- •Содержание
- •Техническое задание
- •Теоретическое введение
- •1. Расчет горения топлива
- •. Пересчет состава топлива
- •Объем воздуха и продуктов полного сгорания
- •Низшая теплота сгорания
- •Температура горения топлива
- •2.Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи
- •2.1. Режим нагрева заготовок
- •Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи
- •2.3. Расчет нагрева металла
- •Нагрев металла в методической зоне (участок ι)
- •Участок сварочной зоны с монолитным подом (участок ιι”)
- •Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом (участок ιι’)
- •2.4. Расчет основных размеров
- •3. Тепловой баланс печи Приход тепла
- •Расход тепла
- •4. Основные теплотехнические показатели работы печи
- •5. Аэродинамический расчет
- •5.1 Расчет дымового тракта
- •5.2 Расчет дымовой трубы
- •6. Расчет топливосжигающих устройств
- •Литература
Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет
Инженерно-технический институт
Кафедра промышленной
теплоэнергетики
Дисциплина: теплотехника
Курсовой проект
Тема: «Расчет двухзонной методической печи»
Выполнила:
студентка группы 3БП-31
Проверил преподаватель:
Шестаков Н.И.
Дата:
Отметка о зачете:
Череповец, 2011 г
Содержание
Техническое задание……………………………………………………………. Теоретическое введение………………………………………………………… Общие положения………………………………………………………………. Конструкции отдельных частей печи……………………………………........ |
3 4 4 6 |
|
9 |
|
9 |
|
9 |
|
11 |
|
11 |
|
14 |
|
14 |
|
14 |
|
17 |
|
24 |
|
26 |
|
37 |
|
39 |
|
39 |
|
42 |
|
44 |
Вывод……………………………………………………………………………. |
46 |
Литература……………………………………………………………………… |
47 |
Техническое задание
Выполнить проектный расчет методической печи, работающей по двухзонному температурному режиму.
Исходные данные:
1. Производительность печи G=112т/ч.
Нагреваемый металл: заготовки квадратного сечения размером 150х150х5100.
Параметры нагрева металла: Начальная температура t0 = 260 C, конечная температура t0=12300C. Недогрев t0=460С.
Состав топлива, в %:
COс |
H2с |
C2H4c |
C2H6c |
C3H8c |
C4H10c |
C5H12c |
CmHnc |
H2Sc |
N2c |
CH4с |
0,24 |
1,74 |
0,60 |
0,43 |
0,18 |
0,09 |
0,9 |
0,21 |
1,07 |
4,22 |
90,32 |
Температура подогрева воздуха
Теоретическое введение
Общие положения
Методические нагревательные печи широко применяют в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено тем, что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.
Металл поступает в зону наиболее низких температур и, продвигаясь навстречу дымовым газам, температура которых монотонно повышается, постепенно (методически) нагревается.
Первая (по ходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепенный нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим нагрева, когда металл находится в упругом состоянии.
Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, отходящими из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура поддерживается на уровне 1300—1400 °С, в конце же методической зоны она находится в пределах 750— 1000 °С.
Вторая (по ходу металла) зона называется зоной высоких температур или сварочной зоной Назначение этой зоны - быстрый нагрев поверхности заготовок до конечной температуры. Температура металла в методических печах обычно составляет 1150—1250 °С. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечивать температуру на 50—100 К выше.
В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла; температура середины металла отстает от температуры поверхности. Однако при нагреве тонких заготовок нет необходимости делать выдержку для выравнивания температур по сечению, так как имеет место небольшой перепад температур.
В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев
металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае, когда металл,
продвигаясь по монолитному поду, нагревается только с одной стороны, сверху. Для ускорения нагрева металла в методических печах обычно предусматривают и нижний обогрев заготовки. Для этого на всю длину сварочной и методической зон оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.
При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные (водоохлаждаемые) трубы (рис. 2), по которым перемещается металл. Глиссажные трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две - три на каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже, и на его поверхности образуются темные пятна.
Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны выполняется без нижнего обогрева с монолитным огнеупорным подом.
Как монолитный под, так и под томильной зоны в трехзонных методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала, который не взаимодействует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее действие продвигающегося металла.
Высотой рабочего пространства считается расстояние от высшей точки свода до пода. В печах, оборудованных глиссажными трубами, полная высота печи делится на две части: верхнюю (расстояние от нижней части заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода). Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи, а ширина - по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нормальным соотношение размеров, когда отношение длины к ширине равно 5-6 (допускается 8-10).
Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При торцевой выдаче необходим один толкатель, который выполняет роль также и выталкивателя.
Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении требуют больших площадей.
При торцевой выдаче через окно выдачи, расположенное ниже пода печи, происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце печи.
Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами
обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве, что объясняется наличием методической зоны.
Методические печи могут быть двухзонными, трехзонными и многозонными. Трех- и многозонные печи применяются в тех случаях, когда в нагреваемых заготовках могут возникнуть значительные перепады температур по толщине (более 200 К на один метр толщины металла). Эти печи снабжены дополнительными (томильными) зонами, в которых и осуществляется выравнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи.
Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в соответствии с режимом нагрева и производительностью печи.
Так, например, если нагрев двухступенчатый, то и профиль печи должен быть двухзонный, если нагрев трехступенчатый, то и профиль должен быть трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок, то печь должна иметь наклонный под.
Конструкции отдельных частей печи
Под печи. Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых потерь через него следует выполнять в 2,5-3,0 кирпича. Кроме того, необходимо применять изоляцию пода.
В методической части печи под выкладывается из шамота в 1,5-2 кирпича и прослойки из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65-130 мм.
При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную подушку толщиной 200-300 мм, которая в свою очередь опирается на бутовую кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий грунта.
Для нормальной работы необходимо, чтобы наивысший уровень грунтовых вод проходил не ближе, чем на 250 мм от площади нижних дымовых каналов. Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или заключают все строение печи, находящееся ниже уровня грунтовых вод, в водонепроницаемый металлический кессон. Иногда кессон выполняется из железобетона.
В нагревательных печах для устройства пода применяют магнезитовый, хромитовый и тальковый кирпич, а также сырой тальк и хромистый железняк. Самым дешевым является тальк, но в то же время из всех перечисленных выше материалов он наименее устойчив против действия окалины, хотя по сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.
Под в сварочном пространстве выполняется толщиной в 3 кирпича,
т. е. 690 мм. Верхний слой (150-250 мм) выкладывается магнезитовыми или хромистыми материалами. Следующий слой - шамотный. Нижний изоляционный слой имеет толщину 100-150 мм.
Стены нагревательных печей делаются толщиной в 375-500 мм, что составляет 1,5-2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры: 230×115×65 или 250 ×125×65 мм.
Более тонкие стенки в 1,5 кирпича (375 мм) делаются обычно в случае применения изоляции. Стены методических печей выкладываются из шамотного кирпича. Динас применяется только для сварочного пространства и стен топочного пространства методических печей.
Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не более 4-5 м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела прогиба получается, если радиус кривизны будет равен ширине пролета. Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода упираются в опоры, называемые пятовыми кирпичами.
Для большей прочности свода пятовые кирпичи укладываются глубоко в стенку. Чем больше ширина пролета, тем толще должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из стандартного кирпича 230 и 300 мм; при пролетах более 3,5 м применяется кирпич длиной 345 мм или больше.
Кроме арочных сводов, существуют многочисленные конструкции так называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов - секционная и индивидуальная.
В индивидуальной системе каждый кирпич имеет свою подвеску, а в секционной системе отдельные кирпичи связаны в группы или ряды, которые подвешиваются в целом к арматуре. Наибольшее распространение получили подвесные своды, представляющие собой двутавр, на который надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для ремонта и возможность тщательного его монтажа. Расстояние между центрами подвесок - 300 мм, толщина свода - 300 мм. Толщина кирпича - 118 и 73 мм. Второй размер 73 мм служит для компенсации неточности в изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без подгонки, варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы наивысшего качества.
Борова прокладываются в земле выше уровня грунтовых вод. При расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в кессоны. Влага не должна проникать в борова, так как это значительно ухудшит тягу дымовой трубы, а следовательно, и работу печи. Размеры боровов определяются по скорости движения газов, которая не должна превышать при 0 °С и 760 мм рт. ст. 1,5 -2,5 м/с.
Из практических соображений борова не должны быть менее 600×600 мм. Стенки и под боровов выполняются в 1,5-2,0 кирпича: внутренний кирпич - шамотный, а наружный (0,5 или целый) - красный. Свод боровов выкладывается из шамота, в один кирпич, или же делается еще одна арка из красного кирпича и засыпается золой и землей. Борова обычно перекрываются полуциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боровах составляет 0,08-0,12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают бетонную подушку толщиной 100-200 мм.
Крепление печей. При кладке печей необходимо следить за тем, чтобы было предусмотрено достаточное количество температурных швов.
В сводах, например, температурные швы заполняются деревянными дощечками или картоном, которые выгорают по мере разогрева печи.
Назначение температурных швов - компенсация объемных изменений размеров кладки при нагреве последней. При определении величины температурного шва необходимо считаться с качеством кирпича, плотностью кладки и способом крепления.
В целях сохранения формы кладки устраивают еще металлическое крепление печей, состоящее из опорных балок и каркасов, сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то, чтобы температурные швы были достаточных размеров. Если температурные швы будут недостаточны, то может произойти разрыв жесткого крепления или выпучивание кладки.