Санкт-Петербургский государственный

Политехнический университет Факультет технологии и исследования материалов

Кафедра «Пластическая обработка металлов»

Пояснительная записка

К курсовому проекту

На тему: «Тепловой расчёт и конструирование печи»

Проект выполнил Журавлев А.Е.

Группа 3062/1

Руководитель Александров А.Э

Курсовой проект защищён с оценкой__________________

Санкт-Петербург

2011

Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет

Факультет технологии и исследования материалов.

Кафедра «Пластическая обработка металлов»

Задание

К курсовому проекту на тему:

«Тепловой расчёт и конструирование печи»

Студент Алексеева Группа 3064/2

1. Тип и назначение печи: камерная садочная

2. Материал нагреваемых заготовок: Сталь 08

3. Габариты заготовок: цилиндр D= 620мм, l=1700мм

4. Садка печи: 2 шт.

5. Режим нагрева металла: нагрев под ковку

6. Топливо: смесь природного и коксового газов

7. Теплотворность топлива: Q_H^P=22500 кДж/м³

8. Влажность топлива: W=25 г/м³

9. Температура подогрева воздуха: t _{воздуха} =215˚С

10. Выполнить аэродинамический расчёт воздушного тракта

Задание выдал Александров А.Э. 15 февраля 2011 г.

Введение

В данном курсовом проекте производится тепловой расчет и конструирование печи. Нагрев металла является одной из важнейших стадий производственного процесса, влияющей на производительность, качество и себестоимость продукции.

В машиностроении для нагрева металлических заготовок под прессование, штамповку и термическую обработку используют печи различных конструкций, которые могут быть объединены общим признаком. В большинстве случаев – это камерные печи садочного типа. В таких печах нагрев заготовок производят отдельными садками, с последующим их охлаждением. Широкое применение этих печей объясняется их универсальностью, позволяющей обрабатывать по разным режимам разнообразные по форме и размерам заготовки.

Для того чтобы грамотно выбрать и использовать печь, необходимо ознакомиться с основами её тепловой работы, т.е. совокупности всех процессов, протекающих в печи и определяющих основной процесс – нагрев металла. Сущность тепловой работы нагревательных и термических печей садочного типа определяется сочетанием процессов тепловыделения, теплообмена и теплоусвоения, которые протекают в рабочем пространстве печи. Поэтому задачи расчета таких печей сводят к выявлению условий протекания указанных процессов, которые обеспечат заданный режим нагрева и заданную производительность печи.

Расчет горения топлива.

Согласно заданию печь должна отапливаться смесью природного и коксового газов (теплота сгорания: 22000 кДж/м³, влажность 20г/м³). Состав природного (П) и доменного (Д) газов приведен в таблице 1.

Таблица 1

Газ	СО2	СО	Н2	N2	СН4	С2Н4	О2	Н2S	Н2О
П	0,3	0,6	2,0	3,0	93,0	0,4	0,5	0,2	-
К	2,8	5,4	50,8	11,4	26,5	1,7	1,0	-	0,4

Пересчитаем состав сухого газа на рабочий по формулам:

k = (100-Н₂О)/(100-(Н₂О)_Т),

Н₂О = 100*W/(W+803,6)

где (Н₂О)_Т - содержание влаги в топливе по справочным данным, %;

Н₂О – заданное содержание влаги в топливе, %; W - содержание водяных паров в топливе, г/м³.

Н₂О = 100*25/(20+803,6) = 3,02%

K_ПГ =(100-3,02)/100 = 0,9698

Рабочий состав газов равен:

Природный газ

СО₂^Р = 0,3*0,9698 = 0,29% и т.д.

Доменный газ

СО ₂^Р = 5,4*0,9698 = 5,24% и т.д.

