Федеральное агентство по образованию

         Южно - Уральский государственный университет

         Кафедра промышленной теплоэнергетики

Курсовая  работа

“Расчет методической нагревательной печи” 
 
 
 
 
 
 

                                                                      Выполнил: Хаиров В.М.

                                           Группа: ФМ - 379

                                                    Проверил: Кетова С.З. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Челябинск

2005 
 
 

Дано:

1. Печь методическая толкательная трехзонная.
2. Производительность: P = 70(т/час) = 19,44кг/сек
3. Нагревательный металл: Сталь 50
4. Размер заготовки: 240 - 240 - 5000
5. Начальная температура металла: t_н = 10ْ С
6. Конечная температура: t_пк = 1200˚С
7. Конечный перепад температур по сечению слитка: _Δt_к = 50˚С.
8. Вид топлива – смесь газов: доменный, природный – 20:80

 

Химический  состав топлива: 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Расчет  внешней задачи теплообмена:

 

1) Расчет горения топлива

Пересчет состава сухой массы в рабочую.

Объем Н₂О в 100м³ смеси газов.

Н₂О = ( %), где W - влажность газа г\м²

• Н₂О_д.г. = %
• Н₂О_п.г. = %

2)Коэффициент  перерасчета на влажный газ:

• К_д.г. =
• К_п.г. =

3) Состав влажного  газа:

CH₄^вл = K*CH₄^с и тд. 

Доменный  газ:

CH₄^вл = 0,95*0,3 = 0,29%;

СО₂^вл = 0,95*12,5 = 11,88%;

O₂^вл = 0,95*0,2 = 0,19%

CО^вл = 0,95*27 = 25,65%

Н₂^вл = 0,95*5 = 4,75%

N₂^вл = 0,95*55 = 52,25%

Н₂О_д.г = 4,74%

Итого: 100% 

Природный газ:

CH₄^вл = 0,94*93,8 = 88,17%;

СО₂^вл = 0,94*0,6 = 0,56%;

N₂^вл = 0,94*0,7 = 0,66%

С₂Н₆^вл = 0,94*4,9 = 4,61%

Н₂О_п.г = 5,86%

Итого: 100% 
 
 
 
 
 

 
Теплота сгорания: 

Q_н^р = 0,127*CО + 0,106*Н₂ + 0,357*СН₄ + 0,596*С₂Н₆, МДж\м³

Q_н^р_дг = 0,127*25,65 + 0,106*4,75 + 0,357*0,29 = 3,87МДж\м³

Q_н^р_пг = 0,357*88,17 + 0,596*4,61 = 34,22МДж\м³

Q_н^р_см = Q_н^р_дг*Х_дг + Q_н^р_кг*Х_пг,

 где Х  - доля газа в смеси, МДж\м³

Q_н^р_см = 3,87*0,2 + 34,22*0,8 = 28,15 

Состав  смешанного газа: 

СН_4см = СН_4дг*Х_дг + СН_4пг*Х_пг и тд.

СН_4см = 0,29*0,2 + 88,17*0,8 = 70,6%

С₂Н_6см = 4,61*0,8 = 3,7%

СО_2см = 11,88*0,2 + 0,56*0,8 = 2,8%

O_2см = 0,19*0,2 = 0,04%

CО_см = 25,65*0,2 = 5,13%

Н_2см = 4,75*0,2 = 0,95%

N_2см = 52,25*0,2 + 0,66*0,8 = 11%

Н₂О_см = 4,74*0,2 + 5,86*0,8 = 5,64%

Итого:100% 

 

Зададимся коэффициентом избытка воздуха: α = V/V₀ = 1,08.

Теоретически  необходимый объем  воздуха для газообразного  топлива: 

V₀ = 0,0476·[0,5·СО^р + 0,5·Н^р + ∑(m + 0,25n)С_mН_n - O₂]·(1 + 0,00124d_в),                       где d_{в =} 10 г\см³ - влагосодержание  сухого воздуха

V₀ = 0,0476·(0,5·5,13 + 0,5·0,95+ (2 + 0,25·6)·3,7 + (1 + 0,25·4)·70,6 – 0,04)*

*(1 + 0,00124·10) = 7,6[м³],

тогда V_д.г. = 1,08·7,6 = 8,2[м³] 

Количество продуктов сгорания: 

V_RO2 = V_CO2

V _СO2 = 0.01(CО₂^р + СО^р + ∑m·C_mН_n) = 0.01(2,8 + 5,13 + 2·3,7 + 70,6) = 0,86   [м³]

V_Н2О = 0,01·[Н₂О^р + Н^р + ∑0,5·n·C_mН_n + 0.124·d]+0,0161· V_д.г.

 где d - влагосодержание

V_Н2О = 0,01(5,64 + 0,95 + 0,5·4·70,6 + 0,5·6·3,7 + 0,124·10) + 0,0161·8,2 = 1,73[м³].

V_N2 = (N₂ + 79·V_дг)·0,01 = (11 + 79·8,2) ·0,01 = 6,6[м³/м³].

V_О2 = 0,21·(α - 1) ·V₀ = 0.21·(1.08 - 1) ·7,6 = 0,13

Общий объем  продуктов сгорания:

V_об = V _СO2 + V_Н2О + V_N2 + V_О2 = 0,86 + 1,73 + 6,6 + 0,13 = 9,32 

Состав  продуктов сгорания:

СО_{2 =} %

Н₂О = %

N₂ = %

О₂ = % 
 
 
 
 
 

Расчет  нагрева металла.

Методическая  зона:

Зададимся рекомендуемым  сечением печи:

Ширина  печи: В = n∙l + (n + 1)∙σ

где n – число рядов заготовок

 σ = 0,3м – зазор между заготовками и стенками печи.

L – длина заготовки

В = 2∙5 + (2 + 1)∙0,3 = 11м

Высота  печи:

Томильная зона:h_Т = 1.6м,

Сварочная зона:h_св = 2,7

В конце методической зоны:h_м^к = 1,1

Средняя высота методической зоны:h_ср = 0,5∙( h_св + h_м^к) = 0,5∙(1,1 + 2,7) = 2м 
 

Т. к. λ²⁰ = 48(Вт/м∙с), т.е меньше 50,то

t^ух = 950˚С

t^св = 1300˚С

t^том =1250˚С 
 

По  зонный расчет внешней  и внутренней задачи:

Согласно  теории лучистого теплообмена, в  тепловом взаимодействии находятся 3 среды: кладка, дымовые газы, нагреваемый материал. Для расчета лучистого теплообмена в данной системе необходимо знать степень черноты кладки ε_кл., степень черноты газов, их температуру, степень черноты металла ε_г. ε_кл. и ε_ме определяются по таблице в зависимости от марки огнеупоров или класса металла. 

 

Определим средний угловой коэффициент  излучения кладки на металл и эффективную  длину: 

      φ_кл. = F_м/F_кл. =L_дл./(2h_i + В),

φ_кл^мет = 5/(2∙1.1 + 11) = 0.38

φ_кл^св = 5/(2·2,7 + 11) = 0,30

φ_кл^том = 5/(2·1,6 + 11) = 0,35

 

                    L_эф. = [3,6·h_iB/(2 h_i∙2В)

L_эф^мет_. = 3,6∙1,1∙11/(2·1,1 +2·11) = 1,8м

L_эф^св = 3,6·2,7·11/(2·2,7 + 2·11) = 3,9м

L_эф^том = 3,6·1,6·11/(2·1,6 + 2·11) = 2,5м 

Парциальные давления:

Р _СO2 = V _СO2 / V_об ∙ 1 = 0,09 атм

Р_Н2О = V_Н2О / V_об ∙ 1 = 0,19 атм 
 

Зная L_эф. и парциальные давления, по таблице определим степень черноты углекислого газа и водяных паров при определенной температуре дымовых газов: 

Коэффициент β  учитывает более интенсивное излучение водяных паров в смеси по сравнению с СО₂