Расчет дымового тракта

 

  

                                            АННОТАЦИЯ

С. 43, рис. 7, табл. 6, прил. 1, библ. 8 назв.

    В данной работе представлен расчет  методической печи с двусторонним обогревом.

    Графическая часть, продольный разрез методической печи выполнена на одном листе формата А4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1. Расчёт горения топлива…………………………………………………………5
2. Расчёт нагрева металла……………………………………………………..…..10
1. Расчёт основных размеров рабочей камеры и

параметров  внешнего теплообмена…………………………………….…….10

2. 1-я ступень нагрева – методическая зона ……………………………..…10

     2.3. 2-я ступень нагрева – сварочная зона …………………………….……..13

2.4. 3-я ступень нагрева – томильная зона..……………………………….…16

3. Тепловой баланс методической печи….……………………………………..18
4. Выбор горелочных устройств …….……………………….…………………29
5. Расчёт керамического рекуператора …………………………………………32
6. Расчет  газового, воздушного и дымового

трактов нагревательных печей………………...………………………………...38

_{7. Расчет дымовой трубы…………………………………………………40}

Библиографический список….………….…….………………………………….42

Приложения………………………..………….…….…………………………….43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчёт горения топлива

Производим расчет горения смеси коксо-доменного газа с теплотой сгорания Q^p_н=8350 кДж/м³  в нагревательном колодце для нагрева слитков до 1225^оС.

Из справочной литературы берем состав сухих газов.

Таблица 1

Состав  сухих газов,%

Газ	Н2	СО	СО2	С2Н4	N2	О2	СН4	Всего
доменный	3,3	27,4	10,0	-	58,4	-	0,9	100
коксовый	50,8	5,4	2,3	1,7	12,3	1,0	26,5	100

 

Принимаем влажность газов:

• доменного W=30 г/м³,
•    коксового W=30 г/м³.

Определяем  содержание влаги во влажном газе:

доменном 

Н₂О=100×30/(803,6+ 30)=3,6 %,

коксовом 

Н₂О=100×30/(803,6+ 30)=3,6 %,

       Пересчитаем состав сухих газов на влажные:

-доменный газ

Содержание  H₂ во влажном газе:

=3,18 %.

Аналогично  находим содержание других компонентов  во влажном доменном газе.

                                                                                                                 Таблица 2

Химический  состав влажного доменного газа, %:

Состав	СО2	СО	СH4	C2H4	H2	N2	О2	H2O	Всего
Доменный	9,64	26,41	0,87	-	3,18	56,3	-	3,6	100
Коксовый	2,21	5,21	25,55	1,64	48,97	11,86	0,96	3,6	100

 

Определяем  низшую теплоту сгорания газов:

• доменного

Q_н^Р=126,45×СО+107,6×Н₂+358×СН₄=3993,17 кДж/м³

• коксового

Q_н^Р=358×СН₄+590,37× С₂Н₄+126,45×СО+107,6×Н₂=16043,08 кДж/м³

Находим долю доменного газа в смеси:

=0,639

Доля природного газа (1- )=0,361.

Определяем  состав смеси влажного газа:

Х= ×Х₁+(1- )×Х₂,

где Х₁-содержание данного компонента (например СО₂,% ) в доменном газе;

       Х₂-то же, в коксовом газе.

Находим содержание СО₂ в смешанном газе:

=0,639×9,64+2,21×0,361=6,96 %

Аналогично определяем содержание других компонентов смешанного газа и получаем его состав, %:

                                                                                                                 Таблица 3

СО2	СО	СH4	C2H4	H2	N2	О2	H2O	Всего
6,96	18,75	9,78	0,59	19,71	40,26	0,35	3,6	100

 

       Для проверки точности расчета определяем теплоту сгорания смешанного газа:

Q_н^Р=126,45×СО+107,6×Н₂+358×СН₄+590,37×С₂Н₄=8341,3кДж/м³

Определяем ошибку теплоты сгорания:

dQ= ×100=8,7/8350 =0,1 %<0,5%.

Разность между расчетной  и заданной теплотой сгорания смешанного газа не превышает ± 0,5 %.

Табличным способом рассчитываем удельное теоретическое количество воздуха и продуктов горения (табл. 2)

Таблица 4

Расчет  горения топлива

Участвуют в горении							Образуются при горении газообразных продуктов
Топливо				Воздух
Сос- тав	Содер жание %	Кол- во, м3	Реакции горения	О2, м3	N2, м3	Все го м3	СО2, м3	Н2О, м3	N2, м3	Всего м3
Н2	19,71	19,71	Н2+0,5О2=Н2О	9,86	40,21*3,76=151,19	40,21+151,19=191,4	-	19,71		19,71
СО	18,75	18,75	СО+0,5О2= СО2	9,37			18,75	-		18,75
СН4	9,78	9,78	СН4+2О2=СО2+2Н2О	19,56			9,78	19,56		29,34
СО2	6,96	6,96	-				6,96	-		6,96
N2	40,26	40,26	-				-	-	40,26	40,26
С2Н4	0,59	0,59	С2Н4+3О2=2СО2+2Н2О	1,77			1,18	1,18		2,36
О2	0,35	0,35	-	-0,35			-	-	151,19	151,19
Н2О	3,6	3,6	-				-	3,6		3,6
Всего	100	100		40,21	151,19	191,4	36,67	44,05	191,45	272,17
На 1 м3 газа				0,40	1,51	1,91	0,37	0,44	1,91	2,72

 

      Используя данные табл.2, определяем удельное действительное количество воздуха, количество и состав продуктов горения для принятого коэффициента расхода воздуха a=1,15.

Удельное количество воздуха:

V_В=V_В⁰+(a-1)× V_В⁰=1,91+0,2865=2,20 м³/м³

        Удельное количество продуктов горения:

V_п= V_п⁰+(a-1)×V_В⁰=2,72+0,15×1,91=3,01 м³/м³.

Удельное  количество азота:

V_N= V_N⁰+(a-1)×V_NВ⁰=1,91+0,227=2,14 м³/м³.

Удельное  количество кислорода:

V_О= (a-1)×V_ОВ⁰=0,06 м³/м³.

Удельное  количество других компонентов продуктов  горения (табл. 2):

=0,37 м³/м³ , =0,44 м³/м³.

Состав  продуктов горения:

СО₂= /V_п×100%=12,29%,

N₂=V_N2/V_п×100%=71,1%,

Н₂О= /V_п×100%=14,62%,

О₂=V_О2/ V_п×100%=1,99%.

Плотность смешанного газа:

+    +M_H2O×Н₂О/(100×22,4)=1,003 кг/м³.

Плотность продуктов горения:     

=1,276 кг/м³.

r_во=1,293 кг/м³  -  плотность воздуха.

Точность  расчета проверяем составлением материального баланса горения  на 1 м³ газа.

Поступило:

- газа              r_ГО×V_Г = 1,003×1=1,003 кг;

- воздуха        r_во×V_В = 2,20×1,293=2,845 кг.

Итого:    М_у =3,848 кг.

Получено  продуктов сгорания:

               М_п =r_по×V_п = 3,01×1,276=3,841 кг.

Баланс  выполнен, если невязка меньше 0,5%:

.

Расчет  калориметрической температуры  горения.

Энтальпия продуктов горения:

i_п=Q^p_н/V_п=8341,3/3,01=2771,2 кДж/м³.

Предварительно  принимаем температуру t_к^’=1600°C и находим энтальпию продуктов горения:

 

        i’_п =(3815,86×12,29+2979,13×14,62

+2328,65×71,10+2463,97×1,99)×10^-2=2609,22 кДж/м³.

Так как i’_п < i_п, то действительная калориметрическая температура горения больше 1600°C.

        Повторно принимаем  t_к^”=1700°C.

Энтальпия продуктов горения при t_к^”=1700°C:

        i”_п=(4087,10×12,29+3203,05×14,62+2486,28×71,10+2632,09×1,99)×10^-2=2790,7 кДж/м³.

Имеем     i’_п<i_n<i”_п, следовательно, t_к^’ < t_к < t_к^”.

        Интерполяцией находим:

Требуемая калориметрическая температура:

=(1230+120)/0,70=1929°С,

где t_М=1230 – температура нагрева сляба,

       Dt=120 – т.к. методическая печь с трех ступенчатым режимом нагрева,

       h=0,70 – т.к. методическая печь.

Т.к. t_k < t_k^min , то необходим подогрев воздуха.

Энтальпию продуктов горения при  t_k^min=1929°С находим экстраполяцией:

       

Определяем  минимальную необходимую температуру  подогрева воздуха:

       

        

Следовательно, для получения температуры печи равной 1350°С температура подогрева воздуха должна быть не ниже  447 °С.

 

                                  

                                      2. Расчёт нагрева металла

 

2.1 Расчёт основных размеров рабочей  камеры и параметров

теплообмена. 

Размеры нагреваемого сляба: d×B×l=230´1000´9500 (мм).

Посад холодный, температура нагрева Ме – 1230 °С.

Производительность  печи: 115 т/ч.

Состав  стали: С=0,12%; Si=0,1%; Mn=0,3 %.

Теплопроводность  углеродистой стали при 0°С:

     l=70-10,1×С-16,8×Mn-33,8×Si=70-10,1×0,12-16,8×0,3-33,8×0,1=60,37 Вт/(м²×К).

Метод нагрева  в печи принимается двусторонний. Коэффициент несимметричности нагрева m=0,55 при двустороннем нагреве на поду из водо-охлаждаемых труб. Подогреваемая толщина изделия:

S=m×d=0,55×0,23= 0,1265 м.

Максимальная  рабочая температура газов (печи) - t_п=1350°С.     

 

2. 1-я ступень нагрева – методическая зона.

 

Начальные температуры металла: поверхности  t_пм=0°С

                                                           середины      t_см=0°С .

Конечная  температура середины заготовки  – t_ск=600°С .

 Разность температур между поверхностью и серединой заготовки (700-800)×S принимаем равной 101,2°С. Тогда конечная температура поверхности заготовки – t_мк=701,2°С. Средняя теплопроводность металла в процессе нагрева данной ступени: l=0,88735×60.37=53,57 Вт/(м²×К).

Конечная  средняя по массе температура  металла: 

`t_к=( t_ск+ t_мк)/2=(600+701,2)/2=650,6°С.

Конечное теплосодержание металла при 650°С принимаю:

Средняя теплоемкость металла от начальной  температуры 0°С до конечной 650°С: