Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Тепловий розрахунок тунельної печі

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ПК.064463.13.00.ЗП

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………..…………………………….....4

1 Вихідні дані для розрахунку…………………………………………..……………6

2 Конструктивний розрахунок…………………………………………..…………...7

3 Тепловий розрахунок тунельної печі…………………………………..………...11

3.1 Розрахунок горіння палива…………………………………………………..11

3.2 Тепловий баланс печі………………………………………………..………..16

3.3 Розрахунок теплового балансу печі…………………………………..……...40

3.4 Тепловий баланс зон підігріву та випалу……………………………..….....41

3.5 Тепловий баланс дільниці охолодження……………………………..……...47

4 Аеродинамічний розрахунок печі ………………………………..……....……54

Висновки……………………………………………………………………………...60

Перелік посилань……………………………………………………………….....…61

ВСТУП

Промислова піч являє собою тепловий агрегат, у якому отримують теплову енергію шляхом спалення палива або преображення електричної енергії та передають її матеріалу або виробам, піддающимся тепловій обробці.

Для випалення виробів вогнетривких шамотних застосовують тунельні печі з арочним зведенням, які призначені для випалення виробів при температурах 1400 – 1700ºС і вищі (високотемпературні печі). Довжина печі складає 100м, ширина печі складає 3,2м, висота - 1,8 м.

Тунельні печі відносяться до печей з рухомим складом. Вони є прямим каналом (тунель) різних розмірів. Усередині тунеля прокладений рейковий шлях, ширина якого залежить від ширини печі. Вагонетки по внутрішньоцеховому рейковому шляху подаються до печі і одна за одною, через певні проміжки часу, проштовхуються в піч штовхальником. Кожна вагонетка, пройшовши усю довжину тунеля, видається з печі з іншого кінця при кожному проштовхуванні. Таким чином створюється безперервне переміщення вагонеток в печі, поступове підігрівання, випалення і охолодження виробів, що знаходяться на черені вагонетки.

Усю довжину печі можна розділити на окремі зони, в яких протікають різні процеси. При поєднанні в один агрегат з сушилом піч матиме наступні чотири зони: сушки, підігріву, випалення і охолодження. Кожна зона печі має певну довжину, свої конструктивні особливості і свій режим.

Зона сушки працює як самостійне сушило, таке, що має окреме підведення і відведення сушильного агента(димові гази, гаряче повітря або їх суміш) або як частина зони підігрівання, що має димовідвідні канали в стінках печі. При цьому необхідні параметри сушильного агента регулюються поданням гарячого повітря.

Зона підігріву починається від сушила і закінчується на межі із зоною випалення. Довжина цієї зони умовно визначається графіком випалення і вважається приблизно до перших пальників по ходу руху вагонеток. Ця зона досить великої довжини, необхідної для повнішого використання тепла продуктів горіння, що поступають із зони випалення(від пристроїв пальників). Основне призначення зони підігрівання - рівномірне прогрівання садіння обпалюваних виробів до температур, що відповідають графіку випалення.

Паливо спалюється в зоні випалення, розташованої в середній частині печі, за допомогою спеціальних пристроїв пальників. У цій частині печі підтримуються максимальні температури, необхідні для випалення. Повітря, що поступає для спалювання палива, заздалегідь підігрівається в зоні охолодження.

Продукти горіння, що проходять уздовж тунеля, потрапляють в зону підігріву, а потім в зону сушки або викидаються в атмосферу через димарі.

Таким чином, в тунелі відбувається безперервний рух повітря (зона охолодження) і димових газів(зони випалення, підігрівання, сушки) назустріч складу вагонеток, що переміщається, з виробами (протитечійний рух).

