Расчет нагревательной методической печи производительностью 2,7 кг/с

Министерство  образования и  науки РФ  

      Саратовский государственный технический университет     
 
 
 
 
 

Специальность: Промышленная теплоэнергетика 

Кафедра: Промышленная Теплотехника 
 
 
 

Курсовая  работа

по дисциплине: «Энергоиспользование в высокотемпературных  технологиях» 

на тему: «Расчет нагревательной методической печи производительностью 2,7 кг/с» 
 

КФБН 000 000 082 ПЗ 
 
 
 
 

                                                                                    Выполнил: студент гр. ПТЭ-42

                                                                                           Щелупанов А.Г.

                                                                            Проверил: ассистент кафедры ПТ 

      Левушкина Л.В.  
 
 
 
 
 
 
 
 

Саратов 2008 г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Реферат 

       Пояснительная записка содержит 19 листов, 1 рисунок, 2 таблицы, 2 использованных источника литературы, 1 прилож..

 МЕТОДИЧЕСКАЯ  ПЕЧЬ, ТОПЛИВО, ПОД, ЗАГОТОВКА, ГОРЕЛКА, НАГРЕВ, ТЕПЛОТА, КАЛОРИМЕТРИЧЕСКАЯ  ТЕМПЕРАТУРА, КЛАДКА.

 Объектом  данной работы является нагревательная методическая печь производительностью 2,7 кг/с 

 Цель  работы: рассчитать нагревательную методическую печь производительностью 2,7 кг/с.

В пояснительной  записке приведены: расчет горения  топлива, расчет основных размерных  характеристик печи, расчет внешнего теплообмена в  рабочем пространстве печи,  расчет теплового баланса  печи и расхода топлива. 

   В проекте произвели теплотехнический расчёт нагревательной методической печи:

   производительность  G=2,7 кг/с;

   низшая  теплота сгорания топлива Q_Н^Р=5158,57 кДж/м³;

   действительная  температура горения t_g=1200 °С;

   коэффициент теплоотдачи α=289,2 Вт/(м²·К);

   расход  топлива В=2,3 м³/с;

   термический КПД  η=12%.

Основные  размеры печи:

   длина L=16,5 м;

   ширина  В=2,8 м;

   высота  Н=0,72 м;

   действительная  площадь пода F_Д=46,2 м². 
 

Содержание 

 Введение……………………………………………………………..5

 1 Расчёт горения топлива.………………………………………….6

 2 Выбор основных размеров печи.………………………………...9

 3 Расчёт внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи…10

 4 Тепловой баланс печи и расход топлива.……………………….14

 Заключение…………………………………………………………..18

 Список использованных источников……………………………....19

 Приложение  А              
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Введение

   Высокотемпературные процессы лежат в основе важнейших  производств чёрной и цветной  металлургии, нефтяной и нефтехимической  промышленности, производства строительных материалов и осуществляются в промышленных печах.

   Тепловая  работа печи протекает в её рабочем  пространстве, где одновременно происходят процессы горения топлива и передача тепла от источника к поверхности  нагреваемого материала.

   Производительность  печи, а так же форма и размеры  её рабочего пространства зависят от свойств, размеров и режима нагрева  изделий, их размещения в печи, выбора способа сжигания топлива и других факторов.

   Нагреваемые изделия в печах в большинстве  случаев располагаются на поду печи. Процесс передачи тепла от факела к поверхности нагреваемого материала  протекает в результате излучения  на поверхность материала и омывания нагреваемых тел потоком продуктов  сгорания топлива. В соответствии с  этим рабочее пространство печи должно быть рассчитано и спроектировано так, чтобы обеспечить условия полного  сжигания топлива и интенсивного теплообмена продуктов сгорания топлива с поверхностью нагреваемого материала. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         1 Расчёт горения топлива.

 По  известному составу топлива определим  низшую теплоту сгорания топлива:

 

    (1.1)

 

 кДж/м³

 Теоретически  количество воздуха V_В⁰, необходимое для сжигания единицы топлива, находятся по формулам, полученным с учётом стехиометрических соотношений реакций горения горючих составляющих топлива:

  , м³/м³   (1.2)

 

, м³/м³

 Действительное  количество воздуха, которое необходимо для сжигания единицы топлива, определяется из соотношения:

  , м³/м³   (1.3)

 Количество  и состав продуктов полного сгорания единицы топлива рассчитывается по формулам, полученным путём использования  стехиометрических соотношений  реакций горения. При сжигании газообразного  топлива теоретические объёмы продуктов  горения, выраженные в , м³/м³ , подсчитываются по формулам:

     (1.4)

 

, м³/м³

  , м³/м³   (1.5)

    (1.6)

 

, м³/м³

  , м³/м³       (1.7)

  , м³/м³  (1.8)

 Суммарное количество продуктов горения (дымовых газов) , м³/м³

      (1.9)

 

, м³/м³

 Процентный  состав продуктов горения определяется из соотношений:

    (1.10)

 Для проверки точности расчёта составим материальный баланс. Вначале найдём плотность  топлива и дымовых газов:

 

     (1.11)

 

кг/м³

    (1.12)

 

 кг/м³ 

 Таблица 1.

 Материальный  баланс процесса горения топлива.

 
 
 

 Определим энтальпию продуктов горения.

                  (1.13)

 Для этого необходимо вычислить физическую теплоту, вносимую с топливом и физическое тепло воздуха, подаваемого на горение:

  ,      (1.14)

 где        (1.15)

 

 кДж/(м³·К)

 

 кДж/м³

  ,     (1.16)

 где С_В=1,314 кДж/(м³·К)

 

 кДж/м³

 

 кДж/м³

 Определим калориметрическую  температуру продуктов горения:

  ,     (1.17)

 где Сg – теплоёмкость продуктов горения. Для её вычисления предварительно зададимся температурой продуктов сгорания:

 t_К^пр=1700 °С

     (1.18)

 

 кДж/(м³·К)

 t_К=2895,5/1,73=1674 °С

 Разница между  t_К^пр и t_К менее 50 °С, поэтому пересчёт не требуется.

 Определим действительную температуру горения:

   °С    (1.19) 

         2 Выбор основных размеров печи.

 Вычислим  площадь активного пода печи, приняв напряжённость активного пода Р_акт=500 кг/(м²·ч) :

  м²   (2.1)

 Площадь, занимаемая одной заготовкой:

   м²    (2.2)

 Количество  заготовок, одновременно располагающихся  в печи:

   шт   (2.3)

  Выберем однорядный метод укладки заготовок без  зазоров между ними, зазоры между  заготовками и стенами δ=0,2 м.

 Действительная  площадь пода печи:

   м²  (2.4)

 Степень загруженности пода, должна находиться в пределах m=0,2…0,8. Вычислим степень загруженности пода:

    (2.5)

 Условие выполняется.

 Примем  высоту печи:

  ,   (2.6)

 где °С;     (2.7)

А принимаем  равным 0,56.

 

м 
 
 
 

 3 Расчёт внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи.

 Приведённый коэффициент излучения:

     (3.1)

 С₀=5,67 – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, Вт/(м²·К⁴);

 ε_М=0,83 – степень черноты металла;

 ε_Г – степень черноты продуктов горения;

 φ – угловой  коэффициент излучения с поверхности  кладки на металл.

 Эффективная толщина газового слоя:

       (3.2)

   м³  (3.3)

   м²  (3.4)

 

 м

 Вычислим  угловой коэффициент φ:

      (3.5)

 Степень черноты газов вычисляется по формуле:

       (3.6)

   определяются по номограммам  в зависимости от парциального  давления вещества и температуры  вещества. Определим парциальное  давление веществ:

   МПа   (3.7)

   м·МПа   (3.8)

   МПа   (3.9)

   м·МПа       (3.10) 
 
 
 
 

   t, °С 
 

                                                                          t_g 
 
 

      t_отх 
 

                                                                         t_мк 
 
 
 
 
 
 
 

          t_мн

                                                                         L, м

Рис. 1. Изменение  температуры газов по длине печи. 

 С целью  повышения точности расчёта весь период нагрева разбиваем на 5 участка. Для каждого интервала находим  значение коэффициента теплоотдачи  в начале и конце участка.