Ращет дуття повитро нагривача обьемом 1033 м3

     Реферат

     Пояснювальна записка до курсового проекту складає: 22 сторінки, 2 таблиці, 1 додаток, 2 джерела.

     Об'єкт розробки - проект повітронагрівача доменної печі об'ємом 1033м³.

     Позначка розробки - спроектувати повітронагрівач доменної печі об'ємом 1033м³ і провести розрахунки за такими розділами:

1. Розрахунок горіння палива;

2. Визначення кількості продуктів згорання, які надходять у насадку, і їх параметрів;

3. Попереднє визначення поверхні нагріву насадки;

4. Теплофізичні параметри матеріалу насадки;

5. Визначення зміни температури повітря за повітряний період;

6. Повторне визначення витрат палива й кількості продуктів згорання;

7. Повторний розрахунок поверхні нагріву;

8. Розміри й маса насадки.

     Проект  повітронагрівача доменної печі об'ємом 1033 м³ є навчальним варіантом і може бути використаний у дипломному проектуванні.

     ОБ'ЄМ ДУТТЯ, ТЕМПЕРАТУРА НАГРІВУ ДУТТЯ, ПОВЕРХНЯ НАГРІВУ НАСАДКИ, ДІАМЕТР НАСАДКИ, ВИСОТА НАСАДКИ, КОЕФІЦІЄНТ СТРУНКОСТІ НАСАДКИ, ТРИВАЛІСТЬ ДИМОВОГО ПЕРІОДУ.

Зміст

  Вступ..............................................................................................................................

1. Розрахунок горіння палива..........................................................................................

2. Визначення кількості продуктів згорання, які надходять у насадку, і їх па-

  раметрів .......................................................................................................................

3. Попереднє визначення поверхні нагріву насадки....................................................

4. Теплофізичні параметри матеріалу насадки.............................................................

5. Визначення кількості продуктів спалення палива, що надходять до

посаду і їхні параметри...............................................................................................

6. Повторне визначення витрат палива й кількості продуктів

  згорання........................................................................................................................

7. Повторний розрахунок поверхні нагріву..................................................................

8. Розміри й маса насаду................................................................................................

  Перелік посилань.........................................................................................................

  Додаток І: специфікація креслення загального виду повітронагрівача.................

   Вступ

     Сучасний повітронагрівач має зовнішній діаметр-9м, висота до верху купола складає 36м. Верхню частину насадки та купол викладають з високоглиноземистої цегли або динасу, а нижню частину - із шамотної цегли. Із цієї цегли викладають чарунки розмірами 45x45 мм по всій висоті насадки. Поверхня нагріву 1м³ такої насадки біля 25м². Останнім часом пропонують застосовувати для насаду шестигранні блоки з круглими чарунками, які мають горизонтальні проходи. Це більш складна насадка, але її поверхня складає біля 30м² м на 1м³ об'єму насаду. Варто відрізняти газовий і повітряний періоди роботи повітронагрівача. У газовий період здійснюється нагрів насадки продуктами згорання палива, а в повітряний період нагрівається дуття за рахунок охолодження насадки. У газовий період закриті клапани холодного і гарячого дуття і відкриті пальник та димові клапани. Газ спалюється в камері горіння і догорає під куполом, а продукти згорання проходять зверху вниз через насадку, нагрівають її з температурою 250-400°С відходять через димові клапани і лежаки в димову трубу. Для подачі газу передбачений газовий пальник з вентилятором продуктивністю за повітрям 80-200 тис. м³/год. Спалюють, зазвичай, колошниковий газ або суміш його з природним або коксовим газом. У повітряний період закриті димові клапани та відключений газовий пальник, далі відкриті клапани для подачі холодного й відводу гарячого дуття. Холодне дуття надходить в піднасадочний простір, проходить у насадку, де нагрівається, та через, клапан направляється в повітряхід гарячого дуття, а потім у піч. В міру охолодження насадки повітронагрівача температура гарячого повітря, якої виходить з нього знижується. Це не припустимо для нормальної роботи доменної печі, тому повітря нагрівають до більш високої температури, ніж це необхідно. І до нього підмішують, використовуючи автоматичне дозування, ту кількість холодного повітря, яка потрібна, щоб підтримати температуру дуття постійною. Це здійснюється за допомогою змішувального повітряпроводу та автоматичного змішувального клапану.

     Газовий період приблизно в 2 рази триваліший повітряного. Отже, необхідно не менше 3-х кауперів - 2 одночасно нагріваються, а один нагріває повітря. Фактично на піч припадає 4 каупери. А в деяких випадках - сім кауперів на дві печі. Для забезпечення нагріву дуття до високої температури (1200°С і вище) необхідно, окрім наявності поверхні нагріву, ще вимагають, застосовувати в підкупольній частині достатньо вогнетривкі матеріали. Для цього застосовують високоглиноземну цеглу або малорозпушувальний динас. Для зменшення або повної зупинки подачі дуття в піч без зупинки повітродувної машини на кожній печі є повітророзвантажувальний клапан. Він встановлений на повітропроводі холодного дуття між повітронагрівачем і повітродувною машиною, керування їм здійснюється з площадки, яка розташована біля горну доменної печі.

     Конструкція та принцип дії повітронагрівача. Сучасний повітронагрівач складається з вертикально розташованого куполоподібного циліндру (основні розміри повітронагрівачів визначають шляхом теплотехнічного та гідравлічного розрахунків, виходячи з потрібної температури нагріву дуття і його кількості; крім того здійснюють розрахунок повітронагрівача на міцність, керуючись заданим тиском дуття). Зовні повітронагрівач закутий у стальний кожух, який зсередини викладений вогнетривкою цеглою для попередження прогару та деформації кожуха, а також для зменшення теплових втрат в атмосферу. Внутрішній простір повітронагрівача розділено вертикальною стіною, яка не доходить до верху, із вогнетривкої цегли на дві частини: камера згорання та вогнетривкого насаду з вертикальними каналами, який зверху з'єднується з камерою згорання під купольного простору, а внизу з насадочним простором. Насадочний простір у залежності від режиму роботи повітронагрівача може з'єднуватися або з лежаком і димовою трубою, або з повітряпроводом холодного дуття. Повітронагрівач працює циклічно. Цикл роботи починається з нагріву насаду. Для цього в камеру згорання через отвір примусово подають газоповітряну суміш, яка, доторкаючись до розпечених стін у нижній частині камери згорання, займається й повністю згорає у шахті камери згорання. Максимальна температура продуктів згорання досягається в підкупольному просторі, де гази, змінивши напрямок рухові на 180°, направляються зверху вниз через вертикальні канали вогнетривкогої насадки, передаючи їй своє тепло. З вертикальних каналів насаду гази надходять у піднасадковий простір охолодженими до 200-400°С, і через отвір димових каналів надходять у димовий лежак і димову трубу. Передача тепла більш нагрітих газів у менш нагрітій вогнетривкій насадці відбувається в основному конвекцією і тільки частково випромінюванням. Тому, чим вище швидкість руху газів, чим більша поверхня їх дотику з насадкою і чим більша різниця температур газів і насаду, тим інтенсивніше протікає передача тепла. Після закінчення нагріву насаду повітронагрівач переводять на нагрів дуття. Для цього спеціальними клапанами закривають отвори димових каналів, від'єднуючи повітронагрівач від пальника і димового лежака, та через інший отвір з'єднують піднасадочний простір з повітропроводом холодного дуття, а камеру згорання крізь другий отвір з повітропроводом гарячого дуття. Холодне повітря від повітродувної машини із піднасадочного простору направляється через канали насаду і рухається знизу вгору, відбираючи тепло нагрітої насадки. Із вертикальних каналів насадки нагріте до високої температури повітря виходить у підкупольний простір, де змінює напрямок руху на 180° і через камеру згорання та отвір надходить в повітропровід гарячого дуття, який з'єднаний з кільцевим повітропроводом доменної печі. У перший момент після перекладу із режиму нагріву в режим дуття ентальпія насаду повітронагрівача максимальна. Коли температура верхніх рядів насадки стане рівною заданій температурі дуття, варто перевести в режим дуття новий нагрітий повітронагрівач, а охолоджений перевести в режим нагріву.

      2. Визначення кількості продуктів спалення палива, що надходять в посадку і їхні параметри.

2.1. Визначаємо энтальпію продуктів спалення:

,      (2.1)

де  – ентальпія повітря, необхідного для спалення. Приймаємо температуру повітря, t_в=20°С, що відповідає ентальпії

=26.1кДж/м³

2.2.Визначаємо калориметричну температуру продуктів спалення.

    У першому наближенні калориметричну температуру продуктів спалення приймаємо рівною

       °С

  (2.2)

     Де , ентальпія СО₂, Н₂О при прийнятій ºС

       та -зміст СО₂, Н₂О в продуктах спалення.

