Теплотехнический расчет камерной нагревательной печи

Министерство науки  и образования Российской Федерации

Саратовский Государственный  Технический Университет

 

Кафедра промышленной теплотехники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка  к курсовой работе по дисциплине:

«Энергоиспользование  в высокотемпературных технологиях»

 

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАМЕРНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

 

 

КФБН 000 000 763 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студ. гр. ПТЭ-42

Леонкин А.О.

Проверил: асс. каф. ПТ

Тихонов И.А.

 

 

 

 

 

 

 

Саратов 2010

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка  содержит 19 страниц, 1 таблицу и 1 приложение.

 

КАМЕРНАЯ ПЕЧЬ, ТОПЛИВО, ЗАГОТОВКА, ТЕПЛОПЕРЕДАЧА, СВОД, ПОД, РАБОЧАЯ  КАМЕРА, ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, ТЕПЛОПОТЕРИ, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ

 

 

 

Объект – камерная нагревательная печь.

 

Цель – ознакомление с конструкцией проектируемой печи и ее основными элементами, овладение методикой расчета и основами проектирования камерных печей,  а также закрепление теоретических и практических знаний, полученных при изучении дисциплины. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение . . . . . . . . . . 4

Исходные данные . . . . . . . . . 5

 

1. Расчет горения топлива . . . . . . . 6
2. Определение размеров рабочего пространства печи . . . 9
3. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи . 10
4. Расчет времени нагрева заготовок . . . . . 13
5. Уточнение основных размеров рабочего пространства печи . 14
6. Тепловой баланс печи . . . . . . . 15

 

Заключение . . . . . . . . . . 18

Список использованной литературы . . . . . . 19

 

Приложение:  Эскиз камерной печи (А3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Высокотемпературные процессы лежат в основе важнейших производств в черной и цветной металлургии, нефтяной и нефтехимической промышленности, производства строительных материалов и осуществляются в промышленных печах. Тепловая работа печи протекает в ее рабочем пространстве, где одновременно происходит процессы горения и передача тепла от источника к поверхности нагреваемого материала. Производительность печи, а также форма и размеры ее рабочего пространства зависят от свойств, размеров и режима нагрева изделий, их размещения в печи, выбор способа сжигания топлива и других факторов. Нагреваемые изделия в печах в большинстве случаев располагаются на поду печи. Процесс передачи тепла от факела к поверхности нагреваемого материала протекает в результате излучения на поверхность материала и омывания нагреваемых тел потоком продуктов сгорания топлива. В соответствии с этим рабочее пространство печи должно быть рассчитано и спроектировано так, чтобы обеспечить условия полного сжигания топлива и интенсивность теплообмена продуктов сгорания топлива с поверхностью нагреваемого материала. Режим работы нагревательных печей определяется характером изменений температуры во времени и в рабочем пространстве печи теплового потока, падающего на металл. Режим нагрева, при котором температура изменяется по длине рабочего пространства, называется методическим, а печи, работающие в этом режиме, - методическими. В таких печах, как правило используется принцип противоточного движения металла и продуктов горения, что позволяет более равномерно нагревать изделие и обеспечить более полное использование тепловой энергии продуктов горения топлива в рабочем пространстве печи. Эти печи обычно имеют рабочую камеру удлиненной формы, в виде туннеля постоянного или переменного сечения, а топливосжигающее устройство располагается преимущественно на торцовой стене печи, противоположной садочному окну. Рабочее пространство таких печей разделяется на две зоны: предварительного подогрева металла (методическая зона), интенсивного нагрева (сварочная зона) и выдержки металла с целью выравнивания температур по сечению слитка (томильная зона). Количество зон и тепловой режим каждой из них выбирают в соответствии с требуемым режимом нагрева заготовок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

 

1. Номер варианта: 5.
2. Производительность печи: G=0.6 .
3. Размер заготовок: d=60 , l=600 .
4. Материал: низколегированная сталь.
5. Температура нагрева: .
6. Вид топлива: Березовский природный газ.

_{, , , ,}

7. Температура топлива: .
8. Температура воздуха: .
9. Коэффициент избытка воздуха: .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет горения топлива

 

По выбранному составу  топлива последовательно определяем:

 

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 м³ природного газа:

 

 

Действительное количество воздуха необходимое для сгорания 1 м³ природного газа, с учетом коэффициента избытка воздуха:

 

 

Количество и состав продуктов  полного сгорания по отдельным компонентам при сжигании природного газа:

 

 

 

 

Суммарное количество продуктов  горения:

 

 

Процентный состав продуктов горения:

 

 

Калометрическая температура горения:

_,

 

где  - низшая теплота сгорания топлива;

- энтальпия топлива при температуре  ;

- энтальпия воздуха при температуре  ;

, , , - объемная теплоемкость при температуре ;

 

Низшая теплота сгорания для газообразного топлива:

 

 

Энтальпия топлива при температуре :

  - объемная теплоемкость топлива при температуре

 

 

Энтальпия воздуха при  температуре ;

  - объемная теплоемкость воздуха при температуре

 

 

Принимаем калометрическую температуру  горения .

 

Калометрическая температура горения:

 

 

Так как  рассчитанное значение отличается от принятого значения менее чем на 30 , то эта величина не уточняется.

 

Эффективная температура:

 

где 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение размеров рабочего пространства печи

 

Принимаем величину активной площади пода равной:

 

 

Число заготовок, одновременно находящихся  на поду:

 

где  - площадь одной заготовки

 

 

Укладываем заготовки в три ряда.

 

Длина пода:

 

где  - зазор между заготовками

 

 

Ширина пода:

 

Действительная площадь  пода:

 

Коэффициент загруженности  пода:

 

Высота рабочего пространства печи:

 

где  - опытный коэффициент

 

 

 

3. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи

 

Эффективная толщина  газового слоя:

 

где  - объем рабочей камеры печи за вычетом объема занимаемого металлом

- площадь поверхности стен  и свода печи

- площадь поверхности пода

 

 

Температура дымовых  газов:

 

Парциальные давления компонентов продуктов горения:

 

Произведения парциального давления и эффективной толщины:

 

Поправочный коэффициент  для водяных паров:

 

Степени черноты компонентов  продуктов горения:

  

  

  

 

 

 

Степени черноты продуктов  горения:

 

Приведенный коэффициент  излучения:

 

где  - коэффициент излучения абсолютно черного тела

- степень черноты металла

- угловой коэффициент

 

 

Температуры заготовок в промежуточных точках интервала нагрева:

 

Коэффициенты теплоотдачи  на границах интервалов:

 

 

Средние значения коэффициентов  теплоотдачи:

 

Суммарные коэффициенты теплоотдачи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет времени нагрева заготовок

 

Критерий Био:

 

где  - расчетная толщина изделия

- коэффициент теплопроводности  заготовок, 

 

 

Время нагрева:

 

где  - теплоемкость металла,

- плотность изделий

- коэффициент формы тела

- коэффициент массивности

 

Общее время нагрева:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Уточнение основных размеров рабочего пространства печи

 

Уточненное число заготовок:

 

где  - масса одной заготовки,

 

 

Уточненная активная площадь:

 

Отношение активных площадей:

 

Найденное значение активной площади отличается менее чем на 15% от первоначально принятой активной площади.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Тепловой баланс

 

Расход теплоты на нагрев металла:

 

Теплота, теряемая через  кладку печи:

 

где  - коэффициент теплоотдачи от кладки к окружающей среде

- коэффициент теплоотдачи от  продуктов горения к кладке

- толщина соответствующего слоя  кладки

- коэффициент теплопроводности  материала кладки

- средняя площадь поверхности  кладки

 

- коэффициент теплопроводности  изоляции

- коэффициент теплопроводности  кладки

 

 

 

 

 

Теплота, теряемая излучением через открытые окна и щели:

 

где  - площадь поверхности окна

- коэффициент диафрагмирования

- доля времени, в течение которого окно открыто, по отношению к общему времени пребывания металла в печи

 

 

Расход топлива:

 

где  - удельный тепловой эффект окисления железа

- величина угара металла

 

 

Теплота от сжигания топлива:

 

Теплота экзотермических  реакций:

 

Физическая теплота  топлива:

 

Физическая теплота  воздуха:

 

Теплота уходящих газов:

 

Неучтенные потери:

 

 

Приход теплоты:

 

Расход теплоты:

Удельный расход топлива: