Разработка температурного графика нагрева печи, определение интенсивности внешнего теплообмена в рабочем пространстве. Расчет горелочных устройств и металлического трубчатого петлевого рекуператора. Автоматическое регулирование тепловой нагрузки печи.
Аннотация к работе
Современные промышленные технологии основываются на применении органического и ядерного топлива. Широкое внедрение в теплотехнологии высокотемпературных процессов в настоящее время ставит ряд энергетических и экологических задач. Поэтому такое большое внимание уделяется высокотемпературным теплотехнологическим процессам и установкам. Одним из способов получения целевого конечного продукта или полупродукта для смежных технологий являются физические теплотехнологические процессы (подогрев, испарение, термообработка, тепловая активация, рафинирование др.), протекающие в высокотемпературных установках и обеспечивающие изменение только физических свойств исходного сырьевого материала. При выборе температурного режима следует стремиться не только к высокой интенсивности нагрева, но и к минимальному окислению и обезуглероживанию металла при нагреве.Температурный график является базой для выполнения расчета печи: с его помощью выбирают необходимую температуру продуктов сгорания и нагреваемой садки. Металл перед посадом в печь не подогревается, и его температура составляет =15 ОС, причем температуры в центре и на поверхности изделия одинаковы. Для методических нагревательных печей первая зона температурного графика соответствует основному времени нагрева металла. Рабочее пространство печи, где происходит основной нагрев, можно представить одной или несколькими регулируемыми зонами. Ликвидация неравномерности нагрева заготовки или изделия по сечению при термообработке достигается загрузкой металла в зону выдержки, причем температура центра металла на выходе из зоны выдержки принимает значение температуры операции нагрева, т.е.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.Определяем средний температурный напор между продуктами сгорания топлива и поверхностью садки: Зона 1: печь теплообмен горелочный рекуператор Зона 2: Зона 3: Проводим классификацию теплообмена. 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). коэффициент лучистой теплоотдачи в i-той зоне, Вт/(м2·К): Определяем степень развития кладки wi зон рабочего пространства: где Fклi, Fmi - площадь поверхностей соответственно излучающей кладки и лучевоспринимающей поверхности металла i-той зоны на 1 погонный метр. Тогда: Степень развития кладки зоны 2: Учитывая, что ширина и высота зоны 3 равна ширине и высоте зоны 2, то: Степень развития кладки: Определяем излучающий объем зон рабочего пространства, также на 1 погонный метр длины: Определяем площади поверхностей, ограничивающих излучающий объем: Определяем эффективную длину луча: Определяем парциальные давления излучающих газов СО2 и Н2О, Па: Определяем значения и : Рассчитываем средние значения температур продуктов сгорания в зонах: При этих температурах, используя рис.Расчет выполняем для каждой зоны отдельно. Для зоны 1: Определяем безразмерные температуры и : Подставляем числовые значения безразмерных температур: Определяем число Bi1: где x1 - характерный размер садки в зоне 1, м; 4.12 ([3] стр.146-147) выбираем коэффициент температуропроводности при средней температуре метала в зоне: а1 = 0,852 · 105 м2/с. Тогда: Для зоны 2: Определяем безразмерные температуры и : Подставляем числовые значения безразмерных температур: Определяем число Bi2: В соответствии с рис. Тогда: Для зоны 3: Определяем безразмерные температуры и : Подставляем числовые значения безразмерных температур: Определяем число Bi2: В соответствии с рис.В качестве исходных данных используем: Р - производительность печи (10 т/ч); размеры садки (200 х 200 х 1650 мм); время пребывания металла в технологических зонах: ?1 = 0,91 ч, ?2 = 0,39 ч, ?3 = 0,041 ч.Для зон 1..3 запишем тепловые балансы: При тепловом балансе зоны 1 отсутствует составляющая Qэкз, так как в этой зоне нет угара и образования окалины. Для зон 2 и 3 эта приходная статья теплового баланса учитывается, причем 40 % теплопритока от угара выделяется в зоне 2 и 60 % - в зоне 3. Согласно исходным данным величину угара распределяем следующим образом: 1 % - угар в зоне 2, 1,5 % - угар в зоне 3. Определяем hи.т: Находим: Рассчитываем расходные статьи уравнения теплового баланса для зоны 1.
План
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение и описание теплотехнологии нагрева
2. Разработка температурного графика
3. Расчет топлива и определение действительной температуры в зонах рабочего пространства печи
4. Расчет интенсивности внешнего теплообмена в зонах рабочего пространства печи
5. Расчет времени пребывания садки в рабочем пространстве печи
6. Расчет основных размеров рабочего пространства печи
Современные промышленные технологии основываются на применении органического и ядерного топлива. Широкое внедрение в теплотехнологии высокотемпературных процессов в настоящее время ставит ряд энергетических и экологических задач. Поэтому такое большое внимание уделяется высокотемпературным теплотехнологическим процессам и установкам.
Высокотемпературные процессы часто являются основой промышленных технологий получения целого продукта из исходного сырьевого материала (известь, нефть, сланцы, угли, газ и др.) в процессе тепловой обработки. К ним относятся физические, химические и массообменные процессы, обеспечивающие заданное превращение исходного сырья.
Одним из способов получения целевого конечного продукта или полупродукта для смежных технологий являются физические теплотехнологические процессы (подогрев, испарение, термообработка, тепловая активация, рафинирование др.), протекающие в высокотемпературных установках и обеспечивающие изменение только физических свойств исходного сырьевого материала.
Методические печи - непрерывные, у которых при неизменном характере нагреваемых заготовок и темпе работы, тепловой и температурный режимы являются переменными по длине печи и постоянными во времени.
При трехзонном режиме, температура в сварочной зоне может быть значительно выше, а нагрев - интенсивнее, чем при двухзонном режиме.
Возникающий при этом больший перепад температур по сечению, выравнивается в томильной зоне, куда заготовки поступают из сварочной по достижении заданной конечной температуры поверхности.
При выборе температурного режима следует стремиться не только к высокой интенсивности нагрева, но и к минимальному окислению и обезуглероживанию металла при нагреве. Эти явления тем сильнее, чем выше температура поверхности заготовки и чем больше время пребывания поверхности при этой температуре.
Интенсификация нагрева приводит к быстрому повышению температуры поверхности заготовок, однако, общее время нагрева сокращается. Следовательно, существует оптимальная интенсивность нагрева, обеспечивающая минимальное окисление и обезуглероживание металла.
При высокой интенсивности нагрева необходимо организовать трехзонный режим с развитой сварочной зоной, то есть с высокими температурами на большой длине печи. При существенном снижении интенсивности, целесообразно переходить на двухзонный режим, чтобы уменьшить окисление и обезуглероживание металла.
С точки зрения оптимальной конструкцией является печь с боковым или сводовым отоплением, однако наибольшее распространение, благодаря своей простоте, получили печи с традиционным торцевым отоплением.