Книги по разным темам
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | Принимаем долю доменного газа в природно-доменной смеси за х, тогда доля природного газа будет (1 - х). Из равенства р р Qн.см = Qн.д.г х + Qнр (1- х),.п.г находим, что р Qнр.п.г - Qн.см 35451.5 - х = = = 0.728.
р 35451.5 - Qн.п.г - Qнр.д.г 1 - х = 1 - 0.728 = 0.272.
Состав смешанного газа в % (см. состав природного газа в табл. 2.6, состав влажного доменного газа - в табл. 2.8):
в СО = СОп.г (1- х)+ СОд.г х = 0 0.272 + 26.26 0.728 = 19.12%, СО2 = СО2п.г (1- х)+ СО2в х = 0.3 0.272 + 9.583 0.728 = 7.06 % и т.д.
д.г Результаты вносим в таблицу 2.Таблица 2.9 - Состав природно-доменной смеси, % СО СО2 СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 Н2 N2 О2 Н2О 19.12 7.06 25.08 0.84 0.24 0.11 2.30 42.16 0.05 3.04 Проверка правильности расчета состава природно-доменной смеси (см.
состав смеси в табл. 2.9) р Qн.см = 126.7 19.12 +108 2.30 + 358 25.08 + 636 0.84 + + 913 0.24 +1185 0.11 = 12533.25 кДж / м3.
Процент невязки составляет 12533.25 - = 100 = 0.134 %.
12533.Допускается невязка не более 0.5 %.
2.4.4 Плотность природно-доменной смеси и воздуха:
Плотность природно-доменной смеси при н.у. (см. состав смеси в табл.
2.9) 28СО + 44 СО2 +16 СН4 + 30 С2Н6 + 44 С3Н = + ПДС22.4 58С4Н10 + 2 Н2 + 28 N2 + 32 О2 +18 Н2О +.
22.4 2819.12 + 44 7.06 +16 25.08 + 30 0.84 + 44 0. = + ПДС22.4 58 0.11+ 2 2.30 + 28 42.16 + 32 0.05 +183.+ = 1.13 кг / м3.
22.4 Плотность воздуха 28 N2 + 32 О2 28 79 + 32 в о = = = 1.2875 кг/м3.
22.4 100 22.4 2.4.5 Расход воздуха необходимый для сжигания единицы топлива.
Теоретический расход воздуха, м3/м3:
n теор VО2 0.01 0.5 СО + 0.5 Н2 + m + 4 СmНn + 1.5 Н2S - O Lв = = о КО2 КОтеор где VО2 - теоретический расход кислорода, м3/м3;
КО2 - объемная доля кислорода в воздухе.
Для атмосферного воздуха КО2 = 0.21.
0.01 (0.5 19.12 + 0.5 2.30 + 2 25.08 + 3.5 0.84 + 5 0.24 + 6.5 0.11 - 0.05) Lв = = 3.о 0.Действительный расход воздуха Lв = n Lв =1.13.127 = 3.44 м3/м3.
n о 2.4.6 Расчет количества и состава продуктов сгорания.
Объем, занимаемый каждой составляющей продуктов сгорания (см. состав смеси в таблице 2.9):
VСО2 = 0.01(СО + СО2 + СН4 + m CmНn) м3СО2/м3ПДС;
VСО2 = 0.01 (19.12 + 7.06 + 25.08 + 2 0.84 + 3 0.24 + 4 0.11) = 0.541;
n VН 2О = 0.01 Н2 + СmНn + Н2S + Н2О м3Н2О/м3ПДС;
VН 2О = 0.01(2.30 + 2 25.08 + 3 0.84 + 4 0.24 + 5 0.11 + 3.04)= 0.595;
VN2 = 0.01 N2 + (1- КО2 ) Lв м3N2/м3ПДС;
n VN 2 = 0.01 42.2 + (1 - 0.21) 3.44 = 3.14 м3/м3;
изб VО2 = КО2 Lв = КО2 (n -1) Lв ; м3О2/м3ПДС;
изб о изб VО2 = 0.21(1.1 -1) 3.127 = 0.066 м3/м3.
Общее количество продуктов сгорания:
изб д = VСО2 +VН 2О +VN2 +VО2 м3дым/м3ПДС;
д = 0.541 + 0.595 + 3.14 + 0.066 = 4.342 м3дым/м3ПДС.
Состав продуктов сгорания в %:
VСО0.%СО2 = 100 = 100 =12.46 %;
д 4.VН2О 0.%Н2О = 100 = 100 =13.70 %;
д 4.VN3.%N2 = 100 = 100 = 72.32 %;
д 4.изб VО0.%O2 = 100 = 100 = 1.52 %.
д 4.Результаты вычислений заносим в таблицу 2.Таблица 2.10 - Состав продуктов сгорания природно-доменной смеси, % изб Продукты сгорания СО2 Н2О NО% 12.46 13.70 72.32 1.52 2.4.7 Плотность продуктов сгорания:
44 %СО2 +18 %Н2О + 28 %N2 + 32 %О д.о = ;
22.4 44 12.46 + 18 13.70 + 28 72.32 + 32 1. д.о = =1.28 кг/м3.
22.4 2.4.8 Материальный баланс процесса горения природно- доменной смеси Невязка баланса, Приход, кг Расход, кг % 1. Масса газа на 1 м3: Масса продуктов сгорания 5.559 - 5.100 = 5.Gг = Vг ПДС0 = 11.13 = 1.13 кг Gд =д д.о = 4.342 1.28 = = 0.02 % = 5.5578 кг 2. Масса воздуха = 5.5578 кг в Gв = Lв о = 3.44 1.2875 = 4.n = 1.13 + 4.429 = 5.559 кг 3 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ "МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПЕЧИ" Направление - 0904 Металлургия Специальности - 7.090401 Металлургия черных металлов 7.090402 Металлургия цветных металлов 7.090404 Обработка металлов давлением 7.090412 Термическая обработка металлов 7.090415 Литейное производство Расписание учебных часов Всего часов по учебному плану в том числе: аудиторные занятия из них: - лекции - лабораторные занятия - - практические занятия Самостоятельная работа в том числе:
- изучение разделов программы, которые не преподаются на лекциях - выполнение индивидуальных заданий Итоговый контроль зачет Содержание дисциплины 1. Основы тепловой работы печей. Понятие о тепловой мощности печи, виды мощностей: холостого хода, усвоенная, рабочая, общая. Связь между тепловыми мощностями. Тепловой дефицит процесса. Основные показатели работы печей: производительность, расход теплоты (условного топлива) на единицу продукции, КПД печи. Составление тепловых балансов печей непрерывного и периодического действия.
2. Конструкции и тепловые режимы нагревательных и термических печей. Назначение нагревательных и термических печей. Нагревательные печи металлургии. Нагревательные электрические печи сопротивления.
Индукционные нагревательные печи. Режимы нагрева слитков в нагрева тельных колодцах. Устройство и принципы тепловой работы работа регенеративных и рекуперативных нагревательных колодцев. Конструкции методических печей прокатного производства. Режимы нагрева заготовок в многозонных методических печах. Термические печи. Характерные режимы термообработки. Термические печи камерного и проходного типа. Основные мероприятия, направленные на снижение энергопотребления нагревательными и термическими печами черной металлургии.
Практические занятия Продолжи№ занятия Название занятия тельность (часов) Расчет нагрева цилиндрического слитка в ре1. жиме tпеч = const.
Определение технико-экономических показа2. телей тепловой работы нагревательной печи.
Индивидуальное задание (10 часов) Теплопередача из одной газовой среды в другую через плоскую двухслойную стенку в стационарном тепловом состоянии.
Контроль текущей работы студента осуществляется сдачей индивидуального задания преподавателю с обязательной его защитой. Итоговый контроль осуществляется приемом зачета по теоретическому курсу.
Рекомендованная литература 1. Румянцев В.Д., Ольшанський В.М. Теплотехнка: Учбовий посбник/ Пд ред. В.Й. Губинського.- Днпропетровськ.: Пороги, 2002. - 325 с.
2. Свинолобов Н.П., Бровкин В.Л. Теоретические основы металлургической теплотехники: Учебное пособие для вузов. - Днепропетровск: Пороги, 2002. - 226 с.
3. Расчеты нагревательных печей./ Под ред. Н.Ю. Тайца ЦК.: Технка, 1969. - 540 с.
4. Губинский В.И., Лу Чжун-У. Теория пламенных печей. - М.: Машиностроение, 1995. - 256 с.
5. Свинолобов Н.П., Бровкин В.Л. Печи черной металлургии: Учебное пособие для вузов. - Днепропетровск: Пороги, 2002. - 154 с.
6. Металлургическая теплотехника. Т. 2. Конструкция и работа печей: Учебник для вузов/ Кривандин В.А., Неведомская И.Н., Кобахидзе В.В. и др. - М.: Металлургия, 1986. - 592с.
4 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ФМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПЕЧИФ Теплопередача из одной газовой среды в другую через плоскую двухслойную стенку в стационарном тепловом состоянии.
В инженерных теплотехнических расчетах часто приходится определять тепловые потери через кладку печей. Не меньший интерес представляет определение температуры наружной поверхности и температур на стыках огнеупорных слоев кладки для обеспечения нормальной службы огнеупоров и работы обслуживающего персонала.
Из теории теплопередачи известно, что плотность теплового потока через плоскую стенку при стационарных условиях равна:
tвн - tнар q = (4.1) Rвн + Rкл + Rнар Rвн = - внутреннее сопротивление теплопередачи от дымовых гавн зов к кладке (печи), (м2 К)/Вт;
вн - коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией от дымовых газов к внутренней поверхности кладки канала Вт/(м2 К);
Rнар = - наружное сопротивление теплопередачи от стенки в окнар ружающую среду, (м2 К)/Вт;
нар - коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией от наружной поверхности кладки канала в окружающую среду, Вт/(м2 К);
n Si Rкл = - тепловое сопротивление многослойной кладки;
i i=i - средний коэффициент теплопроводности i - ого слоя кладки, Вт/(м К); Si - его толщина, м.
Поскольку вн и нар зависят, соответственно, от неизвестных температур внутренней и наружной поверхности кладки, а коэффициент теплопро водности i-го слоя - от неизвестной средней i-ой температуры, то определение плотности теплового потока через плоскую стенку и распределение температур в кладке в стационарном тепловом состоянии осуществляется методом последовательных приближений при заданных температурах дымовых газов (tвн) и окружающей среды (tнар). Сущность метода изложена в приведенном ниже примере расчета.
Если бы вн, нар и i не зависели от температуры, то для расчета q было бы достаточно формулы (4.1) 4.1 Пример выполнения индивидуального задания ФТеплопередача из одной газовой среды в другую через плоскую двухслойную стенку в стационарном тепловом состоянииФ.
4.1.1 Задание Выполнить расчет теплопередачи из одной газовой среды в другую через плоскую двухслойную стенку в стационарном тепловом состоянии.
Определить плотность теплового потока q, проходящую через двухслойную плоскую стенку, и распределение температур по толщине стенки, выложенной из шамотного кирпича толщиной SI = 0.575 м и теплоизоляционного кирпича (высокопористый шамот) толщиной SII = 0.115 м (рис.4.1).
Варианты исходных данных для выполнения расчета приведены в таблице 4.1.
4.1.2 Исходные данные:
1) температура дыма внутри канала t1 = 1200 С;
2) температура окружающей среды t5 = 20 С;
3) высота канала Н = 1.5 м ;
4) нормальная скорость газов в канале Wо = 10 м/сек;
5) содержание излучающих газов в дыме: % СО2 = 18; % Н2О = 10.
6) давление газов в канале Рк = 100.0 кН/м2.
Таблица 4.1 - Исходные данные для расчета СО2, Н2О, Wo, № t1, С t5, С S1, м S2, м Н, м п/п % % м/с 1 1150 30 0.7 0.1 3.0 20 10 2 1100 25 0.65 0.12 2.0 10 20 3 1050 20 0.6 0.15 2.5 22 8 4 1000 15 0.55 0.12 1.5 18 10 5 1050 10 0.5 0.1 1.7 16 14 6 950 5 0.45 0.07 1.8 15 15 7 850 0 0.4 0.05 1.9 12 18 8 800 - 5 0.35 0.02 2.8 8 22 9 1150 - 10 0.3 0.15 2.2 6 24 10 1100 - 20 0.25 0.2 2.4 22 8 11 1200 - 25 0.2 0.27 2.6 19 11 12 1200 - 30 0.15 0.25 1.8 17 13 13 1150 30 0.25 0.2 0.6 7 23 14 1100 - 25 0.3 0.15 1.6 15 15 15 1050 25 0.35 0.17 0.8 8 20 16 1000 - 20 0.4 0.12 1.4 13 17 17 950 20 0.45 0.1 1.0 9 10 18 900 - 15 0.5 0.07 1.2 11 13 19 850 15 0.55 0.05 2.5 22 5 20 800 - 10 0.25 0.05 0.5 5 15 21 750 10 0.2 0.07 2.3 20 10 22 700 - 5 0.15 0.1 0.7 6 9.4 23 725 5 0.25 0.25 2.1 19 8 24 625 0 0.3 0.2 0.9 7 22 25 825 - 5 0.35 0.17 1.9 18 10 26 1160 22 0.15 0.05 1.5 13 16 27 1025 20 0.2 0.02 1.2 12 10 28 910 18 0.17 0.07 0.5 6 12 29 875 15 0.22 0.05 1.0 10 5 30 850 10 0.24 0.06 0.7 7 14 ttH SII SI вн tttнар Рис. 4.1 - Схема двухслойной стенки 4.2 Определим в первом приближении плотность теплового потока q* из одной газовой среды с t1 в другую газовую среду с t5 (индекс (*) означает, что вычисления ведутся в первом приближении) t1 - t5 t1 - t5 t1 - tq* = = =, Вт/м2.
* * * * R* R1 + R2 + R3 + R4 1 + SI + SII + * * вн * * нар I II * * Здесь вн и нар - коэффициенты теплоотдачи от газов внутри и снаружи канала, вычисленные в первом приближении, Вт/(м2 К);
* и * - средние коэффициенты теплопроводности материала первоI II го и второго слоев стенки, вычисленные в первом приближении, Вт/(м К).
4.2.1 Ориентировочное значение коэффициента теплоотдачи от газов к кладке внутри канала * * * вн = вн.луч +вн.кон ;
Со г -кл t1 + * где вн.луч =, Вт/(м2 К);
25 Со = 5.67 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2 К4);
г -кл - степень черноты системы Фгаз - кладкаФ.
г-кл = ;
1 + -кл г кл = 0.8 - степень черноты кладки;
г - степень черноты СО2 и Н2О, зависящая от парциальных давлений СО2, Н2О и средней эффективной толщины газового слоя в канале ( Sэф ).
Sэф = 0.9 Н = 0.9 1.5 =1.35 м.
Сила поглощения СО2 и Н2О:
%CO2 PCO2 Sэф = Pк Sэф = 100 1.35 = 24.3 кПа м;
100 %H2O PН2O Sэф = Pк Sэф = 100 1.35 =13.5 кПа м.
100 По рис. 4.4 и 4.5 при t1 = 1200 С находим:
CO2 (t1; PCO2 Sэф ) = CO2 (1200; 24.3) = 0.125, Н2O (t1;PН2O Sэф) =Н2O (1200;13.5) = 0.105,.
(PН2O;PН2O Sэф) = (10;13.5) =1.Тогда г = CO2 + Н2O ; г = 0.125 +1.025 0.105 = 0.23;
г -кл = = 0.22;
1 + -0.8 0.4 5.67 0.22 1200 + * вн.луч = =159.47, Вт/(м2 К).
100 Определяем характер движения дымовых газов в канале при температуре t1=1200 С. Из таблицы 4.2 находим: коэффициент кинематической вязкости дымовых газов - t1 = 22110-6 м2 / с, коэффициент теплопроводности о дымовых газов - t1 =12.35 10-2 Вт / (м К), критерий Прандтля Рrt1 = 0.563.
Гидравлический диаметр канала 4 F 4 Н dг = = = H =1.5 м;
П 4 Н П - периметр внутренней поверхности канала.
Критерий Рейнольдса Wt1 dг Wo (1+ t1) dг 10 1+ 273 1. Ret1 = = = = 366217.5.
t1 t22110-где = 1/273 К-1 коэффициент объемного расширения.
Так как Ret1 > Reкр = 3000, то движение дымовых газов носит турбулентный характер.
Критерий Нуссельта определяем по формуле Nu* = 0.023 Ret1 0.8 Prt1 0.4.
Находим критерий Нуссельта в первом приближении Nu* = 0.023366217.50.8 0.5630.4 = 516.324.
* вн.кон dг Поскольку Nu* =, то коэффициент теплоотдачи конвекцией * от дымовых газов к внутренней поверхности стенки Nu* * 516.324 12.3510-* вн.кон = = = 42.51 Вт / (м2 оК) dг 1.Общий коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне * * * вн = вн.луч + вн.кон = 159.47 + 42.51 = 201.98 Вт / (м2 оК).
Тепловое сопротивление между газами и кладкой внутри канала * R1 = = 0.00495 (м2 оК) / Вт.
201.4.2.2 Определяем ориентировочные тепловые сопротивления слоев * * стенки - R2 и R3 в первом приближении.
* * Для этого в первом приближении принимаем, что t2 = t1 и t4 = t5.
Тогда ориентировочная температура на стыке слоев будет * * * o t3 = 0.5(t2 + t4)= 0.5(t1 + t5)= 0.5(1200 + 20)= 610 C.
Вычисляем в первом приближении средние температуры слоев стенки:
* * * o t = 0.5(t2 + t3)= 0.5(1200 + 610)= 905 C;
I * * * o t = 0.5(t3 + t4)= 0.5(610 + 20)= 315 C.
II Средние значения коэффициентов теплопроводности слоев:
* * о = 0.696 + 0.638 t = 0.696 + 0.638 =1.273 Вт / (м К);
I I * * о = 0.232 + 0.232 t = 0.232 + 0.232 = 0.305 Вт / (м К).
II II Тепловые сопротивления слоев в первом приближении:
SI 0.* R2 = = = 0.4517 (м2 оК)/ Вт;
* 1. I SII 0.* R3 = = = 0.377 (м2 оК)/ Вт.
* 0. II 4.2.3 Ориентировочное тепловое сопротивление между стенкой и окружающей средой в первом приближении принимаем * R4 = = 0.0517 (м2 оК) / Вт.
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | Книги по разным темам