Оглавление

1 РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА 4

Расчет ведется по методике Мастрюкова Б.С. [4] 4

1.1 Низшая теплота сгорания смешанного генераторного газа 4

1.2 Теоретический расход топлива 5

1.3 Объем сухих газов 5

2 РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЕНИЯ 6

2.1 Общее тепло продуктов сгорания 6

2.2 Балансовая калориметрическая температура 7

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ 8

3.1 Рабочее пространство 8

3.2 Наружные размеры печи 8

4 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ И ВРЕМЯ НАГРЕВА МЕТАЛЛА 9

4.1 Температура дымовых газов в печи 9

4.2 Температура футеровки 9

4.3 Площадь тепловоспринимающей поверхности металла 9

4.4 Площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи 9

4.5 Степень развития кладки 10

4.6 Эффективная длина луча 10

4.7 Период нагрева 10

4.8 Период выдержки 16

4.9 Общее время пребывание металла в печи 16

5 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕЧИ 16

5.1 Расчет теплового баланса 16

5.2 Тепловой баланс периода нагрева 20

5.3 Тепловой баланс периода выдержки 21

6 ВЫБОР УСТРОЙСТ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА 23

7 УСТРОЙСТВО И ОПИСАНИЕ ПЕЧИ 24

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 27

Введение

Промышленная печь – это агрегат для тепловой обработки материалов, а именно, для их нагрева с целью осуществления какого-либо технологического процесса. В металлургических печах производят нагрев до высокой температуры с целью получения металлов и сплавов – чугуна, стали, ферросплавов, цветных металлов, а также для придания металлическим или огнеупорным изделиям требуемых механических свойств. На металлургических предприятиях высокотемпературные печи являются основным технологическим оборудованием.

Современные печи представляют собой разнообразные по конструкции, сложные тепловые агрегаты. Они состоят из собственно печи и вспомогательного оборудования. Собственно печь включает в себя рабочее пространство и устройства для генерации теплоты: горелки, форсунки, фурмы в топливных печах и электроды, резисторы в электрических печах. В состав вспомогательного оборудования входят устройства для утилизации теплоты и очистки, уходящих из печи дымовых газов, вентиляторы, дымососы, трубопроводы с клапанами и задвижками, дымовые трубы, контрольно-измерительные приборы и устройства для управления печью.

1. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

Расчет ведется по методике Мастрюкова Б.С. [4]

1. Низшая теплота сгорания смешанного генераторного газа

где — коэффициент тепловой реакции и окисления;

— объем газа в топливе.

2. Теоретический расход топлива

Определение количества воздуха необходимого для горения топлива, а так же состава дымовых газов. Расчет проводиться при нормальных физических условий(0°С, 1 атм.)

3. Объем сухих газов

Газообразное топливо сжигается с небольшим избытком топлива, но, как правило, этот параметр задается k=1,15

В результате мы можем определить парциальное давление 3-х атомных газов.

Расчет ведется на 100 м³

Таблица 1 – Теоретический расчет воздуха без коэффициента избытка воздуха

Топливо, м3		Воздух, м3			Продукты горения, м3
Соедин.	Содерж,%	O2	N2		CO2	Н2O	O2	N2
CO2	9	—	—	—	9	—	—	46,5+97,76
CO	27	13,5	50,76	64,26	27	—	—
CH4	2,5	5	18,8	23,8	2,5	5	—
H2	15	7,5	28,2	35,7	—	15	—
N2	46,5	—	—	—	—	—	—
Итого	100%	26	97,76	123,76	38,5	20	0	144,26	202,76
K=1,15	100%	29,9	112,4	142,3	38,5	20	3,9	165,9	228,3

Таблица 2 – Материальный и элементарный баланс

CO2	H2O	O2	N2	%
16,9	8,8	1,7	72,6	100%

2. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЕНИЯ

   1. Общее тепло продуктов сгорания

где – теплота сгорания топлива, отнесенная на 1 м³ продуктов сгорания;

– теплота нагрева топлива, отнесенная на 1 м³ продуктов сгорания;

– теплота нагрева воздуха, отнесенная на 1 м³ продуктов сгорания.

2. Балансовая калориметрическая температура

Тогда температура печи

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ

   1. Рабочее пространство

Принимая расстояние между садкой и боковыми стенками, равными 0,5 м, садкой и сводом 1,0 м и садкой и торцевыми стенами 0,25 м. тогда рабочее пространство имеет следующие размеры:

2. Наружные размеры печи

Принимаем что выкатной под, стены и свод печи выполнены из шамота толщиной 150 мм и диатомитого кирпича толщиной 300 мм, тогда наружные размеры печи будут равны:

4. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ И ВРЕМЯ НАГРЕВА МЕТАЛЛА

   1. Температура дымовых газов в печи

2. Температура футеровки

3. Площадь тепловоспринимающей поверхности металла

4. Площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи

5. Степень развития кладки

6. Эффективная длина луча

Разобьем температурный режим печи на два периода — период нагрева и период выдержки.

Период нагрева разобьем на три интервала, в пределах которых температуру продуктов сгорания будем считать постоянной.

7. Период нагрева

1-й интервал.

Средние за интервал температуры

Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания

Тогда

По графикам на рисунке 13-15 [4] видно, что при

Степень черноты металла шамота

Теперь находим плотность потока

Коэффициент теплоотдачи излучением в 1 интервале периода нагрева

Принимаем значение коэффициента теплоотдачи конвекцией равным , находим величину суммарного коэффициента теплоотдачи

Заготовку прямоугольного сечения можно представить в виде эквивалентного цилиндра

четырехсторонний нагрев

Расчетная толщина

Критерий Био равен

Значение заимствовано из приложения IX [4]

Температурный критерий равен

По номограмме на рисунке 26[4] находим критерий Фурье.

Продолжительность 1 интервала периода нагрева

где – коэффициент температуропроводности среднеуглеродистой стали при t=300 °C

Найдем температуру в середине заготовки в конце 1 интервала периода нагрева. Для этого по номограмме на рисунке 27[4] находим значение:

Тогда

Среднее по массе температуру заготовки в конце 1 интервала периода нагрева

2-й интервал

Средние за интервал температуры

Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания

Тогда

По графикам на рисунке 13–15 [4] видно, что при

Степень черноты металла шамота

По формулам (23,24,25) находим

Теперь находим среднюю во 2 интервале плотность потока результирующего излучения металла по формуле(26)

Коэффициент теплоотдачи излучением во 2 интервале периода нагрева

Критерий Био равен

Значение заимствовано из приложения IX [4]

Температурный критерий равен

По номограмме на рисунке 26 [4] находим критерий Фурье.

где – коэффициент температуропроводности среднеуглеродистой стали

Найдем температуру в середине заготовки в конце 2 интервала периода нагрева. Для этого по номограмме на рисунке 27[4] находим значение:

Тогда

Среднее по массе температуру заготовки в конце 2 интервала

3-й интервал

Средние за интервал температуры

Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания

Тогда

По графикам на рисунке 13–15 [4] видно, что при

Степень черноты металла шамота

По формулам (23,24,25) находим

Теперь находим среднюю в 3 интервале плотность потока результирующего излучения металла по формуле(26)

Коэффициент теплоотдачи излучением в 3 интервале периода нагрева

Критерий Био равен

Значение заимствовано из приложения IX [4]

Температурный критерий равен

По номограмме на рисунке 26 [4] находим критерий Фурье.

где – коэффициент температуропроводности среднеуглеродистой стали

Найдем температуру в середине заготовки в конце 3 интервала периода нагрева. Для этого по номограмме на рисунке 27 [4] находим значение:

Перепад температур по сечению заготовку в конце периода нагрева

Общая продолжительность нагрева

8. Период выдержки

Степень выравнивания

Находим значение критерия Фурье

Продолжительность периода выдержки

9. Общее время пребывание металла в печи

5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕЧИ

   1. Расчет теплового баланса

Огнеупорные материалы обладают следующими теплофизическими свойствами:

Коэффициенты температуропроводности равны:

шамота:

диатомита:

Разобьем слой шамота на 3 слоя, толщина каждого равна

Теперь определим толщину элементарного слоя диатомита

Число элементарных слоев диатомита

Продолжительность элементарного интервала времени

Число элементарных интервалов времени в период нагрева

в период выдержки:

Приращение температуры внутренней поверхности кладки за время одного элементарного временного интервала периода нагрева

Время		Температура на расстоянии от внутренней поверхности ,м
	с	0	1	2	3	гран разд
		0	0,05	0,1	0,15		0,2007	0,2514	0,3021	0,3528	0,4035	0,4542
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	2572	163	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
2	5144	326	82	0	0	0	0	0	0	0	0	0
3	7716	489	163	41	0	0	0	0	0	0	0	0
4	10288	652	265	82	21	0	0	0	0	0	0	0
5	12860	815	367	143	41	0	0	0	0	0	0	0
6	15432	978	479	204	72	10	0	0	0	0	0	0
7	18004	1141	519	276	107	89	5	0	0	0	0	0
8	20576	1305	709	349	183	158	45	3	0	0	0	0
9	23148	1305	827	446	254	223	81	23	2	0	0	0
10	25720	1305	876	541	335	297	123	42	12	1	0	0
11	28292	1305	923	606	419	374	170	68	22	6	0	0
12	30864	1305	956	671	490	442	221	96	37	11	3	2
13	33436	1305	988	723	557	505	269	129	54	20	7	5

Таблица 3 – Распределение температуры по толщине футеровки печи с выкатным подом