследуемого участка горизонтальной
металлической трубы 5. К потоку воздуха проходящему через компрессор
на участке от сечения 00 до сечения II подводится работа сжатия и тепло
за счет охлаждения электродвигателя компрессора поэтому его температура
повышается и измеряется погружной термопарой 6 в комплекте с потенциометром. С помощью U-образных манометров расположенных на панели 4
«Статические напоры» измеряются разрежение в «горле» воздухомера и
давление в сечении на выходе из компрессора – на входе в горизонтальную
трубу. Горизонтальный участок трубы нагревается за счет электрического
тока подводимого через трансформатор 9.
Температура на выходе из трубы в сечении IIII измеряется погружной
термопарой 7 в комплекте с потенциометром. Мощность теплового потока
затраченная на нагрев трубы находится по показаниям амперметра и вольтметра расположенных на панели 10 «Нагрев трубы». Температура трубы измеряется контактной термопарой 12 в комплекте с потенциометром.
При достижении стационарного режима показания всех необходимых
приборов заносятся в протокол наблюдений (табл. 1). О стационарности режима можно судить по показанию прибора для измерения температуры трубы.
трубу (сечение I - I)
Температура воздуха при выходе из
трубы (сечение II - II)
Показания вакуумметра (горло воздухомера)
где В – показание барометра мбар;
tокр – температура окружающей среды равная температуре воздуха при
входе в воздухомер °С.
2. Перепад давления воздуха в воздухомере:
H – показание вакуумметра (горло воздухомера) переведенное в м
3. Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера
5. Абсолютное давление в сечении I-I:
Р1 = Р атм ρ g H н Па
где Hн - показание пьезометра (после компрессора) переведенное в м
6. Плотность воздуха по состоянию на входе в горизонтальную трубу:
где t1 – температура воздуха при входе в трубу (сечение I-I) °С.
7. Плотность воздуха по состоянию на выходе из горизонтальной
где t2 – температура воздуха на выходе из трубы (сечение II-II) °С.
8. Значение энтальпии воздуха в сечениях I и II определяется по общему уравнению:
где cр – теплоемкость воздуха при постоянном давлении которая может
j – индекс рассматриваемого сечения (I или II).
9. Средняя скорость потока в сечениях I-I и II-II определяется по общему уравнению:
где F – площадь проходного сечения для потока воздуха одинаковая для сечений I-I и II-II и равная 135·10-3 м2;
j индекс рассматриваемого сечения (I-I или II-II).
10. Мощность теплового потока переданного вынужденной конвекцией от внутренней поверхности трубы находится с учетом (4) по формуле:
Q1 = G·(h + Экин ) Вт
11. Тогда с учетом формулы (3) мощность теплового потока переданного естественной конвекцией от наружной поверхности трубы:
10. Мощность теплового потока выделенная на участке от сечения I-I
до сечения II-II находится по показаниям вольтметра и амперметра:
Опытные значения коэффициентов теплоотдачи получаем по формулам
(5) и (6) в которых Fвн – внутренняя поверхность трубы равная 0352 м2; Fнар
– наружная поверхность трубы равная 0386 м2; средний температурный напор при вынужденной конвекции t1 = t средний температурный напор при естественной конвекции t2 = tx – tокр °C.
12. Расчетные значения коэффициента теплообмена для вынужденной конвекции находим с учетом (7) или (8) по формуле:
При вычислении критериев подобия по уравнениям (7) или (8) и коэффициента теплоотдачи по формуле (22) все теплофизические свойства воздуха (приложение 1) находятся по определяющей температуре средней температуре потока в трубе равной tп = 05·(t1 + t2); определяющим размером в
формулах является внутренний диаметр трубы dвн = 00415 м.
13. Расчетные значения коэффициента теплообмена для свободной
конвекции находим с учетом (9) по формуле:
При вычислении критериев подобия по уравнению (9) и коэффициента
теплоотдачи по формуле (23) все теплофизические свойства воздуха (приложение 1) находятся по определяющей температуре средней температуре
потока окружающего трубу равной tп = 05·(tх + tокр); определяющим размером в формулах является наружный диаметр трубы dнар = 00455 м.
14. Пояснения к расчетам некоторых величин при заполнении таблицы результатов расчета:
h = 1006 ( t 1 t 2 ) 103 Джкг
15. Результаты расчетов должны быть продублированы
Плотность воздуха в сечении I - I
Средняя скорость потока воздуха в
Критерий Прандтля в условиях
вынужденной конвекции
Критерий Нуссельта в условиях
естественной конвекции
Средняя скорость потока при выходе из трубы (сечение II)
Теплота вносимая электрическим
током в систему (нагрев трубы)
Изменение энтальпии воздуха по
потоку в системе (трубе)
потока воздуха в трубе
Теплота передаваемая потоку
Теплота передаваемая окружающему трубу воздуху
Средний температурный напор в
условиях внутреннего теплообмена
условиях внешнего теплообмена
Коэффициент теплоотдачи в усло22 виях внутреннего теплообмена
(вынужденная конвекция)
Коэффициент теплоотдачи в усло23 виях внешнего теплообмена (свободная конвекция)
5.По каким признакам можно судить о стационарном режиме теплообмена
с окружающей средой?
6. Как осуществляется выбор контрольной оболочки рассматриваемой термодинамической системы?
7.Дайте формулировку и математическое выражение уравнения первого закона термодинамики используемого для решения задачи данного опыта.
8. Укажите способы определения величин входящих в уравнение 1-го закона термодинамики используемого для решения задачи данного опыта с
полным обоснованием используемых расчетных формул.
9. Какие существуют методы и приборы для измерения температуры давления и расхода?
10. Как определяется плотность воздуха в условиях лабораторной установки?
11. Какие виды конвекции существуют в чем их различие?
12. В чем сущность "Теории подобия" и как с ее помощью определяются
коэффициенты теплоотдачи?
13. Как составляются критериальные уравнения?
14. Составьте в общем виде критериальные уравнения для вынужденной и
свободной (естественной) конвекции.
15. Каков физический смысл критериев подобия входящих в уравнение для
свободной конвекции?
16. Каков физический смысл критериев подобия входящих в уравнение для
вынужденной конвекции?
17. Что такое "определяемый" и "определяющий" критерий?
18. Как выбирается определяющий (характерный) размер и определяющая
температура при расчете критериев подобия?
В приложении приведены интерполяционные формулы для расчета теплофизических свойств сухого воздуха в зависимости от температуры:
λt = 0000074·tп + 00245 Вт(м·°С) ;
кинематическая вязкость
t = (0000089·tп2 + 0088·tп + 13.886)·10-6 м2c;
критерий Прандтля Pr
Pr = 000000051·tп2 - 00002493·tп + 07086.

мой курсовик по теплотехнике.doc

Министерство общего и профессионального образования
Череповецкий Государственный Университет
Кафедра теплотехники и гидравлики
«Металлургическая теплотехника и теплоэнергетика»
«Расчет двухзонной методической печи»
Расчет горения топлива 4
Пересчет состава топлива 4
Объем воздуха и продуктов полного сгорания 4
Низшая теплота сгорания 6
Температура горения топлива 6
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи 8
Режим нагрева заготовок 8
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи 8
Расчет нагрева металла 11
Расчет основных параметров 17
Тепловой баланс печи 18
Основные теплотехнические показатели рабочей печи 27
Аэродинамический расчет 28
Расчет дымового тракта 28
Расчет дымовой трубы 31
Расчет топливосжигающих устройств 33
на выполнение курсовой работы по курсу «Металлургическая теплотехника и
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по двухзонному
температурному режиму.
Производительность печи G = 124 тчас
Нагреваемый металл: заготовки квадратного сечения 124х124 мм длиной l =
00 мм сталь высокоуглеродистая.
Параметры нагрева металла. Начальная температура поверхности
t0 = 20 0C конечная температура поверхности tк = 1250 0С конечный перепад
температур по сечению tк = 60 0С.
Топливо – природный газ. Состав топлива в % :
CO H2 CH4 C2H4 C3H8 N2
[pic]Температура подогрева воздуха [pic]
Расчет горения топлива
Пересчет состава топлива
Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на
влажный проводится по формуле:
где [pic] – влагосодержание газа гм3
x – содержание компонента %
Объем воздуха и продуктов полного сгорания.
Теоретический расход сухого кислорода:
Теоретический расход сухого окислителя:
где O2ок – объемное содержание O2 в окислителе %
Расход сухого окислителя при [pic]
Расход сухих трехатомных газов:
Теоретический выход азота:
где N2ок – объемное содержание азота в окислителе %
Теоретический выход водяных паров:
[pic]Выход продуктов полного сгорания при [pic]:
Объемный состав продуктов полного сгорания:
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:
Низшая теплота сгорания
Для газообразного топлива определяется по формуле:
Температура горения топлива
Энтальпия продуктов сгорания:
где [pic]– химическая энтальпия продуктов сгорания:
где [pic] – недожог топлива кДжм3 ([pic]=3%[pic])
[pic] – физическое тепло вносимое воздухом и газом
Из приложения 4 при t=400 0С изобарная теплоемкость воздуха:
Сp = 1328 кДж(м3*К);
Тогда энтальпия воздуха:
Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания 500 ОС
[pic] По полученным значениям строим график зависимости энтальпии 1м3
продуктов сгорания от температуры (рис. 1)
Графически определяем что iобщ = 3190 кДжм3 соответствует tрасч.=2150 oC
где [pic] – опытный пирометрический коэффициент ([pic])
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи.
1 Режим нагрева заготовок.
Расчет нагрева заготовок проводится в предположении:
симметричного температурного поля в заготовке в зонах с двухсторонним
постоянной температуры газов в сварочной зоне.
2 Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.
Ширина рабочего пространства:
где n – число рядов заготовок
[pic]– расстояние между рядами заготовок или между торцами заготовок и
боковыми стенками печи м.
l – длина заготовки м.
Средняя высота рабочего пространства печи: [pic]
в сварочной зоне – hсв = 2 м.
В методической зоне – hмет = 15 м.
где Lсв Lмет. – соответственно длины сварочной и методической зон. м.
Внутренняя поверхность стен и свода:
Суммарная поверхность кладки и металла окружающих газовый объем:
Объем заполняемого газом рабочего пространства
Средняя эффективная длина луча:
Парциальное давление газов:
Степень черноты газов [pic]и [pic] в сварочной и методической зонах
определяем по приложениям 5 и 6.
Температура газов в сварочной зоне:
Средняя температура газов в методической зоне:
[pic]температура уходящих газов
Степень черноты продуктов сгорания:
где [pic]- поправочный коэффициент определяем по приложению 7.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл
Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:
в методической зоне:
Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла:
3 Расчет нагрева металла
Среднемассовая конечная температура заготовки:
где [pic] – заданный конечный перепад температур в заготовке
Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева
где [pic]– коэффициент теплопроводности металла при [pic]
Определяем из рис. 6 источника 1: [pic]
S – полная толщина металла м.
Расчетная температура газов в сварочной зоне:
Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной
где [pic] – количество тепла уносимого уходящими газами из свар. зоны.
где [pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая температуре.
[pic] – количество тепла излучаемого из сварочной зоны в методическую.
[pic] – удельный тепловой поток излучения ([pic]= 100 кВтм2)
[pic] – площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе
сварочной и методической зон.
[pic] – общая тепловая мощность печи
[pic] – удельный расход тепла (b = 2500 кДжкг)
G – производительность печи кгч
[pic] – количество тепла уносимое уходящими газами из печи
[pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая [pic] определяем по
рис.5 источника 1. [pic]
Изменение теплосодержания металла в печи:
[pic] – теплосодержание металла определяем из рис.5 источника 1.
Изменение теплосодержания металла вместе с образовавшейся окалиной:
[pic] – угар металла % ([pic]=2%)
Сок – теплоемкость окалины Сок = 1 кДж(кг*К)
Приращение теплосодержания металла в методической зоне:
Приращение теплосодержания в сварочной зоне:
Нагрев металла в методической зоне
Удельный тепловой поток в начале зоны:
Удельный тепловой поток в конце зоны:
[pic] – средняя температура металла в конце методической зоны
соответствующая: [pic]
Из рис.5 источника 1 ТМ1=470 К
Уравнение для [pic] решается методом последовательных приближений:
Температура поверхности металла в конце зоны:
Переход температур по сечению металла в конце зоны:
Температура оси металла в конце зоны:
Средний тепловой поток в методической зоне:
Время нагрева металла в методической зоне:
Участок сварочной зоны с монолитным подом.
Время нагрева металла на этом участке:
[pic] – длина монолитного пода ([pic]= 5 м)
Теплоемкость металла: [pic]
Коэффициент теплопроводности:
Из рис.6 источника 1 [pic]
Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева:
Из приложения 9 источника 1
Перепад температур в начале участка:
Удельный тепловой поток в начале участка:
Температура поверхности металла при переходе на монолитный под:
Среднемассовая температура металла:
Температура на оси заготовки:
Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом.
Средний тепловой поток на участке:
[pic] соответствующие tМ2 определяем по рис.5 источника 1
Приращение теплосодержания:
Время нагрева на участке:
Общее время нагрева:
Удельная продолжительность нагрева:
4 Расчет основных размеров.
Длина активного пода:
Длина методической зоны:
Длина сварочной зоны с монолитным подом:
Длина сварочной зоны с двухсторонним обогревом:
Площадь активного пода:
Площадь полезного пода:
Напряженность активного пода:
Расстояние между опорными трубами составляет 1000 мм. Смотровые и
рабочие окна располагаются симметрично с обеих сторон печи. В сварочной
зоне на участке с двухсторонним обогревом располагается 16 смотровых окон
а на участке с монолитным подом – 6 рабочих окон. Количество окон
выбирается в зависимости от расстояния между осями окон которое
принимается для рабочих окон 125 м для смотровых окон – 175 м.
Общая площадь окон в сварочной зоне:
в методической зоне располагается 4 смотровых окна. Расстояние
Общая площадь окон в методической зоне:
Размеры торцевых окон посада и выдачи:
[pic] – высота окна м
Тепловой баланс печи:
Тепло горения топлива:
где В – расход топлива кгс
Тепло внесенное подогретым воздухом и топливом (газом):
Тепло выделившееся при окислении железа:
Полезное тепло на нагрев металла:
Потери тепла с уходящими газами:
Потери тепла теплопроводностью:
где [pic] – средняя температура внутренней поверхности кладки оС
[pic] – температура окружающего воздуха оС
[pic] и [pic] – соответственно толщина огнеупорной кладки и
[pic] и [pic] – соответственно коэффициенты теплопроводности
огнеупорной кладки и изоляции Втм*К
[pic] – коэффициенты конвективной теплоотдачи от стенок и
окружающего воздуха. ([pic])
[pic] – площадь поверхности кладки м2.
Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь
свода и стен сварочной и методической зон:
Средняя температура внутренней поверхности кладки tкл
определяется следующим образом:
Безразмерные температуры:
Средняя температура поверхности металла:
Тепловые потери через свод в сварочной зоне.
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:
Средняя температура слоя огнеупора:
Средняя температура слоя изоляции:
Коэффициенты теплопроводности динаса:
Коэффициенты теплопроводности изоляции:
Потери тепла теплопроводностью [pic]
Температура на границе слоев огнеупора изоляции:
Правильность принятых средних температур слоев:
Расхождение между принятым значением средних температур и
подсчитанным по формулам допустимо: для температуры огнеупора погрешность
составляет 9% для температуры изоляции – 5%.
Тепловые потери через стены сварочной зоны:
Температура по границе слоев огнеупора и изоляции:
Проверка правильности принятых средних температур слоев:
подсчитанным по формулам допустимо: для температуры огнеупора
погрешность составляет 9% для температуры изоляции – 5%.
Тепловые потери через свод методической зоны:
подсчитанными по формулам допустимо.
Тепловые потери через стены в методической зоне:
подсчитанным по формулам допустимо:
Потери тепла через окна печи:
Потери тепла через закрытые окна печи:
S – толщина стенки в 1 кирпич м (S=0203м)
[pic]– коэффициент теплопроводности материала окна при [pic] [pic]
Потери тепла излучением через открытые окна:
где [pic] – коэффициент диафрагмирования ([pic]=07)
Потери тепла с окалиной:
Потери тепла с охлаждающей водой:
[pic]Приравняв приходные и расходные статьи теплового баланса определяем
секундный расход топлива – В кгс:
Приходные и расходные статьи теплового баланса сводятся в таблицу 2:
Табл.2 Тепловой баланс печи.
Статья Приход тепла Статья Расход тепла
Тепло горения 37190 78 1. Полезное тепло на 28017 587
топлива нагрев металла
Тепло внесенное 6570 138 2. Потери тепла с 8230 172
подогретым воздухом и уходящими газами.
Тепло выделившееся 3892 82 3. Потери тепла 696 145
при окислении железа. теплопроводностью
Итого: 47652 100 4. Потери тепла через890 19
Потери тепла с 1169 245
Потери тепла с 4376 92
Неучтенные потери.4337 91
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования хим. энергии топлива [pic]
показывающий какая доля хим. энергии топлива остается в рабочем
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности Мпол и
мощности холостого хода Мхх:
[pic] – количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное
металлом в печи кВт.
[pic] – тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Высота канала: [pic]
Потери на трение в вертикальном канале:
где [pic] – коэффициент трения [pic] [pic]– коэффициент объемного
расширения газа [pic]
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные
где [pic] – коэффициент местного сопротивления. Из приложения 11:
[pic]Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов: [pic]
выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов [pic]
определяем второй размер:
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова [pic] от вертикальных каналов до трубы 20м
в том числе до рекуператора 10 м [pic]
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на [pic] на пути от
вертикальных каналов до рекуператора:
Потери давления в рекуператоре: [pic].
Местные потери давления при повороте на [pic] на входе в дымовую трубу:
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего
пространства печи к основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=40м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем: [pic]
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
[pic] – барометрическое давление минимальное для данной местности
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным
условиям): газа [pic] воздуха [pic]
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
[pic]Избыточное давление газа перед горелкой:
[pic] Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где К – коэффициент (для природного газа К=15);
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи
работающей по двузонному температурному режиму. В ходе его был рассчитан
процесс горения топлива гидродинамики теплоотдачи нагрева металла и
Основные параметры методической печи:
длина активного пода: [pic]
длина методической зоны: [pic]
длина сварочной зоны: [pic]
высота методической зоны: [pic]
высота сварочной зоны: [pic]
Производительность этой печи емкостью 102900 кг составляет 124
тоннчас. А общее время нагрева металла 0975 часа. КПД печи составляет
1%. Секундный расход топлива 131 кгс.
Высота дымовой трубы Н=40м.
Кривандин В.А. Егоров А.В. Тепловая работа и конструкции печей черной
металлургии. М. Металлургия 1989.
Теплотехнические расчеты металлургических печей. Китаев Б.И. Зобнин Б.Ф. и
др. М.. Металлургия 1982.
Расчет методических печей. Методические указания по курсовому
проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995 -56 с.
ЧГУ Д.КП1106.001.24. ПЗ

Пояснительная записка.doc

Техническое задание . 2
Расчет горения топлива: . 9
1.Перерасчет состава топлива 9
2 Объем воздуха и продуктов полного сгорания . 9
3. Низшая теплота сгорания . . 11
4. Температура горения топлива .. 11
Расчет теплообмена в рабочем пространстве
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве
Расчет нагрева металла . 17
Расчет основных параметров . 23
Основные теплотехнические показатели рабочей печи ..31
Аэродинамический расчет . . .. .32
Расчет топливосжигающих устройств . ..37
Техническое задание.
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по
двухзонному температурному режиму.
Тепло горения 301436 7856 1. Полезное тепло на 24176 6278
топлива нагрев металла
Тепло 486937 1269 2. Потери тепла с 594368 1544
внесенное уходящими газами.
Тепло 33586 875 3. Потери тепла 3139 082
выделившееся при теплопроводностью через
окислении железа. кладку.
Итого: 3837157 100 4. Потери тепла через 9098 236
Потери тепла с 10467 272
Потери тепла с 261526 679
Неучтенные потери. 350054 909
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования химической энергии топлива [pic] показывающий
какая доля химической энергии топлива остается в рабочем пространстве печи:
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности Мпол и
мощности холостого хода Мхх:
[pic] – количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное
металлом в печи кВт.
[pic] – тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
Рисунок5.Эскиз дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:[pic]
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Высота канала: [pic]
Потери на трение в вертикальном канале:
где [pic] – коэффициент трения [pic]
[pic]– коэффициент объемного расширения газа [pic]
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные каналы:
где [pic] – коэффициент местного сопротивления. Из приложения 11:
Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов: [pic]
Выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов [pic] определяем
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова [pic] от вертикальных каналов до трубы 20 м в том
числе до рекуператора 10 м [pic]
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
Потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на [pic] на пути от вертикальных
каналов до рекуператора:
где [pic] - коэффициент местного сопротивления
Потери давления в рекуператоре: [pic]
Местные потери давления при повороте на [pic] на входе в дымовую трубу:
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства печи к
основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=35м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем: [pic]
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
[pic] – барометрическое давление минимальное для данной местности кПа
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным условиям):
газа [pic] воздуха [pic]
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
Избыточное давление газа перед горелкой:
Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где[pic]- коэффициент сопротивления форсунки
где К – коэффициент (для природного газа К=15);
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи
работающей по двудонному температурному режиму производительностью 107тч.
В ходе его был рассчитан процесс горения топлива гидродинамики
теплоотдачи нагрева металла и дымовой тракт. В результате получила
следующие основные параметры методической печи:
-длина активного пода: [pic]
-длина методической зоны: [pic]
-длина сварочной зоны: [pic]
-высота методической зоны: [pic]
-высота сварочной зоны: [pic]
-высота дымовой трубы: [pic]
-время нагрева металла в печи: [pic]
Кривандин В.А. Неведомская И.Н. и др. Металлургическая теплотехника.
Конструкция и работа печей. 12 тома. Москва Металлургия 1986.
Расчет методических печей. Методические указания по курсовомому
проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995 -56 с.
ЧГУ КП 1101.000.008 ПЗ
Министерство образования и науки РФ
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный университет
Металлургический факультет
Кафедра промышленной
Курсовой работа по дисциплине:
тема: «Расчет двухзонной методической печи»
г. Череповец 2007 г.
Петрова Г.М ггггггггггГюМГ.М.

Рекуператор.docx

Рекуператор (от лат. recuperator — получающий обратно возвращающий) — теплообменник поверхностного типа для использования теплоты отходящих газов в котором теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку. В отличие от регенератора трассы потоков теплоносителей в рекуператоре не меняются. Рекуператоры различают по схеме относительного движения теплоносителей — противоточные прямоточные и др.; по конструкции — трубчатые пластинчатые ребристые и др.; по назначению — подогреватели воздуха газа жидкостей испарители конденсаторы и т. д.У этой статьи нет иллюстраций.
ОсобенностиПри проектировании системы приточно-вытяжной вентиляции каждый заказчик рано или поздно задается вопросом можно ли как-то сэкономить то тепло которое улетает зимой на улицу с вытяжным воздухом? Забирая с улицы свежий воздух для притока системы вентиляции в холодное время года его необходимо обязательно подогревать. Подготовленный воздух попадает в помещения и затем забирается оттуда вытяжкой. В классической приточно-вытяжной системе вентиляции все именно так и происходит. Что же можно сделать чтобы не выбрасывать дорогое тепло "в трубу"?
Можно использовать тепло вытяжного воздуха для подогрева приточного. Этот процесс называется утилизацией тепла или рекуперацией. Рекуператоры бывают нескольких типов. Самый распространенный тип: перекрестно-точный или пластинчатый рекуператор. ==Вид и принцип работы==Перекрестно-точный или пластинчатый рекуператор представляет собой кассету в которой вытяжной и приточный воздух проходят по каналам разделенными листами оцинкованной стали. Оба потока не смешиваются но происходит неизбежный теплообмен за счет одновременного нагрева и охлаждения пластин с разных сторон. Пластинчатый рекуператор является одним из самых распространенных благодаря своей дешевизне и компактной конструкции. Также есть вероятность обмерзания рекуператора со стороны вытяжки при очень низких наружных температурах так как в вытяжных каналах постоянно образуется конденсат.
Существуют также рекуператоры с промежуточным теплоносителем. Эти устройства представляют собой два жидкостных теплообменника по которым циркулирует раствор этиленгликоля. Являются единственно возможными для рекуперации в раздельных системах где приточная и вытяжная секции отделены друг от друга на расстоянии. Также используются в случаях когданедопустимо перемешивание приточного и вытяжного воздуха. Циркуляция теплоносителя может происходить и естественным способом но чаще применяется принудительное движение для чего устанавливается циркуляционный насос. Для достижения максимальной эффективности данного рекуператора необходима балансировка протока теплоносителя в соответствии с проектом.
Различные типы рекуператоров позволяют экономить от 10 до 50 % тепла удаляемого из помещения с вытяжным воздухом.
Что касается небольших систем то применение утилизаторов тепла в установках с расходом до тысячи кубометров в час в большинстве случаев не оправдано. Ведь экономия энергии порядка 15 % при удорожании установки в два раза и при увеличении ее габаритных размеров (объект маленький) не является существенной.
под — нижняя гладкая поверхность внутри печи
Печь – технологическое оборудование в котором рабочим видом энергии является тепло и рабочее пространство которого ограждено от окружающей среды. Разнообразие промышленных печей используемых в литейном производстве вызывает необходимость подразделения их на основные группы.
По способу генерации теплоты все печи подразделяют на топливные где теплота выделяется за счет горения топлива и электрические где электроэнергия преобразуется в теплоту электрической дугой нагревательными элементами сопротивления или индукцией.
По условиям теплопередачи печи подразделяют на печи с теплопередачей преимущественно излучением и конвекцией.
Работа печей характеризуется тепловой мощностью тепловой нагрузкой температурным и тепловым режимами.
По тепловому режиму печи подразделяют на печи работающие по камерному режиму и печи работающие по методическому режиму. В печах работающих по камерному режиму температура рабочего пространства остается постоянной на протяжении всего времени работы печи. В печах работающих по методическому режиму температура в печи изменяется по длине печи или во времени.
Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных прямоугольных а иногда и круглых заготовок.
По методу транспортировки металла методические печи относятся к так называемым проходным печам. Ряд соприкасающихся друг с другом заготовок заполняет весь под печи и продвигается через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.
Наиболее важными классификационными признаками методических печей являются:
) температурный режим печи (по длине);
) двусторонний или односторонний характер нагрева металла;
) способ выдачи металла из печи (боковая или торцовая выдача).
Кроме того классификация выполняется по виду нагреваемых заготовок методу утилизации тепла отходящих дымовых газов виду топлива числу рядов заготовок в печи.
Конструкция методических печей
Конструкция методической печи зависит от характеристик нагреваемого металла производительности стана и вида топлива на котором работает печь. Параметры нагреваемого металла определяют наличие или отсутствие следующих важных составных частей печи: нескольких участков подвода топлива в сварочную зону томильной зоны и зоны нижнего подогрева. От формы заготовок зависит горизонтальное или наклонное расположение пода печи. При нагреве тонких заготовок (50 – 60 мм) которые и с одной стороны прогреваются достаточно быстро можно не применять нижний обогрев. Нагревая цилиндрическую заготовку которую нельзя проталкивать необходимо делать наклонный под по всей длине чтобы заготовки могли перекатываться.
Производительность прокатного стана или кузнечно-прессовой установки определяет общую производительность печи и их размеры. Вид применяемого топлива обусловливает выбор таких конструктивных элементов печи как рекуператоры и горелки. В качестве топлива для методических печей используются смеси коксового и доменного газов с различной теплотой сгорания природный газ и различные смеси природного коксового и доменного газов а также жидкое топливо – мазут.
Для достижения требующейся рабочей температуры в печи необходимо чтобы калориметрическая температура горения составляла 1800оС и более. Подобная калориметрическая температура может быть достигнута при использовании:
) высококалорийного топлива – газа с теплотой сгорания выше 12570 кДжм3 или мазута. В этом случае утилизация тепла отходящих дымовых газов преследует только одну цель – повысить экономичность работы печи (снизить расход топлива) а для повышения калориметрической температуры подогрев воздуха и газа в данном случае необязательны;
) холодного газа характеризуемого средней теплотой сгорания равной 8400 кДжм3 с подогревом воздуха до 450 – 500оС и применением горелок любой конструкции – как с предварительным так и с внешним смешением;
) газа с низкой теплотой сгорания т. е. =5000+5800 кДжм3 вплоть до чистого доменного газа с подогревом воздуха до 500 – 550оС и газа до 250 – 300оС а также обязательно с применением инжекционных горелок обеспечивающих хорошее смешение топлива с воздухом.
Методические печи работающие на газообразном топливе с низкой теплотой сгорания. Подобная конструкция была создана под руководством Б. Р. Именитова (рисунок 1). В печи предусмотрена боковая выдача отапливают при помощи инжекционных горелок которые работают на подогретом воздухе (до 550о) и – газе (до 300о). применение инжекционных горелок позволяет наиболее рационально использовать химическое тепло топлива так как при беспламенном горении достигается ускорение процессов горения и приближение действительной температуры горения к теоретической (при уменьшении избытка воздуха и доведения до минимума недожога топлива).
В этих печах воздух для горения засасывается из атмосферы через расположенный под печью керамический рекуператор (объемом 125 м3) и систему воздухопроводов. Аэродинамическое сопротивление воздушного пути преодолевается за счет геометрического напора подогретого воздуха движущегося вверх через рекуператор и воздухопроводы а также за счет инжектирующего действия горелок. Газообразное топливо обычно подогревается в трубчатом металлическом рекуператоре устанавливаемом в дымовом борове последовательно за воздушным рекуператором. Управление печами может быть автоматизировано причем автоматика работает наиболее эффективно при отоплении одним доменным газом. Подобные печи работают весьма эффективно обеспечивая удельную производительность ~550 кгм2час при удельном расходе топлива 500 ккалкг и пока являются более совершенными. Однако эти печи имеют большое количество недостатков. Дело в том что практически они работают на пределе своих возможностей. Повысить температуру подогрева воздуха выше 550о нельзя во избежание самовоспламенения смеси в корпусе горелки. Осуществить устойчивый подогрев газа выше 300о также трудно поскольку температура дымовых газов за керамическим рекуператором не превышает 550 – 600о.
Вместе с тем конструкции инжекционных горелок исключают их применение для сжигания газообразного топлива с высоким содержанием водорода и в случаях смешанного газо-мазутного отопления.
Методические печи работающие на газе высокой теплоты сгорания. В печах работающих на топливе высокой теплоты сгорания подогрев газа не является необходимым. Подогрев воздуха в металлических рекуператорах до 300 – 400о необходим только в тех печах которые работают на топливе теплотой сгорания 2000 – 2500 ккалм3. при теплоте сгорания выше 2500 ккалм3 подогрев воздуха для достижения необходимой температуры горения необязателен однако для уменьшения расхода топлива подогрев воздуха всегда целесообразен.
Помимо топлива конструкция методических печей в значительной мере зависит от требуемой производительности.
Высокая производительность методических печей может быть обеспечена путем увеличения размеров печей и повышения удельной их производительности. Для повышения удельной производительности печей необходимо вести нагрев металла форсировано для чего следует поднять температурный уровень по всей длине печи. С этой целью стали применять печи с двумя рядами горелок в верхней части сварочной зоны печей. Одна из таких печей для нагрева слябов к непрерывному тонколистовому стану представлена на рисунке 2.
Печь рассчитана на отоплении топливом с высокой теплотой сгорания при подогреве воздуха в керамическом рекуператоре до400 – 450о. Воздух просасывается через рекуператор при помощи эксгаустера. Применяются турбулентные горелки низкого давления.
Установка четвертой линии горелок позволяет повысить температуру дымовых газов хвосте печи до 1100 – 1150о и обеспечить удельную производительность ~600 кгм2час. Подобные печи ширина и длина которых соответственно равны около 10 и 30 м обеспечивают при холодном посаде производительность 150 тчас а при горячем – 200 тчас.
Методические печи работающие на жидком топливе. На методических печах мазут применяется не только как дополнительное но и как основное.
Применение мазута в качестве дополнительного топлива позволяет увеличить производительность методических печей на 10 – 15% однако при одновременном увеличении удельного расхода топлива.
В качестве основного топлива мазут применяют как на двухзонных так и на трехзонных методических печах. Высокая температура горения мазута позволяет получать хорошую производительность печей при работе на холодном воздухе. В зависимости от размеров методических печей для сжигания могут быть применены форсунки низкого и высокого давления.
Методические печи для нагрева трубной заготовки. Круглые трубные заготовки нельзя проталкивать через печь поэтому их нагревают в печах с наклонным подом по которому и перекатывают. Такие печи называются ролевыми методическими.
Отличительной чертой этих печей является повышенный угар металла и большие затраты труда (в том числе физического) на перекатывание заготовок и чистку подины от окалины.
Повышенный угар металла (до 35 – 4%) в ролевых печах объясняется тем что при перекатывании заготовок образовавшаяся окалина отскакивает и оголившийся металл окисляется вновь.
Большое количество опадающей на под окалины вызывает интенсивное нарастание подины и препятствует нормальному перекатыванию заготовок. Поэтому остановившиеся заготовки очень часто приходится перекатывать вручную. Быстрый рост подины заставляет часто выполнять ее чистку от окалины что является весьма продолжительной и очень трудоемкой операцией.
1 Профиль печного канала
Современные методические нагревательные печи по конфигурации свода можно подразделить в основном на три типа:
) печи состоящие из конструктивно обособленных последовательно расположенных камер в которых благодаря герметизации печных стенок и соответствующему расположению топливосжигающих устройств создается интенсивная циркуляция газовой среды (рисунок 3). Это приводит к тому что в объеме каждой из таких камер устанавливается практически одинаковая температура газовой среды и печных стенок и следовательно создается предпосылка к применению метода расчета нагрева металла при условии tг=const. Исключения представляют: зона I (методическая) где происходит теплообмен с изменением температуры теплоносителей соответствующим противотоку и зона III (выдержки) в которой температура среды должна изменяться согласно требованиям режима выдержки.
Вследствие того что камеры данной печи конструктивно обособлены теплообмен излучением вдоль печного канала не имеет существенного значения;
) печи подразделенные на ряд камер с самостоятельным вводом топлива в которых режимы движения и горения газов таковы что в пределах каждой камеры (распространенный пример конструкции представлен на рисунке 4) эффективная температура печной среды изменяется. Ввиду этого упрощающее условие tг=const к данным печам неприменимо и в процессе расчета приходится определять изменение температуры печной среды по длине отдельных камер.
Благодаря перепаду высоты печного канала на границах камер излучение вдоль печи так же как в предыдущем случае не может быть существенным;
) печи не имеющие на всем протяжении или на значительных по длине участках каких-либо пережимов свода отделяющих части печного канала одну от другой (рисунок 5) характеризуются непрерывным изменением температуры печной среды. Однако тепловые потоки воспринимаемые нагреваемым материалом не определяются местной эффективной температурой вследствие весьма существенного переноса лучистого тепла вдоль печи.
Профиль свода методических печей в значительной мере соответствует графику изменения температуры по длине печи (рисунок 6).
2 Конструкция пода и транспортирующих устройств
Возможны следующие основные конструктивные варианты:
) сплошной (неканализированный) под с неохлаждаемыми опорами и другими устройствами для транспорта заготовок;
) канализированный под с неохлаждаемыми или охлаждаемыми транспортирующими устройствами.
Конструкции без охлаждения влияют по существу только на величину эффективной поверхности нагреваемого материала. Конструкции включающие охлаждаемые элементы отнимают тепло от рабочего пространства и нагреваемого материала.
3 Режим нагрева материала и способ выдачи его из печи
Укрупнено этот режим может быть определен как трехзонный и двухзонный.
При работе печи по трехзонному режиму (рисунок 7) в первой по ходу металла зоне (зоне I или методической) происходит нагрев металла за счет физического тепла продуктов сгорания которое завершается на границе зон I и II обозначенной на рисунке 5 цифрой 1. Так как отдача физического тепла вызывает охлаждение газов то их температура по длине зоны I заметно снижается.
I – III – зоны печи; 0 1 2 3 – границы расчетных зон; t п.н – температура нижней поверхности заготовки (только для зоны III); точечный пунктир – температура газов введенных в торце зоны II
В зоне II – сварочной сжигается топливо и на поверхности нагреваемого материала достигается максимальная температура. Выделение тепла при горении в той или иной мере компенсирует отдачу тепла газами и этим сдерживается снижение их температуры. Однако обычно при введении топлива через торцовые горелки (или форсунки) наблюдается снижение температуры газов от границы 2 к границе 1 и к торцовой стенке в которой установлены топливосжигающие устройства.
Первое обусловлено усиленным отбором тепла более холодными заготовками поступающими из зоны I в зону II. Второе объясняется тем что вблизи горелок или форсунок только начинается нагрев газов теплом выделяющимся при горении.
Очевидно что повышением тепловыделения в начале и конце зоны II путем соответствующего расположения горелок или форсунок можно добиться выравнивания температуры газов по длине всей зоны.
Назначением зоны III является выравнивание температуры в объеме нагреваемых заготовок. При движении последних по водоохлаждаемым глиссажным трубам на нижней поверхности заготовок остаются полосы с пониженной температурой (темные полосы). Нахождение заготовок на сплошном поде зоны III позволяет выровнять нагрев нижней поверхности и одновременно уменьшить перепад температуры на толщине заготовок.
Двухзонный режим работы методических печей предусматривает нагрев металла в зонах I и II но исключает выдержку. Любая из печей изображенных на рисунках 3 – 5 конструктивно обеспечивая возможность трехзонного режима работы является пригодной и для работы по двухзонному режиму т. е. с повышением температуры поверхности заготовок до самого момента выдачи их из печи.
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцовую и боковую выдачи металла. При торцовой выдаче необходим один толкатель который выполняет и роль выталкивателя. Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель но и выталкиватель поэтому такие печи при размещении в цехе требуют больших площадей. Однако с точки зрения тепловой работы печи с боковой выдачей имеют преимущества. При торцовой выдаче через окно выдачи расположенное ниже уровня пода печи происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок расположенных в торце томильной зоны. Подсосанный в печь холодный воздух вызывает излишний расход топлива и способствует интенсивному зарастанию подины печи образовавшейся окалиной.
В методических печах с нижним обогревом металл проталкивается по водоохлаждаемым глиссажным трубам.
4 Глиссажные трубы методических печей
Как отмечалось нагреваемый металл в методических печах с нижним обогревом передвигается по водоохлаждаемым глиссажным трубам. На каждый ряд двигающихся в печи заготовок устанавливают по две продольные глиссажные трубы. Расстояние между ними составляет ~ длины заготовки. Для предохранения трубы от истирающего воздействия двигающегося металла к ней приваривают металлический пруток. Продольные глиссажные трубы в пределах значительной части методической зоны печи опираются на продольные огнеупорные столбики (рисунок 8).
В пределах высокотемпературной зоны продольные глиссажные трубы опираются на поперечные водоохлаждаемые трубы расположенные на расстоянии 1 – 15 м одна от другой. Концы поперечных труб выведены за пределы печи и прикреплены к вертикальным стойкам каркаса печи. В середине поперечные глиссажные трубы опираются на вертикальную опору выполненную из пары водоохлаждаемых труб футерованных снаружи огнеупорным кирпичом.
Водоохлаждаемые глиссажные трубы оказывают большое влияние на тепловую работу зоны нижнего обогрева и тепловую работу печи в целом. Расход тепла с охлаждающей водой в методических печах составляет 10% а иногда и более от всего количества поступающего в печь тепла. Кроме того глиссажные трубы оказывают значительное охлаждающее действие на металл и препятствует его равномерному нагреву. В связи с этим стремятся выполнить снаружи тепловую изоляцию глиссажных труб чтобы снизить поступление тепла к стенке трубы и ослабить ее охлаждающее действие. В качестве тепловой изоляции глиссажных труб применяют всевозможные огнеупорные обмазки. Чтобы тепловая изоляция не отлетела пользуются различными приемами: приваривают металлические прямые и изогнутые штыри выполняют из огнеупорных масс специальные огнеупорные блоки которые нанизываются на трубу. Выделяют три перспективные конструкции глиссажных труб:
) с набивкой огнеупорной массы между шипами приваренными непосредственно к трубам;
) с набивными блоками (рисунок 9 а);
) со сборными блоками из керамических сегментов (рисунок 9 б).
Потери тепла с охлаждающей водой при использовании набивной на шипы изоляции по сравнению с потерями при неизолированной трубе снижаются в 2 – 3 раза а при навесной изоляции из сегментов или блоков потери удается снизить в 46 – 63 раза. Значительная разница в эффективности изоляции объясняется тем что набивная на шипы изоляция из-за большей массы металла в ней характеризуется значительно более высокой чем блочная изоляция средней теплопроводностью.
Промышленная проверка срока службы блочной изоляции показала что для большинства печей отапливаемых газом где температура под металлом не превышает 1375о вполне применимы для изоляции подовых труб набивные и сборные шамотные блоки срок службы которых в указанных условиях составляет от 9 месяцев (в области повышенных температур) до 2 лет (в области пониженных температур).
В печах отапливаемых мазутом где температура под металлом достигает 1500о хорошие результаты показали набивные блоки изготовленные из магнезитовой (магнезитохромитовой) массы срок службы которых составляет более 9 месяцев.
а – набивные блоки; б – сборные блоки
Опыт изоляции труб промышленных печей показал что при наличии готовых блоков нанесение изоляции по всей печи занимает 5 – 8 часов. После нанесения изоляции печь сразу же может быть поставлена на разогрев по обычному графику.
Следует подчеркнуть что кроме отмеченного выше значительного снижения потерь тепла с охлаждающей водой нанесение изоляции на трубы в печи сопровождается как правило повышением температур на 150 – 200о что существенно улучшает условия теплообмена металла с печными газами.

Курсовик по теплотехнике.doc

Министерство образования и науки РФ
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Курсовой работа по дисциплине:
тема: «Расчет двухзонной методической печи»
Череповец 2006 учебный год.
Конструкция отдельных частей печи 1
Расчет горения топлива: 9
1.Перерасчет состава топлива . 9
2 Объем воздуха и продуктов полного
3. Низшая теплота сгорания . .. 11
4. Температура горения топлива 12
Расчет теплообмена в рабочем пространстве
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве
Расчет нагрева металла . ..18
Расчет основных параметров . 25
. Тепловой баланс печи 28
Основные теплотехнические показатели рабочей
Аэродинамический расчет . .37
Расчет дымового тракта . .37
Расчет дымовой трубы .. 41
Расчет топливосжигающих устройств . ..43
Техническое задание.
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по
температурному режиму.
Производительность печи G=111 тч
Заготовки квадратного сечения размером 5100*150*150 мм
Тепло горения 3317853 7871 1. Полезное тепло на 25080 5528
топлива нагрев металла
Тепло 548771 1302 2. Потери тепла с 657242 1448
внесенное уходящими газами.
Тепло 348417 827 3. Потери тепла 35815 789
выделившееся при теплопроводностью через
окислении железа. кладку.
Итого: 4215041 100 4. Потери тепла через 9031 199
Потери тепла с 10467 231
Потери тепла с 288895 637
Неучтенные потери. 529801 1168
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования химической энергии топлива [pic]
показывающий какая доля химической энергии топлива остается в рабочем
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности
[pic] – количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное
металлом в печи кВт.
[pic] – тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
Рисунок5.Эскиз дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Высота канала: [pic]
Потери на трение в вертикальном канале:
где [pic] – коэффициент трения [pic]
[pic]– коэффициент объемного расширения газа [pic]
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные
[pic] где [pic] – коэффициент местного сопротивления. Из приложения
[pic]Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов: [pic]
выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов [pic]
определяем второй размер:
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова [pic] от вертикальных каналов до
числе до рекуператора 10 м [pic]
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на [pic] на
пути от вертикальных
каналов до рекуператора:
где [pic] - коэффициент местного сопротивления
Потери давления в рекуператоре: [pic]
Местные потери давления при повороте на [pic] на входе в дымовую
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства
печи к основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=35м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем: [pic]
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
[pic][pic] – барометрическое давление минимальное для данной
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным
условиям): газа [pic] воздуха [pic]
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
[pic]Избыточное давление газа перед горелкой:
[pic] Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где[pic]- коэффициент сопротивления форсунки
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи
работающей по двудонному температурному режиму производительностью
0тч. В ходе его был рассчитан процесс горения топлива
гидродинамики теплоотдачи нагрева металла и дымовой тракт. В
результате получила следующие основные параметры методической печи:
-длина активного пода: [pic]
-длина методической зоны: [pic]
-длина сварочной зоны: [pic]
-высота методической зоны: [pic]
-высота сварочной зоны: [pic]
-высота дымовой трубы: [pic]
-время нагрева металла в печи: [pic]
Кривандин В.А. Неведомская И.Н. и др. Металлургическая
теплотехника. Конструкция и работа печей. 12 тома. Москва
Расчет методических печей. Методические указания по курсовому
проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995 -56 с.
ЧГУ КП 1101.000.000 ПЗ
ЧГУ.КП.1101.000.000.ПЗ

Жека ЧМ-31.doc

Министерство образования и науки РФ
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Курсовой работа по дисциплине:
тема: «Расчет двухзонной методической печи»
Череповец 2008-2009 учебный
Конструкция отдельных частей печи 1
Расчет горения топлива: 9
1.Перерасчет состава топлива . 9
2 Объем воздуха и продуктов полного
3. Низшая теплота сгорания . .. 11
4. Температура горения топлива 11
Расчет теплообмена в рабочем пространстве
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве
Расчет нагрева металла . ..18
Расчет основных параметров . 25
. Тепловой баланс печи 28
Основные теплотехнические показатели рабочей
Аэродинамический расчет . .37
Расчет дымового тракта . .37
Расчет дымовой трубы .. 41
Расчет топливосжигающих устройств . ..43
Техническое задание.
Выполнить проектный расчет методической печи работающей по
температурному режиму.
Производительность печи G=153 тч
Нагреваемый металл: сталь 3
Заготовки квадратного сечения размером 10500*100*100 мм
CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2
Топливо – природный газ. Состав топлива в %:
Температура подогрева 400 °С
Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и
кузнечных цехах для нагрева квадратных прямоугольных а иногда и
круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено
тем что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при
невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла
методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с
другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при
помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая
заготовка выдается из печи.
Металл поступает в зону наиболее низких температур и продвигаясь
навстречу дымовым газам температура которых монотонно повышается
постепенно (методически) нагревается.
Первая (по уходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой
называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается
до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепенный
нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим
нагрева когда металл находится в упругом состоянии.
Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся
навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами отходящими
из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в
методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур
методических печей температура поддерживается на уровне 1300 - 1400С
в конце же методической зоны она находится в пределах 750-1000С.
Вторая ( по ходу металла) зона называется зоной высоких температур
или сварочной зоной. Назначение этой зоны – быстрый нагрев поверхности
заготовок до конечной температуры. Температура металла в методических
печах обычно составляет 1150-1250С. Для интенсивного нагрева
поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо
обеспечивать температуру на 50-100 К выше.
В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность
металла; температура середины металла отстает от температуры
поверхности. Однако при нагреве тонких заготовок нет необходимости
делать выдержку для выравнивания температур по сечению так как имеет
место небольшой перепад температур.
В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев
металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае когда
металл продвигаясь по монолитному поду нагревается только с одной
стороны сверху. Для этого на всю длину сварочной и методической зон
оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.
При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные
(водоохлаждаемые) трубы по которым перемещается металл. Глиссажные
трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две-три на
каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с
водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже и на
его поверхности образуются темные пятна.
Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в
двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны
выполняется без нижнего обогрева с монолитным огнеупорным подом.
Как монолитный под так и под томильной зоны в трехзонных
методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала
который не взаимодействует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее
действие продвигающегося металла.
Высотой рабочего пространства считается расстояние от высшей точки
свода до пода. В печах оборудованных глиссажными трубами полная
высота печи делится на две части: верхнюю ( расстояние от нажней части
заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода).
Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи а
ширина – по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нормальным
соотношение размеров когда отношение длины к ширине равно 5÷6 (
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи
металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При
торцевой выдаче необходим один толкатель который выполняет роль также
Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель но и
выталкиватель поэтому такие печи при размещении требуют больших
При торцевой выдаче через окно выдачи расположенное ниже пода печи
происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса
усиливается инжектирующим действием горелок расположенных в торце
Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами
обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент
использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве что объясняется
наличием методической зоны.
Методические печи могут быть двухзонными трехзонными и многозонными.
Трех- и много зонные печи применяются в тех случаях когда в
нагреваемых заготовках могут возникнуть значительный перепады
температур по толщине
( более 200 К на один метр толщины металла). Эти печи снабжены
дополнительными (томильными) зонами в которых и осуществляется
выравнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи.
Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в
соответствии с режимом нагрева и производительностью печи.
Так например если нагрев двухступенчатый то и профиль печи должен
быть двухзонный если нагрев трехступенчатый то и профиль должен быть
трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок то печь
должна иметь наклонный под.
Конструкции отдельных частей печи
Под печи. Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых
потерь через него следует выполнять в 2.5÷3.0 кирпича. Кроме того
необходимо применять изоляцию пода.
В методической части печи под выкладывается из шамота в 1.5÷2 кирпича
и прослойкой из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65÷130мм.
При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную
подушку толщиной 200÷300мм которая в свою очередь опирается на
кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий
Для нормальной работы необходимо чтобы наивысший уровень грунтовых
вод проходил не ближе чем на 250мм от площади нижних дымовых каналов.
Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или
заключают все строение печи находящееся ниже уровня грунтовых вод в
водонепроницаемый металлический кессон. Иногда кессон выполняется из
В нагревательных печах для устройства пода применяют магнезитовый
хромитовый и тальковый кирпич и также сырой тальк и хромистый
железняк. Самым дешевым является тальк но в то же время из всех
перечисленных выше материалов он устойчив против окалины хотя по
сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.
Под в сварочном пространстве выполняется толщиной в 3 кирпича т.е.
0мм. Верхний слой (150÷250мм) выкладывается магнезитовыми или
хромистыми материалами. Следующий слой – шамотный. Нижний изоляционный
слой имеет толщину 100÷150мм.
Стены нагревательных печей делаются толщиной в 375÷500мм что
составляет 1.5÷2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры:
0×115×65 или 250×125×65мм.
Более тонкие стенки в 1.5 кирпича (375мм) делаются обычно в случае
применения изоляции. Стены методических печей выкладываются из
шамотного кирпича. Динас применяется только для сварочного
пространство и стен топочного пространство методических печей.
Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не
более 4÷5м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба
свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела
прогиба получается если радиус кривизны будет равен ширине пролета.
Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода
упираются в опоры называемые пятовыми кирпичами. Для большей
прочности свода пятовые кирпичи
укладываются глубоко в стенку. Чем больше ширина пролета тем толще
должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из
стандартного кирпича 230 и 300мм; при пролетах более 3.5м применяется
кирпич длиной 345мм или больше.
Кроме арочных сводов существуют многочисленные конструкции так
называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов – секционная и
В индивидуальной системе каждый кирпич имеет свою подвеску а в
секционной системе отдельные кирпичи связаны в группы или ряды
которые подвешиваются в целом к арматуре. Наибольшее распространение
получили подвесные своды представляющие собой двутавр на который
надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для
ремонта и возможность тщательного его монтажа. Расстояние между
центрами подвесок – 300мм толщина свода – 300мм. Толщина кирпича –
8 и 73мм. Второй размер 73мм служит для компенсации неточности в
изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без подгонки
варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных
сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы
наивысшего качества.
Борова прокладываются в земле выше уровня грунтовых вод. При
расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в
кессоны. Влага не должна проникать в борова так как это значительно
ухудшит тягу дымовой трубы а следовательно и работу печи. Размеры
боровов определяются по скорости движения газов которая не должна
превышать при 0С и 760 мм рт ст 1.5÷2.5мс.
Из практических соображений борова не должны быть менее 600×600мм.
Стенки и под боровов выполняются в 1.5÷2.0 кирпича: внутренний кирпич
– шамотный а наружный (0.5 или целый) – красный. Свод боровов
выкладывается из шамота в один кирпич или же делается еще одна арка
из красного кирпича и засыпается золой и землей. Борова обычно
перекрываются полуциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боровах
составляет 0.08÷0.12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают
бетонную подушку толщиной 100÷200мм.
Крепление печей. При кладке печей необходимо следить за тем чтобы
предусмотрено достаточное количество температурных швов. В сводах
например температурные швы заполняются деревянными дощечками или
картоном которые выгорают по мере разогрева печи. Назначение
температурных швов – компенсация объемных изменений размеров кладки
при нагреве последней. При определении величины температурного шва
необходимо считаться с качеством кирпича плотностью кладки и способом
крепления. В целях сохранения формы кладки устраивают еще
металлическое крепление печей состоящее из опорных балок и каркасов
сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком
жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то чтобы
температурные швы были достаточных размеров. Если температурные швы
будут недостаточны то может произойти разрыв жесткого крепления или
Расчет горения топлива
1Пересчет состава топлива.
Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на
влажный проводится по формуле:
где dr – влагосодержание газа гм3 х – содержание компонента %
2.Объем воздуха и продуктов полного сгорания.
Теоретический расход сухого кислорода:
Теоретический расход сухого окислителя:
где O2ок – объемное содержание O2 в окислителе %
Расход сухого окислителя при [pic]
Расход сухих трехатомных газов:
Теоретический выход азота:
где N2ок – объемное содержание азота в окислителе %
Теоретический выход водяных паров:
где dок – влагосодержание окислителя гм3
Выход продуктов полного сгорания при [pic]
Объемный состав продуктов полного сгорания:
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:
3.Низшая теплота сгорания
Наиболее точной формулой для определения низшей теплоты
сгорания газообразного топлива является формула Менделеева т.е.
суммированием тепловых эффектов реакций горения:
Для газообразного топлива определяется по формуле:
4.Температура горения топлива
Эта часть расчета необходима для того чтобы установить обеспечивает
топливо нужную температуру нагрева металла и если не обеспечивает то
определить необходимую степень подогрева сред участвующих в горении.
Энтальпия продуктов сгорания:
где [pic]– химическая энтальпия продуктов сгорания:
где [pic] – недожог топлива кДжм3 ([pic]=3%[pic])
[pic] – физическое тепло вносимое воздухом и газом
Из приложения 4 t=400 0СQф - изобарная теплоемкость воздуха.
iв - энтальпия воздуха.
Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания 500 ОС
По полученным значениям строим график зависимости энтальпии 1м3
продуктов сгорания от температуры (рис. 1)
Графически определяем что iобщ = 342791 кДжм3 соответствует
расчетная температура tрасч.=2050 oC
Действительная температура горения:
где [pic] – опытный пирометрический коэффициент ([pic])
Рисунок 1. Зависимость 1 м.куб. продуктов сгорания от температуры.
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи.
1 Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.
Целью расчета внешнего теплообмена является определение приведенного
коэффициента излучения от газов и кладки на металл.
Расчет приведенного коэффициента излучения от газов и кладки на
проводим для верхней части рабочего пространства печи для нижних зон
коэффициента излучения принимаем таким же.
Для проведения расчета определяем размеры рабочего
Ширина рабочего пространства:
где n – число рядов заготовок
[pic] – расстояние между рядами заготовок или между торцами заготовок
и боковыми стенками печи м.
l – длина заготовки м.
Средняя высота рабочего пространства печи:
в сварочной зоне – hсв = 2 м.
В методической зоне – hмет = 15 м.
где Lсв Lмет. – соответственно длины сварочной и методической зон.
Внутренняя поверхность стен и свода:
Суммарная поверхность кладки и металла окружающих газовый объем:
Объем заполняемого газом рабочего пространства
Средняя эффективная длины луча:
Парциальное давление газов:
Степень черноты газов [pic]и [pic] в сварочной и методической зонах
определяем по приложениям 5 и 6.
Температура газов в сварочной зоне:
Средняя температура газов в методической зоне:
[pic]температура уходящих газов
Степень черноты продуктов сгорания:
где [pic]- поправочный коэффициент определяем по приложению 7.
Угловой коэффициент излучения кладки на металл
Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:
в методической зоне:
Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла:
3 Расчет нагрева металла
Среднемассовая конечная температура заготовки:
[pic] где [pic] – заданный конечный перепад температур в заготовке
Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева
где [pic]– коэффициент теплопроводности металла при [pic]
Определяем из рис. 6: [pic]
S – полная толщина металла м.
Расчетная температура газов в сварочной зоне:
Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной
где [pic] – количество тепла уносимого уходящими газами из сварочной
где [pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая температуре.
[pic] – количество тепла излучаемого из сварочной зоны в методическую.
[pic] – удельный тепловой поток излучения ([pic]= 100 кВтм2)
[pic] – площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе
сварочной и методической зон.
[pic] – общая тепловая мощность печи
[pic] – удельный расход тепла (b = 2500 кДжкг)
G – производительность печи кгч
[pic] – количество тепла уносимое уходящими газами из печи
[pic] – энтальпия продуктов сгорания соответствующая [pic]
Изменение теплосодержания металла в печи:
где iз iо – теплосодержание металла соответствующее
конечной [pic] температурам кДжкг.
Изменение теплосодержания металла вместе с образовавшейся окалиной:
[pic] – угар металла % ([pic]=2%)
Сок – теплоемкость окалины Сок = 1 кДж(кг*К)
m -коэффициент учитывающий сколько окалины Fe3O4
окисления 1 кг железа (m=138).
Приращение теплосодержания металла в методической зоне:
Приращение теплосодержания в сварочной зоне:
Нагрев металла в методической зоне (участок I)
Удельный тепловой поток в начале зоны:
Удельный тепловой поток в конце зоны:
где [pic] - средняя температура металла в конце методической
зоны соответствующая его теплосодержанию
λ=396 Вт(м ·К).– теплопроводность металла
соответствующая температуре [pic].
Уравнение для q1 решается методом последовательных приближений. В
приближении находим [pic] полагая член [pic].
Температура поверхности металла в конце зоны:
Перепад температур по сечению металла в конце зоны:
Температура оси металла в конце зоны:
Средний тепловой поток в методической зоне:
Время нагрева металла в методической зоне:
Участок сварочной зоны с монолитным подом (участок II'').
Время нагрева металла на этом участке:
[pic] – длина монолитного пода ([pic]= 5 м)
Чтобы определить параметры данного металла в начале
участка необходимо найти
критерии Био и Фурье. Критерий Фурье:
Теплоемкость металла: [pic]
Коэффициент теплопроводности:
Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева:
С помощью приложений по значениям критериев Bi и Fo определяем
величину [pic]и вычисляем перепад температур в начале участка: [pic]
Удельный тепловой поток в начале участка:
Температура поверхности металла при переходе на монолитный
Среднемассовая температура металла:
Температура на оси заготовки:
Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом.
Средний тепловой поток на участке:
Теплосодержание металла в конце участка i2=810 кДжкг соответствует
температуре tм2=1178С по рисунку 5.
Приращение теплосодержания на участке:
Время нагрева на участке:
Общее время нагрева:
Удельная продолжительность нагрева:
4 Расчет основных размеров.
Длина активного пода:
Длина методической зоны:
Длина сварочной зоны с монолитным подом:
Длина сварочной зоны с двухсторонним обогревом:
Площадь активного пода:
Площадь полезного пода:
Напряженность активного пода:
Напряженность полезного пода:
Расстояние между опорными трубами составляет 1000 мм. Смотровые и
рабочие окна располагаются симметрично с обеих сторон печи.
В сварочной зоне на участке с двухсторонним обогревом располагается 16
а на участке с монолитным подом – 8 рабочих окон. Количество окон
выбирается в зависимости от расстояния между осями окон которое
принимается для рабочих окон 1250 мм для смотровых окон – 1700 мм.
Размеры торцевых окон посада и выдачи:
[pic] – высота окна м
Тепловой баланс печи:
Тепло горения топлива:
где В – расход топлива кгс
Тепло внесенное подогретым воздухом и топливом (газом):
Тепло выделившееся при окислении железа:
Полезное тепло на нагрев металла:
Потери тепла с уходящими газами:
Потери тепла теплопроводностью:
где [pic] – средняя температура внутренней поверхности кладки оС
[pic] – температура окружающего воздуха оС
[pic] и [pic] – соответственно толщина огнеупорной кладки и
[pic] и [pic] – соответственно коэффициенты теплопроводности
огнеупорной кладки и изоляции Втм*К
[pic]– коэффициенты конвективной теплоотдачи от стенок и окружающего
[pic] – площадь поверхности кладки м2.
Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь свода и
стен сварочной и методической зон:
Средняя температура внутренней поверхности кладки tкл определяется
Безразмерные температуры:
Средняя температура поверхности металла:
Тепловые потери через свод в сварочной зоне.
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции.
Средняя температура слоя огнеупора:
Средняя температура слоя изоляции:
Коэффициенты теплопроводности динаса:
Коэффициенты теплопроводности изоляции:
Потери тепла теплопроводностью через свод: [pic]
Потери тепла теплопроводностью через стены: [pic]
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции стены:
Не превышать максимально допустимого значения для материала изоляции в
Правильность принятых средних температур слоев проверяется по
Расхождение между принятым значением средних температур и
формулам не превышает 20%.
Тепловые потери через свод и стены в методической зоне
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:
Средняя температура слоя огнеупора (динаса):
Коэффициент теплопроводности динаса:
Коэффициент теплопроводности изоляции:
Температура на границе слоев огнеупора и изоляции свода: [pic]С
подсчитанным по формулам не превышает 20%.
Потери тепла через окна печи.
Потери тепла через закрытые окна печи.
В сварочной зоне: [pic] [Вт]
где n=16 – число окон; [p
S=023 толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент
теплопроводности материала окна при [pic] Втм·К.
В методической зоне расчет аналогичный
где n=8 – число окон; [p S=023 –
толщина стенки в один кирпич м; λ=141 – коэффициент
материала окна при [pic] Втм·К.
Потери тепла излучением через открытые окна:
где [pic] – коэффициент диафрагмирования ([pic]=07)
Потери тепла с окалиной:
Потери тепла с охлаждающей водой:
Приравняв приходные и расходные статьи теплового баланса определяем
секундный расход топлива В кгс:
Приходные и расходные статьи теплового баланса сводятся
Тепловой баланс печи.
Статья Приход тепла Статья Расход тепла
Тепло горения 3747747 6757 1. Полезное тепло на 345695 621
топлива нагрев металла
Тепло 598056 1078 2. Потери тепла с 74798 1343
внесенное уходящими газами.
Тепло 1200625 2164 3. Потери тепла 61307 11
выделившееся при теплопроводностью через
окислении железа. кладку.
Итого: 5546428 100 4. Потери тепла через 172546 31
Потери тепла с 14427 259
Потери тепла с 477747 858
Неучтенные потери. 50608 909
Основные теплотехнические показатели работы печи.
Коэффициент использования химической энергии топлива [pic]
показывающий какая доля химической энергии топлива остается в рабочем
Общая тепловая мощность Мобщ печи:
Общая тепловая мощность складывается из полезной мощности
[pic] – количество тепла выделенного при сжигании топлива усвоенное
металлом в печи кВт.
[pic] – тепло усвоенное металлом от окисления железа кВт
Мощность холостого хода:
Удельный расход тепла:
Удельный расход условного топлива:
Коэффициент полезного действия печи:
Аэродинамический расчет.
1 Расчет дымового тракта.
Рисунок5.Эскиз дымового тракта.
При расчете дымового тракта потери давления на преодоление
сопротивления трения газов о стенки рабочего пространства печи не
Потери давления в вертикальных каналах.
Приведенная скорость дымовых газов при выходе из печи:
где m – коэффициент учитывающий потери дыма на выбивании.
Приведенная скорость в вертикальных каналах принимается:
Сечение одного канала:
n – количество каналов
Эквивалентный диаметр канала:
Высота канала: [pic]
Потери на трение в вертикальном канале:
где [pic] – коэффициент трения [pic]
[pic]– коэффициент объемного расширения газа [pic]
Местные потери давления при входе газового потока в вертикальные
[pic]где [pic] – коэффициент местного сопротивления. Из приложения 11:
[pic]Потери на преодоление геометрического напора:
Потери давления в борове.
Приведенная скорость дымовых газов: [pic]
выбирая ширину борова больше ширины вертикальных каналов [pic]
определяем второй размер:
Эквивалентный диаметр борова:
Принимаем длину борова [pic] от вертикальных каналов до трубы 20 м в
том числе до рекуператора 10 м [pic]
Температура перед рекуператором:
Средняя температура на участке:
Температура перед трубой:
потери давления на преодоление трения:
Местные потери давления при двух поворотах на [pic] на пути от
каналов до рекуператора:
где [pic] - коэффициент местного сопротивления
Потери давления в рекуператоре: [pic]
Местные потери давления при повороте на [pic] на входе в дымовую
Общие потери при движении продуктов горения из рабочего пространства
печи к основанию дымовой трубы:
2 Расчет дымовой трубы.
Действительное разряжение создаваемое трубой:
По приложению 12 определяем высоту трубы: Н=35м
Температура в устье трубы:
Средняя температура газов в трубе:
Приведенную скорость газов в устье дымовой трубы принимаем: [pic]
Диаметр трубы у основания:
Средний диаметр трубы:
Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:
Высота дымовой трубы:
[pic] барометрическое давление минимальное для данной местности кПа
Расчет топливосжигающих устройств.
Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 1 м.
Производительность одной горелки:
где n – количество горелок;
Расчет диффузионных горелок низкого давления.
Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным
условиям): газа [pic] воздуха [pic]
Площадь сечения для прохода газа:
Диаметр газового сопла:
Площадь сечения для прохода воздуха:
Диаметр воздушного сопла:
Избыточное давление газа перед горелкой:
Избыточное давление воздуха перед горелкой:
где[pic]- коэффициент сопротивления форсунки
где К – коэффициент (для природного газа К=15);
В данном курсовом проекте был произведен расчет методической печи
работающей по двудонному температурному режиму производительностью
0тч. В ходе его был рассчитан процесс горения топлива
гидродинамики теплоотдачи нагрева металла и дымовой тракт. В
результате получила следующие основные параметры методической печи:
-длина активного пода: [pic]
-длина методической зоны: [pic]
-длина сварочной зоны: [pic]
-высота методической зоны: [pic]
-высота сварочной зоны: [pic]
-высота дымовой трубы: [pic]
-время нагрева металла в печи: [pic]
Кривандин В.А. Неведомская И.Н. и др. Металлургическая
теплотехника. Конструкция и работа печей. 12 тома. Москва
Расчет методических печей. Методические указания по курсовому
проектированию. – Череповец: ЧГИИ: 1995 -56 с.
ЧГУ.КП.1101.000.000.ПЗ
ЧГУ КП 1101.000.000 ПЗ

Лекции.doc

Классификация топлива: 1)Твердое 2) Жидкое 3) Газообразное или 1)природное
) искусственное. Природное твердое топливо – дрова торф бурый и каменный
угли антрацит горючие сланцы. Природное жидкое топливо – нефть. Природное
газообразное топливо – природный газ. Искусственное твердое топливо –
полукокс кокс торфяные и каменноугольные брикеты. Искусственное жидкое
топливо – бензин керосин соляровое и др масла мазут. Искусственное
газообразное топливо – нефтяной газ полукоксовый газ коксовый газ
доменный газ. УГЛИ. Бурые угли. К ним относят угли с высшей теплотой
сгорания до 24 МДжкг. Их характеризует большой выход летучих
неспекающийся коксовый остаток и большая влажность которая достигает 55-
% у молодых и до 30% у старых. По содержанию влаги в рабочей массе их
делят: 1) Б1 – с влажностью WP>40% 2)Б2 – WP 30-40% 3)Б3 – WP 30%. Б1 –
мягкие молодые угли Б2 и Б3 – плотные и более старые. Плотность бурых
углей от 500-1300 кгм3. Они легко теряют на воздухе влагу и механическую
прочность. Легко превращаются в мелочь и обладают повышенной способностью к
самовозгоранию. У них низкая теплота сгорания QH = 10-17 МДжкг.
Используются как местное топливо. Каменные угли. К ним относятся угли с
высшей теплотой сгорания QB во влажном беззольном состоянии более 24
МДжкг. Выход летучих более 9%. Плотность 1150-1500 кгм3. каменные угли
делятся на марки в основном по выходу летучих:
Марки Выход летучих % Хар-ка нелетучего остатка
Д (Длиннопламенные) >30 От порошкообр до слабоспек
Г (газовые) До 35 Спекшиеся
Гж (Газовые жирные) 31-37 Спекшиеся
Ж (Жирные) 24-37 Спекшиеся
Кж (Коксовые жирные) 25-33 Спекшиеся
К (коксовые) 17-33 Спекшиеся
Т (тощие) 9-17 От порошкообр до слабоспек
Хорошо спекаются без доступа воздуха угли имеющие % более 17 и меньше 0.
их используют для коксования все остальные используют в качестве топлива.
В энергетике используют окисленные угли у которых выход летучик также от
-40% но дающие неспекающийся остаток (Экибастуз). Угли
характеризующиеся спекающимся остатком подразделяют на технологические
группы: 1) Полуантрациты (Па) 2) Антрациты (А). Полуантрациты имеют высокую
теплоту сгорания Q более 35 МДжкг. Антрациты – 337МДжкг. Это
высококачественное механически прочное котельное топливо. Теплота сгорания
каменных углей и антрацитов от 23-27 МДжкг. Плотность от 1400-1700 кгм3.
Ископаемые угли и горючие сланцы классифицируют по крупности если их после
грохочения разделяют на классы: 1)Плита – более 100 мм 2) Крупный – от 50-
0 мм 3) Орех 25-50мм 4) Мелкий 13-25 мм 5) Семечка 6-13 мм 6) Штыб до
мм. Энергетические топлива как правило грохочению не подвергают и
направляют к потребителю в виде рядового угля (не более 300 мм) Часть углей
подвергают обогащению сухому или мокрому с выделением высокозольного
промпродукта и очень высокозольных хвостов которые отправляют в отвалы.
При мокром обогащении выделяется продукт – шлам который после подсушки
используется в энергетике. МАЗУТЫ. Они предназначены для сжигания в
котельных и технологических установках. Подразделяются на 1)Флотские Ф5
Ф12 2) Топочные М40 М100. Цифра показывает отношение времени истекания 200
мл мазута при 50 С ко времени истекания такого же количества
дистиллированной воды при 20 С. Мазуты очень вязкие жидкости. Для перекачки
мазута по трубам и распыления форсунками его нагревают до 100-140 С.
Температура застывания мазута М40 минус 10 С М100 – минус 25С. Мазута
высококачественные обозначаются дополнительно буквой «в». В пределах марок
топочные мазута подразделяются в зависимости от содержания серы: 1)
Малосернистые до 05% 2) Сернистые 05-2 % 3)Высокосернистые 2 – 35%.
Твердое и жидкое топливо состоят из углерода водорода органической серы
S0 горючей колчеданной серы SK кислорода и азота. Помимо этих элементов
которые составляют горючую массу топлива в нем есть балласт – зола А и
влага W. Состав топлива выражается в % по массе. Различают рабочую сухую и
горючую массы (р с г). АР+WP = 100%. Если из топлива исключить балласт
то получим горючую массу. Сухая масса топлива соответствует обезвоженному
топливу. Состав рабочей массы топлива сильно зависит от величины балласта
так как в справочниках данные по составу горючей массы. С и Н – самые
ценная часть топлива. Углерод при полном сгорании выделяет 8050 ккалкг. В
древесине и торфе его до 50% около 65-80% в бурых и каменных углях 90-95%
в антрацитах 84-87% в мазуте. Содержание угля растет с увеличением
химического возраста топлива и характеризует степень обуглероживания орг
массы растительного и животного происхождения. Водород в топливе частью
находится в связанном виде составляя внутреннюю влагу топлива снижая
тепловую ценность. С увеличением химического возраста ценность уменьшается.
Кислород и азот образуют – внутренний балласт. S содержится в виде
сернистых соединений S0 и колчедана SK которые объединяются в летучую
серу: S0 + SK = SЛ которая способна при полном сгорании выделять до 2106
ккалкг. Сера входит в состав топлива в виде сернистых солей (сульфатов)
которые не способны гореть. Присутствие серы резко снижает качество
топлива. Зола является балластной примесью сильно влияет на качество
топлива и процессы горения. Золу подразделяют на первичную (входящую в
состав матер-ого вещества) и вторичную (представляющую продукты
выветривания и разложение минеральных пород) и третичную (пустая порода).
Содержание золы в бурых и каменных углях в % от рабочей массы составляет 4-
% в торфе 5-7 в дрофах 05% в мазуте 03%. В золу твердого топлива
входит глина окислы железа известь магнезия щелочи В лаборатории
определяют зольность топлива при сжигании его в фарфоровом тигле при 810 С.
Легкоплавкая зола которая приводит к зашлаковыванию горящего слоя топлива
расплавленная и размягченная откладывается на трубы при этом ухудшается
теплопередача. При высоких температурах жидкий шлак может выступать в
химическую реакцию с кладкой вызывая быстрый износ. Влага-топливо –
вредная балластная составляющая. Влага складывается из внешней или
механической влаги (внешнее увлажнение) и равновесной влаги называемой
гигроскопичностью материала. Чтобы определить внешнюю влагу пробу
высушивают на воздухе до постоянного веса а гигроскопичную влагу
определяют сушкой пробы в сушильном шкафу сухого топлива также до
постоянной массы при температуре 102-105 С. Влажность жидкого топлива
определяют давая воде отстояться в течение суток при Т=40С. Влажность
газообразного топлива находят пропуская пробу газа через слой СаСl
который поглощает влгу. В топочной технике используют понятия приведенной
влажности под которым подразумевают влажность топлива приходящуюся на
00 ккал низшей теплоты сгорания Wn = 1000 WPWPН % (Wn 3 – маловлажное
Wn > 8 – сильновлажное). Важной характеристикой топлива является его
теплота сгорания. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей
теплотой сгорания QB называется все количество тепла выделенной при полном
сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива и 1м3 газообразного при
превращении водяных паров содержащихся в продуктах сгорания в жидкость. На
практике не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации
поэтому введено понятие низшей теплоты сгорания QH. Ее величину получают
вычитая из QB теплоту парообразования влаги как содержащейся в топливе
так и образовавшейся при его сжигании. На парообразование 1 кг влаги
расходуется примерно 600 ккалкг. Теплоту сгорания газообразного топлива
определяют при помощи газового калориметра. В нем в течение определенного
времени сжигают топливо подаваемое горелкой. Выделенное тепло
воспринимается потоком воды. Расход газа определяют счетчиком а расход
воды взвешиванием. Для сравнения тепловой ценности различных топлив введено
понятие «условное топливо» под которым подразумевается топливо
характеризуемое теплотой сгорания 7000 ккалкг или 2935 МДжкг что
соответствует хорошему малозольному сухому углю. Другой важной
характеристикой является выход летучих веществ при нагревании топлива без
доступа воздуха. Выход летучих дается в % от рабочей (горючей) массы
топлива. Чем больше выход летучих тем ниже Т воспламенения легче
зажигание топлива и тем больше V пламени. При использовании топлива в
различных технологических процессах представляют ценность и другие
свойства: при коксовании кам углей важной характеристикой являются свойства
кокса т.к. при использовании его в доменных и других печах кокс можно
использовать лишь с определенными свойствами по составу выходу летучих и
механической прочности. При газификации топлива интерес представляет
реакционная способность топлива (горючесть) его термическая прочность и
некоторые другие свойства. При сжигании топлива в печах где требуется
определенная температура интерес представляет жаропроизводительность
топлива (калориметрическая ТСГОР). ГАЗООБРАЗНОЕ топливо:. Горючие газы
разделяют на природные и искусственные. Искусственные делят на газы
полученные при термической переработке топлива которая заключается в
разложении топлива при нагревании его без доступа воздуха и во-вторых на
газы полученные при газификации твердого топлива заключающуюся во
взаимодействии его с воздухом водяным паром иногда с углекислым газом
т.е. когда все топливо за исключением негорючей золы превращается в газ.
Природные газы представляют собой смесь различного рода углеводородов с
преимущественным содержанием СН4. В жирных газах нефтяных месторождений
метана меньше и больше высших углеводородов. При добыче нефти выходит
«попутный газ». Природный газ выходящий из скважин иногда содержит бензин.
Его может быть до 10 гм3 а в жирных и до 200гм3. Кроме того газ выносит
песок и воду. Природный газ используют как топливо для промышленности и
бытовых нужд а также сырьем для получения химических продуктов. Большое
значение получают попутные газы из которых также получают достаточное
количество хим продуктов. Из категории ископаемых газов большое значение
имеет коксовый. Теплота его сгорания 3600-4500 ккалм3. Светильный газ – он
по составу близок к коксовому. Получают его в результате сухой перегонке
каменных углей при высокой температуре. Нефтяной крекинг-газ получают при
всех способах крекинга нефтепродуктов. Его теплота сгорания 10000-15000
ккалм3. Он является наиболее высококалорийным. При другом виде крекинга
при Т порядка 650-750С и атмосферном давлении можно получить пиролизный
нефтяной газ. Генераторный газ получают при газификации различных твердых
топлив при помощи вводимых с воздухом кислородов водяного пара или
углекислоты. Теплота сгорания 1200-2500 ккалм3. Доменный газ –
низкокалорийный (800-960) Газ подземной газификации – самый низкокалорийный
ПОДГОТОВКА ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ. К сжиганию топлива предшествует та или иная
подготовка. Каменные и бурые угли и антрациты дробят и просеивают т.к.
лучшим образом сжечь можно при более или менее равномерной кусковатости.
Дрова подвергают естественной сушке. Часто угли и торф перед сжиганием
превращают в пылевидное топливо. Широко используют хим переработку топлива
(коксование). В данном случае искусственное топливо по составу сильно
отличается от исходного. СУХАЯ ПЕРЕГОНКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА. Сухой перегонкой
называют процесс термического (пирогенетического) разложения топлива без
доступа кислорода при нагревании в специальных печах. Сухая перегонка может
осуществляться в верхней части тазогенераторов и в слоевых топках котельных
агрегатов. Т начала разложения топлива зависит от его хим возраста: чем
моложе топливо тем оно богаче кислородом и тем при более низкой
температуре начинается разложение. При нагревании сначала происходит
выделение внешней влаги затем отгоняются конденс-ся пары масел и жирных
кислот которые являются продуктами прямой отгонки. Выход летучих не
равномерен по времени и зависит для каждого вида топлива от Т. При сухой
перегонке спекающихся углей при Т = 350-450С наступает размягчение или
«пластическое состояние угля» и содержащиеся в топливе битумы переходят в
жидкое состояние. С переходом угля в пластическое состояние начинается
процесс собственно разложения. И из топлива начинают выделяться
углеводородные газы и пары а масса топлива спекаясь вновь затвердевает
образуя кокс. При нагреве топлива без доступа воздуха ослабляются связи
между атомами наименее прочные связи имеют сложные органические молекулы.
Они распадаются на более простые и получаются новые продукты которые уже
способны выдержать данную Т. Последними распадаются самые простые
углеводороды. Наиболее прочными являются молекулы метана которые
разрушаются при Т>600C по схеме: СН4=С + 2Н2. Атомы углерода отдельно
существовать не могут и связаны в твердые кристаллы углерода и
кристаллическая решетка его позволяет газам проникать между слоями и может
происходить объемное химическое реагирование. Выделение продуктов
разложения заканчивается при Т=1100-1200С. Летучие состоят из
углеводородов сероводородов аммиака окиси углерода углекислоты и
внутренней влаги. При коксовании углей Т доводят до 1000-1100С а сухая
переборка бурых углей торфа и др топлив с большим выходом летучих получают
в установках коксования при Т 500-550С и при этом получают
высококачественные смолы которые наравне с нефтью могут служить сырьем для
получения моторных топлив и масел. И одновременно образовывается полукокс
который используется как топливо в котельных и газогенераторных установках.
ПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА. Каким бы сложным не был состав углеводородного
топлива при его полном сгорании углерод окисляется до СО2 водород до Н2О
сера до SO2. Формально полное окисление серы соответствует образования
SO3 но при топочных температурах фактически не образовывается.
Окислителем обычно служит воздух и его количество должно быть достаточным
для полного сгорания всех горючих элементов. На 2 кг т.е. 1 кмоль водорода
необходимо затратить 16 кг или 05 кмоль кислорода. При этом образовывается
кг водяного пара. На 12 кг углерода и 32 кг серы нужно затратить 32 кг
кислорода. При этом получается 44 кг СЩ2 и 64 кг SO2. Следовательно для
полного сгорания 1 кг углерода теоретически требуется затратить 267 кг
кислорода. А при сгорании 1 кг серы и водорода 1 и 8 кг кислорода
соответственно. Часть необходимого кислорода содержится в топливе а
остальное необходимо подать с воздухом. Отнесенная к единице полностью
прореагировавшего воздуха теплота сгорания различных топлив хоть и
несколько отличается но в среднем ее можно принять 38 МДжм3
действительно прореагировавшего воздуха. Поскольку равномерно перемешать
воздух с топливом трудно в топку приходится подавать больше воздуха чем
это необходимо теоретически. Отношение количества воздуха VB действительно
поданного в топку к теоретически необходимому V0 называют коэффициентом
избытка воздуха αВ = VB V0. При нормальной организации топочного процесса
αВ>1. Чем совершеннее топка и лучше горелочные устройства тем меньше
приходится подавать лишнего воздуха. ОБЪЕМЫ И СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ.
При проектировании агрегатов необходимо знать количество образовавшихся
газов чтобы правильно рассчитать газоходы дымовую трубу выбрать дымосос
и т.п. Как правило количество продуктов сгорания относят на единицу
топлива. Их рассчитывают исходя из уравнения материального баланса горения.
Для грубых расчетов можно считать что в нормальных условиях объем
продуктов сгорания (VГ) твердого и жидкого топлив равен объему воздуха
(VВ) а газообразного топлива (VВ+1). Т.к. объем – основная составляющая
дымовых газов – N – не меняется. Но для более точных расчетов необходимо
учитывать что VГ> VВ на 15-20% из-за испарения содержащегося в нем влаги и
из-за образования водяного пара при сгорании водосодержащих соединений. При
полном сгорании в продуктах сгорания 021(αВ – 1) – избыточный кислород а
9* αВ V0 – азот воздуха который проходит через топливо. ЭНТАЛЬПИЯ
ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ. В соответствии с уравнением 1-ого закона термодинамики
количество теплоты отдаваемой потоком газов в теплообменнике равно
разности энтальпий газов до и после теплообменника. Следовательно основой
тепловых расчетов топливо использующих устройств является энтальпия
продуктов сгорания которую принято рассчитывать на единицу топлива. НГ =
VГ*СГ`*t. (СГ` - теплоемкость). Удельная теплоемкость дымовых газов
несколько больше чем воздуха это связано с тем что вместо двухатомного
кислорода в дымовых газах появляются более теплоемкие трехатомные – Н2О и
СО2. Объем продуктов сгорания увеличивается с увеличением коэф избытка
воздуха а следовательно увеличивается и энтальпия. Расчеты теплообменника
удобно выполнять по Нt – диаграммам на которых представлены линии дающие
зависимость энтальпии продуктов сгорании от температуры в зависимости от
коэф изб возд. Температура горения некоторых газообразных топлив в холодном
воздухе (СО – 2370С Н2 – 2230С СН4 – 2030С )Эта температура называется
адиабатной. Действительная температура оказывается тем ниже адиабатной чем
больше теплопотери из зоны горения на холодные стенки топки и в окружающую
среду. Разница может быть до 25%. При нагреве воздуха или обогащении его
кислородом адиабатная температура увеличивается. В процессе горения топлива
в топочной камере теплота может передаваться конвекцией и излучением
нагреваемому металлу или охлаждающим поверхностям котла. В результате газы
охлаждаются и энтальпия их снижается. Уравнение QГ = НГ` - НГ`` можно
считать уравнением теплового баланса который может служить основой расчета
для всех теплообменных поверхностей. Очень часто для удаления продуктов
сгорания их удаляют дымососами т.е. они движутся в агрегате под
разряжением. Через неплотности к дымовым газам может подсасываться
атмосферный воздух. Коэффициент избытка воздуха может увеличиваться до .
Но энтальпия газов при этом практически не изменится т.к. энтальпия
холодного воздуха близка к 0. Температура дымовых газов может за счет
присосов снижаться с 1100 до 950 С. Следовательно экономичность
теплообменника снижается.
ОРГАНИЗАЦИЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ. Назначение парового
котла – производство из воды пара с давлением выше атмосферного и с
использованием этого пара вне котла. Водогрейный котел – для нагрева воды.
Печь предназначается для нагрева плавления сушки прокалки различных
материалов. Если в котлах выделяющаяся при сгорании теплота передается
воде или пару то в печах – обрабатываемому материалу. За счет сжигания
топлива получается теплота. Иногда используют выносные топки назначением
которых является только получение горячих продуктов сгорания. Чаще всего
топка используется не только для сжигания топлива но и для передачи
теплоты пару воде или др материалу. В общем случае тепловой расчет любого
агрегата базируется на уравнении его теплового баланса в котором
приравниваются входящие в агрегат потоки и выходящая из него теплота.
Рассмотрим в качестве примера тепловой баланс топки водогрейного котла.
Поступающее газообразное топливо сгорает вместе с подаваемым воздухом.
Большая часть выделяющейся теплоты отдается воде движущейся по трубам
размещенным по стенкам топки. Это полезно использующаяся теплота QПОЛ.
Часть теплоты затрачивается на увеличение энтальпии продуктов сгорания (на
нагрев воздуха подаваемого в топку) – QП.С. В продуктах сгорания могут
содержаться недогоревшие газы: СО Н2 СН4 Теплота которую могли бы дать
эти газы если бы они химически прореагировали с кислородом называется хим
недожогом QХИМ. При сжигании твердого топлива из топки могут удаляться с
золой или шлаком тв недогоревшие частицы которые можно легко удалить
механическим путем – это механический недожог – QМЕХ. Часть теплоты всегда
теряется через стенки топки QСТ несмотря на то что они выполняются из
теплоизоляционного материала. В топочной технике все составляющие
теплового баланса принято относить на единицу количества подаваемого
топлива. К входным потокам прежде всего относятся теплота сгорания топлива
QiГ энтальпия топлива hТЛ и энтальпия воздуха НВТ. QiГ+ hТЛ +НВТ = QХИМ+
QМЕХ +QСТ + НП.С. + QПОЛ. Обе части уравнения могут содержать
дополнительные члены: при сжигании твердого и жидкого топлива QХИМ связан в
основном с наличием в продуктах СО. QХИМ является прежде всего следствием
недостатка воздуха в зоне горения или плохого его перемешивания с топливом.
Он увеличивается если происходит уменьшение Т в топке при снижении
нагрузки а также при малом времени нахождения топлива в топочной камере.
QМЕХ определяется содержанием горючих элементов в золе и шлаке
образовавшихся в результате сгорания топлива. Значение хим и мех недожогов
зависят от типа сжигаемого топлива конструкции и размеров топки способа
механизации топочного процесса Существенное влияние на них оказывает и
коэффициент избытка воздуха. Увеличение количества воздуха сначала улучшает
горение т.е. QХИМ и QМЕХ уменьшаются но чрезмерное увеличение коэф изб
воздуха снижает ТГОР могут возрасти. Одним из основных показателей топки
является теплонапряжение qV топочного объема – отношение выделяющейся при
горении теплоты к объему топки: qV = QiГ*BVT. Где В – расход топлива. Для
слоевых топок на твердом топливе важнее знать количество теплоты
выделяющейся на единице площади подд-щей решетку qR = QiГ*BR. Где R –
площадь слоя топлива. При увеличении qV и qR недожог обычно увеличивается
из-за уменьшения времени пребывания реагентов в топочном объеме.
Оптимальные величины для разных типов топок установлены практикой. Расчет
топки сводится к определению ее размеров и температуре газов на выходе.
Удельные значения qV и qR выбирают такими чтобы обеспечить не только
полное горение но и охлаждение продуктов сгорания до нужной температуры.
Объем и площадь поперечного сечения определяют по формулам: qV = Q
ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗОВ. В топку можно подавать заранее подготовленную
газовоздушную смесь а можно вдувать горючий газ и воздух раздельно.
Сжигание подготовленной смеси называют кинетическим. Скорость реакции
сильно возрастает с температурой следовательно при высоких температурах
такая смесь может сгорать с огромной скоростью. Предварительно
подготовленную смесь сжигают в карбюраторных ДВС. В промышленных топках и
печах такой скорости сгорания обычно не требуется. Кроме того
подготовленная смесь чрезвычайно взрывоопасна. Она может взорваться от
искры. В топке же она может взорваться при проскоке пламени через горелку
из топки и даже просто при нагреве до определенной температуры которая
называется температурой самовоспламенения. Не всякую смесь можно поджечь от
электрической искры. Различают нижний (αВ>1) и верхний (αВ1)
концентрационные пределы зажигания. Вне этих пределов смесь невозможно
поджечь. Учитывая взрывоопасность готовой смеси в промышленных установках
предпочитают не иметь с ней дела и подавать горючий газ отдельно от
воздуха. Такое горение называют диффузионным т.к. скорость его сгорания
определяется интенсивностью перемешивания компонентов путем взаимной
диффузии. Турбулентные пульсации обеспечивают смешение достаточно крупных
порций топлива с окислителем обеспечивая макросмешение но для горения
необходимо смешение на молекулярном уровне. Поскольку горение осложняется
диффузией т.е. процессом протекающим медленно то и диффузионный факел
получается намного длиннее чем факел подготовленной смеси. Но раздельная
подача топлива и окислителя широко используется по двум причинам: 1)
Раздельный транспорт намного безопаснее 2) Иногда нужно сознательно
замедлить сжигание. ГОРЕЛКИ И ТОПКИ ДЛЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА. Сжигание
топлива осуществляется с помощью устройств называемых горелками. Они
предназначены для ввода газа и окислителя в топку смешение потоков до
начала горения или в самом процессе горения для стабилизации факела под
которой понимают создание условий обеспечивающих надежное горение факела
без погасаний пульсаций или отрыва от горелки. В основном это достигается
за счет создания такого аэродинамического режима при котором образующиеся
раскаленные продукты непрерывно подмешиваются к свежей топливовоздушной
смеси обеспечивая ее зажигание. По принципу смесеобразования газовые
горелки делят: 1)Инжекционные 2)С принудительной подачей воздуха. В
горелках первого типа воздух инжектируется из атмосферы струей газа
вытекающего из сопла а в горелках второго типа газ и воздух подают под
давлением. Количество инжектируемого воздуха примерно пропорционально
расходу эжектирующего газа следовательно при изменении тепловой мощности
горелки соотношение газ-воздух а соответственно и αВ остаются примерно
одинаковыми. Инжекционные горелки не требуют установки вентилятора для
подачи воздуха но нуждаются в большом давлении. В крупных печах чаще всего
используют горелки с принудительной подачей воздуха. Смешение воздуха с
газом часто осуществляется в них путем закручивания подаваемого воздуха
который не только сильно турбулезирует факел но и создает мощную
циркуляцию к устью горелки раскаленных продуктов и поджигающих вытекающих
из горелки газовоздушную смесь. При розжиге горелки факел поджигают
электрозапальником или др В ряде технологических процессов образуются
горючие газы содержащие вредные вещества которые нельзя выбрасывать в
атмосферу. Эти отходы делят на две группы: 1)Газы с теплотой сгорания более
МДжм3. Их сжигают также как и природный газ но при низких значения
теплоты сгораемый воздух необходимо подогревать а иногда и сам газ 2) Газы
у которых теплота сгорания менее 3 МДжм3. Они не являются горючими. Многие
из них содержать кислород что делает их взрывоопасными Тогда используют
огневое обезвреживание т.е. сжигают в топке вместе с основным топливом.
Вентиляционные выбросы часто используют в качестве дутьевого воздуха в
топках. При этом исключается загрязнение атмосферного воздуха и
используется теплота сгорания выбросов.
ФОРСУНКИ И ТОПКИ ДЛЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА. Три условия при которых
обеспечивается быстрое и экономичное сжигание топлива – это мелкий распыл
хорошее перемешивание с окислителем и надежная стабилизация горения. Для
распыления жидкого топлива и жидких отходов производства используются
механические пневматические и ротационные форсунки. В механических под
высоким избыточным давлением (РИЗБ) от 1 МПа в топках до многих десятков
МПа в дизелях продавливается сквозь небольшие отверстия иногда
предварительно закручивается в центробежном завихрителе вытекает из
отверстия с большой скоростью распадается на маленькие капли. Перед
механической форсункой топливо должно быть очищено от механических примесей
или «пиндык!» В тех случаях когда трудно обеспечивать надежную очистку
используют пневматические форсунки в которых топливо распыливается струей
воздуха и реже – пара. Воздух или пар со сверхзвуковой скоростью
подхватывает и интенсивно распыливает струйки предварительно подогретого до
0-140 градусов мазута который подается примерно под тем же давлением.
Полученный «туман» выбрасывается в топку. Расход распылевающего агента
примерно 05-1 кг на 1 кг мазута. Форсунку устанавливают в горелке через
которую подается закрученный в завихрителе воздух. Основным элементом
ротационной форсунки является тщательно отполированный изнутри
распылевающий стакан диаметром 150-200 мм и вращающийся на валу с частотой
00-7000 обмин. Топлива по трубке которая проходит внутри вала подается
на внутреннюю поверхность стакана распределяется по внутренней стенке
тонким слоем и разбрызгивается стекая с края стакана под действием
центробежной силы. Попадая в поток воздуха проходящего через лопаточный
завихритель пленка топлива распадается на мельчайшие капли выносится в
топочный объем и там воспламеняется. Ротационные форсунки сложнее в
эксплуатации чем предыдущие но они обладают существенным преимуществом –
они прекрасно распыляют топливо в широком диапазоне изменения нагрузок.
Кроме того они не требуют тонной очистки жидкого топлива от примесей и
могут работать при низком давлении. Жидкое топливо сжигают в камерных
топках конструкции которых практически не отличаются от топок для газа но
мазут сложнее сжигать чем высококалорийный газ следовательно
теплонапряжение топочного объема qV для мазутных топок принимают не более
0 кВтм3. Лучшие показатели горения мазута достигаются в топках крупных
паровых котлов а худшие – в небольших печах. Топки работающие на мазуте
чрезвычайно чувствительны к попаданию в него воды. Она не перемешивается с
мазутом и если достаточно большая порция воды попадет в форсунку то
факел погаснет. И если следом снова попадет мазут может произойти взрыв.
Но в то же время жидкие отходы нефтепереработки содержащие даже 50% воды
имеют еще достаточно большую теплоту сгорания. Для их утилизации
водомазутную смесь предварительно превращают в суспензию которая
сжигается как любое жидкое топливо. В топочной технике широко используется
комбинированные горелки позволяющие попеременно или одновременно сжигать
различное топливо. ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА. Горючие газы и
пары смол выделяющиеся при термическом разложении натурального твердого
топлива в процессе нагревания достаточно интенсивно как и газообразное
топливо. Поэтому сжигание топлив с большим выходом летучих (дрова торф..)
не вызывает затруднений если содержание балласта невелико. Время сгорания
топлив со средним (кам и бурые угли) и небольшим (тощие угли антрацит)
выходом летучих определяется скоростью реакции на поверхности коксового
остатка который образуется после выделения летучих. Реакция протекающая
на поверхности раздела двух сред называется гетерогенной. Она состоит из
двух процессов: диффузии кислорода к поверхности и его химической реакции с
топливом. Скорость химической реакции при высокой температуре становится
столь большой что весь кислород подводимый к поверхности вступает в
реакцию. В результате скорость горения оказывается зависящей только от
интенсивности доставки кислорода к поверхности горящей частицы путем
массообмена и диффузии. На нее практически перестают влиять как Т процесса
так и реакционные свойства коксового остатка. Такой режим гетерогенной
реакции называется диффузионным. Интенсифицировать горение в данном режиме
можно только путем интенсификации подвода реагента к поверхности топливной
СЛОЕВЫЕ ТОПКИ. Твердое топливо загруженное слоем определенной толщины на
распределительную решетку поджигается и продувается воздухом. Проходя между
кусочками топлива воздух теряет кислород и обогащается СО2 и СО. Зона в
пределах которой практически полностью исчезает О2 называется кислородной и
ее высота составляет 2-3 диаметра кусков топлива. В выходящих из нее газах
содержится не только СО2 Н2О и N2 но и горючие газы СО и H2. Если слоя
больше чем кислородной зоны то за кислородной следует восстановительная
в которой идут только реакции СО2+С=2СО и Н2О+С=СО+Н2. В результате
концентрация выходящих из слоя горючих газов увеличивается по мере
увеличения его высоты. Высоту слоя стараются держать равной высоте
кислородной зоны или чуть больше ее. Для дожигания продуктов неполного
сгорания Н2 и СО а также для дожигания выносимой пыли в топочный объем на
слоем подают дополнительный воздух. Количество сгоревшего топлива
пропорционально количеству поданного воздуха но увеличивать скорость
подачи воздуха через слой свыше определенного предела может привести к
нарушению устойчивости плотного слоя. Чем крупнее частицы тем с больше
скоростью можно продувать воздух. Топочные устройства для слоевого сжигания
классифицирую в зависимости от способа подачи перемещения и шуровки –
разрушения спеков – на колосниковой решетке. В немеханизированных топках
можно сжигать не более 300-400 кг угля. Лучшие – с пневматическим
забрасыванием и цепной решеткой обратного хода. Особенность – горение
топлива на непрерывно движущейся со скоростью 1-15 мчас колосниковой
решетке сконструированной как полотно транспортерной ленты. Полотно
состоит из отдельных колосниковых элементов закрепленных на бесконечных
шарнирных цепях. Необходимый для горения воздух подводится под решетку
через зазоры между элементами колосника. Подача топлива осуществляется
пневматическим забрасывателем. Основной элемент которого – ротор
вращающийся с частотой 500-1500 обмин. Ленточным питателем – небольшим
транспортером – топливо подается из бункера на лопасти ротора и
забрасывается в топку. Крупные куски летят к задней стенке и двигаются по
ленте дольше мелкие попадают ближе а самые мелкие фракции (менее 1 мм)
сгорают в топочном объеме налету. Для этого специально подводится воздух
(10-15% от всего воздуха) со скоростью примерно 20 мс. Такие топки
относятся к ряду факельно-слоевых т.к. часть топлива сгорает в факеле. Для
интенсификации горения через сопла расположенные в задней стенке
дополнительно подают воздух (около 50% всего воздуха) в виде струй острого
дутья. Скорость 50-70 мс которые перемешивают потоки в объеме. Вместе с
острым дутьем в топку возвращают уловленный в золоуловителе унос с высоким
содержанием горючих что позволяет дожечь несгоревшие и вынесенные из топки
частицы. Шуровка слоя в таких топках не требуется т.к. прогреваясь в
процессе полета частицы угля теряют способность спекаться. Основные потери
– от механического недожога. Если отсутствует острое дутье и возврат уноса
механический недожог может составлять 13%. Оптимальный размер кусков 25-50
мм. Т -1200С. С увеличением qR увеличивается и механический недожог из-за
выноса несгоревшей мелочи которая содержится в несгоревшем топливе и
которая образуется из-за растрескивания топлива при сгорании. Большая
концентрация топлива в плотном слое создает развитую поверхность
реагирования. Поэтому в единице объема в слое выделяется огромное
количество тепла но необходимость дожигания выносимых продуктов неполного
сгорания и мелких топливных частиц а также охлаждения газов в топке до
температур при которых затвердевают зольные частицы (1000-1100С)
предусматривают слоем достаточно большой объем. Из-за неравномерной высоты
слоя коэффициент избытка воздуха приходится держать достаточно большим.
Механический недожог 05-1%. Преимущество – простота отсутствие
углеразмольных устройств возможность устойчивой работы в широком диапазоне
нагрузок. Недостаток – небольшая производительность и невозможность сжигать
топливо с высокой зольностью и влажность. Иногда не горят и спекающиеся
угли которые образуют на поверхности нагрева «корку» не пропускающую
ФАКЕЛЬНЫЕ ТОПКИ. В слоевых топка использовался только уголь не содержащий
мелочь. И фракция менее 6 мм(штыб) являлась отходом. Для ее сжигания
разработан пылевидный способ при котором угли размельчали до 01 мм а
трудносжигаемые антрациты еще мельче. Такие пылинки увлекаются потоком газа
и время их сгорания – доли секунды. При вертикальной скорости газа менее 10
мс и достаточной высоте топки пыль успевает сгореть на лету в процессе
движения весте с газом от горелки до выходы из топки. Этот метод положен в
основу факельных (камерных) топок в которые тонко размолотая пыль
вдувается через горелки вместе с необходимым для горения воздухом.
Аналогично сжигаются газообразные или жидкие топлива т.к. камерные топки
пригодны для сжигания любых топлив – это преимущество. Также преимущество в
том что можно создать топки на практически сколь угодно большую мощность.
В то же время пыль не удается устойчиво сжигать в маленьких топках
особенно при переменных режимах. Пылеугольные топки с мощностью менее 20
МВт не делают. Топливо измельчают в мельничных устройствах и вдуваются в
топочную камеру через пылеугольные горелки. Транспортирующие воздух
вдувающие воздух вместе с пылью – первичные. При камерном сжигании твердых
топлив в виде пыли летучие вещества выделяясь при горении сгорают в
факеле как газообразное топливо. Это способствует стабилизации факела.
Количество первичного воздуха должно быть достаточно для сжигания летучих.
Оно составляет от 15 до 25% всего количества воздуха для углей с малым
выходом летучих и от 20 до 50% для топлив с большим выходом летучих. Ост
воздух необходим для горения – вторичный – подают в топку отдельно и
перемешивают с пылью уже в процессе горения. Для того чтобы пыль
загорелась ее первоначально нужно нагреть до достаточно высокой Т. А вместе
с ней и первичный воздух. Это делают только путем подмешивания к потоку
«пылевзвеси» раскаленных продуктов сгорания. Хорошую организацию сжигания
топлив особенно трудносжигаемых обеспечивает использование улиточных
горелок. Угольная пыль с первичным воздухом подается в них через
центральную трубу и благодаря наличию рассекателя выходит в топку в виде
тонкой кольцевой струи. Вторичный воздух подается через улитку сильно
закручиваясь в ней и выходя в топку создает мощный турбулентный закрученный
факел который обеспечивает подсос больших количеств раскаленных газов из
ядра факела к устью горелки. Это ускоряет прогрев смеси топлива с первичным
воздухом и воспламенение. Вторичный воздух хорошо перемешивается уже с
воспламенившейся пылью. Наиболее крупные пылинки догорают в процессе полета
в потоке газа в пределах топочного объема. При факельном сгорании угольной
пыли в каждый момент времени в топке находится ничтожный запас топлива
порядка нескольких десятков кг. А это делает факельный процесс весьма
чувствительным к изменению расхода топлива и воздуха что позволяет
практически мгновенно менять производительность топки. Но одновременно и
повышаются требования к надежности снабжения топки пылью т.к. небольшой
перерыв в несколько секунд приводит к погасанию факела. Если снова
возобновить подачу пыли – есть опасность взрыва. Поэтому устанавливают
несколько горелок. При пылевидном сжигании топлив в ядре факела расположены
достаточно высокие Т (1400-1500С) при которой зола становится жидкой или
тестообразной и налипание ее на стенки топки приводит к зашлаковыванию.
Следовательно сжигание пылевидного топлива чаще всего используют в котлах
где стены топки закрыты водоохлаждаемыми трубами – экранами. Около них газ
охлаждается в взвешенные в нем частицы золы успевают затвердеть до
соприкосновения со стенкой. ЦИКЛОННЫЕ ТОПКИ. В них используют специальный
способ сжигания. В них используют мелкие частицы угля (менее 5 мм). А
необходимый для этого воздух подают с огромной скоростью (до 100 мс) по
касательной к образующей циклона. В топке создается мощный вихрь
вовлекающий частицы в циркуляционное движение. И в котором они интенсивно
вдуваются потоком. В результате в топке развивается Т близкая к адиабатной
(ок 2000 С) Зола угля плавится и жидкий шлак стекает по стенкам. Такие
топки используют для сжигания S с целью получения SO2 для обжига руд и
т.п. А иногда в таких топках осуществляют огневое обезвреживание сточных
ТОПКИ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ. Устойчивое горение пылеугольного факела возможно
только при достаточно высокой Т(1400-1500 С). При этой Т начинает заметно
окисляться азот воздуха. Определенное количество NO образуется из N2
содержащемся в топливе. Оксид азота выброшенный вместе с дымовыми газами в
атмосферу доокисляется в ней до высокотоксичного NO2. ПДК 0085 мгм3.
Чтобы обеспечить ПДК на крупных тепловых станциях приходится строить очень
высокие трубы которые разбрасывают на возможно большую площадь. При
сжигании топлив содержащих серу образуется SO2. Эти выбросы служат
причиной образования фотохимического смога и кислотных дождей. Газообразные
вредные выбросы можно резко уменьшить путем снижения Т горения до 850-950
С. При этих Т азот практически не окисляется а SO2 соединяясь с СаО
образует СаSO4. Если в золе топлива недостаточно СаО для связывания всего
SO2 к топливу примешивают известняк. Т.е. SO2 связывается до безвредного
гипса которые удаляется вместе с золой. В процессе деятельности человека
образуется множество горючих отходов которые топливом не считаются. Такие
отходы в слоевых и камерных топках сжечь не удается. И возникла
необходимость создания топочных устройств для сжигания этих отходов. Это
топки с кипящим слоем – псевдоожиженным или кипящим называется слой
мелкозернистого материала продуваемый снизу вверх газом со скоростью
превышающей предел устойчивости плотного слоя но недостаточной для выноса
частиц из слоя. Интенсивная циркуляция частиц в объеме создает впечатление
бурно кипящей жидкости. Продуваемый снизу слой частиц теряет устойчивость
потому что сопротивление фильтрующемуся сквозь него воздуху становится
равным весу столба материала на единицу площади. Средний размер частиц в
слое 2-3 мм им соответствует рабочая скорость псевдоожижения от 1.5 до 4
мс. Это определяет площадь газораспределительной решетки при заданной
тепловой мощности топки. Теплонапряжение объема принимают примерно таким
же как и для слоевых топок. Простейшая топка с кипящим слоем во многом
напоминает слоевую т.е. имеет много конструктивных элементов.
Принципиальное отличие заключается в том что интенсивность перемеш частиц
обеспечивает постоянство Т по всему объему кипящего слоя. Поддержание Т
кипящего слоя (850-950) обеспечивается двумя способами. В небольших
промышленных печах сжигающих отходы или дешевое топливо в слой подают
значительно больше воздуха. При том же количестве выделенной теплоты Т
газов уменьшается по мере увеличения коэффициента избытка воздуха. В
крупных энергетических агрегатах такой метод горения не экономичен т.к.
лишний воздух уносит с собой и теплоту. Т.е. увеличиваются потери с
уходящими газами. Поэтому в кипящих топках размещают трубы с циркулирующей
в них водой или паром которые воспринимают необходимое количество теплоты.
Интенсивное омывание этих труб частицами обеспечивает высокий коэффициент
теплоотдачи от слоя к трубам это позволяет уменьшить металлоемкость котла.
Топливо устойчиво горит при его содержании в кипящем слое составляющим 1%
и менее. Остальные 99% - зола. И даже при столь неблагоприятных условиях
интенсивное перемешивание не позволяет зольным частицам блокировать горючее
от доступа к ним кислорода. Для удаления золы вводимой с топливом часть
материала непрерывно выводится в виде мелкозернистого шлака. И чаще всего
просто сливается через отверстие в подине т.к. кипящий слой может течь
как жидкость. Механический недожог составляет примерно 06%. Недостатком
котлов является большой механический недожог. Топливо при среднем размере
частиц 2-3 мм 20% оказывается менее 05 мм которые не успевают полностью
сгореть и уносятся газом из слоя. Для их дожигания приходится
предусматривать достаточно высокое надслоевое пространство. Т.е. объем
топки над слоем должен быть не менее 5-6 м. В нем частицы горят на лету.
ТОПКИ С ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ КИПЯЩИМ СЛОЕМ. Это топки второго поколения. За этими
топками устанавливают «Циклон» в котором улавливаются все недогоревшие
частицы и снова возвращаются в топку. Т.е. они оказываются запертыми в
системе: «топка – циклон – топка» пока не сгорят полностью. Эти топки
имеют высокую экономичность и высоки экологические преимущества. Их
используют не только в энергетике а также для сжигания колчедана обжига
руд и концентратов. Кроме того их используют для сжигания различных вредных
отходов. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Классификация: 1. По области применения:
(изделия используемые при разливке стали называемый сифонный или
сталеразливочный припас огнеупорный кирпич для ДП для футеровки стальь-
ковшей ) 2. По сложности форм и размерам: а) нормальный б) фасонные
изделия – простые сложные особо сложные в) крупноблочные фасонные изделия
г) специальные изделия. Нормальные: прямой продольныйпоперечный клиновой.
По сортности. 4. По огнеупорности: класс 0 (огнеупорность 1750 С) класс
А (1730С) класс Б (1670С) класс В (1580С). В зависимости от степени
огнеупорности изделия также делят на огнеупорные (1580-1770С0
высокоупорные 1770-2000С высшей огнеупорности – более 2000С. 5. По способу
изготовления: а) пиленые из естественной горной породы б) пластического
формирования в) полусухого прессования г) тромбованные д) литые плавленые.
) По термообработке а) обжиговые – обожжены после формовки б)
безобжиговые. 7) По химическо-минералогическому составу а) кремнеземные б)
динасовые (кварцевые) в) алюмо-силикатные г) магнезиальные д) углеродистые
СВОЙСТВА ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ. I). ФИЗИЧЕСКИЕ. 1) пористость. Размеры
пор их структура и количество колеблестя от 1-80%. Различают виды
пористости: а) Общая (истинная т.е. объем всех пор отнесенный к объему
который занимает изделие вместе с порами) б) кажущуюся (открутую т.е.
объем сообщающихся между собой и с атмосферным воздухом пор отнесенных к
общему объему изделия) в) закрытая т.е. объем изолированных от окружающей
атмосферы пор отнесенных к общему объему изделия) 2) С пористостью тесно
связано водопоглощение которое подсчитывают: КW = (G2 – G1)G1*100% где
G2 – масса насыщенного водой образца G1 – масса сухого образца. Масса
изделия отнесенная к его объему вместе с порами называется объемной массой
ρ1 = G1V. Кажущаяся пористость численно равна произведению: ПКАЖ = КW* ρ1.
) Газопроницаемость. Характеризуется коэффициентом газопроницаемости
который выражается в дм или литрах воздуха проходящих через огнеупорное
изделие площадью 1 м2 и толщиной в 1 м в течении 1 часа и при разности
давлений в 1 мм водного столба. Она зависит от Т величины и характера
форм однородности структуры и от разности давлений газа. КГАЗ =
(VГ*)F*p*. Где все это объем воздуха толщина площадь давление и время
(слева направо). При повышении давления газопроницаемость уменьшается. 4)
Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности λ может меняться от
нескольких десятых до 20 ккалм час град. В большинстве случаев огнеупорная
кладка служит изолятором тепла. В тех случаях когда нагрев происходит
через огнеупорную стенку огнеупорный материал служит проводником тепла и
должен обладать возможно большей теплопроводностью. На нее влияют хим и
минералогический состав пористость Т кристаллическая структура. При
повышении Т теплопроводность огнеупорных материалов возрастает исключение
составляют магнезитовые и карборудные огнеупоры. При увеличении пористости
теплопроводность уменьшается но при Т вше 800-900С увеличение пористости
уже мало влияет на теплопроводность а форма пор имеет существенное
значение. Поры меньшего поперечника – меньшая теплопроводность т.к. при
этом будет уменьшатся конвективная теплоотдача внутри пор. При увеличении
содержания кристаллической фазы теплопроводность огнеупоров увеличивается.
Электропроводность. При обычных Т огнеупоры являются электроизоляторами
а при повышенных Т – начинают проводить ток. Диназ и шамотные огнеупоры при
Т =1250С являются электропроводниками. С повышением пористости эл-
проводность уменьшается. 6. Теплоемкость. С повышением Т теплоемкость
повышается. Величина теплоемкости от 02-04 ккалкг град. II) РАБОЧИЕ
СВОЙСТВА. 1. Огнеупорность – свойство материала противостоять действию
высоких температур. ПК173 – огнеупорность равна 1730 С. Т.к. огнеупоры –
многофазные гетерогенные поликомпонентные системы то они не могут
плавиться при какой либо определенной Т а размягчаются постепенно в каком-
то Т-интервале. Нижний предел огнеупорности считают ПК158. Из-за содержания
примесей верхний предел для большинства изделий составляет 1670-1710 С.
Огнеупорность зависит от хим состава соотношения и количества флюсующих
примесей и от степени дисперсности составляющих компонентов. 2. Термическая
устойчивость - способность огнеупоров противостоять резким колебаниям Т
не растрескиваясь и не разрушаясь. Определяется числом водяных теплосмен
т.е. последовательных нагревания до 850 С и охлаждений в проточной холодной
воде. В редких случаях нагрев и до 1300 С. В случае быстрого нагрева
кирпича образуются трещины направленные главным образом касательно к
поверхности нагрева и вследствие развиваются напряжения сдвига а в случае
быстрого охлаждения при медленном нагреве – растрескивание происходит по
линиям направленным перпендикулярно друг к другу. Напряжение возникающее
в нагреваемом теле пропорционально величине относительного сдвига. Оно
зависит от толщины тела коэффициента термического расширения и
температурного градиента приближая зависимость: Кt = k*lMAX*λ*c*ρ где
это коэффициент пропорциональности максимальное касательное смещение
коэфф теплопроводности коэф терм расширения теплоемкость и плотность
(слева направо). Это выражение справедливо для случая нагревания
огнеупорных материалов. Для случая охлаждения это выражение записывается
также только lMAX – максимальное удлинение. Большое влияние на терм
устойчивость оказывает величина толщина и форма изделия. Тонкие небольшие
изделия несложной формы более термостойкие чем изделия из того же
материала но больших размеров более толстые и более сложные по форме. На
термическую устойчивость оказывает влияние и способность их изготовления.
Строительная прочность – способность огнеупорных материалов противостоять
в условиях службы механической нагрузке. Огнеупорные материалы в процессе
эксплуатации подвергаются сжатию растяжению изгибу истиранию но чаще
всего сжатию. Абсолютная величина этой нагрузки достигает 5-6 кгсм2. Запас
прочности при обычных Т во много раз превышает эту величину. Но высокая
прочность огнеупоров при обычных Т еще не свидетельствует о том что они
будут обладать повышенной строительной прочностью при высоких Т. Иногда для
шамотных огнеупоров повышенная механическая прочность говорит о том что
обжиг был проведен при слишком высокой Т. И он будет обладать пониженной
строительной прочностью при повышенных Т. Если огнеупорный материал
характеризуется при обычных Т пониженной мех прочностью то это результат
недостаточного обжига и он будет обладать плохой шлакоустойчивостью. С
повышением Т мех прочность шамотных огнеупоров повышается до некоторого
предела а затем падает. Если печь работает на пылеугольном топливе то
газоходы и огнеупорная футеровка топок могут подвергаться истирающему
воздействию частиц золы. Плотные и прочные огнеупоры обычно хорошо
подвергаются истиранию. При высоких Т огнеупорные материалы могут
деформироваться даже при небольших (порядка 1-2 кгсм2) нагрузках. В этом
случае строительная прочность характеризует не временное сопротивление
сжатия а деформация под нагрузкой при высокой Т. Несмотря на высокую
огнеупорность (2000С) и выше магнезитовые огнеупоры обладают сравнительно
плохой строительной прочностью при температурах эксплуатации.
Постояноство объема. При эксплуатации в металлических печах материалы
изменяют свой объем вследствие термического расширения а также усадки
роста и деформации под нагрузкой. Сокращение объема обожженных огнеупорных
материалов при нагревании носит название дополнительной усадки: ДУ= (V1 –
V2)*100% V1. Увеличение объема огнеупорных материалов при нагревании
называется дополнительным ростом: ДР= (V2 – V1)*100% V1. При нагревании
динас дает увеличение до 02 – 05%. Рост динаса в процессе его службы в
сводах металлических печей является в некоторой степени положительным
явлением т.к. это способствует уплотнению швов. Усадка зависит от
химминералог состава степени дисперсности Т продолжительности теплового
воздействия. Полукислые огнеупоры являются промежуточными по составу между
динасом и шамотными. Т.к. динас дает рост а шамотные усадку то при
соответствующем составе исх шихты для изготовления полукислых огнеупоров
они могут обладать хорошим постоянством объема. Магнезитовые и
хромомагнезитовые огнеупоры отличаются хорошим постоянством объема при Т до
00 – 1550С. 5.Шлакоустойчивость. Это способность огнеупоров противостоять
при высоких Т разъедающему действию расплавленного шлака. Шлаки: а) Кислые
(SiO2 P2O5) б) Основные (СаО MgO). При изменении хим состава шлаков
шлакоразъедание огнеупоров сильно изменяется. Если в основных шлаках
увеличение содержания Mn закиси Fe окиси Zn то шлакоразъедание
огнеупоров увеличивается. Окислы Ti глинозем наоборот уменьшают
разъедающее действие основных шлаков. Шлакоразъедание можно определить как
величину обратную шлакоустойчивости огнеупоров. Шлакопроницаемость
огнеупоров характеризуется глубиной прониконовения шлака в огнеупорные
материалы. Шлакоразъедаемость и шлакопроницаемость взаимосвязаны. При 800-
0С шлакоразъедаемость огнеупоров обычно незначительна но при 1200-1400С
и выше быстро возрастает и становится главной причиной разрушения
огнеупоров. Чем ближе хим состав шлаков к хим составу огнеупоров тем
меньше их шлакоразъедание. В шамотных огнеупорах в первую очередь
подвергается разъеданию глинистая связка. 6.Правильность формы и точность
размеров. По форме огнеупорные материалы бывают: 1)Нормальный кирпич (прям
0-300 * 113-150 * 100-65; клин торц 230-300 * 113-150 * 75-65 * 65-55) 2)
КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ПЕЧЕЙ. По технологическим и
конструктивным признакам. По технологическому признаку металлургические
печи: 1)плавильные 2) Нагревательные. Плавильные для получения Ме из руд и
переплавки Ме для получения необходимых свойств. В них материалы меняют
свое агрегатное состояние. Нагревательные печи используют для нагрева
материалов с целью обжига и сушки а также придания Ме пластических
свойств перед обработкой давлением. Большое количество печей используют для
термообработки чтобы изменить внутреннее строение и структуру Ме. В
нагревательных печах Ме не меняют агрегатное состояние. Внутри каждому
группы печи подразделяются в соответствии с теми операциями которые в них
проводят. Плавильные (чугуноплавильные стале.. меде ). Нагревательные печи
ограниченные определенными технологическими операциями подразделяются и по
конструктивным признакам методам транспортировки Ме в печь и характеру
продукта подвергаемого нагреву. Нагревательные печи для нагрева перед
прокаткой подразделяют на: нагревательные колодцы методические печи
камерные садочные толкательные с вращающимся подом для нагрева слитков
блюмов слябов труб сорта Топливные печи подразделяют по виду
используемого топлива. В соответствии с методами утилизации тепла
отходящих дымовых газов в печи: регенеративные и рекуперативные.
Электропечи классифицируют по способу превращения электроэнергии в
тепловую: дуговые печи сопротивления индукционные. Современные печи
представляют собой сложные тепловые агрегаты состоящие из собственно печи
и вспомогательного оборудования. Собственно печь: рабочее пространство
устройство для получения тепловой энергии (горелки форсунки ).
Вспомогательное оборудование: устройства утилизации теплоотходящих газов
вентиляторы дымососы КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ ТЕПЛОГЕНЕРАЦИИ.
Тепловыделение в печах – процесс превращении какого-либо вида энергии в
тепловую. Источниками получения тепла являются: а) хим энергия топлива
(топливные печи) б) хим энергия жидкого Ме в)электрическая энергия.
Превращение хим энергии топлива в тепловую происходит в результате сгорания
топлива в топливных печах. В черной металлургии к таким печах относятся
пламенные печи и печи работающие по слоевому режиму (шахтные печи) Рабочее
пространство пламенных печей только в очень малой степени заполнено
обрабатываемым металлом которое обычно располагается на поду. В шахтных
печах все рабочее пространство заполнено сыпучими материалами в состав
которого входит и кусковое твердое топливо. При сгорании которого
образуются продукты сгорания и выделяется тепловая энергия которая
передается материалу конвекцией излучением и теплопроводностью. В этих
печах расстояние между кусками и поверхностью теплообмена практически
неопределимы. Превращение хим энергии Ме в тепловую происходит при
выгорании примесей находящихся в составе жидкого Ме. В этих печах
(конвертере) процесс теплогенерации происходит в материале и выделяющееся
тепло равномерно распределяется по всей массе жидкого Ме. Существуют печи
в которых тепловыделение обусловлено и хим энергией топлива и хим энергией
жидкого Ме. Эти печи занимают промежуточное место между топливными печами и
конвертерами. К ним относятся мартеновские печи. В них топливо сгорает над
ванной металла а пламя и раскаленные газы также находятся над ванной. В
металлической ванне происходит выгорание примесей сопровождающееся
выделением тепла причем очень существенным. Основой превращения
электроэнергии в тепловую является теплогенерация: при прохождении эл тока
через газ при воздействии эл тока на магнитное поле и создание вихревых
токов в Ме. при перемагничивании и поляризации диэлектриков. при
прохождении эл тока через тв или жидкие тела обладающие теплопроводностью
за счет кинетической энергии электродов. Перечисленные теплонегерации лежат
в основе конструкций следующих групп печей: 1). Дуговых и плазменных печей
) Индукционных 3) Установок диэлектрического нагрева 4) Печей
сопротивления 5) Электронно-лучевых печей. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ПЕЧЕЙ. Существуют две группы работы печей различающихся по характеру
происходящих в них процессах. В одних выделение тепла происходит в самом
материале и для них процессы теплогенерации имеют главенствующее значение
(конвертер). Другую более обширную группу составляют печи в которых
выделение тепла происходит вне материала а тепло передается благодаря
протеканию процессов теплообмена. К этой группе относят множество
плавильных нагревательных и термических печей. В современных печах
определяющими являются процессы теплообмена. Необходимо стремиться к
созданию таких условий при которых достигается наибольший тепловой поток к
поверхности материала и полное его усвоение. Для обеспечения этого
необходимо: 1.Максимально возможное увеличение разности Т между греющей
средой и поверхностью нагрева. 2. Интенсивное питание печи теплом при
наиболее полном использовании этого тепла в пределах рабочего пространства
печи 3. Создание энергичного движения и циркуляции газов в рабочем
пространстве печи в основном под действием струй топлива и воздуха которое
создается горелками и форсунками. 4. Полное сжигание топлива и совмещение в
допустимых случаях топочного объема с рабочим пространством печи. 5.
Создание такого режима давления в нем или таких конструкций при которых
обеспечивается минимальный контакт печной атмосферы с окружающей средой.
Конструирование печей нужно вести таким образом чтобы обеспечить данное
условие и достигнуть наилучших условий для теплопередачи. Классификация
режимов работы печей по теплообменному признаку позволяет объединить в
одной классификационной группе режимы работы печей различного
технологического назначения и установить для каждой такой группы
рациональные условия сжигания топлива и механики газов. В обычных печах
существуют две основных ступени передачи тепла от теплоносителя (пламя
электродуга ) к поверхности материала и от поверхности – внутрь материала:
Внешняя задача 2. Внутренняя задача. В условиях внешней задачи
теплоотдача осуществляется в результате излучения и конвекции в условиях
внутренней задачи теплообмен происходит главным образом в результате
теплопроводности. При нагреве жидкости возможен и конвективный теплообмен.
ВНЕШНИИ ТЕПЛООБМЕН. 1). Радиационный режим. Для него характерно
преобладающее влияние теплового излучения. Если Т и излучательная
способность пламени или объема раскаленных газов одинакова по толщине то
говорят о равномерной теплоотдачи металлу и своду печи. При неравномерном
температурном поле и переменной излучательной способности по толщине
пламени или объему газов теплоотдача в разных направлениях разная. Поэтому
в общем виде возможные режимы могут быть определены следующим образом: а)
Равномерно распределенный радиационный теплообмен. QПМ=QПК т.е. тепловой
поток от пламени на металл и тепловой поток от пламени на кладку равны. б)
Направленный прямой радиационный теплообмен QПМ>QПК в) Направленный
косвенный радиационный теплообмен QПМQПК. Для всех трех видов роль кладки
как посредника передачи тепла от пламени – различна. При равномерно
распределенном рад теплообмене решающую роль играет величина степени
черноты пламени П. При малых величинах тепловой поток приходящийся на
металл и кладку относительно невелик. Стремление увеличить тепловой поток
приводит к необходимости увеличения величины излучательной способности
пламени т.к. П одновременно характеризует и поглощательную способность
пламени то пламя тем сильнее экранирует кладку чем выше П. И
следовательно тем меньше тепла от кладки попадет на металл. В практических
случаях увеличить П можно двумя способами: увеличение толщины слоя газа и
путем естественной и искусственной карбюризации (слово в лекциях не
разобрал возможно карборизации). Увеличение толщины газового объема
связано с увеличением высоты рабочего пространства и во многих случаях
нерационально. Равномерно распределенный режим теплообмена наиболее
целесообразно использовать в печах в которых нагреваются массивные
изделия. По такому режиму работают нагревательные колодцы некоторые
камерные печи и т.п. В качестве топлива выбирают такие виды которые
обеспечивают светимость факела. Направленный прямой радиационный теплообмен
обеспечивается созданием градиента температур по толщине пламени и с
приближением максимальных температур к поверхности металла. При
неравномерном распределении Т по толщине пламени наивысший тепловой поток
исходит из того соля в котором максимальна Т. Распространяясь в
направлении металла и кладки тепловой поток претерпевает количественное
изменение в результате поглощающего действия других слоев пламени. Если
поглощательная способность всех слоев одинакова то поглощение будет тем
меньше чем меньше толщина газового объема между рассматриваемым слоем
пламени и поверхностью металла или кладки. Целесообразно чтобы
распределение П по толщине кладки было оптимальным. Причем наибольшее
значение имеет П тех слоев пламени в которых Т максимальна. Такой принцип
используется в плавильных и нагревательных печах при нагреве тонких и
массивных изделий размещенных по поду печи. Для осуществления такого
режима высоко-температурный хорошо светящийся факел располагают вблизи
поверхности нагреваемого или расплавляемого металла. Такой режим не
рационально использовать в том случае если поверхность нагрева
распределена по всему объему рабочего пространства печи. Направленный
косвенный рад теплообмен имеет место в тех случаях когда тепло
выделяющееся при сгорании топлива передается не непосредственно металлу а
через посредника т.к. косвенно (чаще всего это кладка). При сжигании
топлива образуются раскаленные газы весьма высокой Т и относительно низкой
излучательной способности соответствующей селективному излучению СО2 и
Н2О. Нагреваемый металл имеет сложный спектр поглощения следовательно
нужно стремиться к тому чтобы падающий на него тепловой поток имел
сплошной спектр излучения. Раскаленный газы целесообразно направлять вдоль
свода печи максимально приближая область максимальных Т к поверхности
огнеупоров. При этому будет происходить рост Т кладки и трансформирование
селективного излучения газов в сплошное излучение кладки. Находят
распространение печи со сводом-отоплением. Многие печи строят весьма
широкими (12-14м) т.е. с развитой поверхностью свода. Для того чтобы
получить максимальный эффект от излучательной способности кладки используют
керамические и плоскопламенные горелки. Их устанавливают на своде печи и
пламя тонким слоем распространяется по поверхности свода обеспечивая
высокую теплоотдачу. Такой режим целесообразно использовать когда
необходим равномерный нагрев исключающий местные нагревы под действием
отдаленных факелов. 2) Конвективный режим. При Т=550-600 С преобладающую
роль играет теплообмен конвекцией. По такому режиму работают
низкотермические и сушильные печи. Температура в рабочем пространстве ниже
Т горения топлива следовательно объем в котором сжигают топливо выносят
за пределы рабочего пространства печи. В этих печах стремятся достичь
развитого движения газов для равномерного нагрева материала. 3) Слоевый
режим работы печей. Его используют при обработке кускового материала. Чаще
всего материал в вертикальных печах располагают по всему объему и
раскаленные газы проходят между его кусками либо частицы его распределены
в газообразном теплоносителе. Для слоевого режима характерно что все три
вида теплопередач тесно переплетены между собой и разделить их практически
невозможно. Известны три разновидности слоевого режима: а) с плотным (или
фильтрующим) слоем б) с ожиженным (или кипящим) слоем в) со взвешенным
слоем обрабатываемого металла. В печах с плотным фильтрующим слоем материал
расположен плотно по всему объему и медленно продвигается вниз. Раскаленные
газы фильтруются через слой между кусками. Этот режим характерен для
шахтных печей. В печах с ожиженным слоем – слой под динамическим действии
ем газов находится в разуплотненном состоянии и энергично перемешивается.
Такой режим используют в печах для обжига сырых материалов и часто в
цветной металлургии. В печах работающих со взвешенным слоем обрабатывают
материалы доведенные до пылевидного состояния. Мелкие частицы отделены
друг от друга газовой прослойкой. Концентрация частиц в газовой среде
зависит от технологического назначения печи. Часто используется в цветной
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ПЕЧИ. Работа каждой печи характеризуется
рядом показателей наиболее важными из которых является: Т и тепловой
режим коэффициент полученного теплоиспользования производительность.
Температурный режим – важный технический показатель но термин Т печи имеет
условный характер. В топливных печах в состоянии взаимного теплообмена
находятся пламя металл кладка температура которых различная. И Т печи не
может определяться ни одним из этих значений и представляет собой какую-то
осредненную величину применительно к которой и применяют термин Т печи. Т
зависит от ряда факторов важнейшие из которых – Т горения топлива и
характер потребления тепла включая тепловые потери. Иногда для
ориентировочного определения используют весьма приближенным соотношением:
tД = *tК где (слева направо) действительная температура печи
пирометрический коэффициент и калориметрическая Т горения топлива.
Пирометрический коэффициент зависит от конструкции печи и находится в
пределах 068-080. Т печи зависит от ее назначения и в зависимости от
этого изменяется допустимая разность между Т печи и Т нагрева металла. Эта
разность определяется в основном соображениям равномерности нагрева металла
и составляет для нагревательных прокатных и кузнечных печей 150-300С а
для термических 50-70С. Т может меняться во времени и по объему печи.
Изменение Т печи по времени называют температурным режимом печи. Обычно его
представляют графиком (Т от времени). Печи Т которых не меняется со
временем называются печами постоянного действия (методические печи). Печи с
переменной во времени Т – печи периодического действия. Изменение Т по
объему и длине печи может иметь различный характер. Нагревательные печи в
которых Т по всему объему примерно одинакова называются камерными а печи с
изменяющейся по длине Т называются методическими. Работа печи определяется
тем какое количество тепла поступает в нее. Количество тепла которое
подают в печь в каждый данный момент времени называется тепловой нагрузкой.
То наибольшее количество тела которое печь может нормально без недожога
топлива в рабочем пространстве усвоить называется тепловой мощностью.
Тепловой режим печи представляет собой изменение тепловой нагрузки во
времени и может быть представлен графически. Печи периодического действия
работающие с переменной во времени Т имеют переменную во времени тепловую
нагрузку. Тогда как печи постоянного действия работают при неизменной
тепловой нагрузке. Качество работы печи ее совершенство как теплового
агрегата хар-ся коэффициентом полезного теплоиспользования (КПТ) и
коэффициентом использования тепла (КИТ). КПТ =
(QM+QШЛ+QЭНД+QЭКЗ)(QT+QФ*B) где слева направо – тепло металла тепло
шлака тепло эндо и тепло экзотермических реакций хим тепло топлива
физическое тепло топлива и часовой расход топлива. Если QФ = 0 т.е. в печь
поступает только тепло топлива то КПТ превращается в коэффициент полезного
топливоиспользования. Чем выше КПТ тем лучше в тепловом отношении
работает печь. Увеличение подогрева топлива и воздуха снижение Т уходящих
дымовых газов и снижение тепловых потерь благоприятно влияют на КПТ.
Тепловые потери в печах в большей мере зависят от факторов связанный с
конструкцией печи следовательно чтобы охарактеризовать только топливо и
условия его сжигания используют КИТ: КИТ= (QPH+QФ-QУХ)( QPH+QФ) где QPH-
низшая теплота сгорания про рабочей массе QУХ – тепло уходящих газов.
КПТКИТ всегда. Необходимо при эксплуатировании и проектировании печи
стремиться к тому чтобы КПТ(КИТ. Для этого необходимо снижение тепловых
потерь. Производительность печей. Это важнейший показатель т.к. именно в
производительности сходятся все положительные и все отрицательные стороны
конструкции и тепловой работы печи. В плавильных печах производительность
сильно зависит от характера проплавляемой шихты а в нагревательных – от Т
металла. В обоих случаях на производительность влияние оказывает Т в
рабочем пространстве печи и Т уходящих дымовых газов а также интенсивность
и характер теплопередачи от печи к нагреваемому или проплавляемому
материалу. Обычно различают общую и удельную производительность. Общая
производительность характеризует размеры и масштабы агрегата и измеряется в
тч или тсут. Удельная производительность выражается в кгм2 ч или тм2 ч.
Она характеризует интенсивность работы печи и служит для оценки качества
работы и сравнения печей. Удельная производительность часто называют
напряженностью пода печи. В этом случае различают напряженность активного и
напряженность габаритного пода. В первом случае производительность отнесена
только к площади пода занятого металлом во втором – ко усей площади пода
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И РАСХОД ТОПЛИВА. На действующей печи расход топлива
определяется непосредственным измерением а для проектируемых – расчетным
балансом печи. Тепловой баланс состоит из равных между собой приходной и
расходной частей каждая из которых складывается из нескольких статей. Для
печей постоянного действия тепловой баланс составляют на 1 час. А для печей
периодического действия – на 1 цикл работы. Статьи приходной части
теплового баланса: 1. QХ – тепло получаемое в результате сгорания топлива
(QХ=В* QPH) 2. Тепло вносимое подогретым воздухом (QВ=В*СВ*tВ*n*) где
слева направо часовой расход топлива удельная теплоемкость в интервале от
до tВ температура воздуха коэффициент избытка воздуха количество
воздуха необходимое для сжигания единицы топлива. 3. Тепло вносимое
подогретым топливом. QT=В*СТ*tT. где СТ средняя удельная теплоемкость
топлива. 4. Тепло экзотермических реакций. При составлении теплового
баланса учитываются все химические реакции идущие с положительным тепловым
эффектом кроме реакций горения топлива. В нагреваемых печах учитывают
тепло выделяющееся при окислении металла. При окислении 1 кг выделяется
52 кДжкг тепла. Поэтому тепло экзотермических реакций оказывается
QЭКЗ=5652*Р*а где Р –производительность печи а – величина угара металла.
Статьи расходной части: 1. QПОЛ. Полезное тепло необходимое для нагревания
и плавления материала. Если материалы поступают в печь холодными то
полезное тепло: QПОЛ=G*Cm*tm.k Если подогретыми: QПОЛ 1 = G*(Cm*tm.k –
C`m*tm.n) где G – количество материала кгчас tm.k – конечная Т нагрева
металла tm.n. – начальная Т металла Сm – средняя удельная теплоемкость
металла в интервале от 0 до tm.k. С`m – средняя удельная теплоемкость Ме в
интервале от 0 до tm.n..Для плавильных печей учитывают скрытую теплоту
плавления металла. 2. Тепло уносимое шлаками. QШЛ 2 = GШЛ*CШЛ*tШЛ. 3. Тепло
эндотермических реакций. Только для плавильных печей!!! Это тепло на
разложение известняка. 4. Тепло уносимое отходящими газами Q4 =
B*УХ*СУХ*tУХ. Некоторое количество дымовых газов удаляется из рабочего
пространства печи в результате выбивания через окна щели Поэтому УХ
можно рассматривать как полное количество газов образовывающихся при
сжигании единицы массы или единицы объема топлива. 5. Тепло от химической
неполноты сгорания топлива. При беспламенном сжигании потери от химической
неполноты практически отсутствуют. При пламенном сжигании в отходящих газах
содержится от 05 до 3% несгоревших газов (СО и Н2). Если принять что на
% СО содержится 05% Н2 то теплота сгорания такой смеси составит 12142
кДжм3. Если принять долю несгоревшего СО равно а то потери тепла составят
Q5=B* УХ*а*12142 6. Тепло от механической неполноты сгорания. Под
механической неполнотой сгорания понимают различные потери тепла. При
сжигании тв топлива потери составляют 3-5%. Q6=(0.03-0.05)B* QPH. В случае
газообразного топлива потери составляют 2-3% а в случае жидкого топлива
около 1%. 7. Потери тепло в результате теплопропаж через кладку. Потери
тепла через свод стены печи определяются по уравнению: QКЛ 7 = (tКЛ –
tB)(S1λ1 + S2 λ2 + 1α) где слева направо Т внутренней поверхности
кладки Т воздуха S1 и S2 толщина огнеупорной кладки и изоляции λ1 и λ2
– коэффициенты теплопроводности кладки и изоляции α – коэфф теплоотдачи от
стенки воздуху (198). 8. Потери тепла излучением через открытые окна печи.
Q8 = С0*(Т100)4*F*Ф*φ где слева направо коэффициент лучеиспускания
абсолютно черного тела Т в печи площадь открытого окна коэффициент
диафрагмирования доля времени когда окно открыто. Т окружающей среды
практически не влияет на лучеиспускание через окно. Чем меньше печь тем
относительно большее значение имеют потери тепла через окна и щели. 9.
Тепло выносимое выбивающимися газами. Если на поду печи давление будет
равно давлению окружающей среды или если статическое давление будет равно
то количество выбивающихся газов через открытое окно или через щели
закрытого окна будет равно: (сука очень большая формула нах ее). 10. Тепло
затраченное на нагревание тары (мульды ковша ) Q10 = GТ.Р.*СТ.Р.*tТ.Р.
соответственно масса тары средняя теплоемкость тары и Т до которой
нагревается тара. Если тара входит в печь нагретой то учитывается только
тепло затраченное на дальнейшее нагревание тары. 11. Тепло уносимое водой
охлаждающей отдельные элементы печи. Потери тепла обусловлены водяным
охлаждением. Определяется либо расчетом теплообмена либо берется из
справочника. 12. Затраты тепла на аккумуляцию его кладкой. QКЛ =
VКЛ*ρКЛ*СКЛ*tКЛ. где слева направо объем кладки в кубах объемная масса
кладки средняя теплоемкость и средняя Т кладки. После определения всех
статей баланса приход тепла приравнивают к расходу. Расход топлива выражая
его в кг условного топлива относят к массе нагреваемого металла. Удельный
расход топлива: (В* QPH)(7000G) кгкг. Умножив эту величину на 100% -
получим удельный расход топлива от массы металла. Коэффициент пл-го
использования современных пламенных печей составляет 025-055 а для
некоторых шахтных печей он достигает 08. Для электропечей 07 и больше но
в приходной части для электропечей будет только QЭЛ а в расходной
останется только Q5.
ТЕПЛООБМЕННИКИ. Рекуператор представляет собой устройство для подогрева
воздуха или газа в котором теплопередача происходит от греющего газа к
нагреваемому через стенку поверхности которой F являются поверхностями
нагрева. Одной из особенностей рекуператора является изменение Т по ходу
газов. Используют схемы: 1. противоток 2. Параллельный ток 3. Перекрестный
ток. Каждая имеет свои особенности. 1. Противоток. Он может быть трех
типов в зависимости от соотношения водяных числе потоков греющего и
нагреваемого: WГ и WH. Водяное число потока представляет собой
произведение расхода потока (кгч) на теплоемкость: W=G*C. И численно равно
расходу воды в эквивалентном (по теплоемкости) потоке воды. I рода. WГ =
WH. В этом случае температуры вдоль поверхности нагрева представляют собой
прямые параллельные линии и разность между Тсгор продуктов и воздуха
остается постоянной. Такой ток встречается редко. II рода. Этот случай
наиболее распространен. При очень большой F нагрева температурные кривые
сольются на горячей стороне рекуператора. Воздух нагреется до Т поступающих
в рекуператор продуктов сгорания и этот случай будет составлять предел
экономических возможностей этого типа. Главным преимуществом этого типа
является возможность высокого нагрева этого тока а недостатком – высокая Т
стенки. С точки зрения экономического использования материальных затрать
делать рекуператоры с очень большими поверхностями нагрева нерационально.
Практически считается что рекуператор должен использовать 60-70% тепла от
предельно возможного для данной схемы. III рода. В идеальном рекуператоре
этого типа КПД = 100% т.к. продукты сгорания остывают до Т поступающего
холодного потока. И преимуществом этого типа является высокий КПД и низкая
Т стенки. 2. Параллельный или прямоток. В схемах параллельного тока в
отличии от схем противотока характер температурных кривых не меняется в
зависимости от соотношений водяных чисел потока. От него зависит только КПД
рекуператора т.е. возможные уровни охлаждения продуктов сгорания и нагрева
воздуха. Для параллельного потока предельный КПД определяется:
КПД=WH(WГ+WH).*100%. Ценным преимуществом схемы параллельного тока
является возможность использования его при работе на продуктах сгорания
очень высокой Т но при этом сохраняется низкая Т стенки. Недостаток –
сравнительно низкий КПД. Эффективность использования поверхности нагрева
при этой схеме неодинакова. Она убывает в направлении по холодному кону.
Самостоятельно такая схема используется редко но используется с
противотоком в комбинированных схемах. Т.е. секция параллельного тока
ставится вначале комбинированной схемы чтобы принять на себя «термический
удар» а завершает схема противоточная.
КОНСТРУКЦИИ РЕКУПЕРАТОРОВ. сходит от греющего газа к нагреваемому Тепло
вносимое подогретым воздухом ((1. Х составляют на 1 час. Для этогоескольких
статей. х площади пода занятого металлом ссах. Хорошая конструкция должна
обеспечивать длительную стойкость работы в течение нескольких лет.
Эффективная работа возможна при соблюдении: 1. Применение окалино-стойких
материалов для труб рекуператоров 2. Использовании материала обладающего
большой теплопроводностью 3. Обеспечение минимально возможной Т труб в
результате улучшения теплообмена между трубой и холодным потоком. 4.
Предотвращение местных перегревов труб 5. Герметичность (газоплотность)
конструкции 6. Обеспечении компенсации Т расширений 7. Создание условий
возможности чистки труб в процессе работы. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ РКУПЕРАТОРЫ. 1.
Сталеуглеродистые слабо легированные характеризуются большой
теплопроводностью (17-40 ккалм ч С) 2. Низкая Т трубы рекуператора легко
обеспечивается при высоких скоростях нагрева газа 3. Герметичность
конструкции обеспечивается весьма легко особенно при использовании мягких
углеродистых сталей. Высокая герметичность позволяет высокую скорость
газов чему соответствуют большие значения коэффициента теплопередачи. Но
недостатком Ме рекуператоров является малая жаропрочность дешевых сортов
сталей. Из-за чего рекуператоры из углеродистой стали позволяют нагревать
газы до 300С а из чугуна не выше 350С. Срок службы около года. При
необходимости работать с более высокими Т подогрева используют легированные
стали и дорогие чугуны. Но не все окалино-стойкие стали пригодны для
рекуператоров. Используются такие стали которые хорошо свариваются
пластичны но достаточно стойки против ползучести. ИГОЛЬЧАТЫЕ РЕКУПЕРАТОРЫ
Широко используют чугунные игольчатые рекуператоры изготавливаемые из
природно-легированных Cr и Ni чугунов. Основным элементом являются
игольчатая труба. Воздух движется внутри трубы а дымовые газы – снаружи.
Устройство игл в несколько раз повышает коэффициент теплопередачи. Это
происходит за счет турбулезации потоков и увеличения фактической
поверхности нагрева. Игольчатые трубы выпускают четырех длин: 880 135
85 и 1640 мм. По конструкции различают трубы трех типов: 1) 175. С
обтекаемыми иглами на воздушной и дымовой сторонах и расстоянием между
иглами 175 мм 2)28. Расстояние между иглами 28 мм. 3) С обтекаемыми иглами
на воздушной стороне и с гладкой поверхностью с газовой стороны. Последние
рекуператоры рекомендуются для печей с загрязненными пылью продуктами
сгорания. Трубы можно соединить в любой последовательности (рис 70). Между
собой а также с патрубками для отвода и доступа воздуха трубы соединены
строганными чугунными р??ками (слово непонятно написано). В рекуператоре
(рис 70) воздух проходит 4 секции из трех труб каждая. Скорость воздуха
примерно 4-7 мс онесенная к 0С. А скорость продуктов сгорания при 0 С 1-2
мс. РЕКУПЕРАТОР ИЗ ГЛАДКИХ СТАЛЬНЫХ ТРУБ. Большие воздухонагреватели с
площадью нагрева более 50-60 м2 а также нагреватели для газа надежде если
они изготовлены из цельнотянутых стальных труб. Они позволяют при сварке
труб достичь практически полной герметичности. Кроме того у них есть
преимущество при чистке и наблюдении за состоянием поверхности. Трубы
рекомендуют устанавливать вертикально обеспечивая возможность их
свободного расширения при нагреве. При использовании труб длиной 3 м
температурные расширения достигают 20-30 мм . Важно также обеспечить их
равномерный нагрев. Если трубы жестко вварены в днище расположенные по
концам батареи то различие в Т приведет к различному удлинению что может
привести к короблению и даже разрыву труб. Нагреваемый газ пускают внутри
труб со скоростью =8-10 мс отнесенной к 0С а продукты сгорания между
трубами скоростью 2 мс. Но в последнее время стали поступать наоборот: это
связано с тем что необходимо уменьшит температурный перепад между стенкой
и нагреваемым потоком. Т.е. чтобы обеспечить минимальную Т стенки. В этом
случае выгоднее вариант поперечного омывания пучка труб нагреваемым
потоком. Коэффициент теплопередачи увеличивается почти в 2 раза если
обеспечены те же скорости. На рис 71 показан трубчатый рекуператор по
проекту Гипромеза представляющий собой группу нескольких нагревательных
элементов состоящих из двух вставленных друг в друга и четырех
концентрично расположенных труб. Нижние концы внутренних труб открыты и
находятся вблизи наглухо закрытых концов нижних труб. Воздух входит сначала
во внутренние трубы опускается вниз и переходит в пространство между
внутренней и наружной трубой и по нему поднимается в коробку горячего
воздуха. Трубы закреплены только одним концом т.к. тепловое расширение не
влияет на прочность конструкции. Коэффициент теплопередачи в таком
рекуператоре составляет 15-20 ккалм2 ч С. ПЛАСТИНЧАТЫЕ РЕКУПЕРАТОРЫ. Ранее
широко применявшиеся сейчас используются очень редко. Это связано с тем
что они не обеспечивают длительного срока службы из-за весьма сильно
меняющейся Т продуктов сгорания что приводит к короблению и трещинам.
МОНОЛИТНЫЕ ЧУГУННО-СТАЛЬНЫЕ РЕКУПЕРАТОРЫ (ТЕРМОБЛОКИ). В них отдельные
трубки заливаются чугуном который предохраняет их от быстрого сгорания. На
рис 72 показан термоблок конструкции ЦНИИТМАШа. В нем воздух проходит по
трубам диаметром 05 дюйма залитым чугуном. Продукты сгорания проходят по
каналам в чугунной отливке перпендикулярно пути воздуха. Недостаток:
большая громоздкость и большой расход Ме на единицу тепла. Но стойкость их
достаточно велика. Их используют на малых кузнечных камерных печах. На
больших печах использование термоблоков неоправданно. Общий коэффициент
теплопередачи в термоблоках достигает 14 ккалм2 ч С. РАДИАЦИОННЫЕ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕКУПЕРАТОРЫ. Это цилиндр большого диаметра в полых стенках
которого движется нагреваемый воздух которых обогревается уходящими газами
изнутри и снаружи. Такие рекуператоры используют тогда когда Т отходящих
газов 1300-1400С. Благодаря большой толщине газового потока они
обеспечивают высокое значение суммарного коэффициента теплопередачи (
примерно 40). Благодаря большому диаметру они не засоряются пылью и их
поверхности удобны для очистки и Т стенки минимальна. Скорость нагреваемого
воздуха легко довести до 30 мс. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
РЕКУПЕРАТОРЫ. В этих конструкциях в одном агрегате совмещаются радиационный
и конвективный рекуператоры. Эта конструкция обеспечивает нагрев воздуха до
0С. При Т уходящих газов 1500С. Такой высоко температурный нагрев воздуха
достигается в результате легированных сталей и поперечного омывания пучка
труб в конвективной части рекуператора. КЕРАМИЧЕСКИЕ РЕКУПЕРАТОРЫ.
Возможность высокотемпературного нагрева воздуха (до 900С) и долговечность
– основные достоинства. Рекуператоры из шамотных кирпичей на методических
печах могут работать без ремонта в течение нескольких лет. В каждом кирпиче
предусмотрено 4 отверстия (рис 75) и буртики на которые укладывают
короткие шамотные распорные плитки. Кирпичи ставят один на другой и их
отверстия образуют сплошные вертикальные каналы по которым проходит
воздух. Продукты сгорания движутся горизонтально между кирпичами.
Недостатки: большие тепловые сопротивления стенки и малая газоплотность не
позволяет работать с большими скоростями воздуха. Более совершенной
конструкцией является керамический рекуператор устанавливаемый на
нагревательных колодцах (рис 76). В отличие от рекуператоров методических
печей продукты сгорания направляются по трубкам с сечением в виде
восьмигранника сверху вниз. А между трубами зиг-загообразно движется
нагреваемый воздух. Верхние ряды труб и самые нижние трубы делают из
карбошамота а средние – из шамота. Длины трубок 298-397 мм. Наружный
диаметр 140 мм а толщина стенок 13 и 16 мм соответственно для шамота и
карбошамота. Пространство между трубками перекрывают специальными фасонными
плитками а вверху рекуператора предусмотрен песочный затвор. В смысле
газоплотности более надежны керамические рекуператоры из длинных
горизонтально расположенных труб без стыков выполненных из карборунда
который характеризуется значительной теплопроводностью. Размеры труб 1320
мм длина 140 мм наружный и 102 мм внутренний диаметры. Могут использовать
в методических печах. Для улучшения теплопередачи внутрь труб вставляют
специальные турбулезирующие вставки. Недостаток конструкции – громоздкость.
Керамические рекуператоры удобнее располагать под рабочим пространством
РЕГЕНЕРАТОРЫ. В регенераторах посредником между греющим и нагревающимся
потоками является не тонкая герметическая стенка массивная регенеративная
насадка которая работает периодически: сначала воспринимая или аккумулируя
тепло а затем отдавая это тепло нагреваемому потоку который движется по
тому же пути что и горячие газы но во встречном направлении. Таким
образом проблемы герметичности стенки в регенераторах не существует.
Насадки можно сооружать из обыкновенного шамотного или динасового кирпича.
И греть их до очень высоких Т. Газ и воздух сравнительно легко нагревается
до Т=1000-1200С. Ремонт насадки обходится обычно недорого. Существует
некоторая аналогия между тепловой работой регенератора и рекуператора: о
чем можно судить по изменениям Т вдоль поверхности нагрева который показан
на рис 77. Изменение водяных чисел потоков влияет на изменение температуры
почти одинаково как в регенераторе так и в рекуператоре. Разница состоит
в том что в регенераторах в следствие процесса аккумуляции изменения Т
вдоль поверхности характеризуется не кривыми линиями а некоторой полосой
ограниченной линиями (1) и (2) из которых первая соответствует началу
периода а вторая – его концу. Площадь полосы пропорциональна количеству
тепла аккумулированного насадкой за период между перекидками. Чем больше
время между перекидками тем толще полоса тем больше увеличивается к концу
периода нагрева Т уходящих газов и следовательно потери тепла с ними.
Относительный КПД регенератора очень сильно зависит от времени между
перекидками. С увеличением этого времени КПД падает Есть значения максимума
КПД которого и нужно придерживаться обеспечивая оптимальное время между
перекидками. Например для регенераторов мартеновских печей время в
различные периоды плавки колеблется от 10-15 минут. РЕГЕРЕРАТИВНЫЕ НАСАДКИ.
Размеры кирпича из которого делают насадку (его толщина) а также размеры
характеризующие взаимное расположение кирпичей в насадке а также форма
кирпичей и их общая компоновка должны обеспечивать: 1. Максимальную
теплоотдачу в единицу объема насадки 2. Длительность срока службы 3.
Минимальные затраты на сооружение. Ячейкой называют самый узкий проход в
горизонтальной плоскости соприкосновения кирпичей. Обычно ячейки квадратные
(120х120). Самую простую насадку системы Сименса выкладывают из
обыкновенного (нормального) кирпича. На рис 79 кирпичи кладут
горизонтальными рядами на ребро. Там изображена насадка колодцами т.е. все
ячейки расположены по вертикали. Если сместить ячейки одну относительно
другой на 12 шага то получится насадка шахматная или вразбежку. Ее
используют редко т.к. она сильно заносится пылью. Насадка Петерсона
немного отличается от насадки Сименса: ее выкладывают из специальных
кирпичей с уступами фиксирующими положение кирпича при кладке (рис 79б)
Брусковую насадку (рис 79г) выкладывают как две предыдущие но из
специального кирпича: брусковый кирпич квадратного сечения. Насадка Каупера
совсем другой конструкции (рис 79в). Ее поверхность нагрева представляет
собой сплошные вертикальные колодцы. Горизонтальные поверхности кирпичей
соприкасаются и в теплообмене не участвуют. На рис 79д показан блок из
насадки для доменных воздухонагревателей конструкции ВНИИМТ. В этой насадке
ячейка фигурная с вертикальными овальными выступами вертикальные каналы
сообщаются между собой горизонтальными проходами. Удельная поверхность
нагрева ячейки Н сильно увеличивается с уменьшением размера ячейки и
кирпича. На величину Н существенно влияет и конструкция насадки. Но
удельная поверхность насадки еще не определяет однозначно ее эффективность
которая выражается объемным коэффициентом теплопередачи αВ. Другим
определяющим фактором является интенсивность конвективной и лучистой
теплоотдачи на поверхность кирпича. Можно создать такие поверхности
нагрева интенсивность теплоотдачи на которых будет очень слаба. Такие
поверхности называются фиктивными и они не увеличивают эффективность
регенеративной насадки. Сама насадка создает своеобразные условия для
потока газов. Например насадка Сименса Петерсена и особенно брусковая
сильно турбулезируют поток газов и интенсифицируют передачу конвекцией.
Использование общеизвестных формул результатов удовлетворяющих не дает.
Поэтому регенеративные насадки исследуют как самостоятельный объект
конвективного теплообмена. Для насадки Каупера со сплошными гладкими
каналами была получена формула αВ = 0018*λТ*Re0.80045 где слева направо
коэффициент теплопроизводительности газов число Рейнольдса. Re=d* =
dρ. d – размер – скорость – коэфф кинематической вязкости ρ –
плотность – коэф динамической вязкости. Но использование фасонного
кирпича с выступами и горизонтальными проходами увеличивает коэффициенты
конвективной теплопередачи для того же размера ячейки на 25-80%. Это
увеличение происходит главным образом за счет увеличения фактической
скорости и турбулезации потока. Но потери напора возрастают по мере
увеличения фактической скорости. Для других насадок получена формула
которая выглядит: Nu = А*Ren. Re определяют в самом узком сечении насадки.
Исследования показали что размер ячейки довольно слабо влияет на величину
конвективного коэффициента теплопередачи. Опыт показал что уже в восьмом
ряду от входа газов в насадку теплообмен стабилизируется. Для этого ряда
значения коэффициентов А и n для различных видов насадки различны.
Конвективный коэффициент теплопередачи может быть рассчитан для различных
насадок: αВ = αF * Н где αF – коэф поверхностной теплопередачи. Если
сравнить все виды насадок то наилучший коэффициент теплопередачи
обеспечивает брусковая насадка. Это объясняется тем что в ней имеется
наибольшее количество горизонтальных зазоров турбулезирующих поток.
Насадка Петерсона II несмотря на сильно развитую поверхность нагрева дает
пониженный по сравнению с насадкой Петерсона I коэффициент теплопередачи.
Это объясняется близостью горизонтальных поверхностей слабо обдуваемых
газами и следовательно не принимающих активного участия в теплопередаче.
Узкие горизонтальные зазоры слабо турбулезируют поток газов. Наименьшее
значение коэфф теплопередачи дает насадка Каупера с гладкими каналами т.к.
в ней отсутствуют турбулезирующие газовый поток элементы т.е.
горизонтальные зазоры. Но окончательный выбор определяется не только
уровнем теплопередачи в ней но и другими условиями. Например насадка
Сименса сооружается быстрее чем брусковая т.к. нужно класть меньше рядов.
А в насадке Петерсона самим же кирпичом фиксируется размер ячейки.
РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТОРА. Поверхность нагрева может быть определена по: F = QПЕР
*ΔtСР где слева направо количество теплоты итоговый коэффициент
теплопередачи отнесенный к периоду между перекидкам и учитывающий тепловое
сопротивление аккумуляции средняя Т. В процессе аккумуляции тепла
температурные поля в насадочном кирпиче меняются. (см. рис) [pic].
Температурная кривая I представляет температуры по толщине кирпича в конце
нагрева. Кривая II – в конце охлаждения. Заштрихованная площадь
пропорциональна количеству аккумулированного тепла за один период. А вся
площадь АВСD представляет теплосодержание насадочного кирпича в конце
нагрева и конце охлаждения. В идеале вся толщина кирпича должна принимать
участие в аккумуляции тепла. Об этом можно судить по коэффициенту
аккумуляции – это отношение фактически аккумулированного тепла за период
к тому количеству тепла которое было бы аккумулировано если бы
теплопроводность кирпича была равна бесконечности а температуры на его
поверхности сохранились бы прежними. Вся толщина кирпича будет работать при
условии >033. Расчет регенераторов ведут в порядке: 1. Составляют по
заданным температурам (начальной для дыма и конечной для нагреваемого
воздуха или газа) тепловой баланс регенератора. Определяют Т уходящих из
регенератора газов среднюю между перекидками. Определяют ΔtСР по
логарифмической формуле. Выбирают тип и горизонтальные размеры насадки а
также скорость газов и выполняют расчет «живого сечения». 2. Определяют
коэффициенты теплопередачи 3. Находят итоговый коэффициент . 4. Определяют
площадь F нагрева всей насадки. 5. Находят удельную поверхность нагрева Н.
Вычисляют объем и высоту насадки. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТЫ РЕГЕНЕРАТОРА.
Отношение высоты h к корню квадратному из сечения насадки называется
коэффициентом стойкости насадки: КС= h12 и чем он больше тем
равномернее и интенсивнее работает насадка. Обычно для хорошей насадки
коэффициент КС =15 и больше. Очень высокие и длинные регенератор порядка
более 20 м позволили бы нагреть воздух до Т близкой к Т продуктов сгорания.
Но из-за конструктивных условий такой возможности нет .И высота всех
регенераторов недостаточна. Наиболее высокими являются воздухонагреватели
доменных печей. Их строят высотой до 30 м в виде цилиндрической башни
заключенной в металлический кожух диаметром около 85 м (рис 87). Эти
регенеративные воздухонагреватели отличаются большой производительностью.
Они нагревают воздух объемом 270 тыс м3 в час до Т=1100С и выше. Одну
доменную печь обычно обслуживают 4 воздухонагревателя. Три из них в работе
а четвертый в ремонте. Из трех работающих в одном нагревается дутье а два
других отапливаются доменных газом. Размер ячейки регенеративных насадок
воздухонагревателей больших размеров составляет 45 мм. Чтобы обеспечить
эффективный теплообмен в регенераторах необходимо соблюдение условий: 1.
Оптимальное время между перекидками 2. Толщина кирпича не должна превышать
мм для того чтобы в процессе аккумуляции тепла кирпич принимал участие
по всей толщине. 3. Обеспечение достаточно большой скорости газов в
насадке. Это условие для таких печей как мартеновские ограничивается
необходимостью обеспечить долговечную работу насадок в течение всей
компании печи. А это как правило 3-6 мес непрерывной работы. Для того
чтобы засорение каналов не могло вывести насадку из строя размер ячейки
делают не менее 100х100 мм. И тогда скорости в самом узком сечении насадки
получаются от 1-15 мс. 4. Обеспечить по возможности наиболее эффективную
конструкцию насадки с большей ячейкой что удешевляет регенератор. 5.
Обеспечить возможно большую высоту насадки например для мартеновских
печей более 5 м. Это дает возможность работать с высоким КПД регенератора
т.е. создает более высокий нагрев газа по сечению насадки. 6. Обеспечить
равномерное по сечению насадки распределение газов. Особенно трудно
обеспечить равномерность в горизонтальной насадке. В этом случае иногда
приходится делать наверху гуще а внизу – реже. В некоторых случаях из-за
близкого стояния грунтовых вод построить высокую насадку невозможно
поэтому делают зигзагообразные или двухоборотные регенераторы в которых
строят 2 невысокии насадки рядом и продукты сгорания проходят
последовательно через одну и другую двигаясь в каждой насадке вертикально.
Необходимо обеспечить продувку насадки паром или компрессорным воздухом
для периодической очистки от пыли. КОТЛЫ-УТИЛИЗАТОРЫ. Большая запыленность
газов затрудняет возможность установки за многими печами регенераторов но
эти печи обычно отличаются большой тепловой мощностью. Для того чтобы
использовать тепло уходящих газов за ними строят котлы-утилизаторы где
получают пар используемый на бытовые или энергетические цели. Трудность
использования тепла в котлах-утилизаторах за всеми печами объясняется тем
что: 1. При Т газов поступающих в котел ниже 400С объем пара с 1 м3
поверхности нагрева котла получается очень малый и амортизация затрат
становится не эффективной. 2. При установке котла-утилизатора за печью в
газовый тракт печи вводится дополнительное сопротивление. Чтобы это не
сказалось вредно на работе печи требуется установка мощных вентиляторов а
также системы шиберов которая позволила бы быстро отключить котел-
утилизатор и перейти к работе на трубу. 3. Не эффективно использовать котлы-
утилизаторы если мелкие печи разбросаны на значительном расстоянии.
Поэтому котлы-утилизаторы строят за крупными печами. В некоторых случаях
установка котлов-утилизаторов может способствовать решению чисто печных
вопросов например когда уходящие из печи газы имеют Т=1300С сильно
запылены то установленные регенераторы или рекуператоры обречены на
быстрое засорение и выход из строя. Если же непосредственно за печью
установить котельные поверхности нагрева особенно радиационного типа то
котельные поверхности воспримут на себя «термический удар» и сыграют роль
пылеосадителя. И уже очищенные от пыли и охлажденные до Т 900..1000С газы
можно направлять в рекуператор. В некоторых случаях когда приходится
работать на искусственной тяге в котлах-утилизаторах продукты сгорания
охлаждаются до 250С.
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. Металлургические нагревательные печи делятся на: 1.
Прокатные 2. Кузнечные. Такое деление условно т.к. температурный режим и
требования к нагреву у них практически одинаковые. Если размеры заготовок и
производительность печей одинакова то конструкции их практически
идентичны. Некоторые конструктивные отличия наблюдаются в кузнечных печах
небольшой производительности для мелких и средних заготовок или для очень
больших слитков массой до нескольких десятков и сотен тонн. 1). Печи для
нагрева мелких и средних заготовок. Это в основном камерные печи в которых
Ме во время нагрева не перемещается по поду. Поэтому для равномерного
нагрева необходимо поддерживать одинаковую Т во всех участках печи. Это
достигается равномерным подводом тепла по ее длине и устройством рабочего
пространства в виде параллелепипеда. Камерные печи для мелких и средних
заготовок бывают: стационарные и переносные. У переносных предусмотрен
отвод продуктов сгорания вверх. На рис 105 – переносная печь на жидком
топливе. Форсунки (1) поставлены с двух боковых сторон и направлены прямо в
рабочее пространство печи (2) выложенное огнеупорным кирпичом (3).
Продукты сгорания удаляются вверх через каналы (4). Поступают в рекуператор
(7) для подогрева воздуха и затем удаляются под зонт (8). Загрузка и
выгрузка осуществляется через окно (5) с заслонкой (6). ТЭП РАБОТЫ КАМЕРНЫХ
ПЕЧЕЙ В этих печах важнейшим показателем работы является удельная
производительность (напряжений пода) и удельный расход тепла. А эти
показатели сами зависят от ряда факторов: толщины нагреваемой заготовки
температурного режима печи вида топлива поэтому о преимуществах печей
судят если печи однотипны и работают в одинаковых условиях. Для малых
камерных печей удельная производительность составляет 300-600 кгм2 С ч. А
удельный расход тепла 5-67 МДжкг или 1200-1600ккалкг в том случае если
печи не используют тепло уходящих продуктов сгорания для подогрева воздуха
а при наличии рекуператора удельный расход тепла снижается тем больше чем
выше Т подогрева воздуха. ПЕЧИ ДЛЯ НАГРЕВА КРУПНЫХ ЗАГОТОВОК И СЛИТКОВ.
Слитки и крупные заготовки в зависимости от вида и условий обработки
нагревают в камерных печах партией или садкой либо по одной штуке если
масса заготовки очень большая. Камерные печи для крупных заготовок работают
чаще всего при переменной Т в рабочем пространстве. При посадке большой
массы холодного Ме высокая Т печи резко снижается. В дальнейшем по мере
прогрева садки Т в печи повышается. Такое временной понижение Т удлиняет
процесс нагрева. В тех случаях если Ме в холодном состоянии свойственна
большая пластичность можно бы на первоначальном этапе резко увеличить
подачу тепла а следовательно и увеличить скорость нагрева. Но с точки
зрения экономичности такой процесс невыгоден т.к. для поддержания
постоянной Т печи при посадке большой холодной партии надо было подавать бы
очень большое количество тепла за короткий промежуток времени. А это
потребовало бы большой установочной мощности энергетического оборудования
печей которые работали бы короткую часть времени. Поэтому установочную
мощность для таких печей принимают 30-50% от максимального потока. От
нагрева заготовок относительно массивных т.е. не требующих специальных
загрузочных устройств применяют камерные печи рассмотренные выше. Но с тем
различием что в них обязательно устанавливают устройство для использования
тепла уходящих продуктов сгорания. Первоначально использовались
регенераторы. Но в современных печах выполняют рекуператоры из жаропрочных
сталей что облегчает конструкцию печей. В обжимных цехах для нагрева перед
прокаткой слитков больших сечений (400х400 и выше) используют
нагревательные колодцы. Это печи у которых рабочее пространство перекрыто
не стационарным сводом а объемной крышкой которая при садке отодвигается
в сторону. Загружают слитки при помощи клещевого крана. Слитки становятся
вертикально. Преимущество нагрева слитков крупных сечений в колодцах:
благодаря вертикальной садке большая часть поверхности омывается продуктами
сгорания что обеспечивает равномерный и ускоренный нагрев; если в колодец
погружают слитки с еще не затвердевшей сердцевиной то вертикальное
расположение устраняет опасность смещения усадочной раковины. В настоящее
время используют два типа колодцев: 1. Мелко-камерные регенеративные
колодцы с регенераторами поставленными с противоположных сторон по длине
рабочей камеры. 2. Рекуперативные с горелкой в центре пода. Началось
строительство также рекуперативных колодцев с одной горелкой поставленной
в торцевой стене над слитком. Рабочее пространство регенеративных колодцев
– прямоугольный параллелепипед. В каждый колодец загружают 6 – 8 слитков.
Затем напольным краном крышка сдвигается на колодец. С двух противоположных
сторон колодца расположены по два регенератора. Регенеративные колодцы
благодаря высокому нагреву газа и воздуха в регенераторах хорошо работают
на газах с низкой теплотой сгорания (доменный) обеспечивая высокую
скорость нагрева. Но таким колодцам свойственны недостатки: неравномерность
нагрева а иногда и перегрев и оплавление кромок. И реверсирование движения
газов связанное с использованием газов усложняет конструкцию колодцев.
Лучшие условия в рекуперативных колодцах с горелкой в центре пода. Емкость
таких колодцев от 5 до 16 крупных слитков. Рабочая камера колодца
перекрывается крышкой отодвигаемой напольным краном. По краям крышки
предусмотрен специальный нож который при закрывании крышки уходит в
песочный затвор. Горелка поставлена в середине пода. Пламя поднимается
вверх затем поворачивает вниз омывает слитки и уходи в дымовые каналы
керамического рекуператора. Окалина опадающая со слитков выпадает в виде
шлаков через летку либо удаляется в сухом виде через люк. Но тогда на под
колодца предварительно насыпают слой коксика. В этих колодцах слитки
расположены примерно одинаково к факелу но и в них наблюдается некоторая
неравномерность нагрева. Так верхняя часть бывает нагрета лучше а сторона
слитка обращенная к стенке колодца – хуже. Поэтому приходится увеличивать
время нагрева что снижает производительность. Кроме того в таких колодцах
площадь колодца используется недостаточно полно т.е. слитки находятся в
основном вдоль стены. Существует несколько новых конструкций рекуперативных
колодцев. Одной из таких конструкций является рекуперативные колодцы с
горелкой расположенной в верхней части торцевой стенки колодца. В них
загружают от 12 до 18 слитков и располагают по два ряда по ширине. Движение
газов имеет подковообразный вид. Газы проходят над слитками горизонтально в
верхней части затем поворачивают и внизу следуют в обратном направлении.
Уходят в дымовые окна под горелкой затем в рекуператор боров и дымовую
трубу. Но и в этих колодцах появляется неравномерность нагрева – по высоте
слитка особенно у уширенных книзу. Кроме того наблюдается неравномерность
нагрева по длине. Это связано с тем что в колодце расход топлива на
протяжении нагрева не остается постоянным. Сначала его поддерживают
большим а по мере нагрева снижают. В связи с этим изменяется место
поворота факела из верхней части в нижнюю часть колодца. При большом
расходе факел поворачивает у противоположной стенки и находящиеся здесь
слитки прогреваются лучше. По мере уменьшения расхода местоположения
поворота все больше приближается к горелке и лучше условия создаются для
слитков которые близко расположены к горелке. В таких конструкциях для
получения одинакового по длине нагрева слитки нужно загружать и нагревать в
определенной последовательности. Колодцы с одной верхней горелкой также не
обеспечивают полной равномерности нагрева. Но при посадке горячего Ме т.е.
слитков с Т 800С и выше неравномерность нагрева находится в допустимых
пределах и кроме того в них хорошо используется площадь пода. Число
посадочных мест достигает трех на 1 метр длины. Это обстоятельство имеет
особое значение для мощных блюмингов. Для нагрева очень крупных слитков
(десятки и сотни тонн) используют камерные печи отличающиеся от предыдущих
тем что у них под выполнен выдвижным. Слитки кладут на подставки 400-600
мм. Для более равномерного обогрева горелки устанавливают так чтобы пламя
(факел) не был направлен на Ме. Под этих печей – тележка футерованная
кирпичом и поставленная на специальные катки. Выдвижение пода с помощью
лебедки или т.п. Загружают слитки мостовым краном а для устранения
подсосов в печь – песочные затворы.
ТЭП РАБОТЫ КАМЕРНЫХ ПЕЧЕЙ ДЛЯ СЛИТКОВ И КРУПНЫХ ЗАГОТОВОК. ТЭП работы
колодцев меняется весьма сильно в зависимости от режима нагрева и величины
горячего и холодного посадок. На заводах обычно поступает в колодцы 80-95%
горячего посада Т800С и выше. При этом удельный расход тепла составляет
50- 1250 кДжкг или 150-300 ккалкг. В колодцах скорость нагрева слитков
и следовательно напряжение активного пода велики например семи тонные
слитки горячего посада 700х700 нагреваются за 25-3 часа. А те же слитки
холодного посада за 7-8 часов. Для печей с выдвижным подом удельная
производительность 3-8 тм3*сутки. А удельный расход тепла составляет 2900-
00 кДжкг или 760-1200 ккалкг. ПЕЧИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ При массовом
нагреве однотипных заготовок в прокатных и кузнечных цехах используют печи
постоянного или непрерывного действия в которых заготовки движутся по
рабочему пространству с помощью механизмов расположенных либо вне рабочего
объема печи либо внутри его. Условия работы последних намного тяжелее. Их
стараются использовать в печах с более низкой Т. Характерной особенностью
механизированных печей является постоянство во времени Т режима в то
время как по длине рабочего пространств Т может быть как переменной так и
постоянной. В нагревательных печах распространены два Т режима: 1.
Методический 2. С постоянной Т по длине печи. Под методическим понимают
режим при котором Т газов по длине печи повышается от окна загрузки к окну
выдачи. Методический режим может быть двух зонным трех зонным. При двух
зонном режиме первая по ходу Ме зона (методическая) характеризуется
повышающейся по длине Т. Вторая зона (зона высоких Т или сварочная)
характеризуется практически постоянной по длине Т. В связи с таким
распределением температур по длине Ме в печи с двух зонным режимом на
протяжении методической зоны и части зоны высоких Т нагревается с
относительно большой скоростью. А к концу зоны скорость повышается.
Тепловой поток передаваемый на поверхность Ме на протяжении методической
зоны увеличивается а в сварочной падает в связи с тем что Т постоянна а
Т верхней поверхности Ме продолжает повышаться. Для получения двух зонного
режима горелки ставят только в сварочной зоне где сгорает топливо и
движения газов в двух зонных печах происходит из сварочной зоны в
методическую. Методическая зона обогревается продуктами сгорания в основном
тогда когда реакция горения закончилась. В ней тепло отходящих продуктов
сгорания используется для предварительного подогрева Ме который
окончательно подогревается в сварочной зоне. Чем длиннее методическая зона
тем лучше используется тепло продуктов сгорания и тем ниже их Т при выходе
из печи. Первые конструкции методических печей имели методическую зону
относительно длинную (около 75%). В современных – 40-60%. Трех зонный режим
отличается от двух зонного – наличием третей зоны – зоны томления. В этой
зоне Т газа посередине одинакова и обычно превышает конечную Т нагрева Ме
на 40-6-С. Трех зонный режим отличается от двух зонного тем что в зоне
высоких Т возможна более высокая Т и такой режим обеспечивает быстрый
нагрев поверхности заготовок почти до конечной Т т.е. в томильной зоне
происходит выравнивание Т по сечению. В связи с тем что современные
прокатные станы имеют большую производительность то возникла необходимость
и в печах большой производительности. Это требует постройки методических
печей большой длины и которые должны обеспечивать высокое напряжение пода.
Это можно сделать если повысить Т уровень по длине методической зоны и зоны
высоких Т а при большой длине печи это трудно сделать с одной группой
горелок. В современных печах ставят сверху и внизу (а иногда только сверху)
дополнительно 1-2 группы горелок. В методических печах Ме сначала
нагревается в зоне с пониженными Т что уменьшает начальную скорость
нагрева и производительность печи но такой режим оправдан в тех случаях
когда идет нагрев высоко углеродистых или легированных сталей либо
заготовок значительной толщины которые требуют осторожного нагрева. Если
сталь имеет хорошие пластичные свойства в холодном состоянии и толщина
заготовок невелика то можно с самого начала нагрева заготовки с большой
скоростью причем используя прямоточный режим.
КОНСТРУКЦИИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПЕЧЕЙ. Используют методические печи с
толкателями. Эти механизмы довольно просты и надежны в работе т.к.
находятся вне печи и не подвергаются воздействию высоких Т. Конструкции
самих методических печей разнообразны и их выбирают в зависимости от Т
режима нагрева вида сжигаемого топлива способа выдачи Ме размеров и
формы нагреваемых заготовок. Рабочее пространство печи имеет форму
вытянутого прямоугольника. Ме загружают с одного конца печи через торцевое
загрузочное окно а выдается Ме с другого конца причем окно может быть
расположено в боковой или торцевой стенке. Двух зонные печи с верхним
обогревом используют при нагреве тонких заготовок у которых не возникает
большой разности Т между верхней и нижней поверхностями. Небольшие печи с
монолитным подом используют в кузнечных цехах. При нагреве более толстых
заготовок используют печи с верхним или нижним обогревом. В них на
протяжении методической зоны и первой половины зоны высоких Т Ме
продвигается не по монолитному поду а по специальным направляющим –
глиссажным трубам. В виду того что от глиссажных шин на нижних сторонах
заготовок образуются темные холодные пятна – во второй части должен быть
монолитный под который предусматривает устранение темных полос. На заводах
Германии используют многозонные методические печи которые имеют свод
параболической формы. Эта печь выполняется в виде отдельных секций которые
вместе со сводом заключают в сплошной Ме кожух. Глиссажные трубы выполняют
из высокоогнеупорного материала который обладает хорошей механической
прочностью при высоких Т. Потери теплоты – минимальны. КПД достигает 73%.
Для нагрева заготовок неудобных для проталкивания используют карусельные
печи и используют их в трубопрокатных и колесопрокатных производствах. В
конструкциях ролевых печей (с наклонным подом) были существенные
недостатки также как из-за разности уровней пода у окна посада и выдачи
возникает избыточное давление. Происходит выбивание газа через окно
загрузки и подсос холодного воздуха через окно выдачи. В них также
происходит повышение окисления Ме. В карусельных печах подвижный под сделан
в виде круглого диска или кольца и он перемещается с такой скоростью чтобы
время нагрева заготовки было равно времени одного оборота. В зависимости от
вида пода карусельные печи подразделяют с дисковым (или тарельчатым) подом
и кольцевые печи. Первые используют когда нагреваются тонкие заготовки и
когда диаметр печи равен 4-5 м. В кольцевых печах диаметр иногда может
достигать значительных величин (20-25 м). Это зависит от размеров заготовки
и удобства обслуживания. В карусельных печах под представляет собой
конструкцию отдельную от стен печи т.е. между стенами и подом
предусмотрена щель ширина которой 50-80 мм и чтобы не было подсоса воздуха
через нее – печи снабжают песочными или гидрозатвором. Карусельные печи с
дисковым подом относят к печам с камерным режимом. В печах с кольцевым
подом распределяя горелки и дымовые окна по периметру печи и дымовые окна
соответствующим образом можно создать любой Т режим. Эксплуатация
карусельных печей возможна лишь при нагреве до Т не более Т плавления
окалины т.к. жидкий шлак может попасть в песочный затвор и при застывании
вызовет остановку печи. При нагреве тонких и длинных заготовок используют
печи с шагающими балками. В них заготовки располагаются длинной стороной
поперек продольной оси печи. Они перемещаются с помощью продольных
подвижных балок совершающих движения по замкнутому контуру. В высоко Т
печах (более 1100С) балки футеруют огнеупорным материалом и они являются
часть пода. В печах с более низкой Т балки изготавливают из жаропрочной
стали. В печах с одной группой подвижных балок перемещение происходит так:
подвижные балки поднимаются выше неподвижных и оставляют заготовки на
неподвижных балках. И возвращаются в исходное положение. В печах с двумя
группами подвижных балок разница в том что при опускании одной группы
подвижных балок заготовки подхватываются другой группой которая в это
время поднимается и переносит их дальше. Используют также для нагрева
заготовки большой длины секционные печи которые состоят из
последовательных отдельных небольших камер и между секциями находятся
крытые тамбуры. Заготовки входят через торцевые окна передвигаются по
рабочему пространству секции при помощи размещенных в тамбуре
косопоставленных роликов. Такая установка позволяет вращаться заготовке
что улучшает нагрев и кроме того уменьшается опасность искривления. Каждая
секция обогревается шестью горелками из каждой секции продукты сгорания
уходят через рабочие окна в тамбур проходят по дымоходу поступают в
змеевиковую пароиспарительную утилизационную установку а оттуда в
рекуператор. Так как в секционных печах нагревают заготовки допускающие
большую скорость нагрева то в них поддерживают прямоточный либо камерный
режим с большим перепадом Т. Эти печи характеризуются высокой удельной
производительностью а следовательно требуют небольших площадей и
окисление Ме в них меньше. Кроме того преимущество в том что их
производительность легко уменьшить или увеличить. На удельную
производительность печей с методическим режимом в большой степени влияет Т
продуктов сгорания. С повышением Т возрастает удельная производительность.
В современных печах удельный расход тепла достигает 300-500 ккалкг. При
нагреве Ме в печах с открытым пламенем в окалину переходит от 1 до 2% Ме.
Уменьшить количество окалины можно если нагревать Ме до высокой Т в печах
с двухстадийным режимом сжигания топлива. Этот способ заключается в том
что в рабочем пространстве печи топливо сжигается при подаче высоко Т
воздуха в количестве значительно меньшем теоретического с коэффициентом
расхода воздуха примерно 05. В результате получается неполное сгорание и
продукты которого содержат значительное количество СО и Н2 которые
предохраняют Ме от окисления. Для получения безокислительного нагрева в
печи с Т 1250С-1300С необходимо чтобы в печной атмосфере поддерживалось
соотношение СО:СО2 = 3 и Н2:Н2О = 12. При выходе из рабочего пространства
продукты неполного сгорания дожигают подавая дополнительный воздух и
направляют в регенератор или рекуператор. В методических печах вторичный
воздух для дожигания продуктов неполного сгорания выходящих из камеры
высокой Т попадают в ту часть где Т Ме невысока и где он практически не
КАМЕРНЫЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. К термическим печам предъявляются высокие
требования в отношении равномерности нагрева. Поэтому подвод тепла в
рабочее пространство делает по возможности рассредоточенным. И принимают
также меры к тому чтобы ярко-светящиеся факелы не попадали в рабочее
пространство и чтобы хорошо была развита циркуляция газов т.к. это
способствует выравниванию Т. Наилучший вариант – газообразное топливо.
Используют мазуты. Газообразное а особенно жидкое топливо в термических
печах часто сжигают не в рабочем пространстве а в отдельных топках т.к.
легче получаются продукты сгорания где нет отдельных светящихся факелов.
Топки располагают под подом и редко вдоль боковых сторон рабочего
пространства. Термические печи используют для различных термических
обработок заготовок и изделий и это разнообразие предполагает и
разнообразие конструкций. Печи можно условно разделить на две группы по Т:
) Печи с Т 800 и выше 2) Печи с низкой Т. Конструкции каждой из них сильно
отличается. В печах с высокой Т большой количество тепла передается
излучением. Но в этом случае необходимо предусмотреть защиту Ме от
пятнистого нагрева. В печах с низкой Т основное количество тепла передается
конвекцией поэтому относятся к типу конвективных и поэтому передача тепла
в основном – принудительная. Топливо в них сгорает в сильно закрытых
топках в которых горение устойчивое и нет опасности пятнистого нагрева.
Для термической обработки Ме нагревают в камерных печах работающих как
правило по схеме периодического действия. Но возможен и режим
непрерывного действия. Первые используют в том случае если нагревают
небольшое количество заготовок. КАМЕРНЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. Камерные печи с
подовыми топками часто используют для термической обработки изделий средних
и малых размеров. Печь отапливается мазутом сжигаемым с помощью форсунок
поставленных под подом по одной штуке на каждой боковой стенке печи. Для
каждой форсунки сделана самостоятельная топка. Продукты сгорания попадают в
рабочее пространство через пламенное окно которое расположено на
противоположной от форсунки стороне. Уходят в дымовые канал часть
подсасывается к продуктам сгорания а оставшаяся часть эжэктируется газами
выходящими из форсунки и поступает в топку через окно. Подовые топки
способствуют усилению циркуляции газов в рабочем пространстве и
дополнительный подвод тепла теплопроводностью через кладку пода к нижней
поверхности изделия. При термообработке крупных заготовок или изделий
собранных в специальные скобы используют печи с выдвижным подом. Они
отапливаются мазутом и в этом случае выполняют боковые отдельные топки.
Если печи отапливаются газообразным топливом то более рациональная
конструкция с горелками прямо направленными в рабочее пространство печи и
которые расположены под изделиями и над ними. При этом горелки внизу
ставятся большей мощности. Мощные горелки ставятся еще и потому что они
должны нагревать не только Ме но и подставки на которых Ме находится.
Недостатком печи является значительные потери тепла при выдвижении пода.
Поэтому вместо таких печей используют большие камерные печи с
механизированной садкой Ме. Обычно эти печи с подподовыми топками и
конструкция их аналогична камерным печам с подподовыми топками для
небольших изделий. Для термообработки длинных изделий используют
вертикальные печи. Изделия в них либо подвешивают либо устанавливают
торцевой частью на пол. Высота печей достигает иногда 30 м. Поперечное
сечений – круг. Для отопления газообразным топливом в них используют
короткопламенные горелки небольшой производительности. Чтобы обеспечить
подвод необходимого тепла используют многочисленные горелки. Тогда подвод
тепла получается рассредоточенным. Горелки устанавливают тангенциально (по
касательно) – печь отапливаемая газом сжигаемым в горелках расположенных в
рядов по высоте. Продукты сгорания удаляются в боров через дымовые окна.
Изделия загружают сверху и нагреваются в подвешенном состоянии. Если
вертикальные печи отапливаются мазутом то во избежание местных перегревов
топку делают либо отдельно внизу либо рабочее пространство отделяют тонкой
стенкой (полумуфелем) в которой делают отверстия. Но такая конструкция
рациональна для печей высотой 5-6 м. ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ДЕЙСТВИЯ.
Их используют для термообработки многочисленных изделий малых и средних
размеров. Конструкции разнообразны из-за разнообразия режимов
используемых при термообработке. Теплотехническая часть конструкции почти
одинакова: различие состоит в устройстве механизмов транспортирующих
изделие в печь. Распространенной формой рабочего пространства является
прямой параллелепипед а устройство для сжигания располагаются вдоль
боковых стенок. Наиболее простым и надежным средством является толкатель.
Изделие располагают на специальных поддонах из жаропрочной стали или на
специальных изделиях (башмаках). Они толкателем продвигаются по специальным
направляющим. Форсунки направлены в подподовой топке и расположены в
шахматном порядке. Продукты сгорания удаляются из печи вниз через каналы.
Металл загружают через окно а выгружают через другое на другом конце
печи. Ме передвигается по направляющим. Для термообработки тонких изделий
используют печи с шагающим подом которые по конструкции аналогичны
кузнечным печам. Но в виду свойственным этим печам недостаткам используют
конвейерные печи. Печи с гибким тяговым органом делят на печи с подовым и
подподовым конвейером. В подподовых конструкциях цепь конвейера проходит в
специальных углублениях ниже пода. К цепи крепят специальные гребешки на
которые устанавливают изделие. Печь с подовым конвейером проще но их
используют при Т не выше 700С. Подподовая печь находится в более
благоприятных условиях работы. И из жаропрочной стали в них выполнены
только гребешки. По сравнению с печами с конвейерами роликовые отличаются
рядом преимуществ: они обеспечивают лучшую равномерность нагрева и высокую
скорость передвижения. Могут быть длиной до 100 м. Ролики располагаются по
всей длине рабочего пространства. Ролики могут быть гладкими либо с
насаженными дисками. Их делают из жаропрочной стали неохлаждаемыми и
охлаждаемыми при Т более 950С. Цапфы вращаются в подшипниках расположенных
вне печи. На один конец каждого ролика насаживают звездочку или коническую
шестерню. С помощью цепи они вращаются. Печи используют для отжига стальной
ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ КОСВЕННОГО НАГРЕВА. Длина этих печей достигает 200 м. Что
требует значительной длины цеха. Для уменьшения длины в печах большой
производительности ролики размещают в несколько рядов по высоте. Ленту
направляют так что она делает несколько оборотов по высоте. Скорость ленты
в горизонтальных печах свыше 120 ммин не допускается т.к. начинается
сильное биение ленты. Когда необходимо получить большую производительность
стальной ленты толщиной от 05-1 мм используют башенные печи. В них сделан
ряд вертикальных секций. А вверху и внизу установлены направляющие ролики.
Лента проходит все секции в зависимости от ее назначения поддерживается
необходимая Т которая создается либо горелками либо излучающими трубами
элементами сопротивления и т.п. А также поддерживается необходимая
атмосфера. Скорость в таких печах достигает 600 ммин. ПЕЧИ КОСВЕННОГО
НАГРЕВА. При термообработке некоторых изделий часто необходимо обеспечить
безокислительный нагрев что сделать в обычных пламенных печах невозможно
т.к. продукты сгорания содержат окислительные газы СО2 Н2О О2 SO2.
Приходится отделять изделия стенкой от пространства где сжигается топливо
а пространство где находятся изделия защищается защитной атмосферой.
Такие печи называют муфельными. Их различают двух типов: с муфелированием
садки и муфелированием пламени. Особенностью печей первого типа является
наличие в печи Ме сосуда или муфеля внутрь которого помещают изделие а
муфель обогревается продуктами сгорания извне. Во втором случае топливо
сжигают в специальных Ме или керамических трубах. Т.к. эти трубы передают
тепло излучением то их называют излучающими или радиационными.
Используются муфельные печи когда необходимо нагреть изделие в специальной
атмосфере обеспечивающей химико-термическую обработку. КАМЕРНЫЕ МУФЕЛЬНЫЕ
ПЕЧИ. Их используют для нагрева небольшого количества изделий как правило
с муфелированием садки. Печь снабжена четырьмя подподовыми топками которые
перекрыты карборундовыми плитами по две с каждой стороны. Установлены 4
горелки. На поду печи устанавливают муфель из жаропрочной стали. Изделие
загружают в печь и закрывают герметичной крышкой. В муфель входит две трубы
по одной подается газ для создания атмосферы а по другой выходят
отработавшие газы из муфеля. Для отжига листовой стали и рулонов для
получения Ме с хорошей вязкостью и низкой твердостью а также пригодного
для весьма глубокой вытяжки используют печи с муфелированием садки
(колпаковые). Они состоят из пода и двух переносных колпаков – внутреннего
из жаропрочной стали и наружного выполненного из легковесного огнеупора и
скрепленного Ме-каркасом. В этом колпаке установлены горелки и сделаны
дымовые окна. Рулоны устанавливают друг на друга накрывают муфелем края
которого опускают в песочный затвор. Затем накрывают внешним
обогревательным колпаком и включают горелки. Для защиты от окисления под
муфель во время нагрева и охлаждения подают защитный газ. После того как
садка нагрета колпак снимают и краном переносят на другой стенд.
МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ МУФЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ. Их используют для массового
безокислительного нагрева. Это печи постоянного действия. Часто их делают
проходными с толкателем. Наиболее распространены печи с излучающими
трубами т.е. с муфелированием пламени. Они предназначены для газовой
цементации. Изделия загружают на поддоны а чтобы воздух не попал в рабочее
пространство печи при загрузке и выгрузке печь снабжают тамбурами. Поддон
попадает в тамбур через боковые окна. Затем открываются заслонки окна
загрузки и выгрузки. И с помощью толкателя поддон вталкивается в печь на
направляющие. Одновременно в противоположном разгрузочном конце поддон с
готовыми деталями выталкивается на специальный выталкиватель который
ставит поддон на подъемный стол опускающийся в закалочный бак. Обогрев
рабочего пространства осуществляется излучающими трубами. Пространство печи
заполнено цементирующим газом содержащим большое количество углеводорода.
Печь снабжена вентиляторами. ВАННЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ. Их используют для
безокислительного нагрева мелких деталей особенно с острыми кромками. В
отличие от обычных пламенных печей изделия помещают не в пространство
заполненное продуктами сгорания а в ванну – тигель которая заполнена той
или иной жидкостью нагретой до определенной Т. Поэтому нагрев не
сопровождается окислением. В качестве греющей жидкости используют
расплавленный свинец различные расплавленные соли или смеси солей а для
Т ниже 300С – масло. При опускании изделия в тигель оно быстрее и
равномернее нагревается чем в газовых средах. Это объясняется тем что
коэффициенты теплоотдачи жидких сред к Ме значительно выше чем от газа к
Ме. На рис представлена ванная печь. Газ сжигается при помощи двух горелок
расположенных тангенциально. Продукты сгорания удаляются через канал.
Тигель заполняют расплавленным свинцом. Изделия загружают клещами. Ими же
удерживаются от всплытия. Материалом для тигеля служит жароупорная сталь.
При нагреве большого количества изделий они продвигаются по ванне с
помощью подвесок прикрепленных к цепи конвейера. ТЭП РАБОТЫ ТЕРМИЧЕСКИХ
ПЕЧЕЙ. Использование термических печей состоит не только в нагреве стали
до той или иной Т но и придании ей определенных физико-химических свойств
благодаря изменению структуры или в изменении хим состава поверхностных
слоев. Поэтому в термических печах после достижения заданной Т Ме
необходимо выдерживать чтобы процессы успели завершиться. Увеличении
времени нагрева Ме обусловлено также тем что нагрев в них происходит при
меньшем внешнем перепаде Т. Это приводит к тому что показатели удельной
производительности печи ниже чем у кузнечных или прокатных. В печах для
тяжелых садок удельная производительность колеблется в зависимости от
размеров садки и Т-режима. Удельный расход тепла от 600-1100 ккалкг. У
проходных печей расход тепла от 450-850. Уд расход тепла в отпускных печах
0-600 а в печах для закалки и нормализации 500-850. В печах снабженных
циркуляционными вентиляторами 300-400.
УСТАНОВКИ ДЛЯПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ГАЗА. У изделий нагреваемых в защитной
атмосфере поверхность можно получить либо светлую либо слегка
потемневшую. Защитную атмосферу можно получить газифицируя тв или жидкое
топливо. Но чаще всего ее создают из высоко калорийных и сжиженных газов
неполным их сжиганием с коэффициентом расхода воздуха не более 1. И с
последующей очисткой продуктов сгорания от паров воды и углекислоты.
Продукты неполного сгорания из камеры сгорания направляются в трубчатый
холодильник или скруббер где охлаждаются и частично освобождаются от паров
воды. Затем поступают в абсорбент для поглощения СО2. Затем газ поступает в
адсорбер заполненный силикогелем или активированным глиноземом для
поглощения Н2О. А затем направляют в печь где они служат защитной
атмосферой. ОЧИСТКА ГАЗОВ. 1) Очистка доменного газа. Средняя степень
запыленности (40-60 гм3). Он должен быть очищен от колошниковой пыли
которая отлагаясь в насадках регенераторов газодувках газопроводах
горелках и др заносит их и быстро выводит из строя. В очищенном доменном
газе который может быть использован на отопление коксовых батарей который
подается на газораспределительную станцию содержание пыли не должно быть
более 10 мгм3. Для всех других потребителей доменного газа содержание
может быть 15-20. При очистке взвешенные частицы должны отделяться от
газового потока и улавливаться каким-либо образом. Это отделение происходит
в несколько последовательно включенных аппаратов. И в зависимости от этого
всю очистку разделяют на: грубую полутонку и тонкую. А)Грубая очистка –
отделение частиц более 01 мм. Ее осуществляют в сухих пылеуловителях
диаметром 5-8 м где выпадение тв частиц происходит за счет инерционных сил
при повороте газового потока на 180º. Либо за счет центробежных сил
возникающих при тангенциальном подводе. В пылеуловителях этого типа
улавливается 65-75% пыли. Содержание пыли 3-12 гм3. Б)Полутонка очистка –
осаждение частиц пыли 002 мм. Очистить газ до 06-16 гм3. В основе –
коагуляция т.е. свойство колошниковой пыли слипаться при сбрызгивании ее
водой. Но коагуляции препятствует абсорбция т.е. свойство мелкодисперсных
частиц образовывать вокруг себя уплотненные газовые оболочки. Чем меньше
тем плотнее. Осаждение частиц менее 002 мм не происходит. Очистка в
скрубберах. Это вертикальные цилиндры диаметром 6-8 м. Высотой 20-30 м. В
них поток газа движется вверх со скоростью 14-25 мс и промывается
падающей водой мелкоразбрызгивающеся с помощью форсунок. Газ охлаждается
от 250-300 С до 40-50. Степень очистки 92-99%. Используются также трубы
распылители Вентури (инжектор). В) Тонкая очистка позволяет очистить газ от
пыли до 0005 мм. Наилучший результат – электростатическая очистка при
которой частицам пыли сообщается электро разряд. Заряженные частицы под
действием сил Эл-статического поля движутся к осадительному электроду
выходя из потока газа а затем смываются с него непрерывно текущей водой.
Схема типового электрофильтра производительностью 90000 м3 час:
электрофильтр собирается из 316 Ме труб диаметром 230 мм и высотой 45 м
которые являются осадительными электродами. Внутри каждой трубы – медная
проволока диаметром 3 мм которая и есть электрод. Напряжение до 100000 В.
Содержание пыли не более 10 мгм3. Скорость газа 05-2 мс. Тонкую очистку
получают также на дезинтеграторах которые работают по принципу
центробежной промывки газа. К быстро вращающейся внутри массивного корпуса
ротора подводится из скруббера полу очищенный газ и разбрызгивающаяся вода.
Благодаря центробежным силам газовоздушная смесь через систему подвижных и
неподвижных бичей ротора и статора. При этом происходит интенсивная
коагуляция. Тонкую очистку получают также в рукавных матерчатых фильтрах.
Содержание пыли не более 10-20 мгм3. Очистка мешков от пыли осуществляется
периодически встряхиванием и встречной продувкой. Максимальная Т газа для
суконных мешков не более 100 С. Основными недостатками матерчатых фильтров
является: недостаточная прочность громоздкость низкая Т газа
огнеопасность и дорогостоимость. Асбестовые и мешки из стеклоткани держат Т
до 350 С и выше. Схемы очисток доменного газа разнообразны. Схемы выбирают
в зависимости от начального пыле содержания требуемой степени очистки
режима работы доменной печи и др. Каждая схема включает в себя элементы
грубой полутонкой и тонкой очистки. Значительное распространение получила
схема Вентури. 2) Очистка коксового газа. Содержит примеси нафталина и
сернистых соединений. Нафталин может выделяться и оседать на стенках труб
арматуры приборах. Содержание нафталина не должно превышать 005 мгм3.
Сернистые соединения в присутствии водяных паров вызывают коррозию труб
Ме Содержание не должно превышать 002 гм3. Коксовый газ очищают на
специальных установках на КХП. Отел с естественной тягой – котел в котором
сопротивление газового тракта преодолевается за счет разности плотности атм
воздуха и газов в дымовой трубе. Котел с наддувом – котел в котором
сопротивление газ тракта преодолевается работой дутьевых вентиляторов.
Экономайзер – устройство обогреваемое продуктами сгорания топлива и
Рекуперативный воздухоподогреватель – устройство в котором теплота от
продуктов сгорания передается воздуху через разделяющую их теплообменную
поверхность. Регенеративный воздухоподогреватель в котором теплота от
продуктов сгорания передается по воздуху через одни и те же периодически
нагреваемые и охлаждаемые теплообменные поверхности. Параметры котлов.
Номинальная производительность котла. – наибольшая паропроизводительность
котла которую котел должен обеспечивать при длительной эксплуатации и при
сжигании основного вида топлива при номинальных значения параметров пара и
питательной воды с учетом допустимых отклонений. Номинальная
термопроизводительность – наибольшая термопроизводительность которую котел
должен обеспечить при номинальных значениях параметров с учетом
отклонений. Номинальное давление пара в котле – давление которое должно
обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем а при его отсутствии
непосредственно пере паропроводом к потребителю. Номинальная Т пара – Т
которая должна обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем а при
его отсутствии – непосредственно перед паропроводом к потребителю.
Номинальная Т питательной воды – Т воды которая должна обеспечиваться
перед ходом в экономайзер или другой подогреватель а при их отсутствии – в
барабан котла при номинальной паропроизводительности. Номинальное
гидравлическое сопротивление – перепад давлений измеренный за входной и
перед выходной арматурой при номинальных значения параметров оды. Основной
режим водогрейного котла – режим работы при котором котел является основным
источником теплоты системы теплоснабжения. Техническое диагностирование –
определение технического состояния объекта. Нормальные условия эксплуатации
– эксплуатационные режимы предусмотренные плановым регламентов работы. НТД
(нормативно техническая документация) – технические условия отраслевые и
гос стандарты. ПТД (производственная техн документация) – технологические
инструкции карты технологического процесса составляемые предприятием. Для
снабжения котлов топливом используют горелки: пылегазовые газовые
мазутные газомазутные а в зависимости от потоков горелки могут быть:
вихревые прямоточные инжекционные горелки предварительного смешения.
Котельные могут быть закрытые полуоткрытые и открытые. В закрытых – все
оборудование внутри в полуоткрытых вспомогательное оборудование
устанавливают вне здания в открытых защищены только котла агрегатов. Если
котлов устанавливают несколько то их размещают фронтом по прямой линии.
Для котлов с механическим топливом расстояние до стены не менее 2 м а для
газомазутных 1 м. Современные котельные проектируют каркасными
одноэтажными. В зависимости от места установки и назначения котлов им
присваиваются категории по взрывной взрывопожарной и пожарной опасности. А
также присваивается степень огнестойкости зданий. Котельные котлы которых
работают на газе не относятся к взрывоопасным помещениям. Отопление и
вентиляция газофицированных котельных должны соответствовать санитарным
нормам для категории пром предприятий средней тяжести работ. Осн элементом
газовых котельных является ГРП и ГРУ (газорегуляторные пробки и установки).
Они предназначены для питания нескольких потребителей. Входное давление не
более 06 МПа. ГРП – в отдельных зданиях а ГРУ – непосредственно в
помещении котельных. В ГРП и ГРУ входят: фильтр регулятор давления ПЗУ
(предохранительные запорные устройства) и предохранительных сбросные
устройства (ПСУ) запорная арматура КиП узлы измерения расхода газа.
Байнас – обводная линия. ПСК – предварительный сбросной клапан предназначен
для снижения выходного давления газа после регулятора путем стравливания
части газа в атмосферу. В газовом тракте может случиться резкое уменьшение
расхода газов и регулятор в силу своей инертности не может сразу
восстановить заданное давление. В этом случае должен сработать
предварительный запорный клапан. Горелки обычно зажигают печным
запальником. Непосредственно перед горелкой имеется шибер (заслонка) с
помощью которого регулируют подачу воздуха при розжиге горелки.
сходит от греющего газа к нагреваемому Тепло вносимое подогретым воздухом
((1. Х составляют на 1 час. Для этогоескольких статей. х площади пода
занятого металлом ссах.