Национальный Исследовательский Технологический Университет

МИСиС

Кафедра ТЭМП

Курсовая работа по курсу:

«Теплотехника»

Тема:

«Расчёт роликовой печи для нагрева труб»

Вариант 13

выполнила студентка

группы Т6-09-1

Цой Е.В

Преподаватель: Жилкин В.С

Москва 2012

Содержание

Введение 3

1. Расчет горения топлива 5

2. Расчет времени нагрева 7

3. Расчет основных размеров печи 15

4. Тепловой баланс печи 16

5. Выбор горелок 21

6. Вывод 22

Введение

Роликовая печь – проходная печь непрерывного действия, подина которой состоит из большого числа вращаемых специальным приводом роликов, выполненных из жаропрочной стали или водоохлаждаемых. Отапливаются роликовые печи газообразным топливом с использованием радиационных труб, расположенных на продольных стенах печи выше и ниже роликов, или беспламенных(чаще всего) горелок; существуют также электрические печи. При использовании беспламенных горелок основным источником лучистого теплообмена в рабочем пространстве роликовой печи является кладка, точнее(учитывая конфигурацию рабочего пространства) - свод печи. Роликовые печи применяют для термической обработки металлических изделий и, реже, для нагрева металла перед горячей обработкой давлением. Преимущество роликовой печи перед другими печами проходного типа одно: роликовая подина наилучшим образом соответствует условиям поточного производства, т.к. она легко встраивается в цеховые рольганги. Самым ответственным элементом роликовой печи являются ролики. Их стойкость зависит от температуры в печи и ширины печи. Печи с температурой газа 800-1000 С оснащают неохлаждаемыми роликами, а с температурой 1000-1200 С – роликами с водоохлаждаемым несущим валом, пространство между которым и бочкой заполнено теплоизолятором. В любом случае в роликах охлаждают цапфы. В подавляющем большинстве случаев ролики делают водоохлаждаемыми, с гладкой бочкой из жаропрочной хромоникелевой стали. Во избежание деформации бочки ролика, он должен вращаться постоянно, – остановки допустимы не дольше, чем на 3-4 минуты.  Кладка рабочего пространства печи выполняется из шамотного кирпича (внутренний слой) и любого теплоизоляционного материала (наружный слой). Характерная схема печи, представлена на рисунке 1.

Продукты горения топлива образуются непосредственно в рабочем пространстве печи от работы плоскопламенных горелок. Приблизительно до середины печи дым идёт навстречу металлу (в противотоке), а далее в прямотоке. Дым удаляется из печи вниз по вертикальным каналам в районе торцов печи, далее соединяется в единый поток, проходит рекуператор для подогрева воздуха и через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу. Для сокращения расхода топлива возможны следующие варианты:

1. уменьшение поверхности (диаметра) теплообмена роликов и количества роликов исходя из расчётной механической прочности при минимальных коэффициентах запаса прочности;

2. создание эффективной теплоизоляции бочки роликов;

3. сокращение времени термообработки за счёт повышения качества нагрева. Качество возможно повысить заменой обычных горелок на горелки с форкамерами или на радиационные трубы;

4. интенсификация конвективного теплообмена в рабочем пространстве печи (создание развитой рециркуляции, струйный нагрев сводовыми горелками в первом периоде нагрева и т.п.).

Расчёты

1. Расчет горения топлива

Состав исходного топлива (сухого газа):

Природный газ %

Компонент	СН4	С2Н4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	N2	Всего
%	42,4	0	20	19,5	9,5	2,9	0,2	5,2	100

Температура подогрева воздуха, ^оC: 300

Коэффициент расхода воздуха n=1,07

Принимаем влажность исходного топлива W=10 г/м³.

Состав влажных газов:

X =X

X X =0,987 X

Состав влажного топлива:

Компонент	СН4	С2Н4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	N2	H2O	Всего
%	41,85	0	19,74	19,15	9,38	2,86	0,2	5,13	1,69	100

Расход кислорода на горение при коэффициенте расхода воздуха n=1

=0.01*(2*41.85+3.5*19.74+5*9.38+8*2.86)=3.36 м³/м³

Расход сухого воздуха:

=1.07*(1+3.762)*3.36=17.12 м³/м³

Объёмы компонентов продуктов сгорания:

=0.01*(0.2+41.85+2*19.74+3*19.15+4*9.338+5*2.86)=1.91 м³/м³

=0.01*0,5(1.69+4*41.85+6*19.74+8*19.15+10*9.38+12*2.86)=5.71 м³/м³

=0.01*5.13+1.07*3.762*3.36=15.58 м³/м³

=(1.07-1)*3.36=0.235 м³/м³

Объём продуктов сгорания:

=1.191+5.71+15.58+0.235=22.72 м³/м³

Процентный состав продуктов сгорания:

Низшая теплота сгорания топлива:

Q =127,7∙CO+108∙H₂+358∙CH₄+590∙C₂H₄+555∙C₂H₂+636∙C₂H₆+913∙C₃H₈+

+1185∙C₄H₁₀+1465∙C₅H₁₂+234∙H₂S=358*41,85+590*0+555*0+636*19,74+913*19,15+1185*9,38+1465*2,86=35940,09 кДж/м³=35,94 МДж/м³

Истинная энтальпия продуктов сгорания:

(35940+17.12*300*1.3181+3062.79)/22.72=3087 кДж/м³

Калориметрическая температура горения:

Энтальпия продуктов сгорания при температуре t_k

Зададим температуру t_k^’=1900 °C и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания:

= (4634.76*1.91+3657.85*5.71+2808.25*15.58+2971.3*0.235)/22.72=3265.38 кДж/м³

Поскольку i₁₉₀₀>i₀, то принимаем температуру t_k^’’=1800 °C и снова находим энтальпию продуктов сгорания

= (4360,67*1,91+3429,9*5,71+2646,74*15,58+2800,48*0,235)/22,72=3072,48 кДж/м³

Теперь определяем калориметрическую температуру горения:

Действительная температура продуктов сгорания: