Теплотехнический расчет вращающейся печи

Содержание

 

 

Введение 5

1 Расчет горения газообразного топлива 6

2 Расчет сопротивлений в газоходном тракте 10

3 Расчет теплопередачи  через фрагмент стенки печного агрегата 16

Заключение 19

Список литературы 20

Приложение А 21

Приложение Б 22

Приложение В 23

 

 

Введение

 

       В настоящее время теплосиловые и тепловые установки получили широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства. На промышленных предприятиях они составляют основную важнейшую часть технологического оборудования. Наука, изучающая методы использования энергии топлива, законы процессов изменения состояния вещества, принципы работы различных машин и аппаратов, энергетических и технологических установок, называется теплотехникой. Теоретическими основами теплотехники являются термодинамика и теория теплообмена. Термодинамика опирается на фундаментальные законы, которые являются обобщением наблюдений над процессами, протекающими в природе независимо от конкретных свойств тел. Этим объясняется универсальность закономерностей и соотношений между физическими величинами, получаемых при термодинамических исследованиях.

Русские и советские ученые внесли большой вклад в развитие теплотехники. М. В. Ломоносов еще  в середине XVIII в. высказал мысль: «теплота — вращательное движение материи, функция  скорости движения корпускул». В 1766 г. И. И. Ползунов построил паровую машину. В XVIII—XX вв. во многом усилиями русских  и зарубежных ученых был обеспечен  дальнейший прогресс этой науки, особенно в последние десятилетия.

Огромное значение имеют  работы Всесоюзного теплотехнического  им. Ф. Э. Дзержинского, Энергетического  им. Т. М. Крыжановского АН СССР, Центрального котлотурбинного им. И. И. Ползунова и других институтов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       1 Расчет горения газообразного топлива

 

 

1)Низшая теплопроводность  рабочего топлива:

 

=+152.3,.                                                       (1)

 

_{= 85,6} 94 + 2183,1 + 349 0,3+ 141,1 0,7- 4,82 0,9 = 8921,332 [ккал/м³]

 

2) Теоретическое количество  воздуха необходимая для горения:

 

=                   (2)

 

 

L_{т = = 9},07[м³/м³]

 

3) Практический расход  воздуха:

 

                                                       (3)

 

L_пр= 1,2 9,07 = 10,884 [м³ /м³]

 

4) Количество продуктов  горения:

 

(4)

 

VСО₂= [0,2+94+(4 ] [м³/м³]

 

=   (5)

 

  VН₂О = [2][м³/м³]

 

=(6)

 

VN₂ = [0,8 + (100-21)][м³/м³]

 

=(7)

 

VО₂=[21 (1,2-1)][м³/м³]

 

(8)

 

VSO₂ =0[м³/м³]

 

5) Общее  количество продуктов горения:

 

=+                                  (9)

 

 

V_г=11,8643[м³/м³]

 

6) Состав продуктов горения:

 

                  (10)

 

СО₂=

 

          (11)

 

Н₂О =

 

.                                             (12)

 

N₂ =

 

                                              (13)

 

О₂=

 

=                                              (14)

 

=0%.

 

 

 

 

7) Плотность продуктов горения:

 

(15)

 

 

Ρ = = 1,24[кг/м³]

 

Полученные данные сведем в таблицу 1

 

Таблица 1

Количество и состав отходящих  газов

 

Наименование	кг	% массы	мм3	% объемные
СО2	3,552	8,08	0,958	8,09
Н2О	2,898	16,10	1,909	16,10
N2	20,328	72,10	8,60636	72,10
SО2	0	0	0	0
О2	1,0272	3,21	0,38094	3,21
Итого	27,8	100	11,8	100

 

Находим секундную производительность печи:

 

= 9.84 [кг/сек]

 

Рассчитаем расход топлива:

 

= 0.98[кг/сек]

 

Пересчитаем таблицу 1 с учетом расхода топлива и полученные данные сведем в таблицу 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

Количество и состав отходящих  газов с учетом расхода топлива

 

Наименование	кг/сек	% массы	мм3/сек	% объемные
СО2	0,9375	17,455	0,898	17,455
Н2О	2,7168	25,475	1,7896	25,475
N2	19,0575	81,475	8,0684	81,475
SО2	0	0	0	0
О2	0,963	12,585	0,3571	12,585
Итого	26,0673	100	11,1131	100

Полученные данные сведем в таблицу 3 материального баланса

 

Таблица 3

Материальный баланс горения  топлива

 

Приход	м3	%	расход	м3	%
1.Газ 2.Воздух	1 13,334	10 90	СО2 Н2О N2 SО2 О2 Невязка	1,025 1,988 10,549 0 0,8 - 0,028	7,151 13,869 73,594 0 5,581 -0,195
Итого	14,334	100	Итого	14,334	100

 

 

2 Расчет сопротивления в газоходном тракте

 

 

Удельный вес газа составит:

 

₀ =                                                            (16)

 

₀ = =1,25 [кг/сек]

 

Объем газа составит:

 

V₀=14,219 [мм/сек]

 

Температура отходящих газов  t₀=600

Для расчета примем:

1)Подсос воздуха на всех участках 5%.

2)Падение температуры на каждый погонный метр _∆t=5

3)Действительная скорость  газа _t=5[м/с]

 

Для удобства расчетов весь газоходный тракт разделим на участки:

1)Печь – циклон

2)Циклон – электрофильтр

3)Электрофильтр – дымосос

 

1)Участок «печь – циклон»

Рассчитаем действительный объем газа на участке с учетом насоса воздуха:

 

₌V₀                                                             (17)

 

_=14,219[нм³/сек]

 

Находим температуру газа на этом участке с учетом подсоса  воздуха:

 

t₁₌                                                                                             (18)

 

t₁==571,43

 

Находим температуру газа на входе в циклон:

 

t₂ =t₁-l_∆t                                                                (19)

 

t₂ = 571,43-12

 

Находим среднюю температуру  газов на данном участке:

 

t_cр= =541,43

 

Находим действительный объем  газов на данном участке:

 

=                                                 (20)

 

= 14,93 )=44,54 [м³ /сек] =44,54 [³/час]

 

Рассчитаем площадь поперечного сечения газохода и его диаметр:

 

                                                              ₍₂₁₎

 

S==8,91[м²]

 

                                                         (22)

 

Д= =3.37[м]

 

Рассчитаем удельный вес газа:

 

t=

(23)

 

_t= =0,42 [кг/м³]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитаем потери напора от трения:

 
                                                (24)

 

где - коэффициент потери напора от трения, = 0,05;

       l – Длина участка газохода, м;

       D – Диаметр газохода;

        w_t – Действительная скорость газа, м/с;

        g – Ускорение свободного падения, g = 9, 81 м/с²;

        g_t – Действительный удельный вес газа, н/м².

 

h_пот=0.05

 

По расчетам выбираем циклон марки СЦН – 40, характеристика которого приведена в приложении А.

Потери напоров в циклоне  составляет:

 

136 кПа = =138,6 мм.вод.ст.

 

Принимаем температуру газов  на выходе из циклона 250.

2) Участок циклон – электрофильтр:

Рассчитаем действительный объем газа на участке с учетом подсоса воздуха (по формуле 17) :

 

_=14,931,05=15,68 [км²/сек]

 

Находим t газа на этом участке с учетом подсоса воздуха(по формуле 18):

 

t₁= ==238,095

 

Находим t газа на входе в электрофильтр (по формуле 19):

 

t₂=238,095-175=153,095

 

Находим  среднюю температуру:

 

t_ср= =195,595

 

 

Находим действительный объем  газов на данном участке (по формуле 20):

 

=15,68=26,91[м³/сек]=96876 [м³/час]

 

Рассчитаем площадь потерянного сечения газохода и его диаметр(по формуле 21,22):

 

S==5,38[м²]

 

Д==2,62 [м]

 

Рассчитаем удельный вес газа (по формуле 23):

 

_t= = 0,73 [кг/м³]

 

Рассчитаем потери напора от трения (по формуле 24):

 

h_пот=0,05 = 0,39 [мм.вод.ст.]

 

Рассчитаем потери напора при местное сопротивление:

һ_м.с.=_λt                                                           (25)

 

һ_м.с= 2[мм.вод.ст.]

 

По расчетам выбираем электрофильтр  марки ГК, характеристика которого приведена в приложении Б.

Потери напоров в циклоне  составит:

 

150Па = = 15,29 [мм.вод.ст.]

 

Принимаем температуру газов  на выходе из электрофильтра 90 .

3. Участок электрофильтр  - дымосос:

Рассчитаем действительный объем газа на участке с учетом подсоса воздуха (по формуле 17):

 

_{= 15,68}[мм³/сек]

 

Находим t газа на этом участке с учетом подсоса воздуха (по формуле 18):

 

t₁ = = 85,71

 

Находим t газа на выходе в дымосос (по формуле 19):

 

t₂= 85,71-75=55,71

 

Находим среднюю температуру :

 

t_ср= = 70,71

 

Находим действительный объем газов на данном участке (по формуле 20):

 

= 16,464 = 20,73 [м³сек] = 74622 [м³/час]

 

Рассчитаем площадь поперечного сечения газохода и его диаметр(по формуле 21,22):

 

S == 4,146 м²

 

Д== 2,298 м

 

Рассчитаем удельный вес газа (по формуле 23):

 

_t= = 0,99 [кг/м³]

 

Рассчитаем потери напора от трения (по формуле 24):

 

h_пот= 0,05 = 0,16 [мм.вод.ст.]

 

По расчетам выбираем дымосос марки Д 13,5 характеристика которого приведена в приложении В.

 

 

 

 

Рассчитаем высоту дымовой трубы по формуле:

 

       (26)

 

где _hпот – это сумма всех потерянных напоров;

_{^{- удельный  вес наружного  воздуха  при}}   t 20

 

_^=1,2 [км/м³]

 

_^– это удельный вес газа в дымовой трубе при средней t;

Н – высота дымовой трубы;

D_уст – диаметр устья трубы определяется по формуле:

 

D_уст=1,13                                                      (27)

 

D_уст=1,13=2,31м

 

– действительный объем  газов

 

Сумма всех потерянных напоров  составит:

 

_hпот= h_n.c+ h₄+ h_n.c+ h_м.c+ h_n.c+h_м.c                            (28)

 

_hпот=0,09+0,3+1,85+0,16+138,6+15,29=156,29[мм.вод.ст]

 

1,3156,29=Н(1,2-0,99) – (1+0,05)

 

Н=1135,77м

 

По техническим соображениям принимаем высоту дымовой трубы 80 метров.

 

           3 Расчет теплопередачи через фрагмент стенки печного агрегата

 

Предварительно рассчитываем температуру по толщине кладки, используя  значения коэффициента теплопроводности без учета температурной зависимости. Тогда:

l₁ =4,65Вт/м°С;

l₂ = 0,835 Вт/м°С;

l₃ = 0,15 Вт/м°С.

Рассчитаем падение температуры  в слое магнезит:

 

,     (29)

 

 

  где δ_ш, δ_м, δ_ас – толщина стенки;

         λ₁, λ_2, λ₃ – коэффициент теплопроводности.

 

°С.

 

Температура между слоями составит:

 

t_мс1 =t₁ – Dt₁.      (30)

 

t_мс1 = 1370 – 128,85 = 1241,15°С.

 

Рассчитываем падение  температуры в слое шамот:

 

,

 

°С.

 

 

 

 

Температура между слоями составит:

 

t_мс2 =t_мс1 – Dt₂.

 

t_мс2 = 1241,15-717,53=523,62°С.

 

Рассчитаем падение температуры  в слое асбест:

 

,

 

 

°С.

 

Находим температуру между  слоями:

 

                                     t_мс3 =t_мс2 – Dt₃.

 

t_мс3 = 523,62-347,32=176,3.

 

Находим среднюю температуру  слоев:

 

                                  .

 

(31)

 

                                 .

 

 

 

.

 

 

 

Находим значение коэффициента теплопроводности при средних температурах:

                         l₁ = 4,65+1,75Вт/м°С.

 

l₂ = 0,835+0,58 Вт/м°С.

 

l₃ = 0,15 Вт/м°С.

 

Находим удельный тепловой поток:

 

.                     (32)

 

 Вт/м².

 

Находим температуру наружной поверхности:

 

.     (33)

 

°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данной курсовой работе произведен расчет процесса горения газа, определены продукты горения, составлен материальный баланс процесса горения газообразного топлива, произведя вышеуказанные расчеты, мы можем сделать следующие выводы:

1. Основными отходящими газами металлургического производства являются углекислый газ (CO₂), водяной пар (H₂O), азот (N₂) и кислород (O₂).  
2. Преобладающими (в процентном отношении) являются азот (72,71%) и водяной пар (15,83%).
3. Количество водяного пара – 15,83%, количество отходящего кислорода составляет 3,25%, достаточно велик процент углекислого газа (CO₂) – 8,197%, но самым значительным является выход азота (N₂) – 72,71%.

Во втором разделе произведен расчет сопротивления в газоходном тракте. По расчетам выбрано оборудование:

1)Циклон марки СЦН-40 
            2)Электрофильтр марки ГК

3)Дымосос марки  Д 13,5х2

Так  же в курсовой работе произведен расчет теплопередачи через  фрагмент многослойной стенки печного  агрегата, определена наружная температура  стенки. Температура отходящих газов на начальном этапе газоходного тракта составляет 850°С  с последующим понижением на участках: на участке печь циклон – с 771,43°С до 250°С, на участке циклон – электрофильтр – с 250°С по 90°С, на участке электрофильтр – дымосос – с 90°С до 20, 72°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Ю.М. Литвин Теоретические  основы теплотехники. – М.: Металлургия

2. Д.А. Диамидовский Металлургические печи. – М.: Металлургия, 1961

3. Телегин. Расчеты горения  топлива. – М.: Металлургия

4. В.А. Кривандин Металлургические печи, М.: Металлургия, 1967

5. Б.Б. Кистяковский, Н.В. Гудима Производство цветных металлов, М.:

    Металлургия, 1978

6. Чечеткин А.В., Занемонец Н.А.Теплотехника,1986

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А

 

 

Характеристика циклона  СЦН – 40

Предназначен для высокоэффективной очистки технологических газов и аспирационных выбросов от среднедисперсной и мелкой пыли в различных отраслях промышленности. Выпускаются одиночные и групповые циклоны. Выбираем групповой.

Количество циклонов в  группе должно составлять: 4

       Расчетная  производительность, м³/ч

       Группового 7340 - 386600

Расчетная площадь сечения  цилиндрической части корпуса циклона,  м²

группового 1,56-56,48

Массовая концентрация пыли в газовом потоке на входе г/м³ не более 1000.

Расчетное гидровлическое сопротивление, кПа (кгс/м² )

при  температуре: 

         20           1015-205 (115-250)

        400          0,635-1,36 (63,5-136)

Коэффицентгидровлического сопротивления, отнесенный  к условной  скорости в корпусе 1100.

Энергетические затраты  на 1000 м³ газа, кВт

при  температуре:

            20            0,32 0,7

            400          0,18 0,38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Б

 

 

Характеристика выбранного электрофильтра.

Электрофильтр типа ГК.

Предназначен для очистки  газов от пыли (электрофильтры типа ГК – это горизонтальные, трехполые, двухсекционные аппараты).

Техническая характеристика

Производительность по очищаемому газу при условной скорости 1 м/с, м³ /4.

Площадь м²                                                                                    110000

активного сечения                                                                                30

поверхности осаждения                                                                    2100

Разряжение в электрофильтре кПа (кгс / м²)  3,5(250).

Гидравлическое сопротивление  Па (кгс / м ²) 150 (15).

Максимальная температура  очищаемых газов         390.

Массовая концентрация пыли  очищаемом газе на выходе г / м³ не более 15.

Количество электродов                                                      

коронирующих                                                                     936

осадительных                                                                        84

Габаритные размеры,  мм 1760 86313000

Масса внутреннего механического  оборудования кг           66000

Изготовление и поставка по ТУ 48 – 1902 – 8 – 85

Разработчик и изготовитель ПСО «Цветмет» «Экология».

Цена договорная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение В

 

 

Характеристика дымососа

 

Тип дымососа	Параметры при максимальном К.Т.Д.
	производительность м3 /ч	напор,  мм.вод.ст.	мощность мотора,кВт	число оборотов в мин.
Д 13,5 2	75000	176	110	730