     Тоді  ентальпію продуктів спалення при ºС буде:

i₁₅₀₀=0,01(17,51·3545,34+0,3·2758,39+71,92·2170,55+1,27·2296,78)=2467,5кДж/м³

     Так, як i_O>i₁₅₀₀ , приймаємо більше високу температуру ºС

     Ентальпія продуктів спалення при цій температурі

i=0,01(17,51·3815,86+9,3·2979,13+71,92·2328,65+1,27·2468,97)=2651,28кДж/м³

     Визначаємо  справжню температуру

ºС  (2.3)

2.3 Дійсна температура продуктів спалення.

T_д= 0,95·1593=1513ºС     (2.4)

У формулі η-пірометричний коефіцієнт для паливних камер

     η =0,95

     Приймаючи зниження температури продуктів  спалення до надходження їх у насадку рівними 3% від дійсної температури.

     Визначаємо  температуру димових газів на вході в насаді зверху

     Для визначення середнього режиму конвективного  нагрівання насаду приймаємо температуру  продуктів спалення у зверху насаду рівною

2.4.Визначаємо ентальпію продуктів спалення:

а) на вході  в насадку (при =1450°С)

б) на виході з насадки (низ)

     Приймаємо середню за період температуру газів, що йдуть, з насадки t =250°С.

     Тоді 

2.5. Визначаємо середній за повітряний період витрати повітря.

     Приймаємо, що на шляху від верху насадки  до печі температура дуття знижується на 20°С. Тоді розрахункова мінімальна температура дуття на виході з насадки винна бути

t_вmin=1060+20=1080°С

     Ця  температура відповідає кінцю періоду  нагрівання дуття. Для попередніх розрахунків  приймаємо, що в плині повітряного  періоду температура повітря  знижується на величину ∆t_в" =150°С

     Тоді  середня температура повітря  на виході з насадки протягом повітряного  періоду складе:

°С    (2.5)

     Цій температурі відповідає ентальпія

     Згідно  завдання на проектування обсяг дуття V_в=124000м³/год.

     Середня витрата дуття за повітряний період визначаємо зі співвідношення

     Звідки

   (2.6)

2.6. Визначаємо вимагаємо витрату палива (природнодоменной суміші)

     Необхідна витрата палива

     V_г – визначаємо з рівняння теплового балансу насадe за цикл її нагрівання та охолодження.

     Звідси 

, де     (2.7)

     0,95-коэфіцієнт, що враховує втрати тепла в насадці;

       – ентальпія повітря на вході в насадку. Температура повітря на вході в насадку 140°С (після повітродувки), що відповідає його ентальпії =183,08кДж/м³

     τ_д та τ_в -тривалість димоходу й повітряного періоду, час.

     Попередньо  приймаємо τ_д =2,0 години, а час витрачений на перекидку клапанів τ_п=0,1години. При числі повітродувок n=4, тривалість повітряного періоду буде дорівнювати

    (2.8)

     Тривалість  циклу

.    (2.9)

     Витрата природнодоменной суміші

     При цьому витрата доменного газу

V_д.г=12452·0,889=11070м³/год.

     Витрата природного газу

V_п.г=12452·0,111=1382 м³/год.

     0,889 та 0,111- відповідно частки доменного та природного газу в паливній суміші.

2.7 Кількість повітря, необхідне для паління палива

V_в=V_д·V_г=1,6761·12452=20807 м³/год.    (2.10)

2.8. Кількість продуктів спалення, що надходять у насадку

V_п.с=V_д·V_г=2,5505·12452=31759 м³/год.    (2.11)

3. Попереднє визначення поверхні нагрівання насадки.

3.1. Визначаємо кількість тепла, витраченого на нагрівання повітря

=115948(1651,42-83,08)·0,7=119176·10³кДж/год.  (3.1)

3.2. Средньологарифмічна різниця температур

.     (3.2)

3.3.Середні за період температури диму та повітря

3.4. Середні температури верху та низу насадки:

а) димовий  період

=0,5·( )=0,5·(1450+950)=1150ºС.   (3.3)

=0,5·( )=0,5·(250+850)=550ºС.    (3.4)

б) повітряний період

=0,5·( )=0,5·(1155+647)=901ºС.    (3.5)

=0,5·( )=0,5·(140+647)=394ºС.    (3.6)

3.5. Визначення коефіцієнта тепловіддачі для верху та низу насадки.

     Для визначення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією та скористаємося кретеріальным рівнянням

N_u=0.0346Re^0.8.     (3.7)

     Формула справедлива для насадки з бличноої цеглини з горизонтальними проходами при значенні числа Рейнольдса 2240 < Re < 18000

     Приймаємо швидкість продуктів спалення при нормальних умовах

ω_од=2м/с

     Тоді  швидкість повітря при нормальних умовах буде

ω_ов=ω_{од .}   (3.8)

     Дійсну  швидкість продуктів спалення визначаємо по формулі:

а) для  верху насадки

. (3.9)

б) для низу насадки

.  (3.10)

     Так, як повітродувка подає повітря під тиском Р=354,5кПа, то дійсну швидкість повітря для верху та низу насадки знайдемо по формулі

, м/с, де     (3.11)

Р_о=101,3кПа – тиск повітря при нормальних умовах; Т_о=273ºК

а) для  верху насадки

б) для  низу насадки 

     Значення  коефіцієнтів теплопроводності х, кінематичної в'язкості продуктів спалення та повітря беремо з таблиці (додаток 4 і 5, [1])

     Кінематичний  коефіцієнт в'язкості газів обернено пропорційному тиску, тому значенню _в, знайденому по додатку 5.

     при Р_о=101,3 кПа ділимо на відношення .

4.Теплофізичні параметри матеріалу насадки.

4.1. Середня температура верху (динас) і низу (шамот) насадки

=0,5·(1150+901)=1025ºС.   (4.1)

=0,5·(550+394)=472ºС.   (4.2)

4.2. Теплофізичні параметри матеріалу насадки

     С_р – теплоємність,

       – коефіцієнт теплопроводності залежно від середньої температури визначаємо по формулах

Динас    Шамот

С_р,    0,875+0,00038    0,875+0,000419 ;

x,    1,58+0,00038    1,04+0,00015 .

4.3.Еквівалентна напівтовщина цегли

       (4.3)

     Значення V, f та перетин f_z, для насадки Коупера визначаємо по графіках (Додаток 6)

f'=38,1м²/м³;  V=0,7 м³/м³;

f₂=0,2925 м²/м².

     Тоді

4.4. Коефіцієнт  акумуляції тепла кладкою визначаємо  по формулах

      (4.4)

     Де, F_o – критерій Фур'є   (4.5)

     а= – коефіцієнт температуропроводності   (4.6)

     с – теплоємність, кДж/кг·ºС

     λ – коефіцієнт теплопровідності, Вт/м·ºС

       – сумарна тривалість димового та повітряного періодів.

     Послідовність розрахунку й значення коефіцієнтів тепловіддачі для верху й низу насадки надана в таблиці 4.1

     Табл. 4.1 Коефіцієнт теплопередачі для верху та низу насадки.

Значення  теплофізичних параметрів матеріалів насадки надані в таблиці 4.2.

     Табл. 4.2 Теплофізичні параметри матеріалу насадки та коефіцієнт акумуляції тепла для верха та низу регенеративної насадки.

     Так, як отримані значення коефіцієнта акумуляції тепла.

     η_к>1, то вся маса цегли приймає участь в процесі акумуляції тепла. У цьому випадку приймаємо ξ=5,1 – для низу насадки ξ =2,3 – для верха.

4.5. Визначаємо сумарний коефіцієнт теплопередачі

, кДж/м²циклºС (4.7)

У формулі 

     α_д, та α_в – коефіцієнти тепловіддачі від продуктів спалення до стінки та від стінки до повітря Вт/м² ºС

     ψ – коефіцієнт, корегуючий внутрішній тепловий опір насадки при реальних циклічних умовах роботи

ψ=

     S_е – ефективна напівтовщина цегли, м

     λ – коефіцієнт теплопровідності матеріалу насадки,

     ρ-об'ємна щільність матеріалу насадки, кг/м³

     с – теплоємність цегли насадки, кДж/кг ºС

     ξ – коефіцієнт чистерезиса температури насадки середньої по масі в димовий та повітряний періоди.

     Сумарний  коефіцієнт теплопередачі для верху  насадки

=576кДж/м² ·ºС·цикл

     Для низу насадки

=64,72кДж/м² ·ºС·цикл

4.6 Середній коефіцієнт теплопередачі для усієї насадки

72кДж/м² ·ºС·цикл  (4.8)

4.7 Поверхня нагріву насадки

, м²,      (4.9)

     Де  Q_в – кількість тепла, затрачуваного на нагрів повітря за цикл.

     ∆ – середньологарифмічна різниця температур, ºС·

     Тоді

     F=

4.8 Об’єм насадки

.    (4.10)

4.9 Площа поперечного перетину насадки до світла

.    (4.11)

4.10 Загальна площа горизонтального перетину насадки

.   (4.12) 

5. Визначення зміни температури за повітряний період.