Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчет печи с неподвижным подом

Министерство образования и науки Украины

Украинский государственный химико-технологический университет

Кафедра энергетики

Курсовой проект

по дисциплине «Высокотемпературные процессы и установки»

тема: "Расчет камерной печи с неподвижным подом"

выполнила: ст. гр.4-ЕТТ-51

Амбарцумян А.Н.

проверил: Булычов В. В.

г. Днепропетровск

2013 г.

Содержание

1.Вступление……………………………………………………………………2

2.Исходные данные…………………………………………………………..…3

3. Расчёт горения топлива……………………………………………….……..4

4. Размеры рабочего пространства печи………………………………………4

5.Расчет теплообмена ……………………………………………………..........5

6. Расчет нагрева металла…………………………………………...…….……6

7. Первый период нагрева…………………………………………………..….7

8. Второй период нагрева…………………………………………………..…..9

9. Тепловой баланс печи……………………………………………………….11

10. Тепловая мощность и расход топлива……………………………………..13

11.Литература…………………………………………………………………..16

Вступление

Камерные печи - обобщённое название группы промышленных печей, в которых изделия остаются неподвижными относительно печи в течение всего периода нагрева. Камерные печи применяют для нагрева металлических заготовок перед прокаткой и ковкой, для термической обработки металлических и стеклянных изделий, обжига керамических и эмалированных изделий. Камерные печи классифицируют по конструкции: вертикальная печь, колпаковая впечь, нагревательный колодец, печь с выдвижным подом, ямная печь и др.

Если в камерных печах одновременно находятся несколько изделий, а загружают и выдают их по одному, то температура печи постоянна. При сложных режимах обработки, когда изделия необходимо нагревать (или охлаждать) с определённой скоростью, температуру печи соответственно изменяют.

Камерные печи отапливают газом или жидким топливом. Термические камерные печи, работающие с атмосферой контролируемого состава, обогревают электрическими нагревателями сопротивления или радиантными трубами. Часто электрический обогрев целесообразен для обеспечения точности режима термической обработки и при нагреве без атмосферы контролируемого состава. Наиболее широко распространены камерные печи с неподвижным подом, применяемые в кузнечных цехах.

Исходные данные.

Топливо ……………………………… Коксо-доменный газ

Вид термообработки…………………нагрев под закалку

Нагреваемые изделия………………...заготовки квадратного сечения

75х75 мм, длина 350 мм.

Марка стали…………………………..45Х

Способ укладки заготовок……………на поду печи с зазорами

Колличество заготовок в печи………..20 шт.

Начальная температура металла………t₀=20

Конечная температура нагрева

поверхности заготовки……………….t_{п.
к}=850

Конечный перепад температур

по сечению заготовки…………………..

Расчёт горения топлива

Газ: Коксо-доменный

Таблица1. Состав продуктов сгорания

СН₄,%

Н₂,

СО,

Н₂О,%

СО₂,%

О_2,

N_2,

Q^p_н,кДж

сухого

С_mН_n,

7,20

15,50

20,80

2,3

9,20

0,2

42,20

7730,55

0,60

Влагосодержание принимаем d_в=0;

Коэффициент расхода воздуха n=1,15;

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания газа:

L_o=0,0476·[0,5·СО+0,5·Н₂+2·СН₄-O₂]·(1+0,00124·d_в)=0,0476·[0,5·20,8+0,5·15,5+2·7,2-0,2]х(1+0.00124•0)=1,54 м³/ м³.

Действительное количество воздуха:

L_д= n L_o

L_д= 1,15·1,54 =1,771 м³/ м³

Процентный состав продуктов сгорания:

Плотность продуктов сгорания:

Размеры рабочего пространства печи.

Длина рабочего пространства печи:

Ширина рабочего пространства печи:

Высота рабочего пространства печи в замке свода:

H= 1400 мм =1,4 м (принимается конструктивно).

-высота боковой стенки, принимается 1,2м

Расчет теплообмена.

Определяем геометрические параметры излучения. Поверхность кладки:

Излучающая поверхность металла:

где n-количество заготовок в печи;

S- толщина нагреваемого материала, м;

- длина нагреваемого материала, м.

Объем рабочего пространства печи:

Объм металла:

Объем рабочего пространства, заполненного газом:

Эффективная толщина газового слоя:

Степень черноты газа:

где парциальные давления СО₂и Н₂О в дымовых газах, Мн/м.

Приведенный коэффициент излучения “газ-кладка-металл”.

Принимаем

Приведеный коефициент излучения при

Таблтца2. Значения

в зависимости от температуры газа


900	0,20	3,33
1000	0,18	3,21
1100	0,16	3,07
1200	0,15	2,99
1300	0,14	2,90

Приведенный коефициент излучения:

Угловые коефициенты определяются:

_Тогда

Расчет нагрева металла.

Состав стали 45Х следующий:

С=0,40-0,50% Mn=0,50-0,80% Cr=0,8-1,1% Si=0,15-0,35%

Для расчетов принимаем такой состав:

С=0,45% Mn=0,7% Cr=1% Si=0,3%

Коефициент теплопроводности стали:

70-10С-16Mn-33,7Si=

коефициент теплопроводности стали при 0

70 - коефициент теплопроводности чистого железа, Вт/м град

Плотность стали:

7880-40С-16Mn-73Si=

Принимаем следующий режим нагрева: первый период – нагрев при постоянной температуре печи (); второй период – выравнивание температур при условии постоянства тнмпературы поверхности(). Нагрев – односторонний.

Первый период нагрева. Допустимая разность температур:

град.

Для стали 45Х:

Тепловое сопротивление нагреваемого металла:

Так как теапературные напряжения должны учитываться при нагреве стали до 500, то определяем:

Где берем из рис.1.

Допустимая температура печи при

Температуру печи в первом периоде нагрева принимаем несколько ниже допустимой: .

Разобьем первый период нагрева на два интервала по температуре поверхности: первый интервал – от до ; второй интервал – от до .

Первый интервал. Начальный тепловой поток:

Где 1,1- коэфициент, учитывающий 10% на теплоотдачу конвекцией, так как температура дымовых газов выше 800 .

Тепловой поток в конце первого интервала:

Коэфициент теплоотдачи в начале нагрева:

Коэфициент теплоотдачи в конце первого интервала:

Среднее значение коэфициента теплоотдачи:

Среднее значение коэфициента теплопроводности:

Критерий Био:

Температурный критерий поверхности

Критерий Фурье Fo=4,1. температурный критерий центра Ф_ц1=0,32.

Так как нагрев односторонний, то под температурой центра имеется ввиду температура нижней поверхности заготовки. Температура центра заготовки в конце первого интервала нагрева:

Уточняем значение коэффициента теплопроводности по приближенному значению , а затем соответственно уточняем рассчитанные выше величины:

Критерий Фурье Fo=3,9. Температурный критерий центра Ф_ц1=0,35.

Перепад температур по сечению заготовки в конце первого интервала:

Средняя температура по сечению заготовки:

Расчетная теплоемкость в первом интервале:

Теплосодержание стали 45Х определяем по рис.2:

Среднее значение коэффициента температуропроводности в первом интервале:

Время нагрева в первом интервале:

Температура газа в начале нагрева:

Температура газа в конце первого интервала:

Температура кладки в начале нагрева:

Где температура кладки в конце нагрева; определяется при расчете второго интервала ;

По опытным данным внутренняя поверхность кладки небольших камерных печей остывает за период выгрузки и загрузки материала на 100-150 град.

Второй интервал.

Расчет нагрева во втором интервале производиться так же, как и в первом. При расчете температурных критериев поверхности и центра и , а также расчетной теплоемкости вместо начальной средней температуры в первом интервале нужно брать среднюю температуру металла в конце первого интервала нагрева =671.

Таким образом

Тепловой поток в конце второго интервала:

Результаты расчета во втором интервале

=830 =425сек=0,11ч =1065 =950

Общее время нагрева в первом периоде:

По данным расчета строим график( рис.1)

Второй период нагрева. Степень выравнивания температур:

Коэффициент выравнивания температур при для пластины .

Среднне значение коэффициента теплопроводности во втором периоде:

Средняя температура в конце второго и третьего интервалов:

Расчетная теплоемкость во втором периоде:

Среднее значение коэффициента температуропроводности:

Продолжительность выравнивания температур:

Продолжительность выдержки при термообработке для завершения структурных превращений по литературным данным принимается равной примерно двойному времени выравнивания:

Окончательно принимаем =1,11ч

Тепловой поток в конце выдержки:

Температура газа в конце выдержки

Температура печи в конце выдержки

Температура кладки в конце выдержки

Общее время нагрева под закалку:

Максимальная разность температур между поверхностью и центром:

Время возникновения максимума:

Емкость печи:

Производительность печи:

Напряженность пода печи:

Тепловой баланс печи.

Расходные статьи теплового баланса. Расход тепла на нагрев металла:

Находим тепло, аккумулируванное кладкой печи. Футеровка печи состоит из шамота, причем толщина стен , свода .

Средняя температура внутренней поверхности кладки за первый период:

Средняя температура по сечению кладки:

Коэффициент теплопроводности шамота:

Теплоемкость шамота:

Тепло аккумулированное кладкой:

Размеры окна следующие: ширина b=1200мм, высота а=500мм, толщина кладки l=350мм.

Время посадки и выдачи принимаем по 7 мин ().

Потери тепла излучением при посадке:

Потери тепла излучением при выдаче:

Средняя температура уходящих газов:

Избыток воздуха в продуктах горения:

Теплосодержание дымовых газов при и ,

Потери тепла с уходящими газами:

Потери тепла теплопроводность через стены в первом периоде:

Принимаем

Потери тепла через стены во втором периоде:

Потери тепла через свод в первом периоде:

Потери тепла через свод во втором периоде:

Суммарные потери тепла теплопроводностью:

Общие потери тепла и расход тепла на аккумуляцию:

Приходные статьи теплового баланса. Химическое тепло топлива:

Физическое тепло воздуха при

Приравнивая приходные и расходные статьи теплового баланса, определяем среднечасовой расход топлива:

Таблица3. Тепловой баланс камерной печи

Статья

Приход тепла

Статья

Расход тепла

МДж за период

Тепло от горения топлива

(26622*0,0018)

Физическое тепло воздуха

(177584*0,0018)

395,5

33,1

92,3

7,7

Тепло, усвоенное металом

Потери тепла теплопроводностью

Тепло, аккумулированое кладкой печи

Потери тепла излучением

Потери тепла с уходящими газами (64000*0,004)

71,5

111,3

115

16,25

25,3

26,14

17,9

14,3

Итого

428,6

Итого

439,8

Невязка баланса:

Тепловая мощность и расход топлива.

Коэффициент использования топлива при

Усвоенная тепловая мощность:

Полезная тепловая мощность (средняя):

Мощность холостого хода (средняя):

Общая тепловая мощность:

Среднечасовой расход топлива:

Расход топлива на 1 т металла (средний):

Расход условного топлива:

КПД печи:

Для малых печей с тепловой мощностью 0,1-1 Мвт применяются игольчатые рекуператоры, обеспечивающие подогрев воздуха до 250-300С. Определяем эффективность установки такого рекуператора. Принимаем температуру подогрева воздуха в игольчатом рекуператоре 300С.

КИТ (средний):

где

Тепловая мощность печи (средняя):

Расход топлива на 1 т металла:

Расход условного топлива:

КПД печи:

Таким образом, при условии подогрева воздуха, идущего на горение, до 300С, КИТ и КПД печи увеличиваются соответственно в 1,7 и 1,07 раза, а расход тепла уменьшается на 1 т в 1,06 раза.

Литература

Аверин С.И.,Гольдфарб Э.М., Кравцов А.Ф. и др. Расчеты нагревательных печей. – “Техника”, 1969-540с.
Китаев Б.И., Зобнин Б.Ф. и др. Теплотехнические расчёты металлургических печей. / Под общ. Ред. Телегина А.С. – М.: “Металлургия”, 1970 – 527с.
Расчёт нагревательных термических печей Справочнк. Под. Ред. Тымчака В.М. и Гусовского В.Л.. – М.: “Металлургия”, 1983. – 481с.
Справочник конструктора печей прокатного производства. Под ред. Тымчака В.М. “Металлургия”, 1970. – т.1. – 575с.

Рис.1 Температурная и тепловая диаграмма нагрева в камерной печи с неподвижным подом