Министерство  образования и науки Российской Федерации

Ивановский  государственный энергетический университет

Кафедра теплофизики и энергетики высокотемпературных  процессов

 
 
 

 
 
 

Организация испытаний нагревательной щелевой печи с размерами пода 1,276 Х 0,812 м 

Пояснительная записка к курсовой работе

по  курсу «Организация испытаний ТТУ»  
 
 
 

Выполнил: студент гр. V-14^x

                  Долинин Д.А.                                                                             Проверил: к.т.н., доц.

                  Гнездов Е.Н. 

                          
 

Иваново 2004

 
 

Оглавление 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   1. Формулировка задачи  испытаний

   Задачей испытания является составление  теплового баланса кузнечной  нагревательной щелевой печи и оценка погрешностей, определение статей теплового баланса. 

   2. Разработка методики испытаний 

   2.1. Описание конструкции и режима работы 

    Кузнечная печь с площадью пода 1,05 предназначена для нагрева прутков под высадку на ГКМ.

    Режим работы печи зависит от марки стали. В печи нагревается легированная сталь, следовательно, скорость нагрева ограничена возникающими в металле температурными напряжениями. Нагрев прутков осуществляется в два периода:

 1) Металл нагревается при пониженной температуре газа до тех пор, пока температура в  тепловом центре металла не достигнет 500 ;

 2) После этого металл нагревают при максимальной температуре газа.

    Производительность  печи 420 кг/ч. Металл нагревается до температуры 1180 . Температура подогрева воздуха 350 . Воздух подогревается в радиационном щелевом рекуператоре.

    Фундамент печи выполнен из бетона. Предусмотрена  защита фундамента от воздействия высоких  температур, для того, чтобы его температура не превышала 200 , между фундаментом и каркасом оставляется воздушный зазор.

Каркас  печи металлическая конструкция, выполняющая 2 функции:

 1) воспринимает и передает и передает на фундамент вес его основных частей;

 2) воспринимает усилия со стороны футеровки и обмуровки при тепловом расширении в процессе эксплуатации.

    Для эксплуатации печи используется рамный жесткий каркас, изготовленный из сортового проката цельносварным. Стойки и прогоны выполнены из двутавров и швеллеров.

В печи использована 3-х слойная обмуровка  пода и 2-х слойная - стен и свода (огнеупорный  слой-огнеупор легковес и теплоизоляция). Примем шамот А, шамот Б-теплоизоляторы. Для отопления печи используются 2 туннельные горелки типа БУГ-2 (блок управления горелками). С помощью этих горелок разогревается кладка, и получаем распределённый радиационный нагрев металла.

      Печь имеет рабочие пространство  с размерами пода 1,28*0,81м; площадью пода 1,05 и длинной1280мм. Форма свода - арочная(R=1276мм). Продукты горения отводятся из рабочего пространства печи по дымоотводящим каналам в дымовую трубу, перед этим отдавая часть теплоты нагреваемому в щелевом рекуператоре воздуху.

    

   2.2. Тепловой баланс  рабочего пространства  печи

   Тепловой  баланс рассчитывается по результатам  испытания для рабочего пространства печи с учетом подогрева воздуха  в рекуператоре. Граница составления теплового баланса – внешние размеры обмуровки речи. Печь работает в стационарном режиме. Статьи теплового баланса измеряются в кВт. Для данной печи тепловой баланс имеет вид:

   

,кВт,

   где

    - химическая теплота топлива;

    - физическое тепло воздуха;

    - тепло экзотермических реакций;

    - тепло, затраченное на нагрев  металла;

    - потери тепла с уходящими газами;

    - тепло, уносимое охлаждающей  водой;

    -потери тепла излучением  через открытое окно печи;

    - потери тепла теплопроводностью  через обмуровку печи. 

   Приходные статьи теплового баланса

   По  результатам опытов приходные статьи теплового баланса печи рассчитываются по следующим формулам.

• Химическая теплота топлива

   

, кВт,

        где - расход топлива, ;

    ^{- низшая теплота  горения топлива,  кДж/м3 .}

• Физическое тепло воздуха

   

, кВт,

   где    – расход воздуха на горение, ;

    - температура воздуха,  ;

      - теплоемкость воздуха,  .

• Тепло экзотермических реакций окисления Fe (на 90-95% до FeO в слабоокислительной среде) и примесей (Si, C, Mn) для малоуглеродистой стали

   

, кВт

    - средняя величина угара металла  в процессе нагрева, кг/(м²с);

    - обогреваемая поверхность металла, ;

   5652 - тепловой эффект реакции окисления металла, кДж/кг.

    - масса сгоревшего металла с обогреваемой поверхности заготовки за время нагрева (принимается равной 2% от массы обогреваемого металла).

   1) время  нагрева принимаем равным 3600 секунд;

   2) площадь  обогреваемого металла при нагреве двух заготовок с размерами: диаметр 160 мм,

   длина ,

   

, м²;

   3) производительность  печи по паспорту 420 кг/ч, отсюда

   

    , кг/с.

   Таким образом, сумма приходных статей будет равна:

   

, кВт. 

   Расходные статьи теплового баланса

   По  результатам опытов расходные статьи теплового баланса печи рассчитываются по следующим формулам:

• Тепло, затраченное на нагрев металла

   

, кВт,

где - производительность печи, кг/ч;

    - теплоемкость металла,  ;

    - конечная температура нагрева металла, ;

     - начальная температура нагрева металла, .

• Потери тепла с уходящими газами

   

, кВт,

   где  - температура уходящих газов, ;

    - теплоемкость уходящих газов,  ;

     - расход продуктов горения, м³/с.

• Тепло, уносимое охлаждающей водой

   

, кВт;

где - расход охлаждающей воды, кг/ч;

    - разница температур воды  до и после охлаждения, ;

    - теплоемкость охлаждающей воды, .

• Потери тепла излучением через открытое окно печи

   

, кВт;

где - температуры печи и цеха, К;

    - площадь сечения отверстия, определяется по чертежу , ;

    - доля времени, в течение которого окно открыто;

    - коэффициент диафрагмирования.

• Потери тепла теплопроводностью через обмуровку печи

   

, кВт;

где - коэффициент теплоотдачи от кладки к воздуху, ;

    - температура кладки и печи, ;

    - площадь поверхности кладки, .

   Сумма расходных статей составит:

   

, кВт.

   2.3. Изображение схемы  печи с расположением  точек замеров

   Изображение схемы печи с расположением точек  замеров приведено в приложении 1. 

   2.4. Контролируемые параметры и измерительные приборы

   Контролируемые  параметры и измерительные приборы приведены в таблице 2. 

2.5. Определение порядка проведения замеров, расположения рабочих мест          испытателей, распределение обязанностей среди них

   Для данной печи, работающей стационарно, время испытаний выбираем равным одному часу. Для подтверждения типичности избранного времени испытаний делаются замеры основных параметров за четыре и два часа до испытаний и за два и четыре часа после них.

   

   Во  время испытаний выполняется  пять замеров с промежутками времени между ними 15 мин. Один наблюдатель находится за щитом, остальные – по местам установки приборов. Каждый записывает показания 5 приборов за 3 минуты. Записи результатов производятся в журналы наблюдений, заранее подготовленными для каждого испытателя. За день до основных опытов проводятся прикидочные с целью проверить работу приборов и подготовить наблюдателей.

   Рабочие места испытателей, регистрирующих показания проборов, установленных  по месту, располагаются с правого и с левого бока печи.      
 
 
 

   

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3. Оценка погрешностей  определения статей  теплового баланса

   

   

3.1. Ориентировочный расчет погрешностей определения приходных и расходных статей теплового баланса

   Расчет  погрешностей определения  приходных статей теплового баланса

   Для стационарного режима работы печи статьи, составляющие приходную часть теплового  баланса, имеют вид:

   

, кВт.

1. Погрешность определения теплоты, вносимой с химической теплотой топлива

, кВт

• Погрешность определения расхода топлива B состоит из:

   -погрешности  камерной диафрагмы ДК-6, основная  погрешность которой равна 

   

;

   -погрешности  дифманометра ДМ-3573, основная погрешность которого равна 

   

.

   Здесь k - класс точности прибора.

   Предельная  относительная погрешность складывается из основной, дополнительной и методической погрешностей.

   

   Дополнительная  погрешность d_доп и методическая погрешность d_мет при определении расхода топлива B не возникают. Тогда основная относительная погрешность определения расхода топлива d_в составит:

   

, %.

• Погрешность определения низшей теплоты сгорания топлива   

   ^{Низшую  теплоту сгорания топлива  , кДж/м3 принимаем по результатам лабораторных опытов с основной относительной погрешностью} %, d_{доп и} d_{мет (см. п.1.1.1.) отсутствуют. Тогда основная относительная погрешность определится как}

   

 ^%

   ^{Абсолютная  погрешность статьи определяется}

   

, кВт. 

   2) Погрешность определения теплоты, вносимой с воздухом, идущим на горение

, кВт

• Погрешность определения расхода воздуха на горение состоит из:

   - погрешности камерной диафрагмы  ДК- 6, основная погрешность которой  равна 

   

;

   - погрешности дифманометра ДМ-3573, основная погрешность которого  составляет 

   

;

   Погрешности d_{доп и} d_мет при определении погрешности расхода воздуха на горение отсутствуют. Тогда основная относительная погрешность определения расхода воздуха на горение будет равна:

   

• Погрешность определения температуры воздуха, идущего на горение ,

   Эта погрешность состоит из погрешности (основной, относительной) лабораторного ртутного термометра ТЛ-6 №8, для которого основная погрешность равна

   

.

   Погрешности d_{доп и} d_мет не учитываем. Тогда основная относительная погрешность данной статьи равна:

   

,% ;

   Абсолютная  погрешность статьи определиться:

   

, кВт.

   3) Погрешность определения теплоты, приходящей с экзотермическими реакциями       

   

, кВт

• Погрешность определения угара металла , кг/с, состоит из погрешности весов, диапазон измерения которых составляет , г.

   Основная относительная погрешность весов составляет:

   

.

• Погрешность определения площади нагреваемого металла определится из:

   - погрешности штангенциркуля (для  определения диаметра нагреваемых  заготовок), диапазон измерения которого  . Основная относительная погрешность штангенциркуля:

   

;

   - погрешности линейки с диапазоном  измерения  , - это величина, на которую мы можем ошибиться пи измерении площади нагреваемого металла, здесь учтена и методическая погрешность .

   Основная  относительная погрешность линейки:

   

.

   Погрешность здесь отсутствует, тогда основная относительная погрешность определения площади нагреваемого металла составит:

   

.

• Погрешность определения времени нагрева состоит из основной относительной погрешности часов с диапазоном измерения и методической погрешности, которая заложена в величине .

   

   Погрешности нет, следовательно, определяем основную относительную погрешность данной статьи:

   

   Абсолютная  погрешность статьи определиться как 

   

, кВт.

   Получив погрешности определения статей прихода теплоты, определим абсолютную погрешность приходных статей теплового  баланса 

   

   

   Расчет погрешностей определения расходных статей теплового баланса

   Для стационарного режима работы печи статьи, составляющие расходную часть теплового баланса, имеют вид:

   

1. Погрешность определения теплоты, затраченной  на нагрев металла

, кВт

• Погрешности напольных весов, диапазон измерения которых

   Основная  относительная погрешность  . Погрешности d_{доп и} d_мет отсутствуют.

• Погрешности определения температуры металла, которая состоит из следующих погрешностей:

   - платиновой термопары ТПП, допустимая  температура кратковременного использования которой .

   Абсолютная  погрешность измерения ТПП:

    , тогда основная относительная  погрешность ТПП будет равна:

   

,

   где 11.707мВ – термоЭДС термопары при 1180 ^оС. Диапазон измерений потенциометра переносного ПП63 0÷100мВ, класс точности k = 0.05%, а основная относительная погрешность . Погрешности d_{доп и} d_мет отсутствуют. Тогда основная относительная погрешность комплекта приборов, состоящего из термопар и потенциометра, которые применяются для определения температуры металла, равна:

   

.

• Погрешности определения времени нагрева металла, которая состоит из погрешности часов, диапазон измерения которых 90±1.0мин. Погрешности d_{доп и} d_мет отсутствуют.

   Основная  относительная погрешность часов:

   

,

   тогда основная относительная погрешность  статьи будет равна:

   

,

   Абсолютная  погрешность статьи определится  как:

   

, кВт.

   2) Погрешность определения потерь теплоты с уходящими газами 

, кВт

• Погрешность определения объема уходящих газов ,м³/с состоит из:

   - погрешности трубки ВТИ, основная относительная погрешность которой равна

    ;

   - погрешности микроманометра наклонного  ММН, диапазон измерения которого 150 ± 2мм;

основная  относительная погрешность  ; d_мет учитывается в величине ± 2мм, на которую можно ошибиться при измерениях, d_доп отсутствует. Основная относительная погрешность определения объема уходящих газов , м³/с:

   

.

• Погрешности определения температуры уходящих газов состоит из:

   - погрешности термопары ТХА, градуировка  ХА, диапазон измерений которой  200÷1000 ,

максимальная  температура применения T_max = 1300 .

   Абсолютная  погрешность термопары при :

   

   Основная  относительная погрешность термопары:

   

,

     где 24.902 мВ – термоЭДС в термопаре при 600 ^оС.

   - погрешности ПП63, диапазон измерений  которого 0÷100мВ, класс точности k = 0.05%, основная относительная погрешность .

   Основная  относительная погрешность определения  температуры уходящих газов:

   

,

   погрешность d_доп отсутствует; тогда:

   

,

   где = ± 1.5% - при экранировании термопары двумя экранами [3].

   Тогда основная относительная погрешность  определения статьи составит:

   

.

   Абсолютная  погрешность статьи