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

• Название: 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
• Анкор: горение природного газа
• Дата: 21.02.2023
• Размер: 1.3 Mb.
• Имя файла: Горение природного газа.doc
• Тип: Документы; #949727
• страница: 2 из 4

Приход тепла (томильная зона)

Тепло от горения топлива, кВт

Тепло от горения топлива, кВт

, (38)

где - расход топлива в томильной зоне, - низшая теплота сгорания природного газа (раздел 1)



Тепло вносимое подогретым воздухом, Вт

(39)



Расход тепла

Тепло затраченное на нагрев металла

; кВт, (40)

где = 821 C и - энтальпии среднеуглеродистой стали при =1200 и = 1158 C (приложение IX[1])кВт
Тепло уносимое продуктами сгорания в зоне теплообмена при =1532

кВт (41)

, кВт

- энтальпию продуктов сгорания при =1435,5 C находим с использованием приложения II[1]











Потери тепла теплопроводностью через футеровку

- потери тепла через свод

А) Температура внутренней поверхности = 1309,1 C (рис 65). Примем температуру окружающей среды = 30, температуру наружной поверхности
250 C

Б) Площадь свода (с учетом толщины стен м)

= , (42)

толщина =0,3



В) Средняя температура шамотного слоя

= 0,5( ); C (43)

=0,5(1309,1+250) = 779,55 C

При этой температуре, согласно приложению XI[1]

(44)


Потери тепла через свод

; кВт (45)

Где: -температура кладки

-температура окружающей среды

-толщина свода

-коэффициент теплопроводности шамота

-коэффициент конвекционного обмена

-площадь свода

232,338 кВт

Где (46)



- Потери тепла через стены

а) Температуру внутренней поверхности принимаем =1435 C, температуру наружной поверхности =200 C. Стены состоят из слоя шамота толщиной = 0,345 и диатомита =0,115 м

б) С учетом толщины футеровки площадь поверхности стен равна:

торцевой , (47)



боковых , (48)



Общая , (49)



в) Средняя температура слоя шамота

= , C (50)

= (1435+ )/2

- слоя диатомита по формуле (50)

= /2, C

= /2

где - температура на границе раздела слоев, C .

г) По приложению XI находим формулу для вычисления коэффициентов теплопроводности материалов

(51)


Д) При стационарном режиме

(52)

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности, решая это уравнение, получим



816 C

Находим значения , , ,

= (1435+816)/2 = 1125,5 C

= (816+200)/2 = 508 C





Учитывая, что согласно примечанию к формуле (31[1]) находим

= 22
Потери тепла через стены печи

; кВт (53)

= 135,834 кВт
- Потери тепла через под

А) Температуру внутренней поверхности пода принимаем C, наружной поверхности C. Под состоит из слоя высокоглиноземистого кирпича толщиной м и слоя диатомита м. Площадь пода равна площади свода

= 191,5

Б) Аналогично вышеприведенному расчету для боковых стен находим =757 C,
Согласно приложению XI, находим





в) Согласно примечанию находим





Потери тепла через под печи определям по формуле (53)



= 359,408 кВт

Общие потери тепла теплопроводностью через футеровку печи равны

; кВт (54)

кВт

Неучтенные потери принимаем равными 10% от тепла горения топлива

(55)

кВт

Уравнение теплового баланса томильной зоны

; (56)

Решая уравнение относительно , получим значение в




Баланс энергии для сварочной зоны составляем так же, как и для томильной

Приход тепла

По формуле 38 находим , кВт

, кВт

2.4.22 Тепло, вносимое продуктами сгорания из томильной зоны

, кВт

кВт

Расход тепла

Определям по формуле (40) , кВт

кВт

2.4.25 , кВт (57)


Энтальпию продуктов сгорания рассчитал при =1170 C

Потери тепла теплопроводностью через свод

- средняя температура внутренней поверхности свода





- площадь свода ,


=
Потери тепла через боковые стены

- средняя температура внутренней поверхности боковых стен

, C

C

- площадь поверхности боковых стен

,



- по аналогии находим , кВт

; кВт

= 39,3кВт

Потери тепла через под

- средняя температура пода равна

, C

C

- площадь поверхности пода равна площади поверхности свода
;


