· Определяем низшую теплоту сгорания природного газа по формуле (1):
=127,7CO+108H2+358CH4+590C2H4+555C2H2+636C2H6+913C3H8+
+1185C4H10+1465C2H12+234H2S, кДж/м3 (1)
Где CO,H2, CH4- горючие составляющие топлива, %;
127,7; 108; 338…- постоянные величины.
= 358×82,1+636×3,69+1465×2,2+1185×1,4=36600,84 кДж/м3
· Находим объем воздуха, необходимый для сгорания топлива:
VO2=0,01× , м3/м3 (2)
Где CO, H2, H2S, CmHn- горючие составляющие топлива, %
m=1÷5; n=2÷12
VO2=0,01× =2,1056 м3/м3
· Определяем объем сухого воздуха:
VB=α× × VO2 (3)
где k-постоянная, равна 3,762;
α- коэффициент расхода воздуха, задан (1,1).
VB=1,1× ×2,1056=11,03 м3/м3
· Определяем объем образующихся продуктов сгорания:
VCO2=0,01×(CO2+SO2+CO+H2S+∑m*CmHn) (4)
VH2O=0,01×(H2O+H2+H2S+0,5×∑n*CmHn) (5)
VN2=0,01×N2+ α × k × VO2 (6)
V’O2= × VO2 (7)
где CO2, SO2, CO, H2S…-составляющие топлива, %
VO2, α, k – формулы (2), (3).
VCO2=0,01×(0,5+0+0+0+1×82,1+2×3,69+3×1,5+4×1,4+5×2,2)=1,14 м3/м3
VH2O=0,01× =1,9997 м3/м3
VN2=0,01×0+1,1×3,762×2,1056=8,71 м3/м3
V’O2=(1,1-1)×2,1056=0,211 м3/м3
Vп.с.=VCO2+VH2O+ VN2+ V’O2 (8)
Vп.с.=1,11+1,9997+8,71+0,211=12,031 м3/м3
· Процентное содержание продуктов сгорания:
VCO2= ×100=9,226 %
VH2O= ×100=16,62 %
VN2= ×100=72,4 %
VO2= ×100=1,75%
· Правильность расчета определяем, сост авляя материальный баланс процесса горения:
Поступило, кг
CH4 ×0,714=0,5862
C2H6 ×1,34=0,049
C3H6 ×1,875=0,0281
СО2 ×1,964=0,00982
N2 ×1,25=0,0938
C4H10 ×2,589=0,0363
C5H12 ×3,124=0,0707
Воздух11,03×1,29=14,229
Итого: 0,5862+0,049+0,0281+0,00982+0,0938+0,0363+0,0707+14,229=15,109
Получено, кг
VCO2=1,11×1,964=2,18
VH2O=1,9997×0,804=1,608
VN2=8,71×1,25=10,888
VO2=0,211×1,43=0,3017
Итого: 2,18+1,608+10,888+0,3017=14,98
Расхождение составляет:15,109-14,98=0,129кг
· Определяем калориметрическую и действител ьную температуры продуктов сгорания – tK, tg:
(9)
где t!!, t! – задаваемые калориметрические температуры, С
|
it… - энтальпия продуктов сгорания по задаваемым температурам, кДж/м3
i0 – истинная энтальпия продуктов сгорания, формула (10)
Сначала определяем истинную энтальпию продуктов сгорания по формуле (10)
(10)
где QPН СМ – низшая теплота сгорания смеси, задана в условиях, кДж/м3
VВ – смотреть формулу (3)
СВ, tB – удельная теплоемкость и температура подогретого воздуха.
I0=
· Затем находим энтальпию продуктов сгорания и
по задаваемым калориметрическим температурам, используя справочные данные и формулы (11):
(
11)
Задаемся = 1900 C и при этой температуре находим
по формуле (11):
it1800=
Поскольку it1900 больше i0, принимаем t”K = 2000 0C и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания, используя формулу (11)
I2000=
· Теперь можно определить калориметрическую температуру продуктов сгорания по формуле (9):
tK=2000+ 0С
Действительная температура продуктов сгорания в моментах их образования определяется по формуле (12):
Tg=n*tk
Где n – пирометрический коэффициент находится в пределах 0,7 0,8
tq=0,9 2001,3=1801,170С
2.2 Определение времени термической обработки слябов
По практическим данным, в период нагрева металла тепловая нагрузка печи(расход топлива) должна быть неизменной. В период выдержки тепловая нагрузка печи должна снижаться так, что температура дымовых газов, металла и футеровки должны оставаться постоянными.
· Определим тепловоспринимающую площадь поверхности металла и внутреннего рабочего пространства печи:
(размеры внутреннего рабочего пространства печи берем из технической документации)
|
FM=2*b*h+2*l*h + b*l, м2 (13)
FК=2*B*H+2*H*L+2H*L- b*1, м2 (14)
FM=2*1,25*0,2+2*3*0,2+1,25*3=5,45м2
FК=2*5,104*2+2*2*9,396+2*2*9,396 – 1,25*3=81,626м2
· Определите степень развития кладки (15):
(15)
· Эффективная длина луча будет:
![]() |
, м (16)
где, B,H,L - размер рабочего пространства печи, соответственно ширина, высота и длина, м;
l,b,h – длина, ширина и толщина сляба, м;
м.
· Определим время нагрева в первом интервале.
Для этой цели найдем средние температуры поверхности металла, дымовых гозов и кладки, принимая температуру поверхности метала в конце первого периода нагрева на 70 С меньше tk м, а температур дымовых газов примерно на 150 С выше принимаемых температур, формулы(17),(18),(19):
tCР.М.1=0,5*(600+tHм), ОС (17)
tCР.Г.1=0,5* ОС, (18)
tCР.К.1=0,5*(tCР.М.1+ tCР.Г.1), ОС, (19)
tCР.М.1=0,5*(600+380)=490 ОС
tCР.Г.1=0,5*(750+800)=775 ОС
tCР.К.1=0,5*(775+490)=632,5 ОС
· Парциальное давление излучающих составляющих дымовых газов (СО2 и Н2О) будет:
, кПа (20)
, кПа (21)
где %СО2, %Н2О – ПУНКТ 2.1;
кПа
кПа
· Произведение парциального давления на эффективную длину луча будет:
РСО2* SЭФ.=9,051*3,803=34,42 кПа*м
РН2О* SЭФ.=16,904*3,803=62,004 кПа*м
По справочным данным (номограммам) определи м степень дымовых газов:
;
;
(22)
· Для определения плотности результирующего излучения на металл предварительного определим комплексы M1, B1, A1 используя формулы (23)-(25):
(23)
(24)
(25)
где - формула(22), для первого интервала;
- степень черноты кладки печи, справочные данные;
- степень черноты металла, справочные данные;
|
- формула(15);
![]() |
· Теперь можно определить плотность результирующего излучения на металл (26):
Вт/м2 (26)
где С0 - постоянная Стефана – Больцмана, Вт/м2К;
ТСР.Г1, ТСР.М1, ТСР.К1 – температуры соответственно дымов газов, металла и кладки для первого интервала нагрева, (17),(18),(19),К;
· Коэффициент теплоотдачи излучением в первом интервале периода нагрева можно определить по формуле (27):
, Вт/м2К (27)
Вт/м2К
· Поскольку в печи преобладает излучение, принимаем, что теплоотдача конвекцией составляет 10% от всего тепла, поступающего а печь. Тогда коэффициент теплоотдачи конвекций будет равен:
, Вт/м2К (28)
Вт/м2К
Суммарный коэффициент теплоотдачи конвекций будет равен:
Вт/м2К
· Для определения критерий Bi, для расчетов берем толщину сляба с учетом двустороннего нагрева, т.е.
, м (29)
где - коэффициент несимметричности нагрева, справочные данные;
h – толщина сляба, м
Тогда критерий Bi составит:
(30)
Где - коэффициент теплопроводности металла, определяют по средней температуре металла, справочные данные, Вт/м2К
· Температурный критерий для поверхности сляба определим по формуле (31):
, (31)
· По справочным данным (монограммы Будрина) определим критерий Фурье для поверхности сляба, по которому найдем температурный критерий для центра сляба и время нагрева металла в первом интервале, используя формулу (32):
FoП.1=1; =0,79;
Время нагрева металла:
,С
(32)
Где Fo – критерий Фурье, для первого интервала нагрева определен выше;
а – коэффициент температуропроводости металла, справочные данные, определяют по средней температуре металлов температурном интервале, цифру следуем умножить на 10-6,м2/с;
· Температура центра сляба в коне первого периода нагрева составит:
, 0С (33)
,0С
· Определим время нагрева металла во втором температурном интервале, используя те же формулы.
Средние температуры дымовых газов, металла и кладки печи(17-19)
tCР.М.2=0.5(594,7+650)=622,35 0С
tCР.Г.2=0.5(750+810)=780 0С
tCР.К.2=0.5(622,35+780)=701,2 0С
· По ранее найденным произведениям парциального давления на эффективную длину луча (формулу 22), по tСР.Г2 определим степень черноты дымовых газов:
![]() |
=0,145;
=0,3;
=1,09
=0,145+0,3*1,09=0,472
· Определим комплексы М, В, А, используя формулы (23-25):
· Теперь можно определить плотность результирующего излучения на металл (формула 26):
· Коэффициент теплоотдачи излучением в первом интервале периода нагрева можно определить по формуле (27):
ИЗЛ2=
К2=0,1*128,5=12,85
Суммарный коэффициент теплоотдачи будет:
=128,5+12,85=141,7
· Для определения критерия Bi, для расчетов берем толщину сляба с учетом двустороннего нагрева
Тогда критерий Bi составит, формула (30):
Bi2=
· Температурный критерий для поверхности сляба определим по формуле (31)
· По справочным данным (монограммы Будрина) определим критерий Фурье для поверхности сляба, по которому найдем температурный критерий для центра сляба и время нагрева металла во втором интервале, используя формулу (32):
FoП.2= 0,5 =0,94
Время нагрева металла:
· Температура центра сляба в конце второго периода нагрева составит (формула 33):
tCР.М.2.Ц=780-0,94*(780-594,7)=605,82ОС
· Перепад температур между поверхностью и центром сляба в корзине второго периода нагрева составляет:
t=tKМ - tCР.М.2.Ц, С (34)
t=650-605,82=44,18ОС
· С учетом температур, определенных расчетом и практических данных, Принимаем, время выдержки металла при неизменной температуре рабочего пространства печи ориентировочно составляет примерно 0,5 времени нагрева. Тогда время пребывания сляба в печи составит:
,ч (35)
Строим температурный график
Заключение
В пояснительной записке представлен курсовой проект по дисциплине «Теплотехника», на тему «Проект тепловой работы камерной термической печи с выкатным подом ЭСПЦ ЧерМК ОАО «Северсталь».
Пояснительная записка содержит две части: общую и специальную.
В общей части представлена характеристика печи, футеровка печи, тепловая работа печи.
В специальной части приведен расчет горения топлива в результате которого получено, что для полного сгорания 1м3 природного газа требуется 11,03м3 воздуха, в результате образуется 12,031 м3 продуктов сгорания, состоящих из СО2=9,226%; Н2О=16,62%; N2=72,4%; О2=1,75%.
Литература
1. Аксельрод Л. М., Антонов Г. И., Гришенков Е. Е. и др. Служба огнеупоров – М.: Интермет Инжиниринг, 2002, - 656 с.
2. Григорьев В. П., Нечкин Ю. М., Егоров А. А., Никольский Л. Е. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства – М. МИСИС. 1995 – 512 с.
3. Губинский В. И., Тимошпольский В. И., Несенчук А. П. и др. Расчёты металлургических печей, справочник в 2 т. – М.: Теплотехник, 2009 – 512 с.
4. Кривандин В. А., Филимонов Ю. П. Теория и конструкции металлургических печей, т.1 – М.: Металлургия, 1986 – 479 с.
5. Мастрюков Б. С. Расчёты металлургических печей, т.2 – М.: Металлургия, 1986 – 376 с.
6. Филимонов Ю. П., Громов Н. С. Топливо и печи М.: Металлургия, 1987 – 320 с.