1 ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ РОЗРАХУНКІВ

1	Продуктивність печі, G_рік , т/рік	123000
2	Залишкова вологість сирцю, %	0
3	Брак випалення, %	2,5
4	Втрати при прокалюванні (п.п.п.)%	3,1
5	Паливо - природний газ Дашавського родовища
6	Робоча вологість газу, %	1
7	Максимальна температура випалення, ⁰С	1450
8	Тривалість випалення Z , год	30
9	Температура навколишнього повітря, ⁰С	25
10	Температура газів, що відходять з печі, ⁰С	500
11	Температура повітря, що подається на горіння палива, ⁰С	810
12	Температура повітря, що відбирається на сушку, ⁰С	530
13	Температура матеріалу на вході в піч, ⁰С	400
14	Температура матеріалу на виході з печі, ⁰С	100
15	Розмер вагонетки (l_В x b_В), м	3 х3,1
16	Масова місткість вагонетки G_в , т	11,6
17	Висота садіння виробів на вагонетку h₀ , м	3,09
18	Число годин роботи печі в рік Zгод , ч	8640

КОНСТРУКТИВНИЙ РОЗРАХУНОК ТУНЕЛЬНОЇ ПЕЧІ

2.1 Крива випалу

Тунельна піч представляє собою тунель із постійними по температурному режиму зонами підігріву, випалу й охолодження.

Зона випалу обладнана пальниками для спалювання палива. Повітря для горіння надходить по тунелю через зону охолодження. Надлишок нагрітого повітря відбирається через бічні канали для використання в сушилах. Продукти згорання движуться по тунелі від зони випалу через зону підігріву іексгаустером вибрасуються в атмосферу. При цьому вони, омиваючи сирець,підігрівають його, а самі охолоджуються до температури 180-250 °С.

Вагонетки з покладеним на них сирцем,переміщаючись по тунелю печі, послідовно проходять зони з різними температурами і з досить підігрітим напівфабрикатом надходять у зону випалу,після якої обпалені вироби попадають у зону охолодження.

Рисунок 1 – Крива випалу

По кривій випалення визначаємо тривалість теплової обробки матеріалу по зонах: підігріву - Z_под = 9,8 год, випалення - Z_вип = 8,2 год, охолодження - Z_ох = 12 год. Обчислюємо необхідну масову місткість печі:

₍₁₎

де G_рік = 123000 т/р;

Z = 48 год;

Z_рік = 8640 год;

m – втрати в процесі випалення, тобто сума браку випалення і п.п.п.;

m = 2,5 + 3,1 = 7,75 %

Тоді:

Число вагонеток, що одночасно знаходяться в печі:

₍₂₎

Приймаємо ціле число вагонеток N = 40.

Тоді довжина печі складе:

L_П = N*l_В= 40 * 3 = 120 м (3)

Приймаємо довжину печі 120 м.

Масова місткість печі G_П= N * G_В = 40 * 11,6 = 464 т (4)

Перетин тунеля:

S_Т= H_Т*B_Т (5)

Висота H_Т= h₀+ a (6)

де h₀ -висота садіння, h₀= 3,09 м;

а - висота підсклепінного простору, а = 0,1 м.

Тоді H_Т= 3,09 + 0,1 = 3,19 м.

Ширина B_Т= b_В+ 2*с, (7)

де b_В - ширина вагонетки, b_В = 3,1 м;

с - відстань між вагонеткою і бортовою стінкою тунеля, с = 0,05 м.

Тоді B_Т= 3,1 + 2 * 0,05 = 3,2 м.

Отже, внутрішній об'єм печі складе:

V_П = L_П* B_Т* H_Т= 120 * 3,2 * 3,19 = 1225 м³. (8)

Щільність садіння виробів:

₍₉₎

Продуктивність печі:

₍₁₀₎

Визначимо довжину різних зон печі.

Довжина зони підігріву:

₍₁₁₎

Приймаємо число позицій зони підігрівання рівним 13. Тоді:

Довжина зони випалення:

₍₁₂₎

Приймаємо число позицій зони випалення рівним 11. Тоді:

Довжина зони охолоджування:

₍₁₃₎

Приймаємо число позицій зони охолоджування рівним 16. Тоді:

Інтервал штовхання вагонеток:

₍₁₄₎

Відповідно до кривої випалення, а також про обліком технологічних свойств матеріалу, що піддається тепловій обробці, приймаємо схему обпалювання печі (рисунок 2), у відповідностей з якою охолоджування виробів виробляється холодним повітрям (температура 25 °С), вентилятором, що подається, в кінці зони охолоджування; при цьому повітря, що має температуру 530 °С, відбирається на сушку, а останній, нагрітий до 810 °С, - на горіння; відбір продуктів горіння здійснюється по каналах, розташованих по обидві сторони печі в зоні нагріву, в збірний канал, по якому димові гази прямують до димососу і димаря. Для проведення перевірочного теплового розрахунку печі у відповідності про вибраною конструкцією печі і схемою опалювання дані про матеріали і розміри обгороджувань печі, а також про властивості матеріалу обгороджувань зводимо в таблиці.

Рисунок 2 - Схема тунельної печі для випалу шамотних виробів:

1 - трубопровід холодного повітря;

2 - трубопровід відбору повітря на сушку;

3 - відбір повітря на горіння палива;

4-5 - стояки подачі газу і повітря до пальників;

6 - каналів відбору димових газів;

7 - збірний канал димових газів

Таблиця 1 - Футеровка стін та зводу печі

Довжина дільниці печі, м	Товщина футеровки, м
	Шамот ШБ		Динас		Шамотна легковага – 1,3		Шамотна легковага – 0,9		Шамотна засипка		Будівельна цегла
	Сті-на	Звід	Сті-на	Звід	Стіна	Звід	Стіна	Звід	Стіна	Звід	Стіна	Звід
23,7	0,35	-	-	0,52	-	-	-	0,3	-	0,3	0,8	-
15,3		-	-	0,25	-	0,1	-	0,3	-	0,1	0,4	-
33,0	0,8	-	0,63	0,25	-	-	0,56	0,3	-	-	1,15	0,08
27,75	0,4	0,5	-	-	0,163	-	-	-	-	-	0,63	0,145
20,25	0,08	0,5	-	-	-	-	-	-	-	-	0,512	0,145

Таблиця 2 - Футеровка вагонеток

Номер шару	Вид матеріалу	Товщина шару, м	Густина, кг/м	Вага шару, кг	Теплоємність, кДж/(кг*град)
1	Динас	0,065	1900	2474	0,795+33510 ^-6t_сер
2	Шамот	0,157	1900	2543	0,837+26410 ^-6t_сер
3	Шамотна легковага	0,375	1300	3325	0,960+33510 ^-6t_сер

Таблиця 3 - Коефіцієнт теплопровідності,

Вид матеріалу

Коефіцієнт теплопровідності

Шамот ШБ

Динас

Шамотна легковага – 1,3

Шамотна легковага – 0,8

Шамотна засипка

Будівельна цегла

0,7+0,00064* t_сер

0,81+0,00076* t_сер

0,61+0,00018* t_сер

0,21+0,00043* t_сер

0,23+0,00049* t_сер

0,47+0,00051* t_сер

Для проведення перевірочного теплового розрахунку печі у відповідності обраної конструкції печі й розмірах огороджень печі, а також про властивості матеріалу огороджень зводимо в таблиці 1, 2, 3.

3 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ПЕЧІ

3.1 Розрахунок горіння природного газу

Робимо розрахунок горіння природного газу. Склад сухого газу приведений у таблиці 3.1:

Таблиця 3.1 - Склад сухого газу, %

Сума, %

93,0

4,4

0,8

0,6

0,3

0,1

0,8

100,0

Газ спалюється з коефіцієнтом витрати . Приймаємо зміст вологи в газі 1 %. Розраховуємо склад сухого газу на вологий робочий газ:

СН₄^вл = * (15)

С₂Н₆^вл = (16)

С₃Н₈^вл = 0,79 % (17)

С₄Н₁₀^вл = 0,59 % (18)

CО₂ = 0,3 % (19)

N₂= 0,79 % (20)

Отримані результати заносимо в таблицю 3.2:

Таблиця 3.2 - Склад вологого газу, %

Сума, %

92,0

4,4

0,8

0,6

0,3

0,1

0,8

1,0

100,0

1.Визначаємо теплоту згорання:

= 358,2*СН₄+637,5*С₂Н₆+912,5*С₃Н₈+1186,5*C₄H₁₀+1460,8*C₅H₁₂ (21)

= 358,2*92,07+637,5*4,36+912,5*0,79+1186,5*0,59+1460,8*0,3 = 32979,47+ +2779,5+913,29+700,035+438,24 = 37810,535 кДж/нм³

2.Знаходим теоретично необхідну кількість сухого повітря:

L₀ = 0,0476*(2СН₄+3,5С₂Н₆+5С₃Н₈+6,5С₄Н₁₀+8С₅Н₁₂),нм³ /нм³ (22)

L₀=0,0476*(2*92,07+3,5*4,36+5*0,79+6,5*0,59+8*0,3)=0,0476*(184,14+15,26++3,95+3,835+2,4) = 9,97 нм³/нм³

3. Теоретична витрата вологого повітря при d=10 г/кг:

(23)

нм³/нм³

4. Об'єм продуктів горіння при α=1,2:

(24)

Для природного газу :

(25)

нм³/нм³

(26)

нм³/нм³

(27)

нм³/нм³

Всього продуктів горіння при α=1,2:

1,0712 + 2,22 + 7,884 = 10,1752 нм³/нм³

5. Склад продуктів горіння, %:

(28)

(29)

(30)

6. Коефіцієнт надлишку повітря, при якому забезпечується робоча температура в печі, визначаємо за формулою:

, (31)

де с_п - теплоємність повітря при 810 ̊С (с = 1,3846 кДж/(м³∙град) [1, c. 322]

с_дt_к - теплозміст газів при калориметричній температурі горіння палива,

(32)

i_д - теплозміст димових газів при дійсній температурі t_д , яку зазвичай приймають на 20-30 вище за температуру випалення матеріалу (t_д = 1450 + 25 = 1475 ⁰С);

η - коефіцієнт горіння палива, для тунельних печей приймається в межах 0,78-0,83 (приймаю η=0,81).

Теплозміст димових газів при дійсній температурі горіння палива визначаємо за правилом адитивності, знаючи склад продуктів горіння і ентальпію компонентів суміші при t=1475 ⁰C [1, c. 320]:

) (33)

кДж/нм³

Тоді теплозміст димових газів при калориметричній температурі горіння палива складе:

кДж/нм³

Коефіцієнт надлишку повітря за цих умов:

7. Тоді дійсна витрата сухого повітря:

₍₃₄₎

8. Дійсна витрата атмосферного повітря:

₍₃₅₎

9. Кількість продуктів горіння:

₍₃₆₎

нм³/нм³

(37)

(38)

10. Загальний об'єм продуктів горіння:

1,0712 + 2,3453 + 14,03 + 1,633 = 19,08 нм³/нм³ (39)

11. Склад продуктів горіння, %:

(40)

(41)

(42)

(43)

12. Складаємо матеріальний баланс процесу горіння на 100 м³ природного газу при α=1,78.

12.1 Прихід

Природний газ:

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

Разом 100 м³ природного газу мають масу:

m_г= 65,8 + 5,84 + 1,55 + 1,53 + 0,96 + 0,196 + 0,99 + 0,803 = 77,7 кг.

Повітря

(52)

(53)

(54)

Звідси маса повітря:

(55)

Разом прихід:

₍₅₆₎

12.2 Розхід

Продукти горіння:

₍₅₇₎

₍₅₈₎

₍₅₉₎

₍₆₀₎

Маса продуктів горіння складає:

m_п.г. = 210,46 + 188,46 + 1753,75 + 233,29 = 2385,96 кг.