Рабочие составы (%) природного и коксового газов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Газ	СО2Р	СОР	Н2Р	N2Р	CH4Р	C2H4Р	O2Р	H2SР	H2OР	Сумма
П	0,29	0,58	1,94	2,91	90,19	0,39	0,49	0,19	3,02	100
К	2,71	5,24	49,27	11,05	25, 7	1,65	0,97	-	3,02	100

Теплоту сгорания каждого газа вычисляем по формуле:

Q_H^P = 0,127*CO^P +0,108*H₂^P +0,234*H₂S^P +0,357*CH₄^P +0,596*C₂H₄^P

Q_{H ПГ}^Р = 0,127*0,58+0,108*1,94+0,234*0,19+0,357*90,19+0,596*0,39 =

= 32,75МДж/м³

Q_{H ДГ}^Р = 0,127*5,24+0,108*49,27+0,357*25,7 = 15,16 МДж/м³

Определим состав смеси.

Доля природного газа в смеси:

X = (Q_СМ- Q_{H ДГ}^Р)/(Q_{H ПГ}^Р - Q_{H ДГ}^Р) = (22,5-15,16)/(32,75-15,16) =0,417

Доля доменного газа: 1-X = 1- 0,417 = 0,583.

Рабочий состав смешанного газа определяется по формуле:

(СО₂)_СМ = Х*(СО₂)_ПГ + (1-Х)*(СО₂)_КГ и т.д.

СО₂^Р _СМ=0,29*0,417+2,71*0,583=1,7%…

Рабочий состав (%) смешанного газа приведен в таблице 3.

Таблица 3

СО2РСМ	СОРСМ	Н2РСМ	N2РСМ	СН4РСМ	С2Н4РСМ	О2РСМ	Н2SРСМ	Н2ОРСМ	Сумма
1,7	3,33	29,53	7,66	52,58	1,12	0,76	0,08	3,02	100

Теоретически необходимое количество воздуха (м³) определяем по формуле:

L₀ = 0,0476*(0,5CO^P +0,5H₂^P +2CH₄^P +3C₂H₄^P +1,5H₂S^P -O₂^P)(1+0,00124d_В),

где d_В - влагосодержание сухого воздуха, г/м³, равное 10г/м³.

L₀ = 0,0476*(0,5*3,33+0,5*29,53+2*52,58+3*1,12+1,5*0,08-

-0,76)*(1+0.00124*10)= 5,99 м³.

Действительное количество воздуха при  = 1,1 вычисляется по формуле:

L_Д = *L₀ = 1,1*5,99 = 6,59 м³.

Количество продуктов сгорания (м³) рассчитываем по формулам:

V_CO2 = 0,01*(CO₂^P+CO^P+CH₄^P+2C₂H₄^P)

V_CO2 = 0,01*(1,7+3,33+52,58+2*1,12) = 0,6 м³

V_N2 = 0,01*(N₂ +79*L_Д)

V_N2 = 0,01*(7,66+79*6,59) = 5,28 м³

V_H2O = 0,01*(2CH₄^P +2C₂H₄^P +H₂^P + H₂O^P +H₂S^P + 0.124L_D*d_В)

V_H2O = 0,01*(2*52,58+2*1,12+29,53+3,02+0,08+0,124*6,59*10)=1,48 м³

V_O2 = 0,21*(-1)*L₀ = 0,21*(1,1-1)*5,99 = 0,13 м³

V_SO2 = 0,01*H₂S^P =0,01*0,08 = 0,0008 м³

Общее количество продуктов сгорания равно:

V_D = V_SO2 +V_O2 +V_N2 +V_H2O +V_CO2 = 0,13+1,48+5,28+0,6+0,0008 = 7,491 м³

Рассчитаем состав продуктов сгорания смешанного газа по формулам:

Х = 100*V_X/V_D

CO₂ = 0,6*100/7,491 = 8,01%

H₂O = 1,48*100/7,491 = 19,758%

SO₂ = 0,0008*100/7,491 = 0,011%

N₂ = 5,28*100/7,491 = 70,485%

O₂ = 0,13*100/7,491 = 1,736%

Плотность продуктов сгорания вычисляем по формуле:

_Д = (0,44*CO₂+0,18*H₂O+0,28*N₂+0,32*O₂+0,64*SO₂)/22,4 = =(0,44*8,01+0,18*19,758+0,28*70,485+0,32*1,736+0,64*0,011)/22,4 = 1,22 кг/м³