Расчет трехзонной толкательной методической печи

Министерство  образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО  «УрФУ им. первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Кафедра «Теплофизика и информатика в металлургии»  
 
 
 

Курсовая  работа

по дисциплине «Теплотехника»

на тему «Расчет трехзонной толкательной методической печи»

Вариант №2 

  

Студент          

Группа         

Преподаватель        
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург

2011

      ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 

      Рассчитать  тепловую работу трехзонной толкательной методической печи для нагрева слитков спокойной стали (Ст3, малоуглеродистая) среднего сечения S x S, длиной L от начальной температуры t_нач = t_м0 до конечных температур: верхней поверхности t_п.3 и нижней t_п.н.3. Производительность печи P. Угар металла p_уг. Температура подогрева воздуха t_в.

      В результате расчетов определить время  нагрева слитка, расход топлива, длину  пода и основные показатели работы печи, выбрать тип горелок и  их количество для каждой зоны.

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     РЕФЕРАТ 

     Пояснительная записка объемом 36 страниц, 12 приложений. 

     В данной работе рассчитывается трехзонная толкательная методическая печь для нагрева слитков спокойной стали. Производительность рассчитываемой печи составляет 16 т/ч. Печь обогревается продуктами сгорания смеси природно-доменного газа.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..

1 Расчет процесса  горения природного газа……………………………………..

   1.1 Исходные  данные………………………………………………………….

      1.2 Пересчет состава газа на рабочую  (влажную) массу……………………

      1.3 Расчет количества кислорода  и воздуха для сжигания 1 м³ газа………  1.4 Расчет объема и состава продуктов сгорания при сжигании 1 м³ газ…..

      1.5  Расчет теплоты сгорания природного  газа………………………………

      1.6 Расчет температур горения……………………………………………….

2 Определение  тепловых потоков и температур  металла по длине печи……

    2.1 Определение теплового потока  и температур металла в сечении  2…

   2.2 Определение  теплового потока в сечении  0……………………………

   2.3 Определение  тепловых потоков и температуры  металла в сечении 1….

   2.4  Расчет зоны III…………………………………………………………….

   2.5 Определение  длины печи отдельных зон……………………………….. 

3 Определение  расхода топлива и основных  показателей работы печи……….

      3.1 Полезная затрата теплоты………………………………………………..

      3.2 Потери теплоты теплопроводностью  через кладку печи……………….

   3.3 Потери теплоты излучением через открытые окна……………………..

   3.4 Потери  теплоты с охлаждающей водой………………………………….

   3.5 Потери  теплоты с уходящими газами……………………………………

   3.6 Определение  теплоты экзотермических реакций……………………….

   3.7 Расход  топлива, основные показатели  и таблица теплового баланса  печи…………………………………………………………………………………

   3.8 Определение  расходов топлива по зонам………………………………..

4 Выбор размеров  и количества топливосжигающих устройств……………….

      4.1 Томильная зона…………………………………………………………….

      4.2 Верхняя сварочная зона……………………………………………………

      4.3 Нижняя сварочная зона……………………………………………………

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………….

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………….

ПРИЛОЖЕНИЕ 1…………………………………………………………………..

it-диаграмма………………………………………………………………………… 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2……………………………………………………………………

Значения коэффициента и поправок для расчета характеристик  горения топлив приближенным методом…………………………………………………………….

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ……………………………………………………………………

Состав продуктов  горения некоторых топлив…………………………………….

ПРИЛОЖЕНИЕ 4……………………………………………………………………

Теплосодержание продуктов сгорания топлив I-III группы………………………

ПРИЛОЖЕНИЕ 5…………………………………………………………………….

Средняя теплоемкость газообразного воздуха  и топлива………………………….

ПРИЛОЖЕНИЕ 6…………………………………………………………………….

Значение степени  черноты в функции от температуры……………………………

ПРИЛОЖЕНИЕ 7……………………………………………………………………..

Предварительные значения степени черноты в функции  от температуры……….

ПРИЛОЖЕНИЕ 8……………………………………………………………………..

Значение поправочного множителя к степени черноты  водяного пара…………..

ПРИЛОЖЕНИЕ 9…………………………………………………………………….

Отношение толщины  заготовки, прогреваемой сверху, к общей  толщине в зависимости от распределения  мощности………………………………………….

ПРИЛОЖЕНИЕ 10………………………………………………………………….

Средняя теплоемкость и теплопроводность сталей………………………………

ПРИЛОЖЕНИЕ 11…………………………………………………………………..

Рекомендуемые значения в зависимости от температуры  внутренней                                                 поверхности кладки  ………………………………………………………………..

ПРИЛОЖЕНИЕ 12…………………………………………………………………..

Рекомендуемые плотности теплового потока на поверхности………………… водоохлаждаемых подовых труб…………………………………………………. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

     Тепловой  и температурный режимы методических печей неизменны во времени. Вместе с тем температура в методических печах значительно меняется по длине печи. Характер изменения температуры по длине печи определяет количество и назначение зон печи. Металл поступает в зону наиболее низких температур и. продвигаясь навстречу дымовым газам, температура которых все время повышается, постепенно (методически) нагревается.

     Первая (по ходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений часто необходим медленный нагрев металла в интервале температур от 0 до 550° С. Постепенный нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим нагрева. Вместе с тем методическая зона представляет собой противоточный теплообменник.

Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые  газы и металл двигаются навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, иначе говоря металл утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура держится на уровне 1300—1400°С, в конце же методической зоны она находится в пределах 750—1000° С. Методическая зона значительно увеличивает коэффициент использования топлива.

Вторая (по ходу металла) зона называется зоной  высоких температур или сварочной  зоной. Назначение этой зоны — быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры. Температура нагрева металла в методических печах обычно составляет 1150—1250° С. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечивать температуру на 150—250 градусов выше, т. е. температура

сварочной зоны должна быть 1300—1400° С.

     Третья (по ходу металла) томильная зона (зона выдержки) служит для выравнивания температуры по сечению металла. В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла; температура середины металла, естественно, значительно отстает от температуры поверхности. Тем самым создается большой перепад температур по сечению металла, недопустимый по технологическим требованиям. В томильную зону металл поступает с таким значительным перепадом температур по толщине. Температуру в томильной зоне поддерживают всего на 50—70 град выше необходимой температуры нагрева металла. Поэтому температура поверхности металла в томильной зоне не меняется и поддерживается на достигнутом в сварочной зоне уровне; происходит только выравнивание температуры по толщине металла. 
 

1.Расчет процесса горения природного газа

1.1 Исходные данные

      Сжигается природный газ, элементарный состав которого на сухую массу, %:

CH₄^с.г.=94,16; C₂H₆ ^с.г =2,5; C₃H₈ ^с.г=0,37; C₄H₁₀ ^с.г=0,24;

СО₂ ^с.г =0,13; N₂ ^с.г =2,6;  

Влагосодержание сухого газа составляет g^с.г.=19 г ∕ м³.

Температура подогрева  газа t_г=20^° С.

Температура подогрева  воздуха t_в=300^° С.

Коэффициент избытка  воздуха α=1,2.

Химический недожог  топлива q_в=751.

Механический  недожог отсутствует.

1.2 Пересчет состава газа на рабочую (влажную) массу

  Рассчитаем процентное содержание водяных паров в 1 м³ природного газа:

H₂O^в.г =   % ;

H₂O^в.г = =2,31 %

      Пересчитаем состав газа на рабочую массу по формуле: