Расчет двухзонной методической печи - ABCD42.RU

Расчет двухзонной методической печи

РАСЧЕТ МЕТОДИЧЕСКОЙ ТОЛКАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ С ОДНОСТОРОННИМ НАГРЕВОМ МЕТАЛЛА

Описание: Двухзонная методическая печь имеет двухступенчатый температурный режим нагрева. Рассмотрим изменение температуры продуктов горения по зонам. Для этого определим температуры газа

Дата добавления: 2014-12-11

Размер файла: 317.55 KB

Работу скачали: 59 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

ОГЛАВЛЕНИЕ

[2] 1. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

[3] 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЕЧИ

[4] 3. РАСЧЕТ НАГРЕВА МЕТАЛЛА

[4.1] 3.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА В МЕТОДИЧЕСКОЙ ЗОНЕ

[4.2] 3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА В СВАРОЧНОЙ ЗОНЕ

[4.3] 3.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА В ТОМИЛЬНОЙ ЗОНЕ

[5] 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ

[6] 5 ФУТЕРОВКА ПЕЧИ

[7] 6 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕЧИ

[7.1] 6.1 ПРИХОД ТЕПЛА

[7.2] 6.2 РАСХОД ТЕПЛА

[7.3] 6.3 ПОТЕРИ ТЕПЛА ЧЕРЕЗ СВОД ПЕЧИ

[7.4] 6.4 ПОТЕРИ ТЕПЛА ЧЕРЕЗ СТЕНЫ ПЕЧИ

[8] 7. РАСЧЕТ КЕРАМИЧЕСКОГО РЕКУПЕРАТОРА ДЛЯ ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА

[9] 8. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДЫМОВОГО ТРАКТА ПЕЧИ

[9.1] 8.1 ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ВХОДЕ ДЫМОВОГО ПОТОКА В ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДЫМОВЫЕ КАНАЛЫ (ПОВОРОТ НА 90О С ИЗМЕНЕНИЕМ СКОРОСТИ)

[9.2] 8.2 ПОТЕРИ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДЫМОВЫХ КАНАЛАХ

[9.3] 8.3 ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ В БОРОВЕ ДО РЕКУПЕРАТОРА НА ТРЕНИЕ

[9.4] 8.4 ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ НА ДВА ПОВОРОТА НА 90о

[9.5] 8.5 ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ В РЕКУПЕРАТОР

[9.6] 8.6. ПОТЕРИ ДАВЛЕНИ В БОРОВЕ ЗА РЕКУПЕРАТОРОМ НА ТРЕНИЕ

[9.7] 8.7 ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ НА ТРИ ПОВОРОТА НА 90о

[9.8] 8.8 РАСЧЕТ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ

[10] БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

[10.0.1] Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства: учебное пособие к курсовому проектированию / О.В. Сухотина; под ред. И.В. Чуманова; Издательство ЮУрГУ, 2007.

[10.0.2] Расчёт нагревательных и термических печей: справочное издание / С.Б. Василькова, М.М. Генкина, В.Л. Гусовский и др.; под ред. В.М. Тымчака и В.Л. Гусовского. – М.: Металлургия, 1983. – 480 с.

РАСЧЕТ МЕТОДИЧЕСКОЙ ТОЛКАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ С ОДНОСТОРОННИМ НАГРЕВОМ МЕТАЛЛА

Тип печи: 3 — печь методическая толкательная с односторонним нагревом.

Топливо: 6 — природный газ; месторождение Мирнинское (Ставропольский край).

Подогрев топлива: отсутствует.

Подогрев воздуха: 230 о С.

Нагреваемый металл: 12ХМ.

Размеры заготовки: 70х90х3500 мм.

Производительность печи: 140 т/ч.

Тип рекуператора: 2 — керамический.

1. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

Примечание: Все формулы и ссылки взяты из литературы под номером 1 в библиографическом списке.

Состав сухого природного газа: 83,05 CH 4 , 9,13 C 2 H 4 , 1,42 C 3 H 8 , 1,0 C 4 H 10 , 4,09 CO 2 , 1,31 N 2 .

Для сжигания газа выбираем горелку типа «труба в трубе», для данной конструкции горелки коэффициент расхода воздуха n = 1,1.

Влажность природного газа принимаем W = 30 г/м 3 . Произведем пересчет состава сухого газа на влажное (рабочее) состояние.

Состав влажных газов рассчитываем по формулам:

где W P – процентное содержание влаги в рабочем топливе; Х Р , Х С – процентное содержание компонентов природного газа соответственно в рабочей и сухой массах,

Тогда состав влажных газов: 80,067 % СН 4 ; 8,802 % С 2 Н 4 ; 1,37 % С 3 Н 8 ; 0,964 % С 4 Н 10 ; 3,943 % СО 2 ; 1,263 % N 2 ; 3,726 % W P .

Низшую теплоту сгорания находим по формуле

Находим расход кислорода при сжигании природного газа при коэффициенте расхода воздуха n = 1,1 по

Расход сухого воздуха при n = 1,1:

Находим объемы компонентов продуктов сгорания:

Суммарный состав продуктов сгорания:

Процентный состав продуктов сгорания:

Правильность расчета проверяем составлением материального баланса.

Поступило, кг: Получено, кг:

СН 4 0,80067 ∙ 0,714 = 0,572; СО 2 1,0958 ∙ 1,964 = 2,152;

С 2 Н 4 0,08802 ∙ 1,250 = 0,110; N 2 8,275 ∙ 1,250 = 10,344;

С 3 Н 8 0,0137 ∙ 1,964 = 0,0269;

С 4 Н 10 0,09640 ∙ 2,589 = 0,250;

N 2 0,01263 ∙ 1,25 = 0,0158;

СО 2 0,03964 ∙ 1,964 = 0,0779.

Всего 1,0526. Всего 12,496.

Воздух 10,45838 ∙ 1,293 = 13,523.

Итого 14,5756. Невязка 2,0796.

Плотность газа кг/м 3 .

Плотность продуктов сгорания вычислим по формуле

Для определения калориметрической температуры горения найдем энтальпию продуктов сгорания с учетом подогрева воздуха (подогрева газа нет):

где i В = 301,231 кДж/м 3 при t В = 230 ° С (прил. 13).

Зададим температуру t ’ К = 2300 ° С и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания (см. прил. 13):

Находим калориметрическую температуру горения газа заданного состава по следующей формуле:

Действительная температура горения

где – пирометрический коэффициент. Для методических печей он равен 0,7…0,75.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЕЧИ

Ширина рабочего пространства назначается с таким расчетом, чтобы обеспечить свободное продвижение заготовок:

где n – количество рядов заготовок по ширине печи (для данных размеров заготовки и типа печи n целесообразно принять равным 1 или 2); a – зазор между рядами заготовок и между заготовками и стенками печи (а = (0,25. 0,30) м).

Примем n = 1, тогда

Высоту зон принимаем, руководствуясь опытными данными [2]: в методической зоне м; в сварочной зоне м.

3. РАСЧЕТ НАГРЕВА МЕТАЛЛА

Двухзонная методическая печь имеет двухступенчатый температурный режим нагрева. Рассмотрим изменение температуры продуктов горения по зонам. Для этого определим температуры газа , , . Температуру принимают по практическим данным в зависимости от марки стали (прил. 1). Для стали У8ГА °С.

Значения и принимаем по опытным данным [1–3, 6–11]:

В сварочной зоне максимальная температура газов °С. При сжигании заданного топлива может быть получена действительная температура горения °С, что вполне обеспечивает нагрев металла до 1150 °С.

Распределение температур по длине методической зоны показано на рис. 1, б.

Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядка (400…500)°С. Принимаем °С. Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять равной , где S – прогреваемая (расчетная) толщина изделия (так как заготовка имеет размеры 70×90×3500 мм, то, следовательно, м):

Примем температуру поверхности заготовки в конце методической зоны, равной 500 °С.

Теперь находим степень развития кладки (на 1 м длины заготовки) по следующей формуле:

Для методической зоны ;

для сварочной зоны .

Определим эффективную длину луча по следующей формуле:

В методической зоне

в сварочной зоне

3.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА В МЕТОДИЧЕСКОЙ ЗОНЕ

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре:

Парциальные давления СО 2 и H 2 О равны (второй множитель определяется как процентный состав продуктов сгорания деленный на 100):

По номограммам (см. прил. 3) находим степень черноты дымовых газов в начале методической зоны:

Приведенная степень черноты системы (газ-кладка-металл) определится по формуле

Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле

Определяем температурный критерий и критерий Bi по формулам:

где – теплопроводность стали 12ХМ (см. прил. 4).

Определим среднюю температуру металла по формуле

По найденным значениям и по номограмме для поверхности заготовки (см. прил. 5) находим критерий Фурье:

Время нагрева металла в методической зоне печи определим по формуле

где а – температуропроводность, примем равной 9,305∙10 –6 м 2 /с при средней температуре металла 252,5 °С (см. прил. 4);

Определяем температуру центра заготовки в конце методической зоны. Согласно номограмме (см. прил. 7) для центра плиты при , , температурный критерий .

3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА В СВАРОЧНОЙ ЗОНЕ

В сварочной зоне температуру газов будем считать постоянной и равной °С.

Определим степень черноты дымовых газов:

По номограммам (см.прил. 3) находим:

Приведенная степень черноты газов сварочной зоны

Средний по длине сварочной зоны коэффициент теплоотдачи излучением

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале сварочной (в конце методической) зоны по следующей формуле:

Определяем температурный критерий для поверхности заготовки в конце сварочной зоны [5]:

При средней температуре металла

Вт/(м ∙ К) и м 2 /с (см. прил. 4).

Определяем критерий Bi :

По номограмме (см. прил. 7) находим . Определим время нагрева металла в сварочной зоне:

3.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА В ТОМИЛЬНОЙ ЗОНЕ

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны

Допустимый перепад температур в конце нагрева

Так как перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны меньше допустимого перепада температур в конце нагрева, то томильная зона в данной печи не нужна.

Полное время нагрева металла

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ

Для обеспечения производительности 38,89 кг/с в печи одновременно должно находиться следующее количество металла:

Масса одной заготовки

Количество заготовок, одновременно находящихся в печи

При двухрядном расположении заготовок общая длина печи

При ширине печи м площадь пода

Высоты зон оставляем теми же, что были приняты при ориентировочном расчете. Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева металла в каждой зоне.

Длина методической зоны

длина сварочной зоны

5 ФУТЕРОВКА ПЕЧИ

Учитывая температурный режим и непрерывную работу методической печи, выбираем огнеупорные и теплоизоляционные материалы для футеровки.

Свод печи выполняем подвесного типа из каолинового кирпича толщиной 300 мм.

Под выполняем трехслойным: тальковый кирпич толщиной 230 мм; шамот толщиной 230 мм и тепловая изоляция (шамотный легковес ШЛ-1,0) толщиной 115 мм. Толщина пода 575 мм.

Стены – шамот класса Б (рабочий слой), а изоляционный слой составляет легковесный шамот ШЛ-1,0. Примем толщину шамотного слоя равной 345 мм, а толщину изоляционного слоя равной 180 мм. Стены имеют толщину 525 мм.

6 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕЧИ

6.1 ПРИХОД ТЕПЛА

Тепло от горения топлива

где В – расход топлива, м 3 /с;

Тепло, вносимое подогретым воздухом

где i В – энтальпия воздуха при температуре t В = 230 °С (см. прил. 13); V В – расход сухого воздуха, рассчитанный в п. 2.1;

Тепло экзотермических реакций (принимаем, что угар металла составляет 1%, а при окислении 1 кг металла выделяется 5652 кДж)

где Р – производительность печи, кг/с; а – угар металла;

6.2 РАСХОД ТЕПЛА

Тепло, затраченное на нагрев металла

где – энтальпии малоуглеродистой (12ХМ) стали (см. прил. 4);

Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами

Находим энтальпию продуктов сгорания i П.С при температуре t 0Г = 700 °С (см. прил. 13):

i П.С = 815,715 кДж/м 3 .

Потери тепла теплопроводностью через кладку. Потерями тепла через под в данном примере пренебрегаем.

6.3 ПОТЕРИ ТЕПЛА ЧЕРЕЗ СВОД ПЕЧИ

Площадь свода принимаем равной площади пода F С = 157,768 м 2 ; толщина свода 0,3 м; материал – каолин. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна средней по длине печи температуре газов, которая равна

Читайте также  Фигуры речи 2

Примем температуру окружающей среды равной t ОК = 20 °С, а температуру наружной поверхности свода t НАР = 300 °С.

При средней по толщине температуре свода

коэффициент теплопроводности каолина (см. прил. 10)

Тогда потери тепла через свод печи

6.4 ПОТЕРИ ТЕПЛА ЧЕРЕЗ СТЕНЫ ПЕЧИ

Стены печи состоят из слоя шамота класса Б толщиной = 0,345 м и слоя легковесного шамота ШЛ-1,0 толщиной = 0,180 м.

Наружная поверхность стен:

Полная площадь стен

Теплопроводность шамотного (класс Б) кирпича (см. прил. 10)

теплопроводность легковесного шамота класса ШЛ-1,0 (см. прил. 10)

Пусть t ’ – температура на границе раздела слоёв, тогда

Принимаем температуру наружной поверхности стенки ° C .

При стационарном режиме плотность теплового потока через шамотную кладку и кладку легковесного шамота будет одинаковой:

Или с учётом зависимости коэффициентов теплопроводности от температуры:

Получили квадратное уравнение: .

Решив его, получим:

Тепловой поток через стенку печи при стационарном режиме

Проверяем принятое значение температуры наружной поверхности стенки:

Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку

Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаются равными 10% от тепла, вносимого топливом и воздухом:

Неучтенные потери тепла определяем по следующей формуле:

Уравнение теплового баланса будет иметь вид

Расход топлива для методической печи

Тепловой баланс методической печи представлен в табл. 1.

Таблица 1. Тепловой баланс методической печи:

Нагревательные печи металлургии. Методические печи прокатного производства. Режимы нагрева заготовок в многозонных методических печах

Методическая печь – проходная печь для нагрева металлических заготовок перед обработкой давлением (прокатка, ковка, штамповка). В свою очередь проходной печью называется печь непрерывного действия, в которой нагреваемые заготовки движутся вдоль печи, перемещаемые толкателем, рольгангом или другими механизмами. Загрузка и выгрузка проходной печи производятся через окна в торцовых стенах печи или в боковых стенках вблизи торцов.

В методической печи заготовки обычно передвигаются навстречу движению продуктов сгорания топлива; при таком противоточном движении достигается высокая степень использования теплоты, подаваемой в печь. Хотя встречаются прямоточные и прямопротивоточные печи. Заготовки проходят последовательно три теплотехнические зоны: методическую (зону предварительного подогрева), сварочную (зону нагрева) и томильную (зону выравнивания температур в заготовке). Иногда томильная зона может отсутствовать.

Методические печи классифицируют: а) по числу зон отопления в сварочной зоне плюс методическая зона, и, если есть, томильная зона (2-, 3-, 4-, 5-зонные); б) по способу транспортирования заготовок (толкательные, с подвижными балками и др.); в) по конструктивным особенностям (с нижним обогревом, с наклонным подом, с плоским сводом и т.д.).

Методические печи отапливают газообразным или жидким топливом с помощью горелок или форсунок.

Стандартные режимы нагрева металла в двухзонных, трёхзонных и многозонных методических печах приведены на рис. 9.6. Можно отметить, что, в отличие от нагрева металла в колодцах, тепловой поток на поверхность металла в начальный период нагрева (методическая зона) нарастает. Одновременно температура поверхности сначала резко увеличивается (скорость нагрева максимальная), а затем повышается медленнее (скорость нагрева падает) с постепенным увеличением скорости к концу методической зоны.

Преимущество многозонных печей перед двухзонными: гибкость в регулировке режима нагрева и, соответственно, меньший расход топлива при высоком качестве нагрева металла. Недостаток: усложнение конструкции системы отопления.

а ‑ 2-зонная печь; б ‑ 3-зонная печь; в ‑ многозонная печь; tг ‑ температура дыма; tух ‑ температура уходящего дыма; t ‑ начальная температура металла; tп ‑ температура поверхности металла; tс ‑ температура середины металла; qп ‑ плотность теплового потока на поверхности металла

Рис. 9.6 – Режимы нагрева заготовок в зависимости от числа зон методической печи (L ‑ длина печи)

Под качеством нагрева понимается: точность получения заданных температур в конце нагрева, величина окисления и обезуглероживания по­верхности заготовок, точность сохранения формы заготовок после воздействия термических напряжений. Ориентировочные значения отдельных показателей качества: температура нагрева заготовок в методических печах – 1100‑1250 °С; перепад температуры в конце нагрева – 400‑1000 °С/метр толщины заготовки; количество окислившегося металла – 0,5‑2 %; толщина обезуглероженного слоя – 0,5‑1,5 мм.

В дальнейшем изложении мы будем различать печи по способу транспортирования и рассмотрим следующие печи: толкательную печь, печь с шагающим подом, кольцевую печь, печь с шагающими балками и секционную печь. Мы не выделяем секционную печь в отдельную группу методически-камерных печей, как иногда делается в литературе, а относим к методическим печам, т.к. по своей сути секционная печь в первую очередь все-таки проходная печь и подходит под общее определение методических печей.

Материальный и тепловой балансы методических печей во многом схожи по своей структуре, – отличия связаны с числовыми показателями. Ориентировочные балансы приведены в табл. 9.3 и 9.4. В качестве основы в этих балансах взята толкательная печь.

Таблица 9.3 – Ориентировочный материальный баланс процессов в рабочем

пространстве методической печи (кг/кг нагретого металла)

Приход На 1 кг металла Расход На 1 кг металла
1. Загружаемый металл 1,015 1. Нагретый металл 1,000
2. Воздух для горения топлива 0,814 2. Продукты горения, в т.ч. – продукты горения топлива ‑ 1,031; – азот воздуха от окисления железа ‑ 0,018; 1,049
3. Топливо (коксодоменная смесь) 0,217 3. Окалина 0,021
4. Воздух для окисления железа 0,024
Итого 2,070 Итого 2,070

Методические печи характеризуются наличием нескольких зон по длине печи. Так как тепловой баланс обычно составляется для определения расхода топлива и выбора горелок, то тепловой баланс методических печей часто приходится составлять для отдельных зон. В частности, для секционных печей, включающих 20 и более секций, тепловой баланс может быть составлен для каждой секции.

Таблица 9.4 – Ориентировочный тепловой баланс методической печи (на 1 кг

Конструкция, методика расчёта толкательных методических печей

Трейдинг криптовалют на полном автомате по криптосигналам. Сигналы из первых рук от мощного торгового робота и команды из реальных профессиональных трейдеров с опытом трейдинга более 7 лет. Удобная система мгновенных уведомлений о новых сигналах в Телеграмм. Сопровождение сделок и индивидуальная помощь каждому. Сигналы просты для понимания как для начинающих, так и для опытных трейдеров. Акция. Посетителям нашего сайта первый месяц абсолютно бесплатно .

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 сч

ет 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. Конструкция методических печей

Конструкция методической печи зависит от характеристик нагреваемого металла, производительности стана и вида топлива, на котором работает печь. Параметры нагреваемого металла определяют наличие или отсутствие следующих важных составных частей печи: нескольких участков подвода топлива в сварочную зону, томильной зоны и зоны нижнего подогрева. От формы заготовок зависит горизонтальное или наклонное расположение пода печи.

При нагреве тонких заготовок (50 – 60 мм), которые и с одной стороны прогреваются достаточно быстро, можно не применять нижний обогрев. Нагревая цилиндрическую заготовку, которую нельзя проталкивать, необходимо делать наклонный под по всей длине, чтобы заготовки могли перекатываться.

Производительность прокатного стана или кузнечно-прессовой установки определяет общую производительность печи и их размеры. Вид применяемого топлива обусловливает выбор таких конструктивных элементов печи, как рекуператоры и горелки. В качестве топлива для методических печей используются смеси коксового и доменного газов с различной теплотой сгорания, природный газ и различные смеси природного, коксового и доменного газов, а также жидкое топливо – мазут.

Для достижения требующейся рабочей температуры в печи необходимо, чтобы калориметрическая температура горения составляла 1800оС и более. Подобная калориметрическая температура может быть достигнута при использовании:

1) высококалорийного топлива, – газа с теплотой сгорания выше 12570 кДж/м3 или мазута. В этом случае утилизация тепла отходящих дымовых газов преследует только одну цель – повысить экономичность работы печи (снизить расход топлива), а для повышения калориметрической температуры подогрев воздуха и газа в данном случае необязательны;

2) холодного газа, характеризуемого средней теплотой сгорания, равной 8400 кДж/м3, с подогревом воздуха до 450 – 500оС и применением горелок любой конструкции – как с предварительным, так и с внешним смешением;

3) газа с низкой теплотой сгорания, т. е. =5000+5800 кДж/м3, вплоть до чистого доменного газа с подогревом воздуха до 500 – 550оС и газа до 250 – 300оС, а также обязательно с применением инжекционных горелок, обеспечивающих хорошее смешение топлива с воздухом.

Методические печи, работающие на газообразном топливе с низкой теплотой сгорания. Подобная конструкция была создана под руководством Б. Р. Именитова (рисунок 1). В печи предусмотрена боковая выдача, отапливают при помощи инжекционных горелок, которые работают на подогретом воздухе (до 550о) и – газе (до 300о). применение инжекционных горелок позволяет наиболее рационально использовать химическое тепло топлива, так как при беспламенном горении достигается ускорение процессов горения и приближение действительной температуры горения к теоретической (при уменьшении избытка воздуха и доведения до минимума недожога топлива).

Читайте также  Редуктор двухступенчатый соосный двухпоточный

Рисунок 1 – Двухзонная методическая печь старой конструкции

В этих печах воздух для горения засасывается из атмосферы через расположенный под печью керамический рекуператор (объемом 125 м3) и систему воздухопроводов. Аэродинамическое сопротивление воздушного пути преодолевается за счет геометрического напора подогретого воздуха, движущегося вверх через рекуператор и воздухопроводы, а также за счет инжектирующего действия горелок. Газообразное топливо обычно подогревается в трубчатом металлическом рекуператоре, устанавливаемом в дымовом борове последовательно за воздушным рекуператором. Управление печами может быть автоматизировано, причем автоматика работает наиболее эффективно при отоплении одним доменным газом. Подобные печи работают весьма эффективно, обеспечивая удельную производительность

550 кг/м2час при удельном расходе топлива 500 ккал/кг и пока являются более совершенными. Однако эти печи имеют большое количество недостатков. Дело в том, что практически они работают на пределе своих возможностей. Повысить температуру подогрева воздуха выше 550о нельзя, во избежание самовоспламенения смеси в корпусе горелки. Осуществить устойчивый подогрев газа выше 300о также трудно, поскольку температура дымовых газов за керамическим рекуператором не превышает 550 – 600о.

Вместе с тем конструкции инжекционных горелок исключают их применение для сжигания газообразного топлива с высоким содержанием водорода и в случаях смешанного газо-мазутного отопления.

Методические печи, работающие на газе высокой теплоты сгорания. В печах, работающих на топливе высокой теплоты сгорания, подогрев газа не является необходимым. Подогрев воздуха в металлических рекуператорах до 300 – 400о необходим только в тех печах, которые работают на топливе теплотой сгорания 2000 – 2500 ккал/м3. при теплоте сгорания выше 2500 ккал/м3 подогрев воздуха для достижения необходимой температуры горения необязателен, однако для уменьшения расхода топлива подогрев воздуха всегда целесообразен.

Расчет трёхзонной методической печи с двухсторонним обогревом

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Января 2014 в 15:17, курсовая работа

Краткое описание

Исходные данные:
Наименование печи: трёхзонная методическая печь с двухсторонним обогревом.
Производительность: 180 т/ч
Нагреваемый металл: 20 Г
Начальная температура материала: tн =15 ºС
Конечная температура материала (поверхности): tпк = 1200°С

Вложенные файлы: 1 файл

расчёт трёхзонной методической печи.doc

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(нац. исследовательский университет)

Факультет «Заочный инженерно-экономический»

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Расчет трёхзонной методической печи с двухсторонним обогревом

к курсовой работе

по дисциплине «энергоиспользование в энергетике и технологии»

студент группы ЗФ — 415

Проект защищён с оценкой

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

на курсовую работу

по дисциплине «Энергоиспользование в энергетике»

для студентов специальности 140104

Факультет: Заочный инженерно — экономический

Студент: Малова Ю.А

  1. Наименование печи: трёхзонная методическая печь с двухсторонним обогревом.
  2. Производительность: 180 т/ч
  3. Нагреваемый металл: 20 Г
  4. Начальная температура материала: tн =15 ºС
  5. Конечная температура материала (поверхности): tпк = 1200°С
  6. Конечный перепад температур по сечению слитка, заготовки: Δ tк = 30°С
  7. Вид топлива, калорийность: доменный – 70 % ; коксовый– 30 %
  8. Химический состав газов, %

Руководитель курсовой работы: Реш А.Г.

Зав. кафедрой ПТЭ Торопов Е.В.

Малова Ю.А. Расчет трёхзонной методической печи с двухсторонним обогревом . – Челябинск: ЮУрГУ, ЗФ, 2013, 30 с. Библиографический список – 4 наименования.

В пояснительную записку входит расчет основных размеров печи, продолжительности нагрева заготовки в различных зонах печи. Определение приходных и расходных статей баланса и на их основе определение расхода топлива, технологического КПД и коэффициента использования топлива.

Введение.

Основной задачей управления процессом нагрева металла в методической печи является выбор и поддержание такого теплового режима, чтобы получить металл, прогретый равномерно по сечению до заданной температуры, с заданной кристаллической структурой и обладающий заданными не химическими свойствами, а также обеспечить нужный процесс и до минимума уменьшить угар (окисление) металла, создать экономичную, безопасную и безаварийную работу печи. Система регулирования температуры предназначена для поддержания заданной температуры в каждой зоне печи в отдельности, с учетом изменения производительности. Поддержание температуры в каждой зоне производится изменением подачи газа в каждую зону. Температура в печи должна поддерживаться с высокой точностью.

При увеличении температуры металл теряет свою кристаллическую решетку, она начинает распадаться, будет происходить оплавление слитков, они становятся мягкими и теряют свои характеристики. Так же будет увеличиваться количество угара. Кроме получения бракованных слитков идет перерасход топлива, что ведет к неэкономной работе печи.

При уменьшении температуры в рабочем пространстве печи, слиток не равномерно прогревается по сечению. Непрогретый металл имеет жесткую форму и происходит коррозия металла, что приводит к невыполнению дальнейшей обработки.

В период нагрева металла, когда его температура и температура в печи ниже заданной, в печь подается максимально допустимое количество топлива. В период выдержки в верхней зоне регулятор обеспечивает необходимую температуру, изменяя расход газа. По мере прогрева металла тепловая нагрузка в печи снижается тогда, когда температура в печи становится меньше заданной. Величина максимальной тепловой нагрузки определяется стойкостью конструктивных элементов кладки, свода. При нагреве холодных заготовок из высокоуглеродистой и легированных сталей необходимо ограничивать скорость подъема температуры и тепловой нагрузки, чтобы избежать расстрескивание заготовок из-за возникновения больших термических напряжений.

На температуру и на ее изменения влияют:

  • изменение марки, размера заготовки;
  • изменение производительности печи;
  • открытие окон при загрузке, выгрузке заготовок и контроля параметров печи;
  • изменения параметров топлива (состав, давление, температура, теплота сгорания);
  • изменение параметров воздуха (давление, температура, влажность);
  • изменение соотношения “газ-воздух”;
  • изменение тяги дымовой трубы.

Методическая печь, как объект регулирования является объектом статистическим, т.е. имеет самовыравнивание. Это объект большой емкости и обдает большим запаздыванием. В процессе нагрева изменяются динамические параметры, коэффициент передачи и постоянная времени, что требует перенастройки средств регулирования в процессе работы.

Методические печи применяются, для нагрева металла перед прокаткой на сортовых и листовых прокатных станах.

Методическая печь разделена на зоны. Металл нагревается непрерывно, постепенно перемещаясь из одной зоны в другую. В каждой зоне поддерживается заданная для нее температура. Зоны имеют разное назначение:

а) методическая зона или зона предварительного нагрева:

Как правило, эта зона не отапливается. Нагрев металла осуществляется за счет тепла отходящих дымовых газов, поступающих из других зон.

б) сварочная зона:

Металл нагревается интенсивно за счет подачи тепла от теплоносителя.

в) томильная зона:

Происходит полный нагрев заготовки. Чем толще заготовка, тем больше температура и тепла необходимо для ее нагрева.

г) нижняя сварочная зона:

Служит для интенсивного нагрева металла снизу.

В методические печи загружают холодные или горячие (600-800 0 С) заготовки. Заготовки подаются в печь через окно посада наиболее холодную часть печи, т.е. со стороны методической зоны так, чтобы их продольные оси были перпендикулярны продольной оси печи, а боковые грани соприкасались по всей длине. Уложенные таким образом заготовки занимают всю активную площадь печи. Когда очередная заготовка подается в печь, толкатель продвигает все заготовки вдоль печи в более горячую часть – к окну выдачи и выдается одна нагретая заготовка. Продвигаясь в печи, металл нагревается постепенно до определенной температуры за счет сгорания топлива, поступающего через инжекционные горелки, которые устанавливаются по шесть штук в верхней и нижней зонах по ширине печи. Для наилучшего горения в горелки поступает воздух из атмосферы. Перед тем, как топливо поступает в горелки, его подогревают в рекуператоре. Рекуператор нагревается с помощью отходящих дымовых газов. Температура нагрева воздуха должна быть не менее 300 0 С. Это придает топливу эффективное и экономическое горение при нагреве металла.

Нагрев каждой марки стали, осуществляется по специальной инструкции.

При нагреве металла в сварочной зоне температура поверхности заготовки приближается к заданной, т.е. 1300 0 С, в то время температура середины заготовки может быть еще низкой. Для ускорения нагрева заготовки служит нижняя сварочная зона, при наличии этой зоны в методической и сварочной зонах, заготовка лежит на водоохлаждаемых трубах. По ним слябы продвигаются в печи. А в области контакта с этими трубами на заготовки образуются холодные пятна. С целью выравнивания температуры по сечению заготовки и устранения холодных пятен предусматривается часть печи, где заготовку выдерживают на томильном огнеупорном поде. Эту часть печи конструктивно оформляют, как отдельную зону – томильная, с индивидуальным отоплением.

Продукты сгорания топлива, сжигаемого в томильной и сварочной зонах, отводятся через методическую зону, таким образом, в печи заготовка и продукты сгорания движутся противоточно.

После того, как металл нагрели до определенной температуры, его при помощи все тех же толкателей выталкивают из печи и по рольгангам он поступает на многоклетьевой стан.

1. Расчёт горения топлива

Целью расчета является определение расхода воздуха, количества и состава продуктов сгорания.

Для отопления нагревательных печей главным образом применяют газообразное топливо. Состав газообразного топлива задается в виде процентного содержания составных компонентов смеси. Влага задается в виде массы воды на единицу объема сухого газа W, г/м 3 .

1) Пересчитаем состав сухого газа на влажный, для этого определим содержание водяного пара в газах (формула 1.1 [1])

и состав влажных газов (формула 1.2 [1])

где: xi вл , xi с – объёмные доли компонента соответственно во влажных и сухих газах. Пересчитанные составы сводим в таблицу 1:

Конструкция, методика расчёта толкательных методических печей

Автор: Пользователь скрыл имя, 17 Ноября 2010 в 12:42, курсовая работа

Описание работы

1. Представить общие сведения о печных установках, а также краткую характеристику печей

2. Конструкция толкательной методической печи чёрной металлургии, работа печи и применение печи в производстве

3. Принцип действия и устройства толкательной методической печи, её производительность и технико-экономические показатели на производстве

4. Методика расчёта печи

Читайте также  Эффект кривой опыта и процесс обучения
Содержание

Введение 4
1.Конструкция толкательных методических печей 5
1.1 Профиль печного канала 8

1.2 Конструкция пода и транспортирующих устройств 10

1.3 Режим нагрева металла 10

1.4 Глиссажные трубы 12

2 Методика расчета печи 14

2.1 Расчет горения топлива 15

2.2 Время нагрева металла 17

2.2.1 Определение времени нагрева металла в методической зоне18

2.2.2 Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне 20

2.2.3 Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне 21

2.2.4 Определение времени томления метала 22

2.3 Определение основных размеров печи 23

2.4 Тепловой баланс 24

2.5 Расчет рекуператора для подогрева воздуха 28

2.6 Выбор горелок 33

Список использованных источников 35

Работа содержит 1 файл

Конструкция, методика расчёта толкательных методических печей.doc

Задание 3

Введение 4

  1. Конструкция толкательных методических печей 5

1.1 Профиль печного канала 8

1.2 Конструкция пода и транспортирующих устройств 10

1.3 Режим нагрева металла 10

1.4 Глиссажные трубы 12

2 Методика расчета печи 14

2.1 Расчет горения топлива 15

2.2 Время нагрева металла 17

2.2.1 Определение времени нагрева металла в методической зоне18

2.2.2 Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне 20

2.2.3 Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне 21

2.2.4 Определение времени томления метала 22

2.3 Определение основных размеров печи 23

2.4 Тепловой баланс 24

2.5 Расчет рекуператора для подогрева воздуха 28

2.6 Выбор горелок 33

Список использованных источников 35

Задание на курсовую работу

1. Представить общие сведения о печных установках, а также краткую характеристику печей

2. Конструкция толкательной методической печи чёрной металлургии, работа печи и применение печи в производстве

3. Принцип действия и устройства толкательной методической печи, её производительность и технико-экономические показатели на производстве

4. Методика расчёта печи

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 Конструкция методических печей

Конструкция методической печи зависит от характеристик нагреваемого металла, производительности стана и вида топлива, на котором работает печь. Параметры нагреваемого металла определяют наличие или отсутствие следующих важных составных частей печи: нескольких участков подвода топлива в сварочную зону, томильной зоны и зоны нижнего подогрева. От формы заготовок зависит горизонтальное или наклонное расположение пода печи.

При нагреве тонких заготовок (50 – 60 мм), которые и с одной стороны прогреваются достаточно быстро, можно не применять нижний обогрев. Нагревая цилиндрическую заготовку, которую нельзя проталкивать, необходимо делать наклонный под по всей длине, чтобы заготовки могли перекатываться.

Производительность прокатного стана или кузнечно-прессовой установки определяет общую производительность печи и их размеры. Вид применяемого топлива обусловливает выбор таких конструктивных элементов печи, как рекуператоры и горелки. В качестве топлива для методических печей используются смеси коксового и доменного газов с различной теплотой сгорания, природный газ и различные смеси природного, коксового и доменного газов, а также жидкое топливо – мазут.

Для достижения требующейся рабочей температуры в печи необходимо, чтобы калориметрическая температура горения составляла 1800 о С и более. Подобная калориметрическая температура может быть достигнута при использовании:

1) высококалорийного топлива, – газа с теплотой сгорания выше 12570 кДж/м 3 или мазута. В этом случае утилизация тепла отходящих дымовых газов преследует только одну цель – повысить экономичность работы печи (снизить расход топлива), а для повышения калориметрической температуры подогрев воздуха и газа в данном случае необязательны;

2) холодного газа, характеризуемого средней теплотой сгорания, равной 8400 кДж/м 3 , с подогревом воздуха до 450 – 500 о С и применением горелок любой конструкции – как с предварительным, так и с внешним смешением;

3) газа с низкой теплотой сгорания, т. е. =5000+5800 кДж/м 3 , вплоть до чистого доменного газа с подогревом воздуха до 500 – 550 о С и газа до 250 – 300 о С, а также обязательно с применением инжекционных горелок, обеспечивающих хорошее смешение топлива с воздухом.

Методические печи, работающие на газообразном топливе с низкой теплотой сгорания. Подобная конструкция была создана под руководством Б. Р. Именитова (рисунок 1). В печи предусмотрена боковая выдача, отапливают при помощи инжекционных горелок, которые работают на подогретом воздухе (до 550 о ) и – газе (до 300 о ). применение инжекционных горелок позволяет наиболее рационально использовать химическое тепло топлива, так как при беспламенном горении достигается ускорение процессов горения и приближение действительной температуры горения к теоретической (при уменьшении избытка воздуха и доведения до минимума недожога топлива).

Рисунок 1 – Двухзонная методическая печь старой конструкции

В этих печах воздух для горения засасывается из атмосферы через расположенный под печью керамический рекуператор (объемом 125 м 3 ) и систему воздухопроводов. Аэродинамическое сопротивление воздушного пути преодолевается за счет геометрического напора подогретого воздуха, движущегося вверх через рекуператор и воздухопроводы, а также за счет инжектирующего действия горелок. Газообразное топливо обычно подогревается в трубчатом металлическом рекуператоре, устанавливаемом в дымовом борове последовательно за воздушным рекуператором. Управление печами может быть автоматизировано, причем автоматика работает наиболее эффективно при отоплении одним доменным газом. Подобные печи работают весьма эффективно, обеспечивая удельную производительность

550 кг/м 2 час при удельном расходе топлива 500 ккал/кг и пока являются более совершенными. Однако эти печи имеют большое количество недостатков. Дело в том, что практически они работают на пределе своих возможностей. Повысить температуру подогрева воздуха выше 550 о нельзя, во избежание самовоспламенения смеси в корпусе горелки. Осуществить устойчивый подогрев газа выше 300 о также трудно, поскольку температура дымовых газов за керамическим рекуператором не превышает 550 – 600 о .

Вместе с тем конструкции инжекционных горелок исключают их применение для сжигания газообразного топлива с высоким содержанием водорода и в случаях смешанного газо-мазутного отопления.

Методические печи, работающие на газе высокой теплоты сгорания. В печах, работающих на топливе высокой теплоты сгорания, подогрев газа не является необходимым. Подогрев воздуха в металлических рекуператорах до 300 – 400 о необходим только в тех печах, которые работают на топливе теплотой сгорания 2000 – 2500 ккал/м 3 . при теплоте сгорания выше 2500 ккал/м 3 подогрев воздуха для достижения необходимой температуры горения необязателен, однако для уменьшения расхода топлива подогрев воздуха всегда целесообразен.

Помимо топлива, конструкция методических печей в значительной мере зависит от требуемой производительности.

Высокая производительность методических печей может быть обеспечена путем увеличения размеров печей и повышения удельной их производительности. Для повышения удельной производительности печей необходимо вести нагрев металла форсировано, для чего следует поднять температурный уровень по всей длине печи. С этой целью стали применять печи с двумя рядами горелок в верхней части сварочной зоны печей. Одна из таких печей для нагрева слябов к непрерывному тонколистовому стану представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Методическая нагревательная печь с сдвоенной сварочной зоной

Печь рассчитана на отоплении топливом с высокой теплотой сгорания при подогреве воздуха в керамическом рекуператоре до400 – 450 о . Воздух просасывается через рекуператор при помощи эксгаустера. Применяются турбулентные горелки низкого давления.

Установка четвертой линии горелок позволяет повысить температуру дымовых газов хвосте печи до 1100 – 1150 о и обеспечить удельную производительность

600 кг/м 2 час. Подобные печи, ширина и длина которых соответственно равны около 10 и 30 м, обеспечивают при холодном посаде производительность 150 т/час, а при горячем – 200 т/час.

Методические печи, работающие на жидком топливе. На методических печах мазут применяется не только как дополнительное, но и как основное.

Применение мазута в качестве дополнительного топлива позволяет увеличить производительность методических печей на 10 – 15%, однако при одновременном увеличении удельного расхода топлива.

В качестве основного топлива мазут применяют как на двухзонных, так и на трехзонных методических печах. Высокая температура горения мазута позволяет получать хорошую производительность печей при работе на холодном воздухе. В зависимости от размеров методических печей для сжигания могут быть применены форсунки низкого и высокого давления.

Методические печи для нагрева трубной заготовки. Круглые, трубные заготовки нельзя проталкивать через печь, поэтому их нагревают в печах с наклонным подом, по которому и перекатывают. Такие печи называются ролевыми методическими.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: