
- •Политехнический университет Факультет технологии и исследования материалов
- •Введение
- •Расчет горения топлива.
- •Расчет параметров внешнего теплообмена.
- •Расчет режима нагрева металла.
- •4.Расчет теплового баланса камерной печи.
- •Потери теплоты при посаде и выдаче слитков определим в соответствии с
- •5.Расчет рекуператора.
- •6. Аэродинамический расчет воздушного тракта
- •Заключение
- •Список литературы.
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
Тип и назначение печи: камерная садочная
Материал нагреваемых заготовок: Сталь 08
Габариты заготовок: цилиндр D= 620мм, l=1700мм
Садка печи: 2 шт.
Режим нагрева металла: нагрев под ковку
Топливо: смесь природного и коксового газов
Теплотворность топлива: QHP=22500 кДж/м3
Влажность топлива: W=25 г/м3
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%
KПГ =(100-3,02)/100 = 0,9698
Рабочий состав газов равен:
Природный газ
СО2Р = 0,3*0,9698 = 0,29% и т.д.
Доменный газ
СО 2Р = 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:
QHP = 0,127*COP +0,108*H2P +0,234*H2SP +0,357*CH4P +0,596*C2H4P
QH ПГР = 0,127*0,58+0,108*1,94+0,234*0,19+0,357*90,19+0,596*0,39 =
= 32,75МДж/м3
QH ДГР = 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 = (QСМ- QH ДГР)/(QH ПГР - QH ДГР) = (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.
СО2Р 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*(0,5COP +0,5H2P +2CH4P +3C2H4P +1,5H2SP -O2P)(1+0,00124dВ),
где dВ - 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:
LД = *L0 = 1,1*5,99 = 6,59 м3.
Количество продуктов сгорания (м3) рассчитываем по формулам:
VCO2 = 0,01*(CO2P+COP+CH4P+2C2H4P)
VCO2 = 0,01*(1,7+3,33+52,58+2*1,12) = 0,6 м3
VN2 = 0,01*(N2 +79*LД)
VN2 = 0,01*(7,66+79*6,59) = 5,28 м3
VH2O = 0,01*(2CH4P +2C2H4P +H2P + H2OP +H2SP + 0.124LD*dВ)
VH2O = 0,01*(2*52,58+2*1,12+29,53+3,02+0,08+0,124*6,59*10)=1,48 м3
VO2 = 0,21*(-1)*L0 = 0,21*(1,1-1)*5,99 = 0,13 м3
VSO2 = 0,01*H2SP =0,01*0,08 = 0,0008 м3
Общее количество продуктов сгорания равно:
VD = VSO2 +VO2 +VN2 +VH2O +VCO2 = 0,13+1,48+5,28+0,6+0,0008 = 7,491 м3
Рассчитаем состав продуктов сгорания смешанного газа по формулам:
Х = 100*VX/VD
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