Составление теплового баланса печи

Приходная часть состоит из тепла от горения топлива Составление теплового баланса печи - №1 - открытая онлайн библиотека и тепла вносимого подогретым воздухом Составление теплового баланса печи - №2 - открытая онлайн библиотека .

Тепло горения топлива:

Составление теплового баланса печи - №3 - открытая онлайн библиотека

Физическое тепло воздуха:

Составление теплового баланса печи - №4 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №5 - открытая онлайн библиотека

Расходная часть состоит из тепла усвоенного металлом Составление теплового баланса печи - №6 - открытая онлайн библиотека тепла уносимого уходящими дымовыми газами Составление теплового баланса печи - №7 - открытая онлайн библиотека , потерь тепла теплопроводностью через кладку Составление теплового баланса печи - №8 - открытая онлайн библиотека , потерь тепла с охлаждающей водой Составление теплового баланса печи - №9 - открытая онлайн библиотека , потерь тепла излучением Составление теплового баланса печи - №10 - открытая онлайн библиотека и прочими неучтенными потерями.

Тепло усвоенное металлом:

Составление теплового баланса печи - №11 - открытая онлайн библиотека

Потери тепла с уходящими газами:

Составление теплового баланса печи - №12 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №13 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №14 - открытая онлайн библиотека

Невязка материального баланса:

Составление теплового баланса печи - №15 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №16 - открытая онлайн библиотека

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЕЧИ

Аэродинамический расчет печи включает в себя определение сопротивления дымового тракта и расчет дымовой трубы.

Аэродинамический расчет начинается с составления схемы тракта, т.е. определяются сечения и длины газоходов, виды местных сопротивлений. Сечения газоходов принимаются по рекомендуемым скоростям:

– для дымовых газов 2 – 3 м/с,

– для холодного воздуха 10 – 12 м/с,

– для горячего воздуха после металлического рекуператора 5 – 7 м/с.

При выборе сечения дымоходов, засоряющихся в процессе эксплуатации, нужно принимать во внимание также удобство их обслуживания.

Общее гидравлическое сопротивление тракта:

Составление теплового баланса печи - №17 - открытая онлайн библиотека

где Составление теплового баланса печи - №18 - открытая онлайн библиотека потери давления в местных сопротивлениях, Па,

Составление теплового баланса печи - №19 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №20 - открытая онлайн библиотека потери на трение, Па,

Составление теплового баланса печи - №21 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №22 - открытая онлайн библиотека потери геометрического давления, Па,

Составление теплового баланса печи - №23 - открытая онлайн библиотека

где Составление теплового баланса печи - №8 - открытая онлайн библиотека – коэффициент местного сопротивления, определяется по работе [1, с.216-244] в зависимости от конфигурации местного сопротивления;

Составление теплового баланса печи - №25 - открытая онлайн библиотека коэффициент трения ( Составление теплового баланса печи - №26 - открытая онлайн библиотека = 0,05 для кирпичных каналов, Составление теплового баланса печи - №8 - открытая онлайн библиотека 0,03 – для металлических);

Wo – средняя скорость в расчетном сечении при t = 0 °С и P = 101,3 кПа, м/с;

Составление теплового баланса печи - №28 - открытая онлайн библиотека плотность газа, проходящего по каналу при t = 0°С и P = 101,3 кПа, кг/м3;

Т – температура газа, К;

В и Рст–соответственно барометрическое и статическое давление, кПа;

Величину 101,3/(В + Рст) при расчете газопроводов низкого давления допустимо принимать равной единице;

l – длина участка, м;

Составление теплового баланса печи - №10 - открытая онлайн библиотека гидравлический диаметр канала, м.

Составление теплового баланса печи - №30 - открытая онлайн библиотека

где F – сечение канала, м2;

П – периметр сечения, м;

h – высота изменения положения канала, м;

Составление теплового баланса печи - №28 - открытая онлайн библиотека плотность окружающего воздуха, кг/м3,

Составление теплового баланса печи - №32 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №10 - открытая онлайн библиотека температура окружающего воздуха, К;

Составление теплового баланса печи - №10 - открытая онлайн библиотека плотность газа в канале при действительных условиях

Составление теплового баланса печи - №35 - открытая онлайн библиотека

Потери Составление теплового баланса печи - №36 - открытая онлайн библиотека имеют знак ''+'' при движении легкого газа вниз и знак ''-'' при движении легкого газа вверх по каналу.

Схема дымового тракта представлена на рисунке 5.1:

1 – печь;

2–дымовой канал;

3– рекуператор;

4 – дымовой шибер;

5–дымовая труба.



Составление теплового баланса печи - №37 - открытая онлайн библиотека
Рисунок 5.1 – схема дымового тракта

Расчет дымового тракта

Потеривместных сопротивленияхигидростатическиепотерирассчитываютсяпо формуламприведенным выше.Коэффициентыместныхсопротивленийопределяютсяс помощьюграфиков, приведенныхвсправочнойлитературе. Расчетдымовоготрактаведетсясиспользованиемрисунка 5.1.

Расходгаза, м3/с, подлинебетонногоиликирпичногогазоходаувеличивается засчетприсосоватмосферноговоздуха, поэтомусредний расходна каждом участкеопределяетсякак:

Составление теплового баланса печи - №38 - открытая онлайн библиотека

Скоростьгазапринормальныхусловиях налюбом участке:

Составление теплового баланса печи - №39 - открытая онлайн библиотека

Результатом резкого сужения на выходе из печи является местное сопротивление. Местное сопротивление определяется по формуле

Составление теплового баланса печи - №40 - открытая онлайн библиотека

где

Составление теплового баланса печи - №41 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №42 - открытая онлайн библиотека

где Составление теплового баланса печи - №9 - открытая онлайн библиотека расход газа, м3/с;

Составление теплового баланса печи - №44 - открытая онлайн библиотека теоретический выход продуктов горения, м3/с;

Составление теплового баланса печи - №45 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №46 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №47 - открытая онлайн библиотека

Тогдапотеридавленияна этом участкебудут составлять:

Составление теплового баланса печи - №48 - открытая онлайн библиотека

где Составление теплового баланса печи - №49 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №50 - открытая онлайн библиотека

А конечное давление:

Составление теплового баланса печи - №51 - открытая онлайн библиотека

где Рн – давление продуктов сгорания в печи. ПринимаемРн = 0 Па.

Трение на участке l1 = 1,9 м.

Составление теплового баланса печи - №52 - открытая онлайн библиотека

Гидравлическийдиаметрканалаикоэффициентсопротивления трения:

Составление теплового баланса печи - №53 - открытая онлайн библиотека

Расход научастке(в серединедлиныучастка)можнонайтипо формуле:

Составление теплового баланса печи - №54 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №55 - открытая онлайн библиотека

Температура на участке изменится по такой формуле:

Составление теплового баланса печи - №56 - открытая онлайн библиотека

Расчетная скоростьидинамическое давление:

Составление теплового баланса печи - №57 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №58 - открытая онлайн библиотека

Тогдапотеридавленияна трениена этом участке:

Составление теплового баланса печи - №59 - открытая онлайн библиотека

Давление в конце участка:

Составление теплового баланса печи - №60 - открытая онлайн библиотека

Резкий поворот на 90°.

Расход научастке:

Составление теплового баланса печи - №61 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №62 - открытая онлайн библиотека

Температура на участке:

Составление теплового баланса печи - №56 - открытая онлайн библиотека

Расчетная скоростьидинамическое давление:

Составление теплового баланса печи - №64 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №65 - открытая онлайн библиотека

Тогдапотеридавленияна этом участкебудут составлять:

Составление теплового баланса печи - №48 - открытая онлайн библиотека

где Составление теплового баланса печи - №67 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №68 - открытая онлайн библиотека

А конечное давление:

Составление теплового баланса печи - №69 - открытая онлайн библиотека

Гидростатические потери при опускании на глубину h1 = l2 = 6,5 м.

Температура на участке изменится по такой формуле:

Составление теплового баланса печи - №70 - открытая онлайн библиотека

Плотность окружающего воздуха:

Составление теплового баланса печи - №71 - открытая онлайн библиотека

Плотность газа в канале:

Составление теплового баланса печи - №72 - открытая онлайн библиотека

Потери геометрического давления:

Составление теплового баланса печи - №73 - открытая онлайн библиотека

Разряжение на участке:

Составление теплового баланса печи - №74 - открытая онлайн библиотека

Аналогично проводятся расчеты и для других участков. Все полученные данные сведены в таблицу 5.1





Таблица 5.1 – результаты расчета гидравлических сопротивлений дымового тракта

Вид сопротивления Расчетный расход газа,V м3 Температураt, °С Расчетное сечение, Fрасч, м² Расчетная скорость W0, м/с Динамическое давление,Pдин Па Км.с. Потери давления, Составление теплового баланса печи - №75 - открытая онлайн библиотека , Па Конечное давление P, Па
Резкое сужение на выходе из печи 6,407 1,9625 3,265 5,027 0,385 1,933 -1,933
Трение на участке ℓ1 6,421 798,5 1,9625 3,272 5,043 0,028 0,272 -2,205
Резкий поворот на 90° 6,436 798,5 1,9625 3,279 5,065 1,32 6,680 -8,891
Гидростатические потери h1 6,439 792,2 1,9625 3,288 5,131 - 11,61 -74,288
Трение на участке ℓ2 6,496 785,9 1,9625 3,31 5,128 0,23 -75,449
Резкий поворот на 90° 6,558 785,9 1,9625 3,325 5,016 1,32 6,9 -82,349
Трение на участке ℓ3 6,572 784,4 1,9625 3,349 5,213 0,059 0,281 -82,63
Вход в рекуператор 6,586 627,2 1,9625 3,356 4,458 13,373 -96,0034
Плавноесужение на ℓ4 6,626 3,649 0,01998 1,29 0,099 0,141 -96,0034
Трение на участке ℓ5 6,651 467,5 1,228 6,0193 11,793 0,122 1,434 -97,437
Вид сопротивления Расчетный расход газа м3 Температура t, °С Расчетное сечение, Fрасч, м² Расчетная скорость W0, м/с Динамическое давление, PдинПа Км.с. Потери давления, ∆Р, Па Конечное давление P, Па  
  Резкий поворот на 45° 6,676 467,5 1,228 6,0418 11,882 0,27 3,208 -100,646
Трение на участке ℓ6 6,707 464,4 1,228 6,07 11,942 0,151 1,801 -102,446
Резкий поворот на 45° 6,738 464,4 - 6,738 12,053 0,27 3,254 -105,701
Трение на участке ℓ7 6,126 1,228 6,512 12,114 0,151 1,827 -107,527
Гидростатические потери h2 6,126 455,562 1,228 6,512 12,987 - 57,979 -160,424
Резкий поворот на 90° 6,801 455,562 1,228 6,155 12,131 1,32 16,013 -176,438
Трение на участке ℓ8 6,864 455,562 1,228 6,211 12,356 0,1 1,236 -177,673
Дымовой шибер 6,906 451,46 1,228 6,25 12,438 0,199 2,480 -180,154
Слияние потоков 6.954 451.46 1,105 5,611 10,025 10,025 -340,025
Трение на участке ℓ9 11,341 449,362 1,105 5,629 10,059 0,074 11,115 -340,772
Вид сопротивления Расчетный расход газа м3 Температура t, °С Расчетное сечение, Fрасч, м² Расчетная скорость W0, м/с Динамическое давление, PдинПа Км.с. Потери давления, ∆Р, Па Конечное давление P, Па  
Резкий поворот на 90° 11,377 449,362 1,842 5,646 10,122 1,45 54,352 -355,45
Трение на участке ℓ10 11,447 445,262 1,842 5,681 10,189 0,145 5,844 -356,927
Вход в дым.трубу 11,517 445,262 1,842 5,716 10,314 76,422 -377,555


Расчет дымовой трубы

Дымовыетрубымогутвыполнятьсяжелезобетонными, металлическими, кирпичнымиисо стволомскремнебетона. Основным типомтрубявляются железобетонныескирпичнойфутеровкойвнутри.

Расчетдымовойтрубысостоитв определениивысоты, атакжедиаметровнижнегоиверхнегосечений.Уточненное значениеHрассчитываетсясучетомдавлениявтрубе, изменениятемпературыгазовповысотетрубы, конусностистволатрубы:

Составление теплового баланса печи - №76 - открытая онлайн библиотека

где Составление теплового баланса печи - №10 - открытая онлайн библиотека средняя по высоте трубы температура наружного воздуха, К,

Составление теплового баланса печи - №78 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №79 - открытая онлайн библиотека температура продуктов горения у основания и у устья трубы, К,

Составление теплового баланса печи - №80 - открытая онлайн библиотека

где δ = 1°С/м – падение температурыпродуктов сгорания наодинметрвысотытрубы;

Составление теплового баланса печи - №81 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №82 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №83 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №84 - открытая онлайн библиотека средний диаметр трубы,

Составление теплового баланса печи - №85 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №86 - открытая онлайн библиотека из соображений удобства обслуживания,

Расчет диаметра устья проводится по суммарному расходу дымовых газов

Составление теплового баланса печи - №87 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №88 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №89 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №90 - открытая онлайн библиотека скорость продуктов горения у основания трубы, м/с,

Составление теплового баланса печи - №91 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №92 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №93 - открытая онлайн библиотека

Составление теплового баланса печи - №94 - открытая онлайн библиотека

Окончательная высота дымовой трубы Н = 60 м.

ВЫВОДЫ

В курсовом проекте проведен расчет трёхзонной методической печи и определены следующие ее параметры: основные размеры печи, рассчитано время нагрева металла в каждой зоне, рассчитаны основные потери и на основании этого расчета определен расход топлива на печь, составлен материальный баланс печи, определен технологический КПД печи и коэффициент использования топлива. Также было рассчитано разрежение дымовых газов в дымовом тракте и в соответствии с этим были получены данные для расчета высоты дымовой трубы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Казанцев Е.И. Промышленные печи. - М.: Металлургия, 1975.-368 с.

2. Аксельруд Л.Г, Нагревательные печи. - М.: Металлургиздат, 1962.-276 с.

3. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. -М.: Металлургиздат, 1962.-568 с.

4. Филимонов Ю.П., Старк С.Б., Морозов В.А. Металлургическая теплотехника. - М.: Металлургия, 1962.-350 с.

5. Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи, - М.: Металлургия, 1977.-464 с.

6. Мастрюков B.C. Теория, конструкции и расчёты металлурги­ческих печей. - М.; Металлургия, I977.-T.2, - 272 с.

7. Атлас металлургических печей / Под ред. В.А. Кривандина, - М.: Металлургия,1978. - 364 с.

8. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Теплотехнологічні процеси та установки» / Сапронова О.В. - Донецьк: ДонНТУ, 2014. -69с.