Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГБОУ ВО Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева

Кафедра общей технологии силикатов

Пояснительная записка к курсовому проекту

Выполнил:

Студентка группы Н-46

Шелемей А.А.

Проверил:

Ассистент Макаров А.В.

Москва

2018 год

Содержание

Задание на курсовое проектирование………………………………………………3

Расчет процесса горения топлива……………………………………………..…….4

Расчет производительности и основных размеров

тепловой установки …………………………………………………………............9

Расчет кладки стенок тепловой установки………………………………………...11

Расчет теплового баланса………………………………………………………......32

Подбор дымососа и вентиляторов………………………………...………...……..44

Список используемой литературы………………………………………………...46

Задание на курсовое проектирование

Вариант 2

1. Тип установки: Туннельная печь открытого пламени.

2. Изделие: строительный кирпич нормального размера, m = 2,8 кг., температура обжига 1090ºС, влажность 3%, брак 3,5%, ППП 5%.

3. Состав материала: Компонент1 – глина, 16 % (Al₂O₃ – 28,8%), Компонент 2 – глина, 30% (Al₂O₃ – 22,5%), остальное – отощители.

4. Производительность: 9 млн. шт./год.

5. Способ обогрева, характеристика: Анастасиевско-Троицкое месторождение природного газа.

6. Особые указания: под канализированный.

1. Расчет процесса горения топлива

   1. Пересчет составов топлива.

Влажность топлива = 1,00 об %.

Таблица 1.1

Состав сухого топлива, об %

				и высшие			∑с
87,91	2,71	0,18	0,12	1,98	5,6	1,5	100

Содержание компонентов в рабочем топливе:

(1.1)

=

=

=

=

=

=

=

С учетом вышестоящих расчетов заполним Таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Состав влажного рабочего топлива, об %

				и высшие				∑р
87,03	2,68	0,18	0,12	1,96	5,54	1,49	1,00	100,000

2. _{Расчет теплоты сгорания топлива.}

Основной рабочей характеристикой топлива является низшая рабочая теплота сгорания , кДж/нм³:

(1.2)

Для сравнения эффективности разных видов топлива и определения удельного расхода топлива на термообработку 1 кг материала пользуются переводом в единицы условного топлива с помощью теплового эквивалента.

(1.3)

3. Расчет воздуха на горение.

В практических расчетах принимают состав сухого воздуха: азот – 79%, кислород – 21%.

Рассчитаем теоретически необходимый для горения расход сухого воздуха

(1.4)

Рассчитаем действительный расход сухого воздуха:

, (1.5)

где =1,5 – коэффициент избытка воздуха.

Рассчитаем расход атмосферного воздуха с учетом влагосодержания, принимаемого как d=10 г/кг сухого воздуха.

(1.6)

4. Расчет объема продуктов горения топлива, при α=1,5

(1.7)

(1.8)

(1.9)

(1.10)

=

Рассчитаем общий объем ПГТ:

Рассчитаем процентный состав ПГТ:

Всего 100,00 %

Таблица 3

Материальный баланс процесса горения 100 м³ природного газа

Приход	кг	Расход	кг
Природный газ		Продукты горения
	62,40		214,89
	3,63		176,15
	0,36		143,18
	0,34		1417.50
	6,30
	1,83
	0,80
Воздух		Невязка	0.62%
	429,87
	1415,72
	18,42
Итого	1939,67		1951,72

Невязка: = 0,62 %

5. Определение температуры горения топлива.

Рассчитаем общее теплосодержание, пренебрегая теплосодержанием вторичного воздуха и топлива.

, (1.11)

По i-t диаграмме находим теоретическую температуру горения при α=1,5:

=1480°C

Рассчитаем теплосодержание продуктов горения с учетом пирометрического коэффициента (коэффициент, учитывающий потери тепла при горении топлива в процессе теплообмена).

, (1.12)

где .

По i-t диаграмме находим действительную температуру горения природного газа при α=1,5:

=1 195 °С

2. Расчет производительности печи и основных размеров тепловой установки

Рассчитаем часовую производительность печи по готовой продукции и произведем пересчет производительности печи с учетом брака, влажности и ППП:

(2.1)

Производим пересчет производительности печи с учетом брака, влажности, ППП.

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Ширина печи

Справочные данные для ширины печи находятся в интервале 1,7-3,0 м. Вычисленное значение входит в данный интервал.

Высота печи

По справочным данным определяем высоту печи, равную h_п=1,6 м.

Длина печи

Длина печи определяется по формуле:

, (2.5)

м³,

Определим количество вагонеток.

, (2.7)

где = 3,5 м.

шт.

Пересчитаем длину печи.

Определим весовую емкость вагонетки.

(2.8)

Скорость движения вагонетки рассчитаем по формуле:

(2.9)

3. Расчет кладки стенок тепловой установки

Стационарный режим

Стены

Интервал температур: 20 – 400 ºС.

1 слой – строительный кирпич. . t_max=700 °C

2 слой – строительный кирпич.. t_max=700 °C

Нулевая итерация

1. Определим коэффициент теплопередачи.

Определим среднюю температуру по всему теплоизоляционному слою.

(3.1)

Для данной температуры определим коэффициент теплопроводности cлоя:

Определим термическое сопротивление слоя для данной температуры:

, (3.2)

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности стенки в окружающую среду:

, (3.3)

(3.4)

(3.5)

Рассчитаем коэффициент теплопередачи:

(3.6)

2. Определим температуру между слоями:

3. Определим температуру наружной стенки:

(3.6)

Первая итерация

4. Определим коэффициент теплопередачи.

Определим среднюю температуру слоя:

Для данной температуры определим коэффициент теплопроводности слоя:

Определим термическое сопротивление слоя для данной температуры:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи излучением:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности слоя в окружающую среду:

Рассчитаем коэффициент теплопередачи:

6. Определим температуру между слоями:

6. Определим температуру наружной стенки:

Далее производим вычисления до тех пор, пока значение температуры наружной стенки не станет постоянным.

Итер
0	210	0,44	0,44	0,88	12,86	1,04	226	52
1	226	0,42	0,42	0,84	12,25	1,08	228	55
2	228	0,43	0,43	0,86	12,46	1,06	227	54
3	227	0,43	0,43	0,86	12,40	1,06	227	54

Интервал температур: 400 – 800 ºС.

1 слой – шамотный легковес ШЛ-08. . t_max=1 200 °C

2 слой – строительный кирпич. . t_max=700 °C

Нулевая итерация

6. Определим коэффициент теплопередачи.

Определим среднюю температуру по всему теплоизоляционному слою.

Для данной температуры определим коэффициенты теплопроводности слоев:

Определим термическое сопротивление слоев для данной температуры:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи излучением:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности стенки в окружающую среду:

Рассчитаем коэффициент теплопередачи:

6. Определим температуру между слоями:

6. Определим температуру наружной стенки:

Далее производим вычисления до тех пор, пока значение температуры наружной стенки не станет постоянным.

Итер
0	410	0,647	0,736	1,383	12,860	0,684	455	62
1	431	0,632	0,725	1,357	12,990	0,697	456	62
2	431	0,632	0,725	1,357	12,990	0,697	456	62

Интервал температур: 800 – 1195 ºС.

1 слой – шамотный огнеупор. . t_max=1 400 °C

2 слой – шамотный легковес ШЛ-08. . t_max=1 200 °C

3 слой – строительный кирпич. . t_max=700 °C

Нулевая итерация

6. Определим коэффициент теплопередачи.

Определим среднюю температуру по всему теплоизоляционному слою.

Для данной температуры определим коэффициенты теплопроводности слоев:

Определим термическое сопротивление слоев для данной температуры:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи излучением:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности стенки в окружающую среду:

Рассчитаем коэффициент теплопередачи:

6. Определим температуру между слоями:

6. Определим температуру наружной стенки:

Далее производим вычисления до тех пор, пока значение температуры наружной стенки не станет постоянным.

Итер
0	608	0,229	1,061	0,641	1,931	12,860	0,497	1061	441	67
1	631	0,226	1,038	0,631	1,895	13,347	0,507	1060	441	65
2	630	0,226	1,039	0,631	1,896	13,211	0,507	1060	441	65

Свод

Интервал температур: 20-400°С

1 слой – шамотный легковес ШЛ-08. . t_max=1 200 °C

2 слой – муллитокремнезёмистое волокно. . t_max=1150°C

Нулевая итерация

6. Определим коэффициент теплопередачи.

Определим среднюю температуру по всему теплоизоляционному слою.

Для данной температуры определим коэффициенты теплопроводности слоев:

Определим термическое сопротивление слоев для данной температуры:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи излучением:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности стенки в окружающую среду:

Рассчитаем коэффициент теплопередачи:

6. Определим температуру между слоями:

6. Определим температуру наружной стенки:

Далее производим вычисления до тех пор, пока значение температуры наружной стенки не станет постоянным.

Итер
0	210	0,400	1,250	1,650	14,619	0,582	312	35
1	218	0,396	1,222	1,618	12,065	0,587	312	39
2	220	0,394	1,208	1,602	12,574	0,594	311	38
3	219	0,394	1,208	1,602	12,574	0,594	311	38

Интервал температур: 400-800°С

1 слой – шамотный легковес ШЛ-08. . t_max=1 200 °C

2 слой – муллитокремнезёмистое волокно. . t_max=1150°C

Нулевая итерация

6. Определим коэффициент теплопередачи.

Определим среднюю температуру по всему теплоизоляционному слою.

Для данной температуры определим коэффициенты теплопроводности слоев:

Определим термическое сопротивление слоев для данной температуры:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи излучением:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности стенки в окружающую среду:

Рассчитаем коэффициент теплопередачи:

6. Определим температуру между слоями:

6. Определим температуру наружной стенки:

Далее производим вычисления до тех пор, пока значение температуры наружной стенки не станет постоянным.

Итер
0	410	0,310	1,500	1,810	14,619	0,532	671	49
1	425	0,306	1,458	1,764	13,636	0,544	670	52
2	426	0,305	1,458	1,763	13,918	0,545	670	51
3	426	0,305	1,458	1,763	13,918	0,545	670	51

Интервал температур: 800 – 1195 ºС.

1 слой – высокоглинозёмистый легковес. . t_max=1 450 °C

2 слой – шамотный легковес ШЛ-08. . t_max=1 200 °C

3 слой – муллитокремнезёмистое волокно. . t_max=1150 °C

Нулевая итерация

6. Определим коэффициент теплопередачи.

Определим среднюю температуру по всему теплоизоляционному слою.

Для данной температуры определим коэффициенты теплопроводности слоев:

Определим термическое сопротивление слоев для данной температуры:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи излучением:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности стенки в окружающую среду:

Рассчитаем коэффициент теплопередачи:

6. Определим температуру между слоями:

6. Определим температуру наружной стенки:

Далее производим вычисления до тех пор, пока значение температуры наружной стенки не станет постоянным.

Итер
0	608	0,169	0,509	1,510	2,188	15,4147	0,443	1107	842	56
1	626	0,169	0,501	1,479	2,149	14,276	0,450	1106	841	59
2	627	0,169	0,501	1,479	2,149	14,532	0,450	1106	841	59
3	627	0,169	0,501	1,479	2,149	14,532	0,450	1106	841	59

Переведем полученные данные по футеровке в сводную таблицу.

Температурный интервал, °С	Материал	Толщина слоя, м	Температура наружной стенки, °С
Стены
20-400	1 слой – строительный кирпич 2 слой – строительный кирпич	0,25 0,25	54
400-800	1 слой – шамотный легковес ШЛ-08 2 слой – строительный кирпич	0,25 0,50	62
800-1250	1 слой – шамотный огнеупор 2 слой – шамотный легковес ШЛ-08 3 слой – строительный кирпич	0,25 0,50 0,50	65
Свод
20-400	1 слой – шамотный легковес ШЛ-08 2 слой – муллитокремнезёмистое волокно	0,12 0,11	38
400-800	1 слой – шамотный легковес ШЛ-08 2 слой – муллитокремнезёмистое волокно	0,12 0,21	51
800-1250	1 слой – высокоглинозёмистый легковес 2 слой – шамотный легковес ШЛ-08 3 слой – муллитокремнезёмистое волокно	0,12 0,24 0,29	59

Нестационарный режим

Под нагревают от 20 до 1195 в течении 33 часов, а затем выдерживают 5 часов при 1195 .

Определим среднюю температуру процесса:

По значению средней температуры рассчитаем теплопроводности динасового легковеса ( и шамотного легковеса ШЛ-08 (

Рассчитаем эквивалентную толщину слоя, замещающую слой шамотного легковеса ШЛ-08:

Рассчитаем общую толщину эквивалентного слоя:

6. Определим количество подслоев приведенного слоя.

Для начала рассчитаем теплоемкость и коэффициент температуропроводности замещающего материала – шамотного огнеупора:

Определим количество элементарных подслоев, предполагая, что ∆τ=0,5ч:

где - толщина подслоев в слое пода, м;

- промежуток времени процесса термообработки, ч.

,

Количество подслоев, приходящихся на один слой пода, должно быть не менее трех. Предположение о том, что ∆τ=0,5ч верно, поскольку .

Рассчитаем общее количество подслоев пода:

,

Из 11 подслоев пода 7 приходится на теплоизоляцию, что также удовлетворяет условию.

6. Определим скорость нагрева поверхности пода:

6. Построим таблицу распределения температур по подслоям (таблица 3.1), опираясь на уравнение:

Таблица 3.1

Δt	t1	t2	t3	t4	t5		t6	t7	t8	t9	t10	t11
0	20	20	20	20	20		20	20	20	20	20	20
1	56	20	20	20	20		20	20	20	20	20	20
2	92	38	20	20	20		20	20	20	20	20	20
3	128	56	29	20	20		20	20	20	20	20	20
4	164	79	38	25	20		20	20	20	20	20	20
5	200	101	52	29	23		20	20	20	20	20	20
6	236	126	65	38	25		22	20	20	20	20	20
7	272	151	82	45	30		23	21	20	20	20	20
8	308	177	98	56	34		26	22	21	20	20	20
9	344	203	117	66	41		28	24	21	21	20	20
10	380	231	135	79	47		33	25	23	21	21	20
11	416	258	155	91	56		36	28	23	22	21	20
12	452	286	175	106	64		42	30	25	22	21	20
13	488	314	196	120	74		47	34	26	24	21	20
14	524	342	217	135	84		54	37	29	24	22	20
15	560	371	239	151	95		61	42	31	26	22	20
16	596	400	261	167	106		69	46	34	27	23	20
17	632	429	284	184	118		76	52	37	29	24	20
18	668	458	307	201	130		85	57	41	31	25	20
19	704	488	330	219	143		94	63	44	33	27	20
20	740	504	354	237	157		103	69	48	36	27	20
21	776	547	371	256	170		113	76	53	38	28	20
22	812	574	402	271	185		123	83	57	41	29	20
23	848	607	423	294	197		134	90	62	43	31	20
24	884	636	451	310	214		144	98	67	47	32	20
25	920	668	473	333	227		156	106	73	50	34	20
26	956	697	501	350	245		167	115	78	54	35	20
27	992	729	524	373	259		180	123	85	57	37	20
28	1028	758	551	392	277		191	133	90	61	39	20
29	1064	790	575	414	292		205	141	97	65	41	20
30	1100	820	602	434	310		217	151	103	69	43	20
31	1136	851	627	456	326		231	160	110	73	45	20
32	1172	882	654	477	344		243	171	117	78	47	20
33	1195	913	680	495	360		258	180	125	82	49	20
34	1195	938	706	520	377		270	192	131	87	51	20
35	1195	951	730	542	395		285	201	140	91	54	20
36	1195	963	747	563	414		298	213	146	97	56	20
37	1195	971	763	581	431		314	222	155	101	59	20
38	1195	979	776	597	448		327	235	162	107	61	20
Динасовый легковес						Шамотный легковес ШЛ-08

Средняя температура динасового слоя составляет:

Аналогично, средняя температура теплоизоляционного слоя составляет:

,

6. Определим количество тепла, аккумулированного подом для полученных средних температур:

Рассчитаем массу каждого слоя пода:

Рассчитаем теплоемкость каждого слоя пода при средней и начальной температурах:

Рассчитаем количество теплоты, аккумулированное каждым слоем пода:

Рассчитаем общее количество теплоты, аккумулированное подом:

Рассчитаем общее количество теплоты, аккумулированное огнеприпасом:

Рассчитаем теплоемкость огнеприпаса:

3. Расчет теплового баланса тепловой установки