Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации»


НазваниеМетодические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации»
страница3/6
Дата публикации13.04.2013
Размер0.91 Mb.
ТипМетодические указания
userdocs.ru > Математика > Методические указания
1   2   3   4   5   6
Таблица 2

Рекомендуемые давления и скорости горелок типа «труба в трубе» [1]

  1. ПараметрыГазВоздухСмесьДавление перед горелкой, кПа

Скорость в выходном сечении горелки*, м/с:

При максимальной подаче

При минимальной подаче

Коэффициент сопротивления горелки, отнесенный к скоростному давлению в выходном сечении4-6 (для природного газа);

6 (для коксодоменной смеси)

80-100

10-15

-2-3

80-100

5-8

1,5-1,7-

25-30

4-6

-

0 1 2 3 4 5 6
Давление перед горелкой, кПа

Рис. 10. Скорость истечения газа и воздуха из горелки.

Примечание 1. Нормализованные горелки типа «труба в трубе» конструкции Стальпроект (без предварительного смешения):

- ДНС - горелка для низкокалорийного топлива ( мДж/м3) средней тепловой мощности с диаметром носика и диаметром газового сопла .

- ДВБ - горелка для высококалорийного газа большой тепловой мощности с диаметром носика и диаметром газового сопла .

Примечание 2. Коэффициент расхода воздуха n=1,1…1,15. Давление воздуха перед горелкой 6 кПа.
Расчет дымового тракта печи

Определение суммарных потерь энергии по длине дымового тракта

Суммарные потери давления по длине дымового тракта

, Па, (30)

где - суммарные потери давления на местные сопротивления, Па; - суммарные потери энергии на трение на различных участках газохода, Па; - потери давления на преодоление геометрического напора, Па.

Потери давления на трение:

, Па, (31)

где - коэффициент трения (для боровов, футерованных кирпичем, ); l – длина участка газохода, м;

,

- гидравлический диаметр газохода, м; Fг – площадь поперечного сечения газохода; Пг – его периметр; - плотность продуктов сгорания при нормальных условиях, кг/м3; - скорость движения продуктов сгорания на данном участке газохода при нормальных условиях, м/с; - средняя по длине расчетного участка температура продуктов сгорания, К; То=273 К.

  • Потери давления на местные сопротивления:

Па, (32)

где - коэффициент местного сопротивления (определяют по приложению 5); - температура продуктов горения в данном местном сопротивлении, К.
Потери давления на преодоления геометрического напора:

Па, (33)

где Н – высота вертикального канала, м; - плотности воздуха и продуктов сгорания при нормальных условиях (Ро= Па, То=273 К) соответственно; g=9,81 (м/с2) – ускорение свободного падения; - температуры окружающей среды и средняя температура продуктов сгорания в вертикальном канале, соответственно, К.

Необходимо иметь в виду, что при движении горячих продуктов сгорания сверху вниз в уравнении (30) входит со знаком “+”, при движении вверх со знаком “-”.
^ Определение высоты дымовой трубы

Высоту трубы, необходимую для обеспечения удаления продуктов сгорания из печи, определяют по формуле

м (34)

где - температура уходящих газов у основания трубы и в ее устье, соответственно, К; - средняя по высоте температура газов, К; - скорость газа у основания и в устье трубы соответственно, м/с; - средняя скорость движения газов в трубе, м/с; - средний диаметр трубы, м.

Примечание 1. При расчетах потери давления в различных устройствах, установленных по пути движения газов от печи дымовой трубы, приближенно можно выбирать из приложения 7, падение температуры продуктов сгорания на 1 м длины газохода, приложения 5, значения коэффициентов местных сопротивлений – из приложения 6, величины подсоса воздуха по пути движения газов – из приложения 7.

Примечание 2. Методика расчета рекуператоров для подогрева топлива и воздуха подробно приведена в литературе, например, [1, 3], поэтому в данном пособии они не представлены.

Примечание 3. Методика проектирования новой печи приводится выше. В случае необходимости изменения режима работы или реконструкции действующей печи, когда размеры печного пространства уже известны, в результате расчетов определяют производительность печи, расход топлива, а также необходимость реконструкции печи.
^ Пример расчета отражательной печи для плавки медных концентратов на штейн

Исходные данные:

1. Суточная производительность печи по проплавляемой шихте А=1200 т/сут.

2. Шихта обожженная (угол откоса шихты =30 град).

3. Плавильная потребность шихты кДж/кг.

4. Температура поверхности шихты на откосах оС, температура поверхности ванны tв=1200 оС.

5. Топливо смесь – смесь двух газов: доменного и коксовального. Теплота сгорания смеси мДж/м3. При сжигании используется воздух (содержание кислорода 21 % по объему), коэффициент расход воздуха n=1,14. Температура подогрева топлива tn=300 оС, температура подогрева воздуха tв=350 оС.

Влажность коксовального газа 18,0 г/м3 , влажность доменного 23,0 г/м3



  1. Расчет горения топлива

Определяем состав влажных газов



коксовального газа



доменного газа



Тогда состав влажных газов, %

- коксовального








______________________________

100,0

- доменного



_______________________________

100,0

Находим низшую теплоту сгорания газов (приложение 1)

кДж/м3.

Доля доменного газа в смеси



Тогда доля коксовального газа в смеси

1-а=1-0,539=0,461.

Определяем содержание компонентов в смеси

.

Тогда:

%

%

%

%

%

%

%

%

_____________________________________

100,0 %

Определяем расход кислорода, необходимого для сжигания смешанного газа при коэффициенте расхода воздуха n=1,0



=0,486 м33.

Расход сухого воздуха при коэффициенте расхода воздуха n=1,14

м33.

Находим состав продуктов сгорания



= 0,3806 м33



=0,5638 м33



м33



=0,0685 м33.

Находим суммарный объем продуктов сгорания

м33.

Процентный состав продуктов сгорания

%

%

%

%

Всего 100,0 %

Правильность расчета проверяем по материальному балансу:

Поступило топлива, кг:











Всего 0,9004 кг

Поступило воздуха кг.

Поступило топлива и воздуха 4,3254 кг.

Получено продуктов сгорания, кг:



Всего 4,3107 кг.

Погрешность расчета составляет 0,0147 кг или 0,34 %, что допустимо при расчетах (доп0,5 %). Плотность газа кг/м3, плотность продуктов сгорания кг/м3.

Далее определяем энтальпию продуктов сгорания




=3402,88 кДж/м3.

Удельную теплоемкость топлива находим, принимая значения удельных теплоемкостей компонентов топлива при tт=300 оС в соответствии с приложением 2:



Таким образом: Ст=1,3918 кДж/(м3 К).

Определим калориметрическую температуру горения.

Зададим температуру оС и при этой температуре найдем энтальпию продуктов сгорания

=3340,65кДж/м3.

Поскольку i2000io, принимаем температуру оС и снова находим энтальпию продуктов сгорания



кДж/м3.

Так как i2000o2100, определяем калориметрическую температуру горения смешанного газа рассматриваемого состава в заданных условиях



оС.
Предварительное определение размеров печи

Для определения площади пода печи задаем удельную производительность агрегата а=5 т/м2 сутки. Площадь пода определяем по формуле (1)

м2.

Основные размеры печи выбираем в соответствии с приведенной выше (с. 5) методикой:

- ширина печи Е=8,0 м;

- длина печи L=240,0/8,0=30,0 м;

- высота от пода до свода Н=3,5 м;

- высота стрелы свода h1=0,1 8,0=0,8 м;

- высота стенок, незакрытых шихтой h2=0,2 м;

- высота откосов шихты над ванной h3=1,5 м;

- глубина ванны h4=1,0 м.

^ Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи

Температуру газа в начале печи находим путем умножения калориметрической температуры горения на пирометрический коэффициент  (для отражательной печи =0,8)



Температуру газов в конце плавильной зоны принимаем на 50 выше температуры ванны

К.

Среднюю по длине плавильной зоны температуру газов находим по формуле (2)

, К.

Эффективную длину лучей определяем по формуле (5)

м.

Определяем произведения парциальных давлений на эффективную длину лучей для трехатомных составляющих продуктов сгорания (СО2 и Н2О):

Пам

Пам

По рис. 4 устанавливаем величину поправочного коэффициента  для определения степени черноты водяного пара =1,08. Далее по рис. 2 и 3 зная температуру газов и значения произведений парциальных давлений на эффективную длину лучей находим значения степени черноты СО2 и Н2О Степень черноты продуктов сгорания определяем по формуле (6)

.

Плотности результирующих тепловых потоков на поверхностях ванны шихтовых откосов определяем по формулам (7), (8)











=80312,72 Вт/м2.

Далее вычисляем площади откосов и ванны по формуле (9)

м2,

м2.

Расчетную производительность печи определяем по формуле (1.9)

=1346 т/сут.

Поскольку расчетная производительность печи превышает заданную незначительно (на 15 %), считаем, что предварительно выбранные размеры агрегата удовлетворяют заданным условиям и их можно принять при проектировании.


  1. Тепловой баланс печи

Статьи прихода тепла:

1. Тепло от сгорания топлива (по формуле 10)

кВт.

2. Физическое тепло топлива (по формуле 11)

В, кВт

где 1,3918 кДж/(м3 К) – удельная объемная теплоемкость топлива (см. расчеты горения топлива).

