Расчёт металлургической печи

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теплофизики

Курсовая работа

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по теплотехнике

на тему:

«Расчёт металлургической печи»

Преподаватель: Карамышева Е.П.

Студент:

Группа: Од – 98

Липецк 2001

Аннотация

С. 36, рис. 6, табл. 3, прил. 2, библ. 8 назв.

В данной работе рассчитывается методическая печь с двусторонним обогревом, предназначенная для нагрева изделий из углеродистой стали Ст20 размерами 230´850´9200. Производительность рассчитываемой печи составляет 155 т/ч. Печь обогревается продуктами сгорания смеси природно-доменного газа.

Содержание.

1. Расчёт горения топлива……………………………………….….…4

2. Расчёт нагрева металла……………………………………..……...10

2.1. Расчёт основных размеров рабочей камеры и

параметров внешнего теплообмена…………………………….…….10

2.2. 1-я ступень нагрева – методическая зона …………………11

2.3. 2-я ступень нагрева – сварочная зона ……………………….……..14

2.4. 3-я ступень нагрева – томильная зона..……………………….….…17

3. Тепловой баланс методической печи….……………………...…..19

4. Расчёт керамического рекуператора …….……………………….30

4.1.Определение коэффициента теплоотдачи

продуктов сгорания……………………………………………………...31

4.2. Определение требуемой поверхности теплообмена……………...31

4.3. Определение размеров рекуператора……………………………...33

4.4. Окончательные размеры рекуператора……………………………34

4.5. Расчет аэродинамического сопротивления воздушного тракта…35

4.6. Расчет аэродинамического сопротивления тракта продуктов сгорания……………………………………………………………………...…...36

5. Выбор горелочных устройств …….………………………..…….37

6. Расчет газового, воздушного и дымового

трактов нагревательных печей………………...…………….…………...38

6.1. Определение размеров газо- и воздухопроводов …………40

6.2. Расчет дымового тракта…………………………………….40

6.3.Аэродинамический расчёт дымового тракта……………...……..41

Библиографический список….………….…….………………………….42

Приложения………………………..…….………………………….…….45

1. Расчёт горения топлива.

Производим расчет горения смеси природно-доменного газа с теплотой сгорания Qpн=8100 кДж/м3 в нагревательном колодце для нагрева слитков до 1230оС.

В нагревательных колодцах применяют горелки без предварительного смешения газа с воздухом, поэтому принимаем коэффициент расхода воздуха a=1,1.

Из справочной литературы берем состав сухих газов.

Таблица 1

Состав сухих газов

Газ	СО2	СО	СН4	С2Н6	Н2	N2	С4Н10	Всего
доменный	10,0	27,4	0,9	-	3,3	58,4	-	100
природный	-	-	92,2	0,8	-	6,0	1,0	100

Принимаем влажность газов:

- доменного W1=30 г/м3,

- природного W2=10 г/м3.

Определяем содержание влаги во влажном газе:

доменном

Н2О=100×W1/(803,6+ W1)=3,598 %,

природном

Н2О=100×W2/(803,6+ W2)= 1,229 %.

Пересчитаем состав сухих газов на влажные.

Доменный газ.

Содержание СО2 во влажном газе:

=9,64 %.

Аналогично находим содержание других компонентов во влажном доменном газе.

Химический состав влажного доменного газа, %:

СО2Р СОР СН4Р Н2Р N2Р Н2О Всего

9,64 26,41 0,867 3,18 56,29 3,598 100

Таким же путем определяем состав влажного природного газа:

СН4Р С2Н6Р N2Р С4Н10Р Н2О Всего

91,06 0,79 5,926 0,987 1,229 100

Определяем низшую теплоту сгорания газов:

- доменного

QнР=126,45×СО+107,6×Н2+358×СН4=3992,712 кДж/м3

- природного

QнР=358×СН4+635× С2Н6+1253,36× С4Н10=34340,34 кДж/м3

Находим долю доменного газа в смеси:

=0,864

Доля природного газа (1-)=0,135.

Определяем состав смеси влажного газа:

Х=×Х1+(1-)×Х2,

где Х1-содержание данного компонента (например СО2,% ) в доменном газе;

Х2-то же, в природном газе.

Находим содержание СО2 в смешанном газе:

=0,864×9,64+0=8,329 %

Аналогично определяем содержание других компонентов смешанного газа и получаем его состав, %:

СО2 СО СН4 Н2 N2 С2Н6 С4Н10 Н2О Всего

8,329 22,82 13,07 2,748 49,44 0,106 0,133 3,27 100

Для проверки точности расчета определяем теплоту сгорания смешанного газа:

QнР=126,45×СО+107,6×Н2+358×СН4+635× С2Н6+1253,36×С4Н10=8095,6кДж/м3

Определяем ошибку теплоты сгорания:

dQ=×100=5,4×10-4 %<0,5%.

Разность между расчетной и заданной теплотой сгорания смешанного газа не превышает ± 0,5 %.

Табличным способом рассчитываем удельное теоретическое количество воздуха и продуктов горения (табл. 2)

Таблица 2

Расчет горения топлива

Участвуют в горении							Получено газооб- разных продуктов
Топливо				Воздух
Сос- тав	Содер жание %	Кол- во, м3	Реакции горения	О2, м3	N2, м3	Все го м3	СО2, м3	Н2О, м3	N2, м3	Всего м3
Н2	2,74	2,74	Н2+0,5О2=Н2О	1,37	40,16×3,76	151,01+40,16	-	2,748		2,7480
СО	22,82	22,82	СО+0,5О2= СО2	11,4			22,82	-		22,827
СН	13,07	13,07	СН4+2О2=СО2+2Н2О	26,1			13,07	26,14		39,210
СО2	8,33	8,33	-	-			8,33	-	49,44 - + 151,0	8,3290
N2	49,44	49,44	-	-			-	-		200,45
С2Н6	0,106	0,106	С2Н6+3,5О2=2СО2+3Н2О	0,37			0,213	0,320		0,5334
С4Н10	0,133	0,133	С4Н10+6,5О2=4СО2+5Н2О	0,86			0,534	0,667		1,2015
Н2О	3,275	3,275	-	-			-	3,275		3,275
Всего	100	100		40,1	151	191	44,97	33,15	200,4	278,57
На 1 м3 газа				0,4	1,51	1,91	0,449	0,331	2,004	2,7857