Расчет камерной печи с неподвижным подом

Автор: Пользователь скрыл имя, 25 Ноября 2012 в 23:56, курсовая работа

Описание работы

Основным элементом игольчатого рекуператора является чугунная труба овальной в сечении формы с наружными и внутренними (или только внутренними) иглами обтекаемой формы. Воздух проходит внутри трубы, а дымовые газы омывают трубу снаружи.

Работа содержит 1 файл

курсовой Булычов.doc

— 1.36 Мб (Скачать)

3

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу “Высокотемпературные тепло технологические процессы и установки”

 

РАСЧЕТ КАМЕРНОЙ ПЕЧИ С  НЕПОДВИЖНЫМ ПОДОМ

 

Камерные термические печи с  неподвижным подом применяются  для нагрева мелких и средних  заготовок и изделий.

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

 

Топливо – доменный газ (СО =15,8%, Н2 = 30,9%, СН4 = 13,3%,  СО2 = 6,6%,   
N2 = 29%, Н2О = 2,30% CmHn = 1,1%)

Нагреваемые изделия –  заготовки квадратного сечения  30×30 мм (S = 30 мм, 
l = 600 мм)

Вид термообработки – нагрев под закалку

Марка стали – 45Х

Способ укладки заготовок  – на поду печи с зазорами

Количество заготовок  в печи – 20 шт

Начальная температура  металла – t0 = 20 0C

Конечная температура  нагрева поверхности заготовки - tп.к = 850 0С

Конечный перепад температур по сечению заготовки – Δtк = 5 0С

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет горения топлива

 

Теплота  сгорания газа

Qнр = 0,127СО + 0,108 Н2 +  0,357СН4 + 0,71CmHn = 

= 0,127×30,10 + 0,108×2,20 + 0,357 0,10 + 0,71 × 1,1 = 10,7 мДж/м3

 

Теоретически необходимое  количество воздуха

L0 = 0,0476 ( 0,5СО + 0,5Н2 + 2СН4 +(m + n) C2H4 ) =

= 0,0476× (0,5×15,8 + 0,5×30,9 + 2×13,3 + 4 × 1,1) = 2,58 м33

 

Теоретическое количество продуктов  горения

Vco2 = 0,01(СО + СО2 + СН4 + 2CmHn) = 0,01 (15,8 +6,6 + 13,3 + 1,1) = 0,379 м33

2о = 0,01(Н2 + 2СН4 + Н2О + 2CmHn) = 0,01×(30,9 + 2×13,3 + 2,30 + 2,2) = 0,62 м33

VN2 = 0,01 ( N2 + 79 L0 ) = 0,01×(29 + 79×2,58) = 2,3 м33

 

Действительное  количество воздуха

Lд = 1,15×2,58 = 2,9 м33

 

Количество  продуктов горения

Vco2 = 0,01(СО + СО2 + СН4 ) = 0,01 (30,10 + 10,20 + 0,10) = 0,4 м33

2о = 0.01 (Н2 + 2СН4 + Н2О) = 0,01×(2,20 + 2×0,10 + 2,30) = 0,047 м33

VN2 = 0,01 ( N2 + 79 Lд ) = 0,01×(55,10 + 79×0,91) = 1,27 м33

 Vo2 = 0,21 ( α – 1 ) L0 = 0,21×( 1,15 – 1 )×2,9 = 0,08 м33

 

Общее количество продуктов горения

Vд = 0,379 + 0,62 + 2,3 + 0,08 = 3,37 м33

 

Состав продуктов  горения

СО2 = ( Vco2/Vд ) 100 = 0,379/3,37 × 100 = 11,2 и т. д.

 

   СО Н2О  N2  O2  ∑

11,2  18,3  68,2  2,3  100        

 

Плотность продуктов горения

=

= 1,25 кг/м3

 

 

Размеры рабочего пространства печи. Заготовки располагаем на поду печи в два ряда с зазорами, равными половине толщины заготовки.

 

Длина рабочего пространства печи

L = 10×30 + 9×15 + 2×390 = 1215 мм = 1,215 м

 

Ширина рабочего пространства печи

В = 2×600 + 300 + 2×100 = 1600 мм = 1,6 м

 

Высоту рабочего пространства печи в замке свода принимаем конструктивно

Н = 1,4 м

 

Высота боковой стенки  h = 1,2 м

 

Средняя высота печи    hср = м

 

Расчет теплообмена.

 

Поверхность кладки

Fкл = 2Вhср + 2Lh + + LB =  
          = 2×1,6×1,3 + 2×1,1215×1,2 + + 1,250×1,2 = 11 м

 

Излучающая поверхность металла

Fм = n(3Sl + 2S2) = 20×(3 0,03×0,6 + 2×0,032) = 1,44 м2

 

Объем рабочего пространства печи

Vр.п. = BLhср = 1,6×1,5×1,3 = 2,6 м3

 

Объем металла

Vм = 20S2l = 20×0,032×0,6 = 0,01 м3

 

Объем рабочего пространства печи, заполненного газом

Vг = Vр.п. – Vм = 2,6 – 0,01 = 2,59 м3

 

Эффективная толщина газового слоя

Sэф  = 0,72 м

 

Сила поглощения продуктов горения

       Рсо2Sэф  = 0,112×0,72×0,981 = 0,079 мН/м

       Рн2оSэф  = 0,183 0,72×0,981 = 0,129 мН/м

 

По этим произведениям и температуре  газа согласно рис. 43 ( С.И. Аверин. Расчеты  нагревательных печей) находим степень  черноты газов и приведенный  коэффициент излучения  “газ-кладка-металл”  по выражениям

     

Принимаем εм = 0,8, а величину определяем по выражению

  = 0,126

 

Значения εг и Сг.к.м. в зависимости от температуры газа

            tг                                           εг               Сг.к.м., Вт/м2град

          900          0,235         0,17           1,1          0,422             3,94

        1000          0,23           0,15                          0,395             3,88

        1100          0,22           0,14                          0,374             3,8

        1200          0,21           0,13                          0,273             3,46

 

 

Приведенный коэффициент излучения  при tг = 900, для остальных значений температур приведены в таблице

Сг.к.м = 3,92

 

 


                                                    Ступінь чорноти вуглекислоти

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

                        Ступінь чорноти водяної пари

 

 

Угловые коэффициенты

 

 

 

Приведенный коэффициент излучения

Спеч-м = Вт/м2 град

 

Расчет нагрева металла

 

Состав стали  45Х: С = 0,40 0,50%; Мn = 0,50 0,80%; Cr = 0,8 1,1%; 
Si = 0,15 0,35%; для расчетов принимаем: С = 0,45%; Мn = 0,7%; Cr = 1,0%; Si = 0,3%.

 

 

Коэффициент теплопроводности стали

λ0 = 70 – 10С – 16Mn – 33,7Si = 70 - 10×0,45 - 16×0,7 – 33,7×0,3 = 44,2 Вт/м град

λ200  = 0,95λ0 = 0,95×44,2 = 42 Вт/м град

λ400 = 0,85λ0 = 0,85×44,2 = 37,6 Вт/м град

λ600  = 0,75λ0 = 0,75×44,2 = 33,1 Вт/м град

λ800 = λ1000 = 0,68λ0 = 0,68×44,2 = 30,0 Вт/м град

λ1200 = 0,73λ0 = 0,73×44,2 = 32,3 Вт/м град

 

Плотность стали

ρ = 7880 – 40С -16Мn – 73Si = 7880 - 40×0,45 - 16×0,7 - 73×0,3 = 7820 кг/м3

 

Энтальпию стали при содержании углерода С = 0,45% берем из рис. 116 ( С.И. Аверин. Расчеты нагревательных печей. )

 

Принимаем следующий режим нагрева: первый период – нагрев при постоянной температуре печи ( tпеч = const ); второй период – выравнивание температуры при условии постоянства температуры поверхности ( tп = const ). Нагрев – односторонний.

 

Первый период нагрева.

 

Допустимая разность температур

 0С

Для стали 45Х: σд = 350 мН/м2; β = 13,8×10-6 1/град; Е = 21,09 мН/м2

 

Так как температурные  напряжения учитываются при нагреве  стали до 500 0С, то

Вт/м град

Тепловое сопротивление  нагреваемого металла

 м2 град/Вт

 

Допустимая температура  печи при ∆tдоп = 150 0С и S/λ = 0,0013 м2 град/Вт составит

1100 0С.

Температуру печи в первом периоде нагрева принимаем несколько ниже допустимой: tп = 1000 0С.

 

Разобьем первый период нагрева на два интервала по температуре  поверхности: первый интервал – от tп0 = 20 0С до tп1 = 700 0С; второй интервал  - от tп1 = 700 0С до  
tп2 = 850 0С.

 

Первый интервал. Начальный тепловой поток

1,1×4,23×
         = 121848 Вт/м2

 

Тепловой поток в конце  первого интервала

q1 = 1,1×4,23 80488 Вт/м2

 

Коэффициент теплоотдачи  в начале нагрева

124 Вт/м2 град

 

Коэффициент теплоотдачи в конце  первого интервала

268 Вт/м2 град

 

Среднее значение коэффициента теплоотдачи

196 Вт/м2 град

 

Среднее значение коэффициента теплопроводности

40,0 Вт/м град

 

Критерий Био 

= 0,147

 

Температурный критерий поверхности

0,3

 

По номограммам рис. 48 и 49 (С.И. Аверин. Расчеты нагревательных печей)  находим : Fo = 5,0 ; Фц1 = 0,33

 

Так как нагрев односторонний, то под температурой центра принимаем  температуру нижней поверхности  заготовки

Температура центра заготовки  в конце первого интервала

tц1 = tпеч – Фц1(tпеч – t0) = 1000 – 0,33×( 1000 – 20 ) = 677 0С

 


                                     Температурный критерий для поверхности пластины

 



 

                                  Температурный критерий для середины  пластины

 

 

Уточняем значение коэффициента теплопроводности по приближенному значению  tц1 и уточняем рассчитанные выше величины

38 Вт/м град

0,15;  Fo = 4,8; Фц1 = 0,35

tц1 = 1000 – 0,35×( 1000 – 20 ) = 657 0С

 

Перепад температур по сечению заготовки в конце первого интервала

∆t1 = tп1 – tц1 = 700 – 657 = 43 0С

 

Средняя температура по сечению  заготовки

700 - 43 = 671 0С

 


 

                      Кривая зависимости теплосодержания  стали 45Х от температуры

 

Расчетная теплоемкость в первом интервале

0,72

 

Среднее значение коэффициента температуропроводности в первом интервале

= 0,0000067 м2

 

Время нагрева в первом интервале

1791 с = 0,5 ч

 

Температура газа в начале нагрева

= 100 1328 0С

 

Температура газа в конце первого  интервала

tг1 = 100 1037,4 0С

 

 

Второй интервал. Расчет нагрева во втором интервале выполняем аналогично первому, приняв вместо начальной средней температуры t0 среднюю температуру металла в конце первого интервала tср1  = 671 0С.

 

 

Тепловой поток в конце  второго интервала

1,1×3,8 43290 Вт/м2

 

Коэффициент теплоотдачи  в конце второго интервала

291 Вт/м2 град

 

Среднее значение коэффициента теплоотдачи

279,5 Вт/м2 град

 

Среднее значение коэффициента теплопроводности

31,2 Вт/м град

 

Критерий Био 

= 0,20

 

Температурный критерий поверхности

0,46

 

По номограммам находим: Fo = 1,0 ; Фц2 = 0,55

Температура центра заготовки в  конце второго интервала

tц2 = tпеч – Фц2(tпеч – tср1)  = 1000 – 0,55×( 1000 – 671 ) = 820 0С

 

Уточняем значение коэффициента теплопроводности и рассчитанные выше величины

31,6 Вт/м град

Ві = 0,26;  Fo = 1,0; Фц2 = 0,55

tц2 = 1000 – 0,5×( 1000 – 671 ) = 820 0С

 

Перепад температур по сечению заготовки  в конце второго интервала

∆t2 = tп2 – tц2 = 850 – 820 = 30 0С

 

Средняя температура по сечению  заготовки

tcp = tп2 - 850 - 30 = 830 0С

 

Расчетная теплоемкость во втором интервале

0,63

 

Среднее значение коэффициента температуропроводности во втором интервале

= 0,0000066 м2

 

Время нагрева во втором интервале

τ2 = 140 с = 0,03 ч

 

Температура газа в конце второго  интервала

tг2 = 100 1010 0С

Температура кладки в начале нагрева

tкл0 = tкл3 – 110 = 856 – 110 = 745 0С

 

Общее время нагрева в первом периоде

τІ = 0,5 + 0,03 = 0,53ч = 1940 сек

 

Второй период нагрева

 

Степень выравнивания температур


 

 

Коэффициент выравнивания температур при δ = 0,17 для пластины m = 0,7

Информация о работе Расчет камерной печи с неподвижным подом