3. Физическое тепло воздуха (по формуле 12)

В, кВт,

где 2,655 кДж/м3. К- удельная объемная теплоемкость воздуха (см . расчеты горения топлива).

Итого, суммарный приход тепла

, кВт.

Статьи расхода тепла

1. Полезное тепло (по формуле 13)

кВт.

2. Физическое тепло, уносимое продуктами сгорания (по формуле 14)

, кВт

где 1976,39 кДж/кг – энтальпия продуктов сгорания при температуре 1250 оС.

х0,1647=1976,39 кДж/кг.

3. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива (по формулу 15)

кВт.

При этом содержание СО в продуктах сгорания принимаем 1,5 %, т.е. а=0,015.

4. Потери тепла от неполноты сгорания по механическим причинам в соответствии с выражением (7)

кВт.

5. Потери тепла теплопроводностью в окружающую среду.

Стены печи в верхней своей части от зеркала ванны и выше – динасовые толщиной 460 мм. Снаружи стены футерованы шамотом толщиной 115 мм. Высота стенки выше уровня ванны составляет 1,7 м, в том числе высота стен, закрытая откосами h3=1,5 м, свободная от откосов h2=0,2 м. Свод печи – подвесной из магнезитохромитового кирпича толщиной 380 мм. Наружная тепловая изоляция 115 мм – пеношамот. Подина печи представляет собой четырехслойную плиту из слоев хромомагнезита (хм=0,69 м), каолина (к=0,23 м), шамота-легковеса (шл= 0,26), диатомита (д= 0,195 м).

При расчете потерь тепла через верхние части стен печи и свод принимаем температуру на внутренней поверхности кладки равной средней по длине печи температуре газа, оС (коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности очень большой, т.е. вн). Температуру на внутренней поверхности остальных частей стен и пода принимаем равной температуре ванны, Тв=1200 оС.

Далее рассчитываем площади всех теплоотдающих поверхностей. Площадь пода

м2.

Площадь свода печи равна площади части боковой поверхности цилиндра, длина образующей которого равна длине печи 30,0 м, а ширина – длине дуги окружности, стягивающая хорда которой равна наружной ширине печи,

м,

а высота соответствующего сегмента (стрела свода), увеличенной на его толщину

м.

Длина дуги свода м. Площадь свода м2.

Площадь наружной поверхности стен выше откосов шихты



Площадь наружной поверхности стен, закрытых откосами



Площадь наружной поверхности стен ниже уровня ванны



Определим плотность теплового потока в окружающую среду через стены ниже уровня ванны. Температура на внутренней поверхности 12000С, температуру на границе раздела слоев кладки принимаем 3000С, температуру поверхности 1000С. Находим средние температуры слоев динаса и шамота:



.

При этих температурах находим коэффициенты теплопроводности динаса и шамота (приложение 4)

Вт/(мК)

Вт/(мК)

Расчет коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности кладки осуществляем по формуле (20)



Вт/(м2 К).

Плотность теплового потока находим по формуле (1)



Исходя из найденной плотности теплового потока, определим температуру на границе раздела слоёв кладки и температуру наружной поверхности:

,

.

Полученные значения температур значительно отличаются от первоначально принятых, поэтому проводим расчёт плотности теплового потока вторичного, подставив новые найденные значения температур Тср и Тнар:

,

,

,

,



, Вт/(м2 К),

, Вт/м2,

, оС,

, оС.

Расхождение между предыдущими и найденными значениями температур составляет:

%,

%.

Так как расхождения не превышают 10 %, дальнейших расчетов температур Тср и Тнар не проводим [4]. Окончательное значение плотности теплового потока

Вт/м2.

Определяем тепловой поток через стены ниже уровня ванны

кВт.

Аналогично рассчитываем тепловые потоки через стены, свободные от откосов шихты ( кВт) и через стены, закрытые с внутренней стороны откосами ( кВт), а также через свод ( кВт) и через под ( кВт). Суммарные потери тепла теплопроводностью составляют



=1094,23 кВт.

6. Потери тепла излучением через отверстия в печи подсчитываем по формуле (21).

Принимаем температуру излучающей среды одинаковой для всех отверстий печи, равной средней температуре газов в печи ( К). Определяем приведенную площадь излучающих отверстий, равную произведению .

а. Размеры каждого из двух окон для заливки конвертерного шлака принимаем равными (0,8х0,7 м). Площадь одного отверстия FI=0,56 м2. Коэффициент диафрагмирования для отверстий указанных размеров при толщине стенки ст=0,575 м и, следовательно, отношении равен ФI=0,7 (см. рис. 6). Приведенная площадь в этом случае: м2.

б. Примем, что в печи установлено 4 горелки. Диаметр каждого отверстия dотв=0,6 м. Коэффициент диафрагмирования (при равен Ф2=0,5. Приведенная площадь

м2.

в. Печь имеет два окна для удаления шлака, однако в рабочем состоянии находится только окно, другое в этот период замуровано. Размеры окна примем 0,9х0,6 м. Приведенная площадь

м2.

г. Прочие отверстия. Это температурные швы между секциями в своде печи, щели между кирпичами подвесного свода и т.д. Общую площадь всех этих отверстий принимаем равной 1 % от площади свода м2, а коэффициент диафрагмирования принимаем Ф4=0,15. Тогда приведенная площадь отверстий

м2.

Суммарная приведенная площадь отверстий печи составляет

м2.

Считаем, что через эти отверстия излучение происходит непрерывно, следовательно, =1.

Суммарные потери тепла излучением из печи определяем по формуле (21):

кВт.

7. Неучтенные потери тепла также принимаем равными 10 % от расхода тепла по статьям 3…6 (см. формулу 22)



Далее составляем уравнение теплового баланса печи





После приведения однородных членов получим

4482,65В=18821,3,

Откуда расход топлива на печь В=4,199 м3/с. Сведем статьи теплового баланса в табл. 3.

Таблица 3

Тепловой баланс печи

Приход теплаРасход теплаСтатьи приходакВт%Статьи расходакВт%



41990,0

5166,87

1753,0885,85

10,56

3,59







Qтепл

Qизл

Qнчт16666,7

28407,07

267,77

1259,70

1094,23

854,5

348,6234,08

58,08

0,54

2,58

2,24

1,77

0,71Итого 48909,95 100 48908,59 100х Невязка теплового баланса составляет 1,36 кВт или %, что объясняется погрешностями округления при расчетах.

Коэффициент полезного теплоусвоения (24)

%.

Удельный расход топлива (25)

м3/кг.

Удельный расход тепла (26)

кДж/кг.

Удельный расход условного топлива (27, 27)

,

.

Выбор горелочных устройств

Принимаем, что в печи установлено четыре горелки типа “труба в трубе’’. Тогда расход топлива, приходящийся на одну горелку,

, м3/с.

В соответствии с данными, приведенными в табл. 2, принимаем избыточное давление газа перед горелкой кПа, давление воздуха кПа. Остальные необходимые данные берем из расчетов горения топлива (см. п.1):

-удельный расход воздуха м3возд/м3топл;

-температура подогрева воздуха ;

-температура подогрева топлива ;

-плотность газа при нормальных условиях кг/м3.

Пропускная способность горелки по воздуху

, м3/с.

Расчетное количество воздуха определяем по формуле (28)

, м3/с.

Из графика на рис. 8 находим, что при заданном давлении требуемый расход воздуха обеспечивает горелка ДНБ425.

Расчетное количество газа находим по формуле (29)

, м3/с.

По графику на рис. 9 находим, что диаметр газового сопла должен быть равен 170 мм. По графику на рис. 10 определяем, что при давлении 4 кПа и плотности газа кг/м3 скорость истечения газа равна приблизительно 75 м/с, а воздуха 40 м/с. Поскольку полученные значения соответствуют рекомендациям, приведенным в табл. 2, окончательно выбираем горелку ДНБ 425/170.

6. Примеры расчетов рекуператоров (металлических и керамических), потерь по длине дымового тракта печи, определения высоты дымовой трубы приведены в [1, 3]. При расчетах можно пользоваться приложениями 1-8.
1   2   3   4   5   6

Похожие:

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине...
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодические рекомендации по выполнению курсового проекта
Методические указания предназначены для студентов, выполняющих курсовой проект «Газоснабжение района города». Выполнение курсового...
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодические указания к выполнению курсового проекта для студентов...

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодические указания по выполнению курсового проекта на тему Технико-экономическое обоснование
Целью курсового проекта является изучение приемов, методов и привитие навыков выполнения предпринимательских проектов и их технико-экономических...
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодические указания к выполнению курсового проекта для студентов...
Методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов при выполнении курсового проекта по технологии швейных изделий...
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодические указания к курсовому проекту по дисциплине «Организация...
Работа одобрена нмсс факультета экономики и управления в качестве методических указаний по выполнению курсового проекта по дисциплине...
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодические указания по выполнению курсовых работ по дисциплине теория государства и права
Краснов А. В., Скоробогатов А. В. Теория государства и права: Методические указания по выполнению курсовых работ. – Казань: Познание,...
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности с 2-740601
Планирование и организация проведения технических обслуживании и ремонта тракторов
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодическая разработка по выполнению курсового проекта
«Технология и организация строительного производства», а также выработка единых требований к выполнению курсового проекта в соответствии...
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «теория и практика теплогенерации» iconМетодическая разработка по выполнению курсового проекта
«Технология и организация строительного производства», а также выработка единых требований к выполнению курсового проекта в соответствии...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница