Курсовая работа - Проектирование термической печи. В курсовом проекте рассмотрены следующие вопросы Обоснование выбора типа печи
 Скачать 282.09 Kb.
|
|
Содержание Введение 1. Расчет горения топлива 1.1 Материальный баланс процесса горения 1.2 Тепловой баланс процесса горения 1. Температурный режим и профиль рабочего пространства 2.1 Температурный график печи 2.2 Профиль рабочего пространства 3. Расчет времени нагрева металла 3.1 Расчет внешнего теплообмена 3.2 Расчет внутреннего теплообмена 3.3 Расчет напряженности пода печи 4. Тепловой баланс печи 4.1 Приходные статьи теплового баланса 4.2 Расходные статьи теплового баланса 4.3 Оценка энергетического совершенствования печи 4. Использование вторичных энергетических ресурсов (расчет котла-утилизатора) 4.1 Расчет предвключенного испарительного пакета Заключение Список литературы Р Е Ф Е Р А Т Отчет 37 стр., 2 рис., 5 табл., 4 источника ПЕЧЬ, ТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ Цель курсового проекта – рассчитать и спроектировать термическую печь с внешним обогревом подом. В курсовом проекте рассмотрены следующие вопросы: 1. Обоснование выбора типа печи; 2. Расчет продолжительности нагрева заготовки; 3. Расчет рабочего пространства печи; 4. Тепловой баланс печи; 5. Расчет элементов сопротивления; 6. Определение показателя эффективности работы печи; 7. Рассмотрены вопросы экологии и безопасности условий труда. Введение Высокотемпературные процессы лежат в основе важнейших производств: металла, деталей машин, химических продуктов, строительных и других материалов. Эти процессы осуществляются в промышленных печах, в которых материалам или изделиям придаются свойства, необходимые для конечного продукта или требующиеся для дальнейшей обработки. В данном курсовом проекте требуется рассчитать методическую печь. Методические печи получили широкое распространение на заводах черной металлургии, на машиностроительных и других заводах для нагрева слитков и заготовок перед прокаткой и ковкой. Такие печи предназначаются для нагрева стандартных (однотипных) изделий и поэтому пригодны при массовом поточном производстве. Печь состоит их трех зон: методической (подогревательной), сварочной и томильной. Сварочная зона снабжена форсунками или горелками, подогревательная зона топочных устройств не имеет. Методическая печь является примером печи, в которой тепло дымовых газов, уходящих из сварочной камеры, используется для предварительного подогрева изделий. Технологический КПД печи может достигать 60-65%. В проекте необходимо рассчитать процесс горения топлива, выбрать температурный режим и профиль рабочего пространства печи, рассчитать время нагрева металла, составить тепловой баланс печи и провести расчет котла- утилизатора (так как уходящие газы имеют достаточно высокую температуру). Исходными данными являются производительность печи по металлу, тип стали, тип и состав топлива, размер слитков, температура нагрева металла. Обоснование выбора печи Печи для термообработки – устройства, применяемые для термической обработки стальных, бронзовых, алюминиевых изделий. Благодаря особенностям термоустойчивой конструкции, операторы могут не травмировавшись наблюдать за процессом расплавки металла, т. к. оборудование имеет жаростойкое экранирование, выдерживающее температуру накала до 2000˚ и дающее возможность видеть, что происходит внутри камеры. Виды печей термообработки Литейные заводы, металлургические цеха и предприятия оснащены различным термическим оборудованием, позволяющим проводить работы с металлами. По сути, камеры термопечей имеют одинаковое целевое назначение и принцип работы, но всё же имеют некоторые отличия. Рассмотрим, каковы бывают разновидности печей для термообработки стали, алюминия, меди. Шахтные печи для термообработки металла Производители данного оборудования рекомендуют купить шахтные печи для термообработки предприятиям, нуждающимся в закалке, отпуске, отжиге цветных и чёрных металлов. Особенностью данного устройства является возможность осуществлять расплавку или отжиг по высокоэффективной технологии с высокой точностью и скоростью переноса обрабатываемого объекта в среду закалки. Металлургическая печь должна обеспечивать осуществление заданного металлургического процесса в оптимальном режиме, обуславливаемом совокупностью ряда следующих параметров: химического состава шихты: гранулометрической характеристики исходных материалов, температуры, давления, состава газовой фазы. Для конструкции печей наибольшее значение имеют рабочая температура, состав газовой фазы и гранулометрическая характеристика материалов. Все указанные величины находят исходя из соответствующих термодинамических, кинетических и теплофизических характеристик процессов и материалов. Температура обжиговых печей должна поддерживаться в интервале температуры активного протекания процессов обжига материалов (нижний предел) и температуры спекания или плавления материалов и продуктов (верхний предел). Для плавильных печей оптимальное значение рабочей температуры определяется обычно интервалом температур активного улетучивания и испарения ценных составляющих (верхний предел) и плавления продуктов (нижний предел). Для нагревательных и термических печей рабочая температура определяется максимальной температурой нагрева материала и допустимой скоростью нагрева. При определении конкретных значений рабочей температуры в печах учитывают перепад температуры между греющим теплоносителем и перерабатываемым материалом. Величина этого перепада определяется условиями нагрева материала и параметрами теплообменного процесса, закономерности которого излагаются ниже. Состав газовой фазы в печах определяется из условия активного протекания окислительных или восстановительных процессов. Если в печи происходят окислительные процессы, то на основании термодинамических данных выбирают минимально необходимое содержание кислорода в газах, колеблющееся для различных окислительных процессов от 3—5 до 10—15%. Если в печи происходят восстановительные процессы, то задается минимально необходимое содержание окиси углерода или водорода, колеблющееся от 5—8 до 20—30%. В печах термической обработки металлов для предотвращения окисления поверхности применяются специальные защитные атмосферы — генераторный газ, водород и т. п. Гранулометрическая характеристика материалов учитывает два противоречивых требования. Для обеспечения лучшего контакта компонентов и достижения наибольших скоростей металлургических процессов желательно тонкое измельчение материалов. Однако это требование технологии находится в прямом противоречии с аэродинамическим режимом работы многих печей. Так, в пламенных печах мелкие материалы подхватываются газовыми потоками и выносятся из рабочего пространства, что ограничивает интенсификацию печей. В шахтных печах мелкие материалы также выносятся из печей, а столб шихты становится неустойчивым и неравномерно продувается, что также лимитирует форсирование работы печей. Для одновременного удовлетворения требований технологического процесса и тепловой работы печей приходится выбирать средние «компромиссные» гранулометрические характеристики материалов и подготавливать шихту брикетированием, окатыванием, агломерацией и т. п. Выбранные на основании физико-химических и технологических данных температура, состав газов и гранулометрическая характеристика материалов определяют тепловой режим печи, условия сжигания топлива или преобразования электроэнергии, степень герметизации и давление в рабочем пространстве, воздушное питание печи и т. д. 1. Расчет горения топлива 1.1 Материальный баланс процесса горения печь горение топливо энергетический Теоретический расход воздуха  , м3/м3 определяется по формуле: , (1.1)где CO, H2 , H2S, O2 - содержание окиси углерода, водорода, сероводорода и кислорода в топливе в процентах соответственно; m, n - количество атомов углерода и водорода соответственно.  м3/м3.Действительный объем воздуха  , м3/м3 определим по формуле: , (1.2)где  - коэффициент избытка воздуха, выбирается из интервала [1,05-1,15], α =1,1.  м3/м3.Определим теоретический объем продуктов сгорания  , м3/м3 : , (1.3) , (1.4)  , (1.5) , (1.6)где  - теоретический объем трехатомных газов, м3/м3; - теоретический объем азота, м3/м3; - теоретический объем водяных паров, м3/м3;N2- заданное количество азота в топливе в процентах; dГ -влагосодержание топлива, г/кг, dГ =10 г/кг.  м3/м3; м3/м3;  м3/м3.Действительный объем продуктов сгорания VГ,м3/м3 определяется по формуле:  , (1.7) м3/м3.Объемная доля трехатомных газов  определяется по формуле: , (1.8) Объемная доля водяного пара  : ,(1. 9) Объемная доля азота  : ,(1. 9) .2 Тепловой баланс процесса горения Найдем энтальпию продуктов сгорания hг, кДж/м3:  , (1.10)где  - энтальпия теоретического объема продуктов сгорания, кДж/м3;  -энтальпия теоретического объема воздуха, кДж/м3;hЗЛ - энтальпия золовых частиц, кДж/м3 . В нашем случае hЗЛ =0, так как сжигаемое топливо- газ. Энтальпия теоретического объема продуктов , кДж/м3 сгорания определяется по формуле  ,(1.11)где  - теплоемкости трехатомных газов, азота и водяных паров соответственно берем из Таблицы П4 [1], кДж/(кг К);t - температура, при которой выбираются теплоемкости трехатомных газов, азота и водяных паров из Таблицы П4 [1], С. Энтальпия теоретического объема воздуха , кДж/м3 определяется по формуле: ,(1.12)где СВ - теплоемкость воздуха берем из Таблицы П4 [1], кДж/(кг∙К); При t=200 0С  кДж/(кг∙К), кДж/(кг∙К), кДж/(кг∙К).Аналогично вычислим энтальпии теоретического объема продуктов сгорания, теоретического объема воздуха и энтальпию продуктов сгорания в интервале температур от 200 до 2500С . Полученные данные сведем в таблицу 1.1. Таблица 1.1 - Таблица значений энтальпий продуктов сгорания
Вычистим действительную температуру tд, С в зоне горения |
,0С
,кДж/м3
,кДж/м3hГ, кДж/м3