Тепловой баланс периода нагрева.

Расчетная часть

Расчет горения топлива

Дано:

CH₄=94,4%

N₂=6,3%

W=20

n=a=1.05

C₃H₈=2,8%

C₄H₁₀=0,6%

C₅H₁₂=0,7%

C₂H₆=4,7%

CO₂=0.5%

 

Газообразное топливо

CH₄+C₃H₈+CO₂+N₂=100

94,4+2,8+0,5+6,3=104

Газообразное топливо. Определение количества воздуха необходимого для горения газообразного топлива при количестве кислорода V_o2 необходимого для окисления всех горючих составляющих топлива м3м3

Количество азота V2 поступающего вместе с кислородом из воздуха м³/м³

Количество теоритически необходимого количества сухого воздуха

Действительно необходимое Количество необходимого сухого воздуха

В реальном воздухе всегда содержится влага, поэтому введем поправку на содержание влаги в воздухе

содержание влаги в реальном воздухе 15…20

плотность=0,805 кг/м³

Определение количества и состава продуктов горения на 1 сжигаемого топлива

Задавшись процентом потерь теплоты от хим.неполноты горения определяем содержание СО в продуктах горения кДЖ/м³ топлива:

 

 

Q_CO-CO2=12640 Кдж/м³ тепловой эффект реакции окисления СО в СО₂. Количество СО₂ в продуктах горения м³/м³ топлива:

Количество влаги в продуктах горения

Количество кислорода в продуктах горения

V_о2^пг=(𝛼-1)V_o2+0.5V_CO=

V_N2^П.Г=N2+𝛼V_N2=6,3+0,05*7,78=6,689

Общее количество горения

V_П.г=V_co+V_co2+V_Н2o+V_o2^п.г +V_N2^п.г

V_CO2=1,152/10,4*100=11,08%

V_H2O=2,405/10,4*100=23,13 %

V_O2=0,12/10,4*100=1,15%

 

 

Материальный баланс

Приход

G_O2=1,43*2,07=2,9
G_N2 =1,26*7,78=9,8

G = G_O2+G_N2= 0,805*0,192=0,18

Расход

G_CO=p_COV_CO=1,25*0,029=0,036

G_CO2 =p_CO2V_CO2=1,96*1,152 = 2,26

G_H2O =p_H2OV_H2O=0,805*2,405 = 1,94

G_O2 =p_O2V_O2=1,43*0,1175 = 0,17

G_N2 =p_N2V_N2=1,26*6,689 = 8,43

Всего: 12,92кг/м³ топлива; 12,84кг/м³воздуха

 

 

Определение размеров печи.

tм.нач.	tм.кон.	b * h * l, мм	Материал
293oK   20oC	1520oK   1250oC	0,4 * 0,5 * 0,8	Сталь 45

Расчет температурного режима и времени нагрева.

Температура нагрева газа равна:

Площадь тепловоспринимающей поверхности металла:

Площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади, занятой металлом):

Степень развития кладки:

Эффективная средняя длина луча:

Период нагрева.

I интервал.

Средние за интервал температуры равны:

Парциальные давления излучающих компонентов продуктов сгорания:

^pCO₂= 0.063 * 98,1 = 6,18 кН/м²;

^pH₂O =0,13* 98,1 = 12.8 кН/м².

 

 

Тогда:

^PCO₂S_эф = 6,18 * 0,71 = 4,39 кН/м;

^PH₂OS_эф = 12,8 * 0,71 = 9,08 кН/м.

По графикам при находим:

^εCO₂ = 0,06; ^ε’H₂O = 0,01; β = 1,12

ε_Г = 0,172.

 

Находим результирующий поток на металл, принимая степень черноты металла равной ε_М = 0,8 и шамота ε_К = 0,6, находим значение комплексов:

0,703

 

 

Теперь:

Коэффициент теплоотдачи излучением в I интервале периода нагрева:

Принимая коэффициент теплоотдачи конвекцией равным , находим суммарный коэффициент теплоотдачи:

Нагреваемое изделие является телом сложной формы, образованной пересечением трех бесконечных пластин.

