Анализ расчетных технико-экономических показателей пчи

В условиях мелкосерийного производства для нагрева заготовок из малоуглеродистой стали 0,8 КП, имеющих небольшие размеры, целесообразно применять камерную печь с неподвижным подом.

Камерная печь имеет рабочую камеру, на поду которой размещают нагреваемые заготовки. Температура по объему камеры распределена равномерно. Загрузка производиться через окна, закрываемые заслонкой.

В стенках рабочей камеры установлены газовые горелки и выполнены каналы, сообщающиеся с дымоходом для отвода дымовых газов. Обычно печь имеет рекуператор, где теплом уходящих дымовых газов подогревается воздух для горения. Температура подогрева воздуха – 300 - 400°С.

1. Расчет горения топлива ()

1.1. Состав влажного газа.

При содержание водяных паров в газе

При получим, что

После пересчета состав влажного газа

1.2. Расход кислорода на горение

1.3. Теоретический расход воздуха

- отношение объемных содержаний азота и кислорода в атмосферном воздухе, который применяется в данном случае для горения.

1.4. Действительный расход воздуха

где - коэффициент расхода воздуха при горении газообразного топлива.

Принимаем тогда

1.5. Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания газа

1.6. Общее количество продуктов сгорания (дыма)

1.7. Состав продуктов сгорания

1.8. Плотность продуктов сгорания

1.9. Теплота сгорания газа

1.10. Общая энтальная (теплосодержание) продуктов сгорания с учетом химического недожога 2% и использования для горения воздуха с температурой

где - теплоемкость воздуха при 300°С

1.11. Содержание воздуха в продуктах сгорания

1.12. Теоретическая температура горения газа (по it диаграмме или таблице), при и

1.13. Действительная температура горения газа.

Примем значение пирометрического коэффициента тогда

Эта температура выше температуры печи

Следовательно, данное топливо обеспечивает заданный нагрев заготовок.

2. Расчет нагрева металла.

2.1. Предварительные размеры рабочего пространства печи

2.1.1. Площадь активного пода

где - заданная производительность печи,

- напряженность активного пода. Согласно приложению [ ] принимаем

2.1.2. Ширина активного пода

где - число рядов заготовок по ширине печи, принимаем

- заданная длина заготовки

- расстояние между рядами заготовок, между заготовками и стенками печи, равное высоте заготовки

2.1.3. Длина активного пода

2.1.4. Ширина пода

2.1.5. Длина пода

2.1.6. Площадь пода

2.1.7. Высота рабочего пространства печи

где - высота свободного пространства над металлом. Из конструктивных соображений .

2.2. Геометрические соотношения.

2.2.1. Количество заготовок одновременно находящихся в печи (предварительно)

где - ширина заготовки

- расстояние между заготовками, принимаем для удобства загрузки

2.2.2. Тепловоспринимающая поверхность металла

2.2.3. Поверхность стен печи

2.2.4. Угловой коэффициент излучения от стен печи на металл

2.2.5. Объем свободного (над металлом) рабочего пространства печи

2.2.6. Эффективная длина лучей

2.3. Теплообмен печи.

При достаточно высокой преобладает лучистый теплообмен.

2.3.1. Коэффициент излучения газов [ ] при :

2.3.2. Излучательная способность системы печь-металл

Окисленная сталь имеет

2.3.3. Средний за время нагрева коэффициент теплоотдачи излучением

2.3.4. Полный коэффициент теплоотдачи

2.3.5. Тепловую массивность заготовки определяем по значению числа «Био»

где - определяющий размер заготовки

- коэффициент теплопроводности металла

Для квадратной заготовки можно принять

Средняя за время нагрева температура металла

при для стали 0,8 КП

Это значение является переходным между значениями тонких () и массивных () тел. В связи с этим, в дальнейших расчетах будем использовать решение для термически - тонких тел с поправкой на массивность заготовок, которую введем в значение коэффициента теплоотдачи:

- коэффициент массивности

2.4. Время нагрева заготовок

- теплоемкость

- тепловоспринимающая поверхность заготовок при укладке на под вплотную друг к друга (без зазора)

- коэффициент укладки заготовок [приложение ].

2.5. Перепад температуры по сечению заготовки в конце нагрева

где - тепловой поток на металл в конце нагрева

Это меньше допустимого по значению 50°С, т.е. условие выполняется.

3. Конструирование рабочего пространства печи.

По рассчитанному времени нагрева и заданной производительности печи уточняем размеры рабочего пространства печи.

3.1. Размеры активного пода.

3.1.1. Масса металла, одновременно находящаяся в печи.

3.1.2. Масса одной заготовки

3.1.3. Количество заготовок

принимаем

3.1.4. Ширина активного пода остается без изменения

3.1.5. Длина активного пода при укладке с зазором между заготовками

3.1.6. Площадь активного пода

3.2. Размеры пода.

3.2.1. Ширину пода оставляем без изменения

3.2.2. Длина пода при зазоре между заготовками и стенками 0,2 м.

3.2.3. Площадь пода

3.3. Высоту рабочего пространства оставляем без изменений 0,9 м.

3.4. Расчетная производительность печи

Несколько большая, чем по заданию, производительность печи обеспечивает ее устойчивую работу.

3.5. Напряженность пода

Активного

Всего

Что соответствует современному уровню нагревательных печей.

4. Выбор материалов и расчет футеровки печи.

4.1. Боковые стенки печи в которых размещены горелки и дымоходы, выполняем из шамотного кирпича.

Торцевые стенки и свод выполняем из слоя шамотного кирпича слоя легковесного шамота

и слоя плит из керамического волокна (КВ).

Под выполняем из слоя шамотного кирпича и слоя легковесного шамотного кирпича

Температуру наружной поверхности футеровки принимаем

Коэффициент теплоотдачи от нее

Температура воздуха

4.2. Определяем толщину слоя плит КВ.

4.2.1. Суммарное тепловое сопротивление трехслойной футеровки

4.2.2. Тепловое сопротивление шамота

4.2.3. Тепловое сопротивление шамота легковесного

4.2.4. Тепловое сопротивление КВ

4.2.5. Толщина КВ

4.3. Уточняем расчет слоя КВ

4.3.1. Плотность теплового потока через стену

4.3.2. Температура на границе шамота и легковеса

4.3.3. Температура на границе легковеса и КВ

4.3.4. Уточненные средние температуры слоев

4.3.5. Уточненные значения коэффициентов теплопроводности

4.3.6. Уточненные значения термических сопротивлений

4.3.7. Уточненная толщина КВ

5. Тепловой баланс печи.

А. Приход тепла.

5.1. Тепло от горения топлива

где - расход топлива,

5.2. Тепло, вносимое подогретым воздухом

5.3. Тепло экзотермических реакций.

Примем потери металла на окисление 1% ()

где

Б. Расход тепла.

5.4. Полезная затрата тепла

где - теплоемкость металла при .

5.5. Потери тепла футеровки в окружающую среду

5.5.1. Расчет поверхности футеровки

а. Торцевые стенки

внутренняя поверхность

где - размер загрузочного окна

где - центральный угол арки загрузочного окна

- высота свода окна у пят арки

- длина рабочего окна

Наружная поверхность

Средняя поверхность

б. Боковые стенки

в. Под

г. Свод

5.5.2. Потери тепла через торцевые стенки

5.5.3. Потери тепла через стенки

5.5.4. Потери тепла через свод

5.5.5. Потери тепла через под принимаем 20% от суммы потерь через стенки и свод

5.5.6. Потери тепла через заслонку загрузочного окна

где - удельный тепловой поток через заслонку

- относительная продолжительность открытия загрузочного окна

[3]

5.5.7. Общие потери тепла через футеровку

5.6. Потери тепла излучением через загрузочное окно

- коэффициент дифрагмирования, [5]

5.7. Потери тепла с уходящими газами

- температура уходящих газов, которую принимаем на выше температуры нагрева металла

- теплоемкость уходящих дымовых газов при

5.8. Потери тепла на аккумуляцию футеровкой печи не учитываются, т.к. печь непрерывного действия и, следовательно, указанные потери пренебрежимо малы.

5.9. Уравнение теплового баланса, из которого определяем расход топлива

Удельный расход топлива

5.10. Сводим результаты теплового баланса в таблицу.

Приход тепла	КВТ	%	Расход тепла	КВТ	%
Тепло горения топлива	489,42	87,4	Полезное тепло	188,9	33,7
Тепло подогретого воздуха	56,97	10,2	Потери через футеровки печи	33,8
Тепло экзотермических реакций	13,7	2,4	Потери тепла излучением через загрузочное окно	45,4	8,1
			Потери с уходящими дымовыми газами	292,76	52,2
			Невязка	-0,77
ИТОГО:	560,09		ИТОГО:	560,09

5.11. Полный коэффициент полезного действия печи.

5.12. Расход тепла на нагрев 1 кг. металла

6. Выбор горелок.

6.1. Выбираем горелки ГНП, обеспечивающие сжигание природного газа с использованием подогретого воздуха. Длина факела горелки [ ]. Соответствует длине рабочего пространства печи.

Устанавливаем в боковых стенках печи по одной горелке. Всего 2 горелки. Производительность одной горелки, с учетом подогрева воздуха до

давление газа Находим [ ] номер горелки ГНП-5.

6.2. В боковых стенках размещаем дымовые каналы сечением . Скорость дымовых газов при этом составит

7. Контроль и автоматизация тепловой работы печи.

7.1. В печи осуществляется автоматический контроль температуры печи и сжигания топлива. С этой целью применяются термопары платина-платинородий и электронный потенциометр КСП 4, позволяющие контролировать температуру до

8. Технико-экономическая эффективность проекта.

Анализ расчетных технико-экономических показателей пчи

показывает их соответствие показателям современных камерных печей с неподвижным подом:

[ ]

Эскиз печи.

Дата добавления: 2015-07-25