Расчет трехзонной методической печи

Спроектировать методическую трехзонную толкательную печь с наклонным  подом для нагрева заготовок  из малоуглеродистой стали с размерами d=305 мм, l=400 мм. Производительность – 60000 кг/ч, tКОН=1030 °С. Топливо: газ, %

 

СН4=0,5

СО2=8,5

N2=1,5

О2=2,2

СО=37

Н2=50

Н2S=0,3

qH2O=10 г/м3

tВ=280 °С.

 

1. Расчет горения топлива

 

Рассчитываем состав влажного газа по составу сухого и  влажности  г/м3. Коэффициент пересчета с сухого газа на влажный определяем по формуле:

 

 

Состав влажного газа находим по содержанию сухого газа и величине К:

 

 

Сумма всех составляющих:

 

.

 

Определяем низшую теплоту  сгорания топлива, кДж/м3:

 

 

Расчет теоретически необходимого объема кислорода для горения, м3/м3:

 

 

Теоретический расход воздуха  для горения, м3/м3:

 

,

 

где - объемная доля О2 в воздухе ( – для атмосферного воздуха).

Действительный расход воздуха для горения, м3/м3:

 

,

 

где α – коэффициент  избытка воздуха, принимается по [1].

Объемы продуктов сгорания (м3/м3), получившиеся в результате горения:

объем углекислого газа

 

 

объем азота 

 

 

объем избыточного кислорода

 

 

объем водяного пара

 

 

объем сернистого газа

 

 

общий объем продуктов сгорания

 

 

Состав продуктов сгорания (%) определяется:

 

 

Для проверки правильности расчета горения топлива составляют материальный баланс, на основании закона сохранения массы:

 

 

где Gт – масса топлива, кг;

Gв – масса воздуха, необходимого для горения, кг;

Gп.с. – масса продуктов сгорания, получившихся, в результате горения, кг.

Масса топлива, кг:

 

,

 

где Vт – единица объема газа на которую ведется расчет, м3;

ρт – плотность газа, кг/м3

 

 

где …… - молекулярная масса соответствующего компонента.

Масса воздуха, кг:

 

,

 

где кг/м3 – плотность воздуха.

Масса продуктов сгорания, кг:

 

 

где - плотность продуктов сгорания, кг/м3

 

 

Результаты расчета  сводятся в таблицу 1.

 

Таблица 1. Материальный баланс горения

Приход	кг	%	Расход	кг	%
1. Топливо	0,733	19,7	1. Продукты сгорания	3,7	100
2. Воздух	2,987	80,3
Итого	3,72	100	Итого	3,7	100

 

Производим расчет неувязки баланса:

 

%

 

Величина неувязки не превышает 1%.

Для определения калориметрической температуры сгорания рассчитываем энтальпию продуктов сгорания, кДж/м3:

 

,

где Qв – теплота вносимая подогретым воздухом, кДж.

 

,

 

где iв – энтальпия подогретого воздуха (определяется по [1]), кДж/кг.

Определяем энтальпию  продуктов сгорания при температуре t1=2200 °С, кДж/м3:

 

.

 

Определяем энтальпию  продуктов сгорания при температуре t2=2300 °С, кДж/м3:

 

.

 

Значение калориметрической температуры, °С:

 

.

 

Действительная температура  горения, °С:

 

,

 

где - пирометрический коэффициент (для методических печей ).

 

2. Определение размеров  рабочего пространства печи

 

Основными размерами  рабочего пространства печи являются – ширина, длина, высота. Определяющими  условиями при этом являются геометрические размеры нагреваемых изделий, рациональный характер движения газов, соответствующее  расположение топливосжигающих устройств, быстрый и качественный нагрев металла.

Для методических печей  общее число изделий, находящихся  в рабочем пространстве в единицу  времени, неизвестно, поэтому размеры  определяются предварительно, а затем  в процессе расчета уточняются.

Ширина печи, при расположении заготовок в шесть рядов, м:

 

,

 

где l – длина заготовки, м;

а – расстояние между  заготовками и между концами  заготовок и стенками печи, м.

Начальная высота печи, м:

 

,

 

где d – диаметр заготовки, м.

Высота печи в конце  сварочной зоны, м:

.

Средняя высота печи, м:

 

.

 

Средняя высота методической зоны, м:

 

.

 

Средняя высота сварочной  зоны, м:

 

.

3. Температурный  режим работы печи и нагрева  металла

 

Распределение температур по длине печи представлено на рис.2.

Максимальная температура  печи, °С:

 

 

Начальная температура  печи, °С:

 

 

 

Температура печи в конце  томильной зоны, °С:

 

.

 

Начальную температуру  металла принимаем равной 20 °С.

 

Температура металла  в конце методической зоны (°С), определяется по формуле:

 

,

 

где S – характерный размер изделия, м

 

 

μ - коэффициент несимметричности нагрева (для одностороннего нагрева  μ=0,75-0,8).

Тогда

 

 

Рис.2. Температурный режим печи