Введение

Печь - технологическое оборудование, в котором рабочим видом энергии является тепло, и рабочее пространство которого ограждено от окружающей среды. Разнообразие промышленных печей, используемых в литейном производстве, вызывает необходимость подразделения их на основные группы.

По способу генерации теплоты все печи подразделяют на топливные, где теплота выделяется за счет горения топлива, и электрические, где электроэнергия преобразуется в теплоту электрической дугой, нагревательными элементами сопротивления или индукцией.

По условиям теплопередачи печи подразделяют на печи с теплопередачей преимущественно излучением и конвекцией.

Работа печей характеризуется тепловой мощностью, тепловой нагрузкой, температурным и тепловым режимами.

По тепловому режиму печи подразделяют на печи, работающие по камерному режиму, и печи, работающие по методическому режиму. В печах, работающих по камерному режиму, температура рабочего пространства остается постоянной на протяжении всего времени работы печи. В печах, работающих по методическому режиму, температура в печи изменяется по длине печи или во времени.

Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок.

По методу транспортировки металла методические печи относятся к так называемым проходным печам. Ряд соприкасающихся друг с другом заготовок заполняет весь под печи и продвигается через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.

Наиболее важными классификационными признаками методических печей являются:

1) температурный режим печи (по длине);

2) двусторонний или односторонний характер нагрева металла;

3) способ выдачи металла из печи (боковая или торцовая выдача).

Кроме того, классификация выполняется по виду нагреваемых заготовок, методу утилизации тепла отходящих дымовых газов, виду топлива, числу рядов заготовок в печи.

1 Расчет горения топлива

1.1 Общие положения

Сгорание топлива может быть полным и неполным. Полное сжигание осуществляется при коэффициенте расхода воздуха α > 1, неполное при α < 1. При горении топлива основным процессом является соединение горючих составляющих топлива с кислородом ( + ; + ; + ).

Газообразное топливо по сравнению с твердым и жидким имеет ряд преимуществ: лучшее смешение топлива с окислителем (кислородом или воздухом), что позволяет проводить процесс сжигания с минимальным коэффициентом расхода воздуха; легкость транспортировки к потребителю;

простота обслуживания.

Природный газ. Основной горючей составляющей природного газа является метан , содержание которого - 92…98%. Остальные горючие составляющие - это непредельные углеводороды C_mH_n. Теплота сгорания природного газа 33 ... 38 МДж/м³, плотность 0,7...0,8 кг/м³.

Доменный (колошниковый) газ. Доменный газ является побочным продуктом в процессе получения чугуна в доменных печах. На 1 кг чугуна образуется 3 м³ доменного газа. Если металлургическое предприятие имеет полный металлургический цикл, то до 40% топливного баланса покрывается за счет доменного газа. Примерный состав доменного газа: 25…31% CO, 2...3% H₂, 9...14% CO₂, 0,3...0,5% CH₄, 57...58% N₂. Теплота сгорания доменного газа 3,5...4,2 МДж/м³.

Для характеристики теплового эффекта реакции сгорания топлива используется понятие теплоты сгорания топлива. Теплота сгорания топлива - это количество теплоты, выделяющейся при сжигании единицы топлива (кг, м³).

Калориметрическая температура горения (t_к) - это температура, которую продукты сгорания получают при условии, что вся теплота, которая выделилась при полном сгорании единицы топлива, пошла на нагрев только продуктов сгорания.

Расчет горения топлива является основой при проектировании теплотехнических установок и состоит из разделов:

1. Перерасчет сухого состава газа в рабочий (влажный);

2. Расчет теплоты сгорания топлива;

3. Расчет теоретического и действительного количества воздуха необходимого для сжигания единицы топлива;

4. Расчет количества и состава продуктов сгорания;

5. Расчет калориметрической температуры горения топлива.

Расчетом горения определяется количество, состав и плотность топлива, воздуха и продуктов сгорания; температура горения, коэффициент использования тепла топлива.

Расчет расхода топлива, воздуха и продуктов сгорания основан на уравнениях химических реакций окисления горючих компонентов:

СО + 0,5О₂ = СО₂

Н₂ + 0,5 О₂ = Н₂О

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

С₃Н₈ + 5О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О

Горение топлива в металлургических печах происходит, как правило, в атмосфере газообразного окислителя, что является смесью кислорода, азота и водяных паров (содержанием других компонентов, таких как СО, СО₂ обычно пренебрегают). Количество воздуха и продуктов сгорания зависит при других равных условиях от соотношения объемов азота и кислорода

где – соответственно содержание азота и кислорода в воздухе_, в объемных процентах.

Если в сухом воздухе содержание ,то это обогащенный кислородом воздух. Обогащение воздуха кислородом содействует повышению температуры горения и коэффициента использования тепла топлива (КИТ).

Расчет температуры горения ведется на основе баланса процесса горения, расчет КИТ – на основе теплового баланса печи.