Конструкторское решение и расчет нагревательной печи

Дипломная работа - Разное

Другие дипломы по предмету Разное

температурных зон. Полагая для всех зон рабочего пространства коэффициент теплоотдачи к садкам равен ? = 250 Вт/(м2К), находим критерий Bi.

Нагрев считаем несимметричным для всех зон печи (см. исходные данные): x1 = х2 = х3 = s/2 = 0,1 м. Принимаем l = 30 Вт/(мК). Записываем:

 

 

В первом приближении температурный график должен иметь зону выдержки (см. зад). Для построения графика использована температура операции , которая для Ст10 и нагрева перед ковкой равна 1200 ОС.

Температура металла на поверхности рассчитывается исходя из допустимого перепада температур в расчетном сечении:

 

 

Вычисляем время возникновения максимальных температурных напряжений (для пластины):

 

 

В первом приближении температуру дыма в сечении 3 - 3 принимаем равной 1350 ОС. В сечении 1(2) - 1(2) = 1400 ОС. Температура дыма на выходе из печи == 860 ОС (см. исходные данные). Приблизительный график состоит из зон основного нагрева и зоны выдержки.

Сопоставив и (), получим, что зону основного нагрева между сечениями 0 - 0 и 1(2) - 1(2) необходимо разделить на две зоны щадящего и форсированного нагрева (между сечениями 1 - 1 и 2 - 2).

Для приближенного температурного графика smax не оцениваем, полагая, что основной нагрев производится в двух зонах (1 и 2).

После уточнения температурного графика (см. исходные данные) можно с определенной достоверностью записать значения температур металла и дымовых газов, что позволяет рассчитать теплообмен во всех температурных зонах рабочего пространства.

Принимаем температуру садки: = 15 0С (см. исходные данные); = 860 ОС - выбираем условно (см. исходные данные); - для расчета теплообмена не нужна и определена расчетным путем; = 1200 ОС; - для расчета теплообмена не нужна и определена расчетным путем; = 1230 ОС; =1200 ОС.

Температура газов = 860 ОС; = 1400 ОС принята в первом приближении, может изменяться в процессе расчетов; = 1400 ОС; = 1350 ОС.

 

3. Расчет топлива и определение действительной температуры в зонах рабочего пространства печи

 

Таблица 1 - Технические характеристики заданного топлива (табл. II.1 [1] стр. 365):

Вид топливаQнр, МДж/м3?, кг/м3Объемный состав топлива, %СОН2СН4С2Н6С3Н8С4Н10С5Н12СmНnСО2О2N2Н2ОПриродный газ350,77--92,30,70,5 0,50,2---5,3-

Для расчета продуктов сгорания топлива необходимо выбрать коэффициент избытка воздуха, который в значительной степени зависит от процесса нагрева и находится в широких пределах. При нагреве металла в естественной атмосфере с окислительными свойствами (? ? 1) на выбор величины ? в основном влияют сорт сжигаемого топлива и тип горелочных устройств. Если в печи устанавливается горелочное устройство определенного типа, то значение коэффициент избытка воздуха выбирается в соответствии с нормалями.

Для горелок типа ДВБ коэффициент расхода воздуха для каждой из трех зон принимаем равным 1,1.

Для природного газа (Qнр = 35 МДж/м3 и ) выбираем по номограмме (рис.1.6 [4] стр. 11) СО2 = 8,7 %, Н2О = 17,5 %, О2 = 1,1 %.

Определяем содержание азота в продуктах сгорания:

 

N2 = 100 - (СО2 + Н2О + О2) = 100 - (8,7 + 17,5 + 1,1) = 72,7 %.

 

Суммарный объём продуктов сгорания:

 

 

м3/кг.

 

Необходимый объём воздуха: = 10,18 м3/кг.

Имеем (в м3/кг):

 

 

Согласно температурному графику (рис.1): == 860 ОС; = 1400 ОС; = 1400 ОС; = 1350 ОС.

Наиболее высокая температура газов должна установиться между сечениями 1 - 1 и 2 - 2 (зона 2). Поэтому температуру определяем только для зоны 2.

По номограмме (рис.1.6 [4] стр. 11) для природного газа (Qнр = 35 МДж/м3; a = 1,1; tв.о= 210 0С) определяем значение теоретической температуры: tтеор.= 2060 0С.

Действительная расчетная температура в зоне 2:

 

= 0,7 2060 = 1442 0С,

 

где 0,7 - пирометрическая характеристика зоны 2.

Сравнивая значения и , видим, что > , (1442>1400). На основании этого можно сделать вывод, что в рабочих условиях график tгi = f(t) во всех зонах будет поддерживаться за счет подвода рабочей горючей смеси с температурой воздуха 210 0С.

Для дальнейшего расчета принимаем значения температур дыма по температурному графику (см. зад.). Коррекция температурного графика по tгi = f(t) не требуется.

 

4. Расчет интенсивности внешнего теплообмена в зонах рабочего пространства печи

 

Записываем значения температур:

 

== 860 ОС; = 1400 ОС; = 1400 ОС; = 1350 ОС;

= 15 0С; = 860 ОС; = 1200 ОС; = 1230 ОС.

 

Определяем средний температурный напор между продуктами сгорания топлива и поверхностью садки:

Зона 1:

печь теплообмен горелочный рекуператор

 

Зона 2:

 

 

Зона 3:

 

 

Проводим классификацию теплообмена. Теплообмен происходит одновременно тепловым излучением и конвекцией. Лучистый теплообмен преобладает над конвективным. Конвекция составляет 5…15 % лучистого теплообмена.

Теплообмен происходит в системе серых тел (садка, газы, футеровка). При этом наблюдается два результирующих потоков каждой зоне qг-с и qф-с (лучистый поток от продуктов сгорания к садке и от футеровки к садке). Общий поток к поверхности садки q = qг-с + qф-с. Садка уложена плотно и рассматривается как пластина.

Рассчитываем лучистый теплообмен для плотного посада формуле:

приведенный коэффициент лучеиспускания в i-той зоне, Вт/(м2К4):

 

 

- коэффициент лучистой теплоотдачи в i-той зоне, Вт/(м2К):

 

 

Определяем степень развития кладки wi зон рабочего пространства:

 

 

где Fклi, Fмi - площа