Курсовая работа: Тепловой расчёт камерной печи безокислительного нагрева стальных заготовок
Название: Тепловой расчёт камерной печи безокислительного нагрева стальных заготовок Раздел: Промышленность, производство Тип: курсовая работа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской Федерации БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра "Турбины и Теплоэнергетика" Курсовая работа по предмету "Высокотемпературные теплохнологические процессы и установки" "Тепловой расчёт камерной печи безокислительного нагрева стальных заготовок" Студент группы 02-ПТЭ Шаталова М. И. Преподаватель Кондаков С.А. Брянск 2005 г. содержание Введение 1. Исходные данные 2. Материальный расчёт процесса горения топлива 3. Расчёт производительности печи 3.1 Расчёт коэффициента излучения 3.2 Расчёт продолжительности нагрева заготовок 3.3 Производительность нагревательной печи 4. Расчёт теплового баланса рабочей камеры нагревательной печи 4.1 Расчёт теплового баланса 4.2 Анализ теплового баланса рабочей камеры Список используемой литературы При выполнении данной курсовой работы необходимо выполнить расчёты материального баланса горения топлива и теплового баланса рабочей камеры, расчёт теплообмена в рабочей камере, определить продолжительность тепловой обработки изделий, определение конструктивных размеров камеры и производительности печи. В камерной печи рассматриваемой в курсовой работе стальные изделия нагревают перед обработкой давлением (прокаткой, ковкой, штамповкой) для уменьшения их сопротивления пластической деформации. Такой процесс сопровождается окислением (угаром) металла и его обезуглероживанием. Обезуглероживание поверхностного слоя металла ухудшает его механические свойства. Вредное влияние окисления и обезуглероживания стали при нагреве на её качество вызывает необходимость принимать меры, предупреждающие эти явления. В последнее время широкое распространение получает способ создания безокислительной (угар 0 – 0,3%) и малоокислительной атмосферы (угар 0,3 – 0,7%) непосредственно в рабочем пространстве печей. Это достигается при неполном сжигании топлива (с коэффициентом расхода воздуха В курсовой работе рассматривается малоокислительный нагрев стали открытым пламенем при сжигании топлива с Для обеспечения достаточной эксплуатационной надёжности более целесообразно осуществлять нагрев стали в продуктах горения природного газа, полученных при 1 . Исходные данные1. Топливо – природный газ из газопровода Шебелинка – Москва, влажность 2. Окислитель – атмосферный воздух 3. Температура воздуха перед горелками 4. Температура топлива перед горелками 5. Марка стали – ст.10 6. Размеры заготовок в мм 7. Внутренние размеры рабочей камеры в мм 8. Размеры садочного окна в мм 9. Температура нагрева металла 10. Температура окружающей среды 11. Облицовка рабочей камеры – двухслойная; I-й слой толщиной II-й слой толщиной 2. Материальный расчёт процесса горения топливаВ материальном расчёте процесса горения топлива определяется равновесный состав и выход продуктов неполного горения топлива, расход окислителя. При расчёте горения топлива принимается: температура продуктов горения в рабочей камере влажность окислителя
где Так как горение топлива осуществляется при Теоретический удельный расход окислителя Удельный расход окислителя Уравнения материальных балансов химических элементов имеют вид для углерода для водорода для кислорода для азота Здесь Константа равновесия реакции конверсии Константа равновесия может быть определена из приближенного уравнения
Удельные выходы продуктов неполного горения топлива определяют при решении системы уравнений материальных балансов химических элементов соответствующих веществ.
Общий объём продуктов горения 3. Расчёт производительности печиДля расчёта коэффициента излучения По составу марки стали (прил.2) [1] рассчитываются плотность Для заданного состава стали, расчет ведётся по формуле: где поправка Для углеродистых сталей Влияние температуры на теплопроводность стали, представлено в таблице 1. Таблица 1.
Влияние температуры на энтальпию стали, представлено в таблице 2. Таблица 2.
3.1 Расчёт коэффициента излученияЗаготовки нагреваются через 3 боковые грани из 4, причём с разной интенсивностью. Задача лучистого теплообмена в этом случае может быть сведена к расчёту теплообмена между некоторой мнимой поверхностью и поверхностью При этом поверхность Fo
имеет температуру, равную Тм
и некоторую приведённую степень черноты Для оптимального расположения заготовок на поду рабочей камеры нагревательной печи (рис.3) принимаем соотношении
Степень черноты поверхности неокисленных сталей, Угловой коэффициент излучения кладки на материал Объёмные доли газов H2 O и CO2 в продуктах горения Парциальное давление смеси водяных паров и трёхатомных газов Эффективная толщина излучающего слоя газов Средняя температура газов в рабочей камере Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами Степень черноты газов Коэффициент излучения определяется по формуле В.Н. Тимофеева 3.2 Расчёт продолжительности нагрева заготовокВ камерной нагревательной печи имеет место радиационный равномерно распределённый режим внешнего теплообмена при Термическая массивность заготовок устанавливается по критерию Старка где Так как Если где коэффициент формы нагреваемой заготовки Для оптимального расположения заготовок на поду принимаем с=0,065 м . По таблице 3.1. [1] находим Необходимое время нагрева термически тонких заготовок (при постоянной теплоёмкости металла где Количество заготовок в печи Масса металла, находящаяся в рабочей камере печи Функция Так как теплофизические свойства стали заметно изменяются при нагреве, расчёт нагрева проводим для нескольких температурных интервалов, в каждом из которых величина Интервал температур нагрева разбивают на три диапазона Общая длительность нагрева По результатам расчёта строится график нагрева заготовок с учётом того, что при 3.3 Производительность нагревательной печиПроизводительность печи Удельное напряжение пода печи Результаты расчёта процесса нагрева заготовок Таблица 3.
4. Расчёт теплового баланса рабочей камеры нагревательной печиЦелью расчёта является определение расхода топлива и удельных показателей процесса, анализ статей теплового баланса. Наружные размеры рабочей камеры: и наружные размеры огнеупорного слоя: 4.1 Расчёт теплового балансаУравнение теплового баланса нагревательной печи при безокислительном нагреве стальных заготовок имеет вид: Приходные статьи баланса: Химическое тепло топлива
Энтальпия топлива Энтальпия окислителя Энтальпия технологического материала Расходные статьи баланса: Энтальпия технологического материала При расчёте Энтальпия отходящих газов Химический недожог
Потери тепла в окружающую среду Потери тепла излучением через отверстия Сечение отверстия садочного окна Коэффициент диафрагмирования отверстия
Для времени в течении которого садочное окно открыто, определяется продолжительностью операций по выгрузке одной нагретой заготовки и загрузке на её место одной холодной Наружная поверхность кладки Внутренняя поверхность кладки Средняя поверхность кладки Средняя температура металла в рабочей камере: Температура внутренней поверхности кладки определяется из отношения: Для определения теплового сопротивления кладки задаётся распределение температур по её толщине: слоя тепловой изоляции Для этих средних температур определяют для 1-ого слоя из полукислых изделий для 2-ого слоя из минеральной ваты Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду можно оценить по формуле Г.И. Иванцова: Потери тепла в окружающую среду через кладку стен, свода и пода Проверка правильности принятых Относительное расхождение, в связи с принимаемыми температурами, составило 1,58% и 1,31% соответственно, что меньше 5% погрешности. Из уравнения теплового баланса рабочей камеры определяется удельный расход топлива: Часовой расход топлива Тепловой баланс рабочей камеры нагревательной печи Таблица 4.
4.2 Анализ теплового баланса рабочей камерыСравнение теплового баланса и технологических показателей реальной рабочей камеры камерной нагревательной печи целесообразно провести с идеальной, в которой В идеальной рабочей камере удельный расход топлива абсолютный расход топлива тепловой КПД технологического процесса О малой доле полезного использования топлива по сравнению с идеальной рабочей камерой свидетельствует высокий удельный расход условного топлива Для повышения экономичности всей установки необходимо организовать использование главных тепловых отходов При этом целесообразно осуществить регенеративный подогрев компонентов горения, а оставшееся тепло после дожигания горючих компонентов в отходящих газах использовать для выработки некоторой дополнительной продукции (для грубой оценки принимаем Всё оставшееся тепло не может быть полезно использовано, поэтому коэффициент использования Тогда тепловой КПД установки повыситься и составит В небольшой по размерам и производительности печи потери тепла через обмуровку в окружающую среду Регенеративный подогрев компонентов горения существенно снижает расход топлива. Анализ теплового баланса позволяет установить роль подогрева компонентов горения, доля энтальпии которых в приходной части баланса При работе печи без подогрева компонентов горения удельный расход топлива составит Список используемой литературы1. Кондаков С.А. Тепловой расчёт камерной печи безокислительного нагрева стальных заготовок. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 100700 – "Промышленная теплоэнергетика". Изд. 2-ое, исправ. и дополн. – Брянск: БГТУ, 1999. - 26 с. 2. Несенчук А.П., Лисиенко В.Г., Тимошпольский В.И. и др. Высокотемпературные теплотехнические процессы и установки. – Мн.: Выш.шк., 1988. – 320 с. 3. Несенчук А.П., Жмакин Н.П. Тепловые расчёты пламенных печей для нагрева и термообработки металла. – Мн.: Выш.шк., 1974. – 286 с. 4. Перелётов И.И., Бровкин Л.А., Розенгарт Ю.И. и др. Высокотемпературные теплотехнические процессы и установки.–М.:Энергоатомиздат, 1989. – 336 с. 5. Троянкин Ю.В. Методические указания к типовому расчёту по курсу "Промышленные огнетехнические процессы и установки". – М.: МЭИ, 1979. – 36с. |