курсовая. Радаева В.Д. Курсовая. И. И. Ползунова КП. 22. 02. 02. 05. Пз теплотехнические расчеты для шахтной печи пояснительная записка

• Название: И. И. Ползунова КП. 22. 02. 02. 05. Пз теплотехнические расчеты для шахтной печи пояснительная записка
• Анкор: курсовая
• Дата: 26.12.2021
• Размер: 138.06 Kb.
• Имя файла: Радаева В.Д. Курсовая.docx
• Тип: Пояснительная записка; #318419
• страница: 2 из 2

5. ТЭП печи

Печи отличаются большой производительностью и тепловой экономичностью благодаря полному использованию рабочего объема шахты, утилизации теплоты газов и обожженного материала непосредственно в самой печи для подогрева сырья и воздуха, поступающего на горение топлива. Качество обожженного материала невысоко из-за неизбежного пережога поверхности кусков и более слабого обжига середины их. Современные шахтные печи полностью механизированы и многие из них имеют автоматическое управление. Печи отличаются повышенным расходом электроэнергии на работу тягодутьевых устройств. Так как шахтные печи не требуют здания и не являются металлоемкими, капитальные затраты на их постройку относительно невелики. Пути усовершенствования шахтных печей направлены на повышение их производительности, улучшение качества обжига и культуры обслуживания.

6. Достоинства и недостатки

Плюсы:

1) низкая металлоемкость;
2) умеренные капиталовложения;
3) меньший расход топлива (по сравнению с вращающимися);
3) низкий расход электроэнергии(по сравнению с вращающимися).

Применение шахтных печей будет оправдано при стабильно высоком качестве исходного сырья. Это позволяет экономить электроэнергию и топливо на прокаливание извести в печи. Однако, при получении извести во вращающихся печах данные расходы могут быть скомпенсированы более высоким качеством извести и её конечной ценой. Конечно, последний момент может применяться на предприятиях, где маркетинговые планы и мероприятия точно отслеживаются и четко выполняются.

Минусы:

1) недостаточно высокая степень декарбонизации сырья (как правило, не более 93-97%);
2)неравномерность обжига, которая возрастает с увеличением диаметра и уменьшением высоты печей;
3) достаточно высокие требования к однородности сырья по качеству и гранулометрии, а также степени загрязнения его глинистыми примесями;
4) ограниченная производительность (производительность 100 т/сут является критической для шахтных печей из-за риска получить непрожженную центральную зону).

7 .Полный расчет горения топлива

7.1 Состав горючей массы

C^Г= 85,5%

H^Г= 5,3%

S_Об = 0,9%

N^Г = 2,3%

О^Г = 6%

W^Р = 6,5%

А^С = 16%

α = 1,5

t_b = 550 °C

7.2 Расчет рабочего состава топлива

Расчет рабочего состава топлива осуществляется по формуле:

(1)

Где х^Р­­— содержание компонента в рабочем составе твердого топлива, %;

х^Г— содержание компонента в горючем составе твердого топлива, %;

W — содержание влаги в рабочем составе твердого топлива, %;

Расчет содержания золы в рабочем составе твердого топлива:

(2)

Где А^Р — содержание золы в рабочем составе твердого топлива, %;

А^С — содержание золы в сухом составе твердого топлива,%;

W^Р — содержание влаги в рабочем составе твердого топлива, %;













Проверка состава влажного топлива производится по формуле:

(3)

Где х^Р — содержания компонента в рабочем составе твердого топлива, %;

14,96+67,15+4,16+0,71+1,81+4,71+6,5=100%

7.3 Расчет горения топлива

Расчет горения топлива для удобства осуществляется на 100 кг твердого топлива рабочего состава, так как проценты содержания компонентов соответственно совпадут с единицами массы. Зная молярные массы веществ – компонентов реакции и коэффициенты в химическом уравнении реакции, можно найти количественные соотношения между реагентами и продуктами реакции, используя свойство пропорции.

Расчет расхода воздуха на полное сжигание горючих компонентов топлива и количество образующихся при этом продуктов горения проводится по химическим реакциям горения с учетом стехиометрических коэффициентов.

1)C+О₂ = СО₂ (4)



2)S+O₂ = SO₂ (5)



3) Н₂+1/2О₂ = Н₂О (6)




Кислород, необходимый для сжигания топлива, рассчитывается по формуле:

(7)

Где m(O₂) — масса кислорода, необходимая для сжигания топлива, кг;

m(O₂) — масса кислорода рассчитанная по химической реакции, кг;



Найдем теоретический кислород из воздуха :



Где m(O₂)_теор. — теоретический кислород , кг

m(О₂) — масса кислорода необходимая для сжигания топлива, кг

О^Р — содержание кислорода в рабочем составе твердого топлива, %



Принимаем состав воздуха в массовом соотношение 23% О₂ и 77% N₂. Тогда масса азота будет равна:

(8)

Где m(O₂) _теор. — теоретическая масса кислорода, кг;

m(N₂) _теор. — теоретическая масса азота, кг;



Объем воздуха будет равен:

(9)

Где m _{воздуха практ.} — практическая масса воздуха, кг;

m(O₂) _теор. — теоретическая масса кислорода, кг;

m(N₂) _теор. — теоретическая масса азота, кг;



Найдем кислород избыточный:

(11)

Где m(O₂)_изб. — масса кислорода избыточного, кг;

m(O₂) _теор.× α — практическая масса кислорода, кг;

m(O₂) _теор. — теоретическая масса кислорода, кг;


7.4 Составление материального баланса

Для проверки правильности проведённого расчета составляется материальный баланс в единицах массы.

(12)

Где m(x) — масса данного вещества, кг;

V(x) — объем данного вещества, м³;

М(х) — молярная масса данного вещества, кг/моль;















Найдем суммарный объем всех компонентов:


Найдем процентный объем дымовых газов:

(13)

Где V(x) — процентный объем данного вещества, %;

v(x) — объем данного вещества, м³;

∑(v) — суммарный объем всех дымовых газов, м³;















Найдем процентную массу дымовых газов:



Где m(x) — процентная масса данного вещества, %;

m(x) — масса данного вещества, кг;

∑(m) — суммарная масса всех дымовых газов, кг;

Суммарная масса дымовых газов:

















Таблица 1 — Материальный баланс

Приход	Масса, кг	Расход	Масса, кг
C	67,15	N2(топл)	1,81
H	4,16	H2O	37,44
S	0,71	CO2	246,22
N	1,81	O2изб.	104,175
O	4,71	SO2	1,42
W	6,5	W(топл)	6,5
A	14,96	N2(возд)	1046,28
O2	312,525	А(топл)	14,96
N2	1046,28
Всего	1458,805	Всего	1458,805

7.5 Состав и количество дымовых газов

Таблица 2 — Состав и количество отходящих газов

Дымовые газы	Объем, м3	Объемная доля, %	Масса,кг	Массовая доля,%
СО2	125,35	11,48	246,22	17,05
SO2	0,497	0,005	1,42	0,09
H2O	46,592	4,26	37,44	2,59
N2	837,024	76,66	1046,28	72,46
N2(топл)	1,45	0,13	1,81	0,13
O2изб.	72,92	6,68	104,175	7,22
W(топл)	8,08	0,74	6,5	0,45
Всего	1091,913	100	1443,845	100

7.6 Расчет калориметрической температуры

Расчет калориметрической температуры горения топлива производится методом последовательных приближений с использованием понятия энтальпия. Действительная энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:

(14)

Где i₀ — действительная энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг;

Q^C_H — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

m_в — масса воздуха, кг;

c — теплоемкость сухого воздуха, кДж/(м³×К);

t_под. — температура подогрева воздуха, °С;

V_д.г. — объем продуктов сгорания, м³;

(15)

Где C^Р,H^Р,O^Р,S^Р,W^Р — массовый процент составляющих рабочего твердого топлива, %;

Q^C_H — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;




Далее задается возможная температура горения и определяется энтальпия продуктов сгорания для данной температуры по формуле:

(14)

Где i_x — энтальпия компонентов продуктов сгорания, кДж/кг;

V_x — объемная доля компонента продуктов сгорания;

C_x — теплоемкость компонента продуктов сгорания при t, кДж/м³×°С;

t — заданная температура, °С;

Температура подбирается до тех пор, пока не выполнится условие

i₁02
При 1700°С:










При 1800°С:











Калориметрическая температура рассчитывается по формуле:

(15)

Где t_k — истинная калориметрическая температура, °С;

t₁ — температура 1, °С;

t₂ — температура 2, °С;

i₀ — действительная энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг;


8. Расчет газоходной системы с определением высоты дымовой трубы

8.1 Показатели работы печи

а — удельная производительность печи, а = 4,6 т/м²×сутки

F — площадь пода, F = 220 м²

P – расход условного топлива, P=12%;

8.2 Расчет секундного объема дымовых газов

Находим суточную производительность печи по перерабатываемому сырью:

(16)

Где А – суточная производительность печи, т/сут;

a — удельная производительность печи, т/м²×сутки

F — площадь пода, м²


Определяем секундную производительность печи:

A_сек = (17)

Где A_сек– секундная производительность печи, кг/сек;

А – суточная производительность печи, т/cут;



Определяем секундный расход условного топлива:

P_сек = (18)

Где P_сек– секундный расход условного топлива, кг/сек;

A_сек–секундная производительность печи, кг/cек;

P – расход условного топлива,%;



Определяем секундный расход реального топлива:

(19)

Где R _сек — секундный расход реального топлива, м³/сек;

P _сек — секундный расход условного топлива, м³;

q — плотность теплового потока, Вт/м²;

(20)

Где q — плотность теплового потока, Вт/м²;

Q^C_H — низшая теплота сгорания топлива, кДж/м³;





Находим секундный объем дымовых газов:

(21)

Где V₀ — секундный объем дымовых газов, м³/сек;

R_сек — секундный расход реального топлива, м³/сек;

V_д.г. — объем продуктво горения, образующихся при сгорании 100 м³ топлива;



8.3 Расчет суммарной потери газового потока

(22)

Где Ʃh — суммарные потери газового потока, Па;

Ʃh_м — суммарные потери напора на преодоление местных сопротивлений, Па;

Ʃh_тр — суммарные потери напора на преодоление сил трения о стенки газохода, Па;

h_рек — потери напора на преодоление рекуператора, Па;

h_г — потери напора на опускание газа вниз, Па;

W₀ – скорость движения дымовых газов при нормальных условиях на каждом участке газохода, м/c;

k_тр– коэффициент повсеместного сопротивления;

t_ср – среднее арифметическое значение температуры газов на данном участке газохода, ºC;

α – температурный коэффициент объемного расширения газов;

ρ₀ – плотность дымовых газов при нормальных условиях, кг/м³;

(23)

Где h_мес – потери напора на преодоление местных сопротивлений, Па;

k_м – коэффициент местного сопротивления;

t– температура газов в точке, соответствующей данному местному сопротивлению, ºC;

(24)

Где h_г – потери напора геометрические, Па;

H – высота участка газохода, м;

g – ускорение свободного падения, g=9,8 м/с²;

t _20в –температура воздуха при 20ºС;

t_tг –температуры газов на рассматриваемом участке газохода, кг/м³.

(25)

Где h_рек – местные потери в рекуператоре, Па;

a – коэффициент шероховатости трубы, a= 0,61;

n – число труб в направлении движения, n=2;

m – число труб рекуператора, m=4;

T_ср – среднее арифметическое температур, К;

(26)

где F – площадь сечения газохода на рассматриваемом участке, м².

(27)

Где η – коэффициент трения, η=0,05;

L – длина участка газохода, м;

d_г – гидравлический диаметр канала газохода, м;

(28)

Где P – периметр сечения участка газохода, м;

Таблица 3: Результаты расчетов
Таблица 3 — Виды сопротивлений на пути движения продуктов горения по газоходу печи

Название сопротивления	V0,м3/сек	ρ0, кг/м3	W0, м2/с	W02/2, м2/с2	t, °С	1+α×t	dr, м	Kтр	Kм	h, Па
Потеря напора при повороте на 90°	10,26	1,3	1,39	0,97	800	3,93	—	—	1,7	8,39
Потеря напора на опускание газа вниз	10,26	1,3	3,33	5,54	750	3,74	1,71	0,11	—	2,97
Потеря напора на трение в вертикальном канале	10,26	—	—	—	750	3,74	—	—	—	29,65
Потеря напора при повороте на 90°	10,26	1,3	3,57	6,37	700	2,56	—	—	1,15	33,95
Потеря напора в горизонтальном канале рекуператора	10,26	1,3	3,85	7,41	700	3,56	1,6	0,11	—	3,77
Потеря напора на сопротивление рекуператора	10,26	—	3,8	—	575 (848К)	—	—	—	—	43,92
Потеря напора на сопротивление шибера	10,26	1,3	3,85	7,41	450	2,65	—	4,02	—	102,57
Потеря напора в горизонтальном канале после рекуператор	10,26	1,3	3,85	7,41	425	2,56	1,6	0,13	—	3,2
Потеря напора при повороте на 90°	10,26	1,3	5,6	15,68	400	2,47	—	—	1,15	57,78

Примерную высоту трубы смотрим по графику зависимости величины самотяги от температуры дымовых газов и высоты дымохода.

По моим данным примерная высота трубы равна 44м.

Исходя из полученных дынных, наибольшее сопротивление движению продуктов горения осуществляется на шибере.

9. Расчет по теплопередаче

9.1 Без теплоизоляции

(29)

Где Q — тепловой поток, Вт;

q — плотность теплового потока, Вт/м²;

F — площадь поверхности стены печи, м²;

(30)

Где α₁ — суммарный коэффициент теплопередачи внутренней поверхности стены печи, Вт/м²×К;

α₂ — суммарный коэффициент теплопередачи внешней поверхности стены печи, Вт/м²×К;

S₁ — толщина стены, м;

λ₁ — коэффициент теплопроводности стены печи, Вт/м×К;



Температура внутренней поверхности стены печи находится по формуле:

(31)

Где t₁ — температура внутренней поверхности стены печи, °С;



Температура внешней поверхности стены печи находится по формуле:

(32)

Где t₂ — температура внешней поверхности стены печи, °С;



9.2 С теплоизоляцией

(33)

Где S₂ — толщина первого слоя внешней теплоизоляции, м;

λ₂ — коэффициент теплопроводности первого слоя внешней изоляции, Вт/м×К;



Температура внутренней поверхности стены печи находится по формуле:



Температура внешней поверхности стены печи находится по формуле:


Температура внешней поверхности первого слоя изоляции находится по формуле:

(34)

Где t₃ — температура внешней поверхности первого слоя изоляции, °С;



9.3 С двойной теплоизоляцией

(35)

Где S₃ — толщина второго слоя теплоизоляции, м;

λ₃ — коэффициент теплопроводности второго слоя изоляции, Вт/м×К;


Температура внутренней поверхности стены печи находится по формуле:



Температура внешней поверхности стены печи находится по формуле:



Температура внешней поверхности первого слоя изоляции находится по формуле:



Температура внешней поверхности второго слоя изоляции находится по формуле:

(36)

Где t₄— температура внешней поверхности второго слоя изоляции



Результаты расчетов представлены в таблице 4

	Тепловые показатели		Температура, °С
Вариант	q, Вт/м2	Q, Вт	tг	tв	t1	t2	t3	t4
Без теплоизоляции	2670,45	32045,4	1100	16	1087,23	203,48	—	—
С теплоизоляцией	1915,64	22987,68	1100	16	1090,84	459,61	153,21	—
С двойной теплоизоляцией	1493,5	17922	1100	16	1092,86	600,73	361,85	122,97

Использование варианта без изоляции не выгодно из-за больших потерь тепла. Использование одного слоя теплоизоляции не выгодно по экономическим показателям. Исходя из полученных данных, наиболее оптимальным решение является использование с двойной изоляцией.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате данного курсового проекта были произведены теплотехнические расчеты шахтной печи для сжигания воркутского каменного угля. Данные расчеты позволяют оценить технико – экономические показатели работы печи. Также практическая часть проекта несет учебную значимость в качестве методических указаний для теплотехнических расчетов любых печей.

Печи шахтного типа нашли широкое применение в современной металлообрабатывающей промышленности. В цветной металлургии они применяются для выплавки некоторых металлов из руды. В обработке стали шахтные печки используются для создания специальных покрытий на готовой продукции.

Рынок предлагает большой выбор подобных изделий. Они сложны в конструкции, дороги и объемны. Печи шахтного типа своими руками изготовить можно, но вряд ли получится добиться соблюдения всех технологических режимов, так как шахтная печка – это сложная термическая и газовая система.

Если подвести общий итог, то печи шахтного типа являются универсальными термическими устройствами, которым по силам справиться со многими производственными потребностями.

Список использованных источников

1. «Печи для цветных и редких металлов». Крапухин В.В. – М., «Металлургия» 2016.

2. «Металлургия цветных металлов». Уткин Н.И. – М., «Металлургия» 2016.

3. «Топливо, огнеупоры и металлургические печи». Вагин А.А. и др.,2016.

4. Технология металлов". Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В., Арутюнова И.А., Шабашов С.П., Ефремов В.К., "Металлургия", 2018

5. "Металлургические печи цветной металлургии". Диомидовский Д.А. "Металлургия" 2017

6. "Металлургическая теплотехника". Кривандин В.А. , 2016

7. "Основы теплопередачи". Михеев М.А. 2016

8. "Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии". Под научной редакцией Д.А Диомедовского, Л.М Шалыгина, А.А Галинберк, И.А Южанин. 2016

9. " Металлургия легких металлов. " .А.И. Беляев. , 2018.

10. " Англо-русский металлургический словарь (черная и цветная металлургия) " Н.А. Залогин, А.И. Вахрамеев., 2016

11.Инфопедия: https://infopedia.su

12.Студбукс: https://studbooks.net