Курсовая работа (т): Тепловой расчет методической печи

n=1.15

2.1.1. Определение влажного состава топлива

                                                                      (1)

где - содержание компонента во влажном газе, %

 - содержание компонента в сухом газе, %

 - влажность, г/м.

=0,099 %

=0,494 %

=0,988 %

=93,07 %

=3,063 %

=0,988 %

=0,098 %

=1,2 %

Σ 0,099+0,494+0,988+93,07+3,063+0,988+0,098+1,2=100 %

2.1.2. Определение теплоты сгорания топлива

 =127,7∙CO2+108∙H2+358∙CH4+1185∙C4H10 ; кДж/м3                  (2)

где  - низшая теплота сгорания топлива, кДж/м

 =127,7∙CO2+108∙H2+358∙CH4+1185∙C4H10=

=127.7∙0.494+108∙0.988+358∙93.07+1185∙3.063=

=63.0838+106.704+33319.06+3629.655=37118.503 Дж/м3

2.1.3. Определение количества воздуха, необходимого для горения, количества и состава продуктов горения

Таблица 2-Определение количества воздуха и продуктов горения

2.1.4. Материальный баланс

Представляет собой закон сохранения массы, то есть количество веществ поступивших на горение должно быть равно количеству веществ полученных в результате горения.

CO2= CO2×M/22.4                                                                        (3)

где М - молярная масса, кг

.4 - объем, занимаемый 1кмоль любого газа, м3

Таблица 3 - Материальный баланс

2.1.5. Определение начального теплосодержания продуктов горения

 ; кДж/м3                                                                    (4)

где ????в- теплосодержание воздуха при температуре подогрева, кДж/м3;в - объём воздуха необходимый для горения, м3/м3пр.г.- объём продуктов горения, полученный в результате сжигания топлива, м3/м3

 =3492,82 кДж/м3

2.1.6. Определение температуры горения топлива

Задаемся

Определяем теплосодержание дымовых газов при принятых температурах

t=2300 oC:

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

Σ 3828,64 кДж/м3

t=2100 oC :

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

Σ 3476,39 кДж/м3

2.1.7.     Определяется калориметрическая температура горения топлива

                                                                    (5)

где - калориметрическая температура горения топлива; °С

- минимальная температура , °С;

- начальное теплосодержание дымовых газов; кДж/м3

 и - теплосодержание дымовых газов при минимальной и максимальной температурах, кДж/м3

=2104.7 °C

Действительная температура горения топлива

                                                                                  (6)

где, - пирометрический коэффициент, =0,75÷0,85

tдейств =2104.7×0.75=1578.5˚C

2.2.   Предварительное определение основных размеров печи

Ширина пода печи при однорядном расположении заготовок B=l+2a,

Где l-длина заготовки, м a- зазор между заготовками и стенкой, м; a=0,25-0,30 м;  В=4,8+2×0,25=5,3 м

Ширина активного пода при однорядном расположении заготовок равна длине заготовки Ва=l=4.8 м.  Длину активного пода La определяют, исходя из заданной производительности печи P (кг/ч) и напряжений активного пода H (кг/м2·ч)

Сначала находят площадь активного пода Fa, а затем его длину La

=180 м2

 ; м

=37,5 м

L1=La×0.3=37.5×0.3=11.25 м=La×0.25=37.5×0.25=9.375 м=La×0.25=37.5×0.25=9.375 м1=1 м

l2=4.5 м=4 м

l4=1.5 м

l5=1.3 м=1.5 м

H2=3 м

H3=2.2 м

H4=1.5 м

h1=0.7 м

h2=1.0 м

α=5°

Рисунок 8 - профиль нагревательной печи

2.3.   Расчет времени нагрева металла

2.3.1. Определение степени развития кладки (на 1 м длины печи)

 ;                                                                                                       (7)

где h - высота зоны, м

В - ширина активного пода печи, м

l - длина заготовки, м

Для методической зоны

=1,56 м

Для сварочной зоныср===1.85 м

=1,875 м

Для томильной зоныср=h1=0.7 м

=1,396 м

2.3.2. Определение эффективной длины луча

                                                                                              (8)

где h - высота зоны, м

B - ширина активного пода печи, м

Методическая зона

=1,66 м

Сварочная зона

=2,5 м

Томильная зона

=1,12 м

t1 - температура печи, оС

t2 - температура поверхности заготовки, оС

t3 - температура центра заготовки, оС

Рисунок 9 - График нагрева металла в печи

2.3.3. Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре

tг=0.5(tух+tкон);                                                                                               (9)

где tух - температура уходящих газов, оСкон - температура в конце методической зоны, оС

tг=0.5(950+1380)=1165 оС

Парциальное давление CO2 и H2O

=98.1×0.0858=8.4 кПа

=98.1×0.1649=16.2 кПа

=8,4×1,66=13,9 кПа∙м

=16,2×1,66=26,9 кПа∙м

По номограммам находим

=0.11

=0,16

β=1,07

тогда =0.11+1.07×0.16=0.28

приведенная степень черноты рассматривается системой

 ; Вт/м2·К                                                      (10)

где Ɛм=0,8 - степень черноты металла

ωм - степень развития кладки методической зоны

=0,49 Вт/м2·К

Определим коэффициент теплоотдачи излучением

 ; Вт/м2·К                            (11)

где С0 - коэффициент абсолютного черного тела, Вт/м2·К

- приведенная степень черноты

Тг - средняя температура газов, оК

 - начальная температура нагрева металла, оК

 - конечная температура нагрева в зоне, оК

tг - средняя температура газов, оС

 - начальная температура нагрева металла, оС

 - конечная температура нагрева в зоне, оС

=148,19 Вт/м2·К

Определяем температурный критерий Θ и критерий Bi

                                                                                                       (12)

где tг - средняя температура газов, оС

 - конечная температура поверхности металла в зоне, оС

 - начальная температура поверхности металла, оС

=0,36

                                                                                                           (13)

где  - коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/м2·К

S - расчетная толщина заготовки, м

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м2·К

расчетная толщина заготовки

S=(0,550,6)×h=0.6×0.3=0.18 м

где h - толщина заготовки, м

=0,57м=0.25(10+10+744+644)=352 oC

λ=46.8=10.7×10-6 м2/с

по найденным значениям Θ и Bi находим Fo=1,8, тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно

; с                                                                                                        (14)

где F0 - критерий Фурье- расчетная толщина заготовки, м- коэффициент температуропроводности, м2/с

=5450,47 с (1,5 ч)

Находим температуру центра сляба в конце методической зоны.

Определяем критерий Θцентр=0,43

 ; оС

где  - средняя температура газов в зоне, оС

 - начальная температура металла, оС

 - температурный критерий центра

=668 оС

2.3.4. Определение времени нагрева металла в сварочной зоне

Найдем степень черноты дымовых газов при температуре 1380 оС

=8,4×2,5=21 кПа

=16,2×2,5=40,5 кПа

=0.1

=0.17

β=1.08

=0.1+1.08×0.17=0.284

Приведенная степень черноты рассматривается системой

==0,52 Вт/м2∙К

Определим коэффициент теплоотдачи излучением

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале сварочной зоны

                                                                         (16)

где - температура поверхности металла в конце методической зоны,