Расчёт теплоснабжения промышленного района

 

Национальный Исследовательский Технологический Университет

МИСиС

Кафедра ТЭМП

Курсовая работа по курсу:

"Теплотехника"

Тема:

"Расчёт секционной печи для нагрева труб"

выполнила студентка

группы Т6-09-2

Мелентьева Л.

Москва 2012

Содержание

1. Описание секционной печи

1.1 Общие характеристики секционных печей

1.2 Особенности теплопередачи

1.3 Особенности расчета нагрева металла

2. Расчёты

2.1 Расчёт теплообмена в рабочем пространстве печи

2.2 Расчёт нагрева труб в секции

2.3 Расчёт горения топлива

2.4 Тепловой баланс печи

2.5 Результаты расчета теплового баланса

2.6 Основные размеры и параметры печи

2.7Выбор типа и мощности горелок

Вывод

1. Описание секционной печи

1.1 Общие характеристики секционных печей

Секционные печи скоростного нагрева применяют для нагрева больших партий однородного сортамента трубной заготовки и труб диаметром до 200 мм и длиной не менее 2,5-3 м. Иногда в этих печах нагревают квадратную заготовку небольших размеров.

Секционные печи (рис. 3.1) состоят из установленных в одну линию отапливаемых камер. (секций) и расположенных между ними неотапливаемых тамбуров, в которых находятся транспортирующие ролики. Ролики косо расположены, что обеспечивает непрерывное вращение заготовки во время нагрева. Заготовки можно перемещать в печи в один, два или три ряда (ручья). Каждая секция имеет самостоятельное отопление и дымоотбор; несколько секций объединяют в общую систему регулирования (зону). Длина секции 1,5 - 1,75 м, поперечные размеры на 0,4-0,6 м больше поперечных размеров нагреваемой заготовки длина неотапливаемого тамбура 0,35-0,5 м.

1.2 Особенности теплопередачи

Ввиду небольшой длины температура продуктов сгорания и кладки в каждой секции является примерно постоянной. В целом по печи температура в первых по ходу металла секциях может повышаться от секции к секции, ав последних перед выдачей секциях может быть несколько ниже. Для осуществления скоростного нагрева в секционных печах поддерживают более высокую разность температур между рабочим пространством печи и нагреваемой заготовкой, чем в других печах. Нагрев происходит в основном излучением, однако благодаря небольшому объему рабочего пространства продукты сгорания, вылетающие из горелок, сохраняют высокие скорости. Кроме того, их направляют или прямо на заготовку, или по касательной к ней, создавая вокруг нее вращающийся с высокой скоростью поток газов. Поэтому конвекция в секционных печах играет существенную роль и ее необходимо учитывать при расчете.

1.3 Особенности расчета нагрева металла

При расчете нагрева металла в секционной печи каждая секция является расчетным участком. Температуру продуктов сгорания и кладки в секции считают постоянной. Расстояние от нагреваемого металла до кладки в секционных печах невелико, поэтому при расчете газовый слой в секциях считают лучепрозрачным. Нагрев рассчитывают только излучением кладки. В результате вращения заготовок во время транспортировки обеспечивается их всесторонний нагрев. При всестороннем нагреве и небольшой толщине нагреваемых заготовок они являются теплотехнически тонкими телами.

Таким образом, расчетная схема нагрева заготовок в секционной печи - всесторонний нагрев тонкого тела при постоянной температуре окружающей среды. Особенностью нагрева металла в секционных печах является то, что между секциями он попадает в неотапливаемые тамбуры. Тепло попадает в тамбур с горячим металлом, а также излучением из секции, а теряется через ролик и стенки тамбура. В зависимости от соотношения поступающего и теряемого тепла заготовка в тамбуре может нагреваться или остывать.

секционная печь тепловой баланс

2. Расчёты

2.1 Расчёт теплообмена в рабочем пространстве печи

Площадь наружной поверхности трубы (на 1 метр длины):

Площадь внутренней поверхности кладки секции (на 1 метр длины):

Угловой коэффициент излучения кладки на трубу:

Приведённый коэффициент излучения:

Вт/ (м2*К4)

где Cs=5,77 Вт/ (м2*К4) - приведённый коэффициент излучения а. ч. т.; ?м= ?кл=0,8 - степени черноты металла и кладки соответственно.

Приведённый коэффициент излучения с учётом конвекции:

2.2 Расчёт нагрева труб в секции

Средняя температура трубы

Теплопроводность металла при средней температуре нагрева равна: ?м=45Вт/ (м*К). Средняя теплоёмкость металла в интервале температур нагрева: Cср=0.561кДж/ (кг*К). Число Старка:

Расчёт коэффициента теплоотдачи излучением:

Средний коэффициент теплоотдачи излучением:

Коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией

Коэффициент теплоотдачи конвекцией принимаем равным 10 % от коэффициента теплоотдачей излучением

Число Био

При нагреве тел одновременно конвекцией и излучением область тонких тел определяется выражением:

, следовательно, нагреваемое тело является тонким в тепловом отношении.

Коэффициент заполнения печи:

Масса одного метра трубы:

Продолжительность нагрева трубы в секции:

2.3 Расчёт горения топлива

Состав исходного топлива (сухого газа):

Природный газ %

КомпонентСН4C2H6C3H8C4H10СО2N2Всего%83.54.30.81.60,29,6100

Температура подогрева воздуха, оC: 389

Коэффициент расхода воздуха n=1,12

Принимаем влажность исходного топлива W=10 г/м3.

X=X,

XX=0,987X

Состав влажного топлива:

КомпонентСН4C2H6C3H8C4H10СО2N2H2OВсего%82.414.240.791.580,29,481.3100

Расход кислорода на горение при коэффициенте расхода воздуха n=1

0.01*

(2*82.41+3.5*4.24+5*0.79+6.5*1.58) =1.94 м3/м3

Расход сухого воздуха:

Объёмы компонентов продуктов сгорания:

=0.01*

(0.2+82.41+2*4.24+3*0.79+4*1.58) =1м3/м3

=0.01* (1.3+0.5*

(4*82.41+6*4.24+8*0.79+10*1.58)) =1.9м3/м3

=0.01*9.48+1.12*3.762*1.94=8.27м3/м3

= (1.12-1) *1.94=0.233м3/м3

Объём продуктов сгорания:

=1+1.9+8.27+0.233=11.4м3/м3

Процентный состав продуктов сгорания:

Низшая теплота сгорания топлива:

=127,7?CO+108?H2+358?CH4+590?C2H4+555?C2H2+636?C2H6+913?C3H8+1185?C4H10+1465?C5H12+234?H2S=358*82.41+636*4.24+913*0.79+1185*1.58=34629,34 кДж/м3=34,79МДж/м3

Калориметрическую температуру сгорания топлива определяем методом последовательного приближения. Теоретически необходимое количество воздуха для горения газообразного топлива:

Действительное количество воздуха на горение топлива:

Определяем физическое тепло, вносимое воздухом:

Калориметрическая энтальпия продуктов сгорания ik равна:

Калориметрическая температура горения:

Зададим температуру tk=1800°Cи при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания:

= (5186,81*1+4121,79*1,9+3131,96*8,27+3314,85*0,233) /11,4=3481,74 кДж/м3

Поскольку i2100>i0, то принимаем температуру tk=2000°Cи снова находим энтальпию продуктов сгорания

= (4910,51*1+3889,72*1,9+2970,25*8,27+3142,76*0,233) /11,4=3298 кДж/м3

Теперь определяем калориметрическую температуру горения:

Действительная температура продуктов сгорания:

Материальный баланс

ПоступилоМол. массам3КгCH4=16x82.41/22.4=58.86C2H6=30x4.24/22.4=5.68C3H8=44x0.79/22.4=1.55C4H10=58x1.58/22.4=4.09C5H12=72x0/22.4=0CO2=44x0.2/22.4=0.39N2=28x9.48/22.4=11.85H2O=18x1.3/22.4=1.04Всего10083,46Воздух O2=32x194/22.4=277,14N2=28x827/22.4=1033,75Всего10211310,89Итого11211394,35Продукты сгоранияCO2=44x100/22.4=196,43H2O=18x190/22.4=152,68O2=32x23.3/22.4=33,29N2=28x827/22.4=1033,75Всего11211394,35Невязка00

2.4 Тепловой баланс печи

Приход тепла

) Тепло, образующееся при сжигании топлива.

хим=B?Qрн=34,79 ?В МВт

2) Физическое тепло, вносимое подогретым воздухом:

, где

Vв - расход воздуха на 1 м3 топлива iв=504,75 кДж/м3 - энтальпия воздуха при температуре 380 оC.

Так как у нас топливо не подогрето, то Qт=0.

Расход тепла

1)Расход тепла на нагрев труб

Смнач=0.476 кДж/ (кг*К) Смкон=0.691 кДж/ (кг*К) Cср=0.584

2)Потери тепла с уходящими продуктами сгорания

Определим температуру газов в зоне теплообмена:

При t=9300С

3)Потери тепла теплопроводностью через кладку Tкл=1100°С

Удельный тепловой поток через кладку:

?=0.25 Вт/ (м*К); ?=7+0.05*tнач=21.65 Вт/ (м2*К)

Поверхность кладки:

Потери тепла через кладку

4)Потери тепла излучением в соседние тамбуры

5)

Площадь полностью открытого проёма:

Площадь проёма, перекрытого трубой:

Коэффициент диафрагмирования для проёма

Для полностью открытого:

Следовательно, Ф1=0.58

Для перекрытого трубой:

Следовательно, Ф2=0.56

Угловой коэффициент излучения для проёма

Полностью открытого

Следовательно, В1=1

Для перекрытого трубой:

Следовательно, В2=1,2

6)Неучтённые потери

Уравнение теплового баланса 1 секции

34790B+5219.09B=206.67+16018.7B+9.39+0.25+21.63

2.5 Результаты расчета теплового баланса

Таблица 1. Приходная часть теплового баланса

Статьи приходакВт%Топливо от горения топлива347.986,96Тепло от подогретого воздуха52.1913,04Итого400,09100

Таблица 2. Расходная часть теплового баланса

Статьи расходакВт%Тепло на нагрев металла206.6751.91Тепло, уносимое продуктами сгорания160, 1940.24Потери тепла теплопроводностью через кладку9.392.49Потери тепла излучением0,250.06Неучтенные потери21.635.43Итого398.13100

Удельный расход тепла определяется по формуле:

,

где - удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла, кДж/кг;

- приход тепла, кВт;

- производительность печи, кг/с.

Таким образом,

кДж/кг.

Коэффициент полезного действия печи:

?кпд=Qпол/Qприх=206.67/400.09=0,5166 (51.66 %)

Коэффициент полезного действия рабочего пространства:

?кпд=Qпол/ (Qхим+ Qфиз - Qух) =206.67/ (400.09-160.19) =0,8615 (86,15 %)

2.6 Основные размеры и параметры печи

Количество секций N=1

Длина печи

Скорость перемещения заготовок

2.7Выбор типа и мощности горелок

По расходу газа выбираем 5 скоростных горелок СВП-60

Таблица 3. Краткие характеристики горелки СВП-60

ВеличинаЗначениеТепловая мощность, МВт0.072Расход газа, м3/ч7.5Давление газа, кПа8.97Расход воздуха, м3/ч72Температура воздуха перед горелкой,°С360Давление воздуха, кПа6.37Коэффициент расхода воздуха1.09Коэффициент рабочего регулирования6.7Средняя скорость продуктов сгорания на срезе выходного отверстия горелки, м/с200Конструктивные размерыГабариты, мм435х250х205Присоединительные размеры, ммЦентрального 2.9Периферийных2.3Количество газовых отверстийЦентрального1Периферийных5Диаметр выходного отверстия камерыГорения, мм30

Вывод

Согласно проведённым расчётам и исследованиям, можно сделать вывод о том, что данный режим работы печи целесообразен для нагрева труб низкоуглеродистой стали, так как он обеспечит равномерный быстрый нагрев заготовок по всей длине и ширине печи.

Национальный Исследовательский Технологический Университет МИСиС Кафедра ТЭМП Курсовая работа по курсу: "Те

Больше работ по теме: