Теплотехнический расчет камерной нагревательной печи

Курсовая работа.doc

Министерство науки и образования Российской Федерации
Саратовский Государственный Технический Университет
Кафедра промышленной теплотехники
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине:
«Энергоиспользование в высокотемпературных технологиях»
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАМЕРНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ
Пояснительная записка содержит 19 страниц 1 таблицу и 1 приложение.
КАМЕРНАЯ ПЕЧЬ ТОПЛИВО ЗАГОТОВКА ТЕПЛОПЕРЕДАЧА СВОД ПОД РАБОЧАЯ КАМЕРА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ТЕПЛОПОТЕРИ ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ
Объект – камерная нагревательная печь.
Цель – ознакомление с конструкцией проектируемой печи и ее основными элементами овладение методикой расчета и основами проектирования камерных печей а также закрепление теоретических и практических знаний полученных при изучении дисциплины.
Расчет горения топлива 6
Определение размеров рабочего пространства печи 9
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.10
Расчет времени нагрева заготовок 13
Уточнение основных размеров рабочего пространства печи.14
Тепловой баланс печи 15
Список использованной литературы 19
Приложение: Эскиз камерной печи (А3).
Высокотемпературные процессы лежат в основе важнейших производств в черной и цветной металлургии нефтяной и нефтехимической промышленности производства строительных материалов и осуществляются в промышленных печах. Тепловая работа печи протекает в ее рабочем пространстве где одновременно происходит процессы горения и передача тепла от источника к поверхности нагреваемого материала. Производительность печи а также форма и размеры ее рабочего пространства зависят от свойств размеров и режима нагрева изделий их размещения в печи выбор способа сжигания топлива и других факторов. Нагреваемые изделия в печах в большинстве случаев располагаются на поду печи. Процесс передачи тепла от факела к поверхности нагреваемого материала протекает в результате излучения на поверхность материала и омывания нагреваемых тел потоком продуктов сгорания топлива. В соответствии с этим рабочее пространство печи должно быть рассчитано и спроектировано так чтобы обеспечить условия полного сжигания топлива и интенсивность теплообмена продуктов сгорания топлива с поверхностью нагреваемого материала. Режим работы нагревательных печей определяется характером изменений температуры во времени и в рабочем пространстве печи теплового потока падающего на металл. Режим нагрева при котором температура изменяется по длине рабочего пространства называется методическим а печи работающие в этом режиме - методическими. В таких печах как правило используется принцип противоточного движения металла и продуктов горения что позволяет более равномерно нагревать изделие и обеспечить более полное использование тепловой энергии продуктов горения топлива в рабочем пространстве печи. Эти печи обычно имеют рабочую камеру удлиненной формы в виде туннеля постоянного или переменного сечения а топливосжигающее устройство располагается преимущественно на торцовой стене печи противоположной садочному окну. Рабочее пространство таких печей разделяется на две зоны: предварительного подогрева металла (методическая зона) интенсивного нагрева (сварочная зона) и выдержки металла с целью выравнивания температур по сечению слитка (томильная зона). Количество зон и тепловой режим каждой из них выбирают в соответствии с требуемым режимом нагрева заготовок.
Производительность печи: G=0.6.
Размер заготовок: d=60 l=600.
Материал: низколегированная сталь.
Температура нагрева: .
Вид топлива: Березовский природный газ.
Температура топлива: .
Температура воздуха: .
Коэффициент избытка воздуха: .
Расчет горения топлива
По выбранному составу топлива последовательно определяем:
Теоретическое количество воздуха необходимое для сгорания 1 м3 природного газа:
Действительное количество воздуха необходимое для сгорания 1 м3 природного газа с учетом коэффициента избытка воздуха:
Количество и состав продуктов полного сгорания по отдельным компонентам при сжигании природного газа:
Суммарное количество продуктов горения:
Процентный состав продуктов горения:
Калометрическая температура горения:
где - низшая теплота сгорания топлива;
- энтальпия топлива при температуре ;
- энтальпия воздуха при температуре ;
- объемная теплоемкость при температуре ;
Низшая теплота сгорания для газообразного топлива:
Энтальпия топлива при температуре :
- объемная теплоемкость топлива при температуре
Энтальпия воздуха при температуре ;
- объемная теплоемкость воздуха при температуре
Принимаем калометрическую температуру горения .
Так как рассчитанное значение отличается от принятого значения менее чем на 30 то эта величина не уточняется.
Эффективная температура:
Определение размеров рабочего пространства печи
Принимаем величину активной площади пода равной:
Число заготовок одновременно находящихся на поду:
где - площадь одной заготовки
Укладываем заготовки в три ряда.
где - зазор между заготовками
Действительная площадь пода:
Коэффициент загруженности пода:
Высота рабочего пространства печи:
где - опытный коэффициент
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи
Эффективная толщина газового слоя:
где - объем рабочей камеры печи за вычетом объема занимаемого металлом
- площадь поверхности стен и свода печи
- площадь поверхности пода
Температура дымовых газов:
Парциальные давления компонентов продуктов горения:
Произведения парциального давления и эффективной толщины:
Поправочный коэффициент для водяных паров:
Степени черноты компонентов продуктов горения:
Степени черноты продуктов горения:
Приведенный коэффициент излучения:
где - коэффициент излучения абсолютно черного тела
- степень черноты металла
- угловой коэффициент
Температуры заготовок в промежуточных точках интервала нагрева:
Коэффициенты теплоотдачи на границах интервалов:
Средние значения коэффициентов теплоотдачи:
Суммарные коэффициенты теплоотдачи:
Расчет времени нагрева заготовок
где - расчетная толщина изделия
- коэффициент теплопроводности заготовок
где - теплоемкость металла
- коэффициент формы тела
- коэффициент массивности
Общее время нагрева:
Уточнение основных размеров рабочего пространства печи
Уточненное число заготовок:
где - масса одной заготовки
Уточненная активная площадь:
Отношение активных площадей:
Найденное значение активной площади отличается менее чем на 15% от первоначально принятой активной площади.
Расход теплоты на нагрев металла:
Теплота теряемая через кладку печи:
где - коэффициент теплоотдачи от кладки к окружающей среде
- коэффициент теплоотдачи от продуктов горения к кладке
- толщина соответствующего слоя кладки
- коэффициент теплопроводности материала кладки
- средняя площадь поверхности кладки
- коэффициент теплопроводности изоляции
- коэффициент теплопроводности кладки
Теплота теряемая излучением через открытые окна и щели:
где - площадь поверхности окна
- коэффициент диафрагмирования
- доля времени в течение которого окно открыто по отношению к общему времени пребывания металла в печи
где - удельный тепловой эффект окисления железа
- величина угара металла
Теплота от сжигания топлива:
Теплота экзотермических реакций:
Физическая теплота топлива:
Физическая теплота воздуха:
Теплота уходящих газов:
Удельный расход топлива:
Коэффициент использования топлива:
Тепловой баланс печи
В данной курсовой работе был рассчитан процесс горения Березовского природного газа уточнены размеры печи и составлен тепловой баланс с определением расхода топлива.
В процессе выполнения данной работы ознакомились с конструкцией и принципом действия камерной нагревательной печи. В результате расчетов получили основные размеры рабочей камеры печи ширина 1.5 м длина 2.04 м и высота 0.839 м. Так же ознакомились с методикой составления теплового баланса для методических печей. Ознакомились с методикой расчета и проектирования рабочей камеры печи. В результате расчета расхода топлива (b=0.030 кг у.т.кг материала) получили значение термического КПД тепловой работы агрегата =65.42%. Так же выяснили что теплота уносимая отходящими продуктами горения равна 251.806 кВт. Данное количество теплоты можно использовать для подогрева воды на промышленные нужды или использования коммунально-бытовыми потребителями установив водотрубный котел-утилизатор (внутри по трубам движется вода снаружи в межтрубном пространстве – отходящие технологические газы).
Список использованной литературы
Теплотехнические расчеты высокотемпературных установок. Мусатов Ю.В. Серов Д.Ю. Прелатов В.Г. С.: СГТУ 2003 – 32 с.
Васильев Ю.А. Теплотехнические расчеты промышленных печей: Учеб. пособие. С.: СПИ 1984 – 76 с.
Щукин А.А. Промышленные печи и газовое хозяйство заводов. М.: Энергия 1973 – 223 с.
Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки. Под ред. А.Д. Ключникова. М.: Энергоатомиздат 1989 – 336 с.
Казанцев Е.И. Промышленные печи. Справ. рук-во. М.: Металлургия 1978 – 367 с.
Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. СПб.: НПО ЦКТИ 1998 – 256 с.
Теплотехнический справочник. Под ред. В.Н. Юренева П.Д. Лебедева. М.: Энергия 1976 – 869 с.
Троянкин Ю.В. Проектирование и эксплуатация огнетехнических установок. М.:Энергоатомиздат 1988 – 257с.

Эскиз камерной печи.cdw