Заготовку прямоугольного сечения с можно представить в виде эквивалентного цилиндра с диаметром:

Для заготовок, у которых отношение длины к эквивалентному диаметру , можно пренебречь передачей тепла через торцевые поверхности.

В случае четырёхстороннего нагрева коэффициент несимметричности нагрева равен и расчетная толщина:

Критерий Био равен:

Значение λ = 39,4 взято из приложения при

Температурный критерий:

По номограмме находим критерий Фурье:

Продолжительность I интервала периода нагрева:

где – коэффициент температуропроводности мало углеродистой стали при

Найдём температуру в середине заготовок в конце I интервала периода нагрева. Для этого по номограмме при значениях находим:

Среднюю по массе температуру заготовки в конце I (начале II) интервала периода нагрева находим по формуле:

II интервал.

Средние за интервал температуры равны:

Находим степень черноты продуктов сгорания:

^PCO₂S_эф = 4,39 кН/м

^PH₂OS_эф = 9,08 кН/м

По графикам при находим:

^εCO₂ = 0,08; ^ε’H₂O = 0,12; β = 1,12;

ε_Г = 0,21.

Тогда:

Средний во II интервале результирующий поток на металл:

Коэффициент теплоотдачи излучением в II интервале периода нагрева:

Принимая коэффициент теплоотдачи конвекцией равным , находим суммарный коэффициент теплоотдачи:

Критерий Био равен:

Температурный критерий:

По номограмме находим критерий Фурье:

Продолжительность II интервала периода нагрева:

 

Найдём температуру в середине заготовок в конце II интервала периода нагрева. Для этого по номограмме при значениях находим:

Средняя по сечению температура заготовки в конце II интервала периода нагрева:

 

III интервал.

Средние за интервал температуры равны:

Находим степень черноты продуктов сгорания:

^PCO₂S_эф = 4,39 кН/м

^PH₂OS_эф = 9,08 кН/м

По графикам при находим:

^εCO₂ = 0,07; ^ε’H₂O = 0,08; β = 1,12;

ε_Г = 0,16.

Тогда:

Средний во II интервале результирующий поток на металл:

Коэффициент теплоотдачи излучением в II интервале периода нагрева:

Принимая коэффициент теплоотдачи конвекцией равным , находим суммарный коэффициент теплоотдачи:

Критерий Био равен:

Температурный критерий:

По номограмме находим критерий Фурье:

Продолжительность II интервала периода нагрева:

 

Найдём температуру в середине заготовок в конце III интервала периода нагрева. Для этого по номограмме при значениях находим:

Средняя по сечению температура заготовки в конце II интервала периода нагрева:

 

Общее время пребывания металла в печи:

Тепловой баланс периода нагрева.

А. Приход:

Тепло горения топлива:

Qв.ф= =72305,9 кДж

Поскольку это количество тепла выделилось при окислении металла за всё время нагрева и выдержки, принимаем, что в период нагрева выделяется половина тепла, т. е.

Б. Расход:

Тепло, затраченное на нагрев металла:

Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания:

Объём шамотной кладки:

Объём диатомитовой кладки:

Неучтённые потери принимаем равными 10% от тепла горения топлива:

Уравнение теплового баланса для периода нагрева имеет вид:

Результаты расчета теплового баланса для периода нагрева представлены в таблице:

Приход	кДж	Расход	кДж
1. Тепло горения топлива		1. Тепло на нагрев металла
2. Тепло окисления металла		2. Тепло, уносимое продуктами горения
3. Тепло экзотерических реакций		3. Тепло аккумулированное кладкой
4. Неучтённые потери
Итого:	2920089,902	Итого:	2920089,902

 

 

 

Заключение:

В данной курсовой работе описана двухзонная методической печь. Произведен анализ исходных данных. Произведен расчет температурного режима и времени нагрева

Список использованной литературы:

1. Мастрюков Б.СТеория, конструкция и расчеты металлургических печей

2. И.А Прибытков И.А Левицкий Теоретические основы теплотехники

3. Кривандин В.А Металлургические печи издательство Металлургия 1989г.