горение природного газа. Горение природного газа. T 20 С Причем температура в центре и на поверхности заготовки принимается одинаковой. Температура поверхности металла в конце первой методической зоны при обычном нагреве составляет 850 1000 С. Принимаем t 600 С
![]()
|
![]() Трехступенчатый режим нагрева имеет период медленного нагрева, период форсированного нагрева и период выдержки для выравнивания температуры по сечению и длине заготовки. Такой режим применяют для нагрева термически массивных тел, для которых Bi > 0,5. Граница между телами определяется критерием Био: Bi≤α(s)/λ, где α – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и тепловым излучением, [Вт/м2*С] , λ – теплопроводность нагреваемого тела, [Вт/м*С] S – толщина нагреваемого тела, [м] Т.к данный слиток выполнен из ст 80, то его физико-механические свойства низкоуглеродистой стали представлены ниже:[1] α =220 Вт/м2*С; λ=43 Вт/м*С; S=0.14 м; ![]() ![]() Определим критерий Био для данного слитка: ![]() Bi>0,5 Таким образом, в данной курсовой работе выбор методической нагревательной печи обоснован размером нагреваемых слитков 140х140х12000мм, которые относятся к массивным телам. После достижения заданной температуры нагрева заготовку в течение определенного времени выдерживают в печи с целью выравнивания температуры по сечению. Этот период нагрева улучшает качество нагреваемого металла. Температурный режим печи разрабатывается в соответствии с параметрами технологических карт тепловой обработки заготовки в соответствии с рекомендациями литературы. Температура посада металла задается: t ![]() Причем температура в центре и на поверхности заготовки принимается одинаковой. Температура поверхности металла в конце первой методической зоны при обычном нагреве составляет 850 – 1000 °С. Принимаем t ![]() Температура металла в центре на выходе из первой зоны (t ![]() Температура металла при поступлении его в сварочную зону принимается равной температуре операции прокатки. Принимаем tопер = t ![]() Температуру центра в конце сварочной зоны (t ![]() Температура металла в центре на выдаче из печи, то есть в конце томильной зоны по истечении времени выдержки принимает значение операции прокатки: t ![]() Температура же металла на поверхности в конце зоны выдержки принимается в соответствии с допустимым перепадом температур по сечению согласно технологическим картам: t ![]() На характер температурного графика значительно влияет температура дымовых газов в зонах. Ее абсолютное значение выбирается таким, чтобы между газами и поверхностью металла во всех сечениях зоны поддерживался определенный температурный напор. Этот напор для нагревательных печей определяется в соответствии с термофизическими свойствами нагреваемого металла и целым рядом факторов технологического характера. Согласно рекомендациям [3, с.15] он составляет 50 - 500°С, причем для томильной зоны методических нагревательных печей его значение на 50 - 100°С ниже, чем для сварочной. Температурой дымовых газов на выходе из печи задаемся: tг.ух. = 900 °С. 2.1 Расчет горения топлива Для данной методической печи в виде топлива мы будем использовать природный газ состав которого представлен ниже: Состав природного газа, %: Метан СН4 97,8; Этан С2Н6 0,5; Пропан С3Н8 0,2; Изобутан С4Н10 0,1; Н.бутан С5Н12 0,05; Азот N2 1,3; Угл . газ СО2 0,05; Итого 100. Низшую теплоту сгорания топлива находим по формуле 93а [1, стр.84]: Qрн = 358СН4 + 636С2Н6 + 913С3Н8 + 1185С4Н10 + 1465С5Н12 (1) Qрн = 358 * 97,8 + 636 * 0,5 + 913 * 0,2 + 1185 * 0,1 + 1465 * 0,05 = = 35704,75 кДж/м3 Расход кислорода на горение по формуле 94а (лит.1, стр.84), м3 Vо2= 0,01(m + 0,25n)СmНn = 0,01(2СН4 + 3,5С2Н6 + 5С3Н8 + 6,5С4Н10 + (2) + 8С5Н12) Vо2= 0,01(297,8 + 3,50,5 + 50,2 +6,50,1 +80,05) = 1,994 м3 Теоретический расход воздуха по формуле 95 [1, стр.85], м3 L0 = (1+k) Vо2 k =4,76 – отношение объемных содержаний N2 и О2 в дутье (для воздуха) L0 =4,76* 1,994 = 9,49 м3 Действительный расход воздуха , м3 La = L0 - коэффициент избытка воздуха, равен 1,05 La =1,059,49 =9,96 м3/м3 Обьемы отдельных составляющих продуктов сгорания по формулам 96а (лит.1, стр.85), м3 Vсо2 = 0,01(СО2 + mСmCn) = 0,01(CО2 + СН4 + 2С2Н6 + 3С3Н8 + 4С4Н10 + + 5С5Н12) (3) Vсо2 = 0,01(0,05 + 97,8 + 20,5 + 30,2 + 40,1 + 50,05) = 1,0 м3/м3 Vн2о = 0,01(Н2О + 0,5nСmCn) = 0,01 (2СН4 + 3С2Н6 + 4С3Н8 + 5С4Н10 + + 6С5Н12) (4) Vн2о = 0,01(297,8 + 30,5 + 40,2 + 50,1 + 60,05) = 1,99 м3 VN2 = 0,01 N2 + kVо2 (5) VN2 = 0,011,3 + 1,053,761,994 = 7,89 м3 Vо2 = (-1)Vо2 Vо2 = 0,051,994 = 0,01 м3 Общее количество продуктов сгорания по формуле [1, стр.85], м3 Vi = Vсо2 + Vн2о + VN2 + Vо2 (6) Vi = 1,0 + 1,99 + 7,89 + 0,01 = 10,89 м3 Процентный состав продуктов сгорания: СО2 = ![]() ![]() N2 = ![]() ![]() Правильность расчета проверяем составлением материального баланса:
Расхождение, определяемое погрешностью расчета, составляет 0,1321 кг. Плотность газа равна г = 0,7317 кг/м3. Плотность продуктов сгорания п.с. = 13,448/10,89 = 1,235 кг/м3. По формуле 99 (лит.1, стр.85) определяем истинную энтальпию продуктов сгорания i0 = ![]() св = 1,3097 кДж/(м3 К) – удельная теплоемкость воздуха при tв = 200оС (приложение I, лит.1) i0 = ![]() Задаем t’к =2200оС и при этой температуре по формуле 99а находим энтальпию продуктов сгорания, используя приложение II (лит.1): i2200 = ![]() i2200 = ![]() Поскольку i2200 i0 принимаем температуру t”к = 2100оС и снова находим энтальпию продуктов сгорания i2100 = ![]() По формуле 98 (лит.1) определяем калориметрическую температуру топлива: ![]() tк = 2100 + ![]() 2.1.1 Расчет времени нагрева металла. Определяем ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении металла, ширина печи. Принимаем высоту свода H=1,1 м B=l+2(0,2 ![]() B=12+2(0,25)=12,5 м Действительная температура печи ![]() ![]() ![]() ![]() 𝜂-пирометрический коэффициент для сжигания газообразного топлива 𝜂=0,75-0,85,принимаем 𝜂=0.825 ![]() ![]() ![]() -принимаем, что печь проектируемая печь имеет три тепловые зоны: методическую, сварочную, томильную, т.к ранее было подсчитано что наша заготовка является массивным телом и ее начальная температура составляет 20 ![]() Методическая зона-зона медленного нагрева металла. Сварочная зона-зона форсированного нагрева металла. Томильная зона-зона выравнивания температуры заготовки по ее сечению. 2.2.1 Определяю температуру в методической зоне. -принимаем в конце методической зоны температура металла равна ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Температура газов в зоне теплообменника ![]() - в начале методической зоны ![]() ![]() ![]() ![]() - в конце методической зоны ![]() ![]() ![]() Находим парциальные давления CO ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Толщина зоны теплообменника с учетом толщины металла ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Эффективная длина луча - для зоны горения ![]() ![]() - для зоны теплообменника ![]() ![]() ![]() Находим для зоны горения, ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() По номограммам при температуре ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Поскольку найденные значения степеней черноты очень малы (из-за малой толщины слоя), примем, что ![]() Для зоны теплообменника, определяем по формуле (16) ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() По номограммам (рис 13-15 [1]) - в начале методической зоны при ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() - в конце методической зоны ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Плотность потока излучения от факела на кладку, ![]() - в начале методической зоны ![]() ![]() ![]() - в конце методической зоны, определяем по формуле 18 ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Находим плотность конвективного теплового потока ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Находим температуру кладки ![]() где ![]() ![]() ![]() Имеет место большое расхождение между принятым ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Находим, по формуле (19) ![]() ![]() ![]() Находим ![]() ![]() ![]() ![]() Находим величину плотности результирующего потока в металл в начале методической зоны ![]() ![]() ![]() ![]() - приведенный коэффициент излучения системы ![]() ![]() ![]() - находим ![]() ![]() ![]() ![]() =97242,6 ![]() Величина плотности результирующего потока в металл в конце методической зоны ![]() - определяем ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() -по формуле (20) определяем ![]() ![]() ![]() - уточняем значение температуры кладки, задаваясь новой величиной ![]() ![]() ![]() - тогда ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() - теперь ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() - определяем ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя по длине методической зоны плотность результирующего теплового потока на металл равна: ![]() ![]() ![]() ![]() Находим температуру центра блюма в конце методической зоны ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Находим среднюю температуру металла - в начале зоны ![]() ![]() - в конце зоны ![]() ![]() ![]() ![]() - по длине зоны ![]() ![]() ![]() - при ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Находим время нагрева металла в методической зоне ![]() ![]() 2.1.2 Определение времени нагрева металла в сварочной зоне. Поскольку началом сварочной зоны является конец методической зоны, то из предыдущего расчета заимствуем ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В конце сварочной зоны ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() По номограммам на рис 13-15 [1] при ![]() ![]() ![]() ![]() Находим ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Задаваясь значением ![]() ![]() ![]() ![]() Находим, по формуле ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Находим температуру кладки ![]() ![]() ![]() Уточняем значение температуры кладки ![]() ![]() ![]() ![]() -находим ![]() ![]() ![]() ![]() Находим температуру кладки ![]() ![]() ![]() ![]() По уточненному значению ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Находим приведенный коэффициент излучения, определяем по формуле (21) ![]() ![]() ![]() ![]() По формуле находим плотность потока результирующего излучения на металл ![]() ![]() =96490,5 ![]() Средняя по длине сварочной зоны плотность результирующего потока на металл равна по формуле (23) ![]() ![]() ![]() ![]() Находим температуру центра блюма в конце сварочной зоны ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя температура металла - в начале сварочной зоны ![]() ![]() - в конце сварочной зоны ![]() ![]() - по длине сварочной зоны ![]() ![]() Температуру находим по приложению 9 С=0,695 ![]() ![]() ![]() Время нагрева металла в сварочной зоне по формуле (25) ![]() ![]() 2.1.3 Время томления металла. Перепад температур по сечению металла в начале томильной зоны ![]() ![]() ![]() - в конце зоны ![]() ![]() ![]() Степень выравнивания температур ![]() ![]() По графику на рисунке 19[1] (кривая 3) находим ![]() Средняя температура металла в томильной зоне 3 ![]() ![]() ![]() По приложению 9[1] находим значение коэффициента температуропроводности ![]() ![]() Время томления металла ![]() ![]() Общее время нагрева метала ![]() ![]() ![]() Рис3.График нагрева металла по зонам 2.1.4 Определение основных размеров печи. Для обеспечения производительности Р = 85/ч, в печи должно одновременно находиться количество металла ![]() ![]() Масса одного блюма, кг ![]() ![]() Число блюмов, одновременно находящихся в печи, шт. ![]() ![]() Находим длину печи с учетом зазоров ( ![]() ![]() ![]() Находим площадь пода при ширине печи В = 12 м ![]() ![]() ![]() ![]() Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева - длина методической зоны ![]() ![]() - длина сварочной зоны ![]() ![]() - длина томильной зоны ![]() ![]() Принимаем что свод печи выполнен из шамота класса А толщиной 300 мм. Стены имеют толщину 460 мм, причем, слой шамота составляет 345 мм и слой тепловой изоляции (диатомитовый кирпич) 115 мм. Под печи двухслойный: высокоглиноземистый кирпич толщиной 460 мм и диатомитовый кирпич 115 мм. 2.2 Составление и расчет теплового баланса печи Поскольку распределение топлива по зонам печи с плоскопламенными горелками неизвестно, будем составлять позонные тепловые балансы, определяя расход топлива для каждой зоны отдельно. При составлении балансов примем некоторые упрощения: пренебрегаем переносом тепла излучением из зоны в зону; пренебрегаем продольным переносом тепла в зоне горения, так как размеры зоны горения малы ( ![]() ![]() ![]() |