- находим

Потери тепла через под печи



= 143,019 кВт
Суммарные потери через футеровку сварочной зоны
, кВт

кВт

Неучтенные потери





Уравнение теплового баланса сварочной зоны печи





0,22

Решая это уравнение относительно получим значение ,

Баланс энергии для методической зоны

Приход тепла

, кВт

, кВт
; кВт


Расход тепла

, кВт

кВт

2.4.34 (58)
кВт

Энтальпия продуктов сгорания рассчитана при =907 C

Потери тепла теплопроводностью через свод

- температура внутренней поверхности свода

; C
C

- площадь наружной поверхности свода

,



- находим , кВт

; кВт

кВт

Потери тепла через боковые стены.
- Средняя температура внутренней поверхности боковых стен
, C

C

- площадь наружной поверхности боковых стен

,

- площадь поверхности торцевой стены

,



- суммарная площадь стен в методической зоне

,

- определяем , кВт

; кВт

=28,918кВт

Потери тепла через под
- Средняя температура внутренней поверхности пода равна

; C

C

- площадь пода равна площади свода

;


- находим , кВт



= 25,3кВт
Суммарные потери через футеровку методической зоны

, кВт

кВт

Неучтенные потери





Уравнение теплового баланса методической зоны







Т.к. расход воздуха в методической зоне получается отрицательным то в этой зоне не требуется устанавливать горелки т.к.металл будет подогреваться за счёт уходящих дымовых газов из сварочной зоны
Общий расход топлива

, (59)



Распределение топлива по зонам печи производится следующим образом: методическая зона 0,0%, сварочная зона 46,4%, томильная зона 53,6%.

Определим термический КПД печи:




3. Конструкторский раздел

3.1 Описание конструкции и работы проектируемой печи

В состав оборудования стана 320 входит методическая нагревательная печь, предназначенная для нагрева заготовок до температур прокатки.

Нагревательная методическая печь, с шагающими балками и подом для нагрева заготовок, полученных посредством непрерывной разливки, из углеродистых, низколегированных и конструкционных марок стали сечением 140140 мм., длинной 10,512,0 метров, весом до 1,78 т. перед прокаткой.

Печь имеет 7 тепловых зон, каждая из которой снабжена автономной системой регулирования теплового режима. Компоновка зон на печи такова:

Загрузка

5 зона

6 зона 4 зона 3 зона 1 зона

7 зона 2 зона
Выгрузка
Отопление печи сводовое. Во всех зонах печи (кроме 1,2 зон) на своде установлены плоско-пламенные горелки. Всего на печи установлено 104 горелки.

Дымовые газы из печи удаляются через канал, находящийся на уровне нулевой отметки (уровень цехового пола) в торце печи у загрузки, проходят через двойной рекуператор, теплообменник и далее – в дымовую трубу.

Подвижный под служит для перемещения заготовок по длине печи к выгрузке. Этот под делится на две части: шагающие балки (1 и2 зона) и шагающий под (3,4,5,6,7 зоны).

Шагающие балки в 1 и 2 зонах конструктивно выполнены так, что позволяют дымовым газам из 37 зон перейти из рабочего пространства печи над металлом в пространство под металлом 1 и 2 зоны и далее - в дымовой канал. Шагающие балки – водоохлаждаемые, теплоизолированные огнеупорной набивкой и изоляционным волокном. Нагретая вода в шагающих балках используется в общей системе утилизации тепла завода для подогрева сетевой воды отопления.

Шагающий под по всей своей длине имеет специальные песочные затворы, предотвращающие проникновение дымовых газов в щели между движущимися частями шагающего пода и неподвижными элементами пода печи. Шагающий под также водоохлаждаемый и теплоизолированный. Контур воды – разомкнутый. Тепло подогретой воды не утилизируется.

Подача заготовок в печь, перемещение их в печи и выгрузка производится автоматической системой механизмов.

Заготовка, находящаяся в зоне загрузки на рольганге вне печи, поступает в печь посредством перемещения обеих рольгангов: наружного и внутреннего. Блокировка, установленная в конце внутреннего рольганга, останавливает его движение и обеспечивает правильное расположение заготовок по отношению к внутренним стенкам печи.

Подвижные балки забирают заготовки с рольганга и все находящиеся внутри печи заготовки перемещают на один шаг. Это позволяет освободить первую позицию зоны выгрузки, чтобы загрузить следующую заготовку, и в тоже время перемещает одну заготовку для выгрузки. Отсюда разгрузочное устройство поднимает последнюю заготовку и устанавливает ее на рольганг выгрузки. Перемещаясь по рольгангу зоны выгрузки и рольгангу, находящемуся вне печи, заготовка из печи поступает в клетки прокатного стана.

Прокатный стан 320 состоит из трех групп клетей: черновой, состоящей из восьми горизонтальных клетей; промежуточной, состоящей из шести горизонтальных клетей; чистовой, состоящей из шести клетей, в том числе четырех горизонтальных, одной вертикальной и одной комбинированной, т.е. горизонтальной или вертикальной.

В межклетьевых промежутках чистовой группы и перед чистовой группой расположены петлерегуляторы.

Стан снабжен холодильником, устройствами для регулируемого охлаждения и термоупрочнения готового проката, а также механизированной линией отделки.

Максимальная скорость прокатки - 20 м/с.

Стан оснащен тремя управляющими системами ЭВМ:

- склада заготовок, следящая и управляющая движением металла на складе заготовок;

- слежение за металлом, следящая за движением металла на участке прокатного стана;

- управление прокатной линией, контролирующая работу основного технологического оборудования и управляющая технологическим процессом;

а также локальными системами автоматического регулирования и управления технологическими агрегатами и механизмами на отдельных участках прокатного стана.
3.2 Горелочных устройств

Горелка — это устройство для поддержания процесса горения жидкого, газообразного или пылеобразного топлива. Обеспечивает испарение (для жидкого топлива), смешивание с воздухом или другим окислителем, формирование факела и распределение пламени. По назначению горелки делят на сварочные, осветительные и нагревательные, по типу используемого топлива — газовые, на жидком топливе, комбинированные.

Оптимальное газогорелочное устройство печей должно обеспечивать устойчивый процесс горения и полное сгорание топлива, а также создавать такой очаг горения, который обеспечивал бы интенсивный, но в то же время равномерный нагрев заготовок.

Устойчивое сжигание газа является одним из основных условий, которое необходимо выполнять при проектировании любой газовой горелки, так как горелка, не обеспечивающая устойчивого процесса горения в заданных

границах колебания тепловой нагрузки или калорийности газа, не может быть допущена к эксплуатации из-за опасности появления взрывчатой газовоздушной смеси в печи.

Полное сжигание газа важно не только для достижения высокого КПД печи, но и для получения безвредной смеси отходящих газов, не влияющей на здоровье людей.

Величины первого и второго слагаемых в основном определяются температурным режимом в зоне горения, зависящим главным образом от теплового напряжения топочного пространства. Третье слагаемое целиком определяется условиями движения потоков газа и воздуха в топочном пространстве.

Если наибольшее значение в суммарном времени, необходимом для завершения процесса горения, имеют первая и вторая составляющие, то реакция горения протекает в так называемой кинетической области. Горелки, осуществляющие сжигание газа в этой области, называются беспламенными. В случае преобладания в общем значении времени реакции третьей составляющей горение развивается в диффузионной области. Такой процесс горения происходит, как правило, в горелках диффузионного типа. И, наконец, когда процесс горения зависит от трех слагаемых, сжигание горючих компонентов газообразного топлива происходит в смешанной области. В этом случае процесс горения осуществляется горелками инжекционного типа. В инжекционных горелках газ и воздух смешиваются в специальном смесителе, горение происходит в коническом или цилиндрическом тоннеле, находящемся в кладке печи.

В нагревательной проходной печи стана 320 производительностью 170 т/ч прокатного производства отопление печи сводовое. Во всех зонах печи (кроме 1,2 зон) на своде установлены плоско-пламенные горелки. Всего на печи установлено 102 горелки: на своде 96, на стенках 6.

Промышленные печи, оснащенные плоско-пламенными горелками - ГПП (печи косвенного радиационного нагрева) характеризуются сочетанием высоких энергетических и экологических показателей. Применение указанных горелок решает проблему создания газоплотных термических печей со сложными режимами термообработки (нагрев, охлаждение, выдержка).

Печи с плоско-пламенными горелками обеспечивают снижение удельного потребления топлива на 10…40%, рост КПД, использования топлива до 45…85%, сокращение потерь металла от окисления и обезуглероживания на 30…50%. Достигается уменьшение выхода токсичных веществ не менее чем в два раза, удельный выход NO_Х при подогреве воздуха до 300С составляет 25…75 г/т.



Рис.4 Плоскопламенная горелка

1- завихритель воздуха, 2- газовое отверстие, 3- огнеупорная плитка.
В многозонных методических печах подводимая тепловая мощность (а следовательно, и расход топлива) распределяется по зонам печи следующим образом: в верхних сварочных зонах по 18 – 22%; в нижних сварочных зонах по 20 – 25% и в томильной зоне 12 – 18%.

Распределяя расход топлива по зонам пропорционально тепловой мощности, получим: верхние сварочные зоны по 1,09 м³/с; нижние сварочные зоны по 1,23 м³/с, томильная зона 0,82 м³/с.

Плотность газа 0,7317 кг/м³, расход воздуха при коэффициенте расхода п=1,05 равен 5,46 м³/м³ газа.

Пропускная способность горелок по воздуху: верхние сварочные зоны м³/с; нижние сварочные зоны м³/с; томильная зона м³/с.

Расчетное количество воздуха определяем по формуле:
;
верхние сварочные зоны
м³/с;
нижние сварочные зоны
м³/с;
томильная зона
м³/с.

Рекуператор (от лат. recuperator — получающий обратно, возвращающий) — теплообменник поверхностного типа для использования теплоты отходящих газов, в котором теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку.

Рекуператоры различают по схеме относительного движения теплоносителей — противоточные, прямоточные и др.; по конструкции — трубчатые, пластинчатые, ребристые, оребренные пластинчатые рекуператоры типа ОПТ и др.; по назначению — подогреватели воздуха, газа, жидкостей, испарители, конденсаторы и т. д.

Во всем мире энергосбережение является сегодня стратегической задачей государственного масштаба. Между тем, на многих предприятиях имеют место значительные энергетические потери за счет недостаточного использования тепла, вырабатываемого в технологических процессах. В том числе, тепло газа, нагретого в процессе того или иного производства, либо используется не эффективно, либо не используется вообще и нагретый газ выбрасывается в атмосферу. Это приводит к колоссальным энергетическим потерям в объемах предприятия, страны, мира, а также определяет различные проблемы
экологического характера.

Особенно это характерно для высокотемпературных производств, (до 1000 °С и более) т. е. именно там, где энергетические потери наиболее велики, а также при использовании газов, содержащих большое количество примесей и агрессивных веществ. Такое положение объясняется низкой эффективностью и быстрым выходом из строя теплообменных аппаратов, при высоких температурах и аппаратов, работающих в сложных условиях эксплуатации, а также отсутствием подходящих для конкретного производства теплоутилизирующих устройств.

Существует несколько видов теплообменных аппаратов, каждый из которых имеет свою область оптимального применения. Их разделяют на регенеративные, смесительные и рекуперативные.

В регенеративных теплообменниках одна и та же поверхность, через которую осуществляется теплообмен, поочерёдно смывается то теплоносителем, то нагреваемой средой. Это очень эффективные устройства, которые целесообразно использовать в случаях больших объемов и высоких температур. Однако габариты, вес, технологические и конструктивные сложности делают их применение весьма ограниченным.

Смесительные теплообменники, это устройства в которых подогрев нагреваемой среды осуществляется за счет частичного смешивания с горячим газом теплоносителя. Эти устройства имеют очень ограниченное использование в отдельных технологических процессах.
В рекуперативных теплообменниках, теплота отходящих газов непрерывно передаётся к нагреваемой среде через стенку, разделяющую среды. Эти стенки конструктивно могут представлять собой листы или трубы, а теплообменники,
соответственно, разделяют на трубчатые и пластинчатые рекуператоры.

Для решения задач газового теплообмена, такие конструкции получили наибольшее распространение, и речь далее идет преимущественно о рекуператорах тепла.

Рекуператор устанавливается на пути отходящих газов, например, из печи в дымовую трубу, а воздух в печь, подается через смежные полости рекуператора и нагревается, проходя вдоль нагретых, отходящим газом, стенок.

Рекуперация тепла, позволяет экономить до 30-40 % потребляемой энергии. Кроме того, для случая рекуперации тепла в цикле печного нагрева, использование подогретого воздуха вместо воздуха окружающей температуры, улучшает горение топлива в печи, снижает его химический и механический недожог.

В результате, при том же расходе топлива количество теплоты, получаемой в процессе горения, увеличивается на 10-15%

В нагревательной проходной печи стана 320 используется рекуператор тепла. Он предназначен для повышения КПД печи. Проходя через пучок труб, установленных в выпускном трубопроводе, дымовые газы нагревают воздух, который питает горелки.



Рис.5 Металлический трубчатый петлевой рекуператор.

4. Правила безопасности при использовании печи

4.1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
4.1.1 К работе нагревальщиком металла, термистом проката и труб допускаются лица не моложе 18 – ти лет, прошедшие медицинское освидетельствование, первичный инструктаж на рабочем месте, стажировку, проверку знаний по охране труда, обучение и имеющие удостоверение по профессии, обученные и имеющие удостоверение на право работы в газозащитной аппаратуре, аттестованные на 1 – ую группу по электробезопасности и допущенные к самостоятельной работе распоряжением по цеху.

4.1.2 Нагревальщик металла, термист проката и труб должен знать и выполнять требования инструкций по охране труда согласно « Перечня инструкций для проведения первичного и повторного инструктажа по охране труда для нагревальщиков и термистов проката и труб СПЦ », утвержденного техническим директором – главным инженером завода.

4.1.3 Запрещается приходить и находиться на рабочем месте в нетрезвом состоянии и наркотическом опьянении, приносить и распивать на рабочем месте ( на территории завода ) спиртные напитки, употреблять наркотические препараты и вещества, имеющие токсические свойства.

4.1.4 Курение разрешается в специально отведенных местах.

4.1.5 Опасными и вредными производственными факторами, действующими на нагревальщиков и термистов проката и труб являются повышенная температура, загазованность окружающей среды, вращающиеся и движущиеся механизмы прокатных станов.

4.1.6 Запрещается переходить через рабочие рольганги, заходить за ограждения, производить ремонт без остановки оборудования.

4.1.7 Пешеходное движение разрешается по пешеходным дорожкам, переходным мостикам, тоннелям переходам, по установленному маршруту.

4.1.8 Все работы нагревальщиком и термистом проката и труб выполняются в исправной спецодежде и спецобуви, предусмотренных нормами: костюм суконный или х/б, ботинки кожаные или кирзовые сапоги, рукавицы х/б или вачеги, каска. При необходимости ( работа ударным инструментом, уборка окалины, чистка пода печи ) используются соответствующие средства индивидуальной защиты: очки защитные с прозрачными или затемненными стеклами, щитки из оргстекла или металлической сетки, респираторы.

4.1.9 Соблюдать требования правил личной гигиены ( мыть руки перед едой, принимать пищу в установленных местах и др. ).

4.1.10 При получении даже незначительной травмы на производстве, немедленно сообщается сменному мастеру ( начальнику смены СПЦ ), при их отсутствии старшему рабочему или любому работнику цеха, при необходимости следует обратится в медпункт.

4.1.11 Обстановка на месте несчастного случая сохраняется до начала расследования, если это не угрожает жизни и здоровью работников, не приведет к аварии.

4.1.12 При получении микротравмы, не вызвавшей потери трудоспособности, нагревальщик и термист проката и труб проходит освидетельствование на предмет алкогольного, наркотического или токсического опьянения, предоставляет письменное объяснение случившегося непосредственному руководителю, который фиксирует микротравму в специальном журнале.

4.1.13 Нагревальщик и термист проката и труб должен уметь при необходимости оказывать первую ( доврачебную ) помощь пострадавшему.

4.1.14 При обнаружении пожарной опасности или опасности для рабочих немедленно сообщить об этом мастеру.

4.1.15 Лица, виновные в нарушении требований настоящей инструкции, в зависимости от характера нарушений и их последствий, несут ответственность в соответствии с действующим законодательством РБ.