Разом витрата: m_вит = 2385,96 кг.

Невˈязка балансу складає:

3.2 Тепловий баланс печі

3.2.1 Визначення втрат тепла через обгороджування

1.Перша ділянка

Розрахунок проводимо по ділянках аналітичним методом. Розраховуємо питомий тепловий потік q₀ з поверхні стіни першої ділянки за нормальних умов, прийнявши температуру зовнішньої поверхні стіни 45⁰С, а середню температуру охолоджування рівній середній температурі на ділянці:

Тоді:

₍₆₁₎

З таблиці 1 і 3 знаходимо:

Тоді

Обчислюємо температуру на кордонах шарів кладки:

Визначаємо середню температуру кожного шару і відповідні коефіцієнти теплопровідності:

Уточнюємо величину питомого теплового потоку:

Уточнюємо температури на кордонах шарів:

Уточнюємо середню температуру кожного шару і відповідні коефіцієнти теплопровідності:

Розраховуємо коефіцієнти тепловіддачі від зовнішньої поверхні до повітря:

₍₆₂₎

де ε –міра чорноти, для цегельних стіною знаходиться в прибудовах 0,9-0,98 (приймю ε=0,95).

Приблизно загальні коефіцієнти тепловіддачі можна підрахувати по формулі

₍₆₃₎

Тоді

Визначаємо розрахункову температуру зовнішньої стінки:

Різниця між розрахунковою температурою зовнішньої стінки і прийнятою раніше не перевищує ±5⁰С. Тому розрахунок не повторюємо.

Питомий тепловий потік з поверхні стіни

Поверхня стенів першої ділянки

де l₁ – довжина ділянки l=30 м,

H₁ - висота тунеля1 Н=1,8 м

Тоді:

Втрати тепла через стінку на першій ділянці:

Визначаємо втрати тепла через зведення. Розрахунок виконуємо аналогічно розрахунку втрат тепла через стінки. Обчислюємо середню температуру на першій ділянці:

t_cр =650⁰С

Потім знаходимо:

Тоді

Знаходимо температуру на кордонах шарів:

Визначаємо середню температуру кожного шару і відповідні коефіцієнти теплопровідності:

Уточнюємо величину питомого теплового потоку:

Уточнюємо температури на кордонах шарів:

Уточнюємо середню температуру кожного шару і відповідні коефіцієнти теплопровідності:

Розраховуємо коефіцієнти тепловіддачі від зовнішньої поверхні до повітря:

Загальний коефіцієнт тепловіддачі:

Визначаємо розрахункову температуру зовнішньої стінки:

₍₆₄₎

Це значення не перевищує прийняту раніше (t_н=50⁰С) температуру більш ніж на ±5⁰С.

Ширину зводу визначаємо як суму ширини каналу і товщини стін печі:

Поверхня теплопередачі

₍₆₅₎

Втрати тепла через зведення

₍₆₆₎

Втрати тепла через під вагонетки приймаємо рівним 16-20% від втрат тепла стінками і зведенням:

₍₆₇₎

Загальні втрати тепла на першій ділянці:

₍₆₈₎

2.Друга ділянка

Розрахунок проводимо по ділянках аналітичним методом. Розраховуємо питомий тепловий потік q₀ з поверхні стіни другої ділянки за нормальних умов, прийнявши температуру зовнішньої поверхні стіни 65⁰С, а середню температуру охолоджування рівній середній температурі на ділянці:

З таблиці 1 і 3 знаходимо:

Тоді

Обчислюємо температуру на кордонах шарів кладки:

Визначаємо середню температуру кожного шару і відповідні коефіцієнти теплопровідності:

Уточнюємо величину питомого теплового потоку:

Уточнюємо температури на кордонах шарів:

Уточнюємо середню температуру кожного шару і відповідні коефіцієнти теплопровідності: