Приклад розрахунку

Методика

Розрахунку регенеративного нагрівального колодязя

для курсового проектування з дисципліни

«Основи металургійної теплотехніки»

Алчевськ

Уклали Сопова Н.В. - викладач вищої

категорії

Солосенко Н.П. - спеціаліст

Затверджено на засіданні Присяжнюк О.М. – голова

методичної ради методичної ради

Розглянуто і схвалено на засіданні

циклової комісії спец. металургійних

дисциплін

Протокол № ___

від _______________ 200_ р.

Голова комісії_____________ Сопова Н.В.

Вступ

Метою розрахунку являється визначення розходу повітря, складу та кількості продуктів згорання і калориметричної температури горіння палива.

Вихідними даними для розрахунку є: вид і склад палива, конструкція опалювального пристрою, який визначає коефіцієнт витрати повітря та температури підігріву палива та повітря.

Слід розраховувати горіння палива табличним методом. При розрахунку горіння палива необхідно скласти матеріальний баланс. Визначити маси початкових речовин і створенних продуктів горіння.

Необхідно визначити основні розміри печі. При розрахунку теплообмінного агрегату надається теплотехнічний розрахунок з метою визначення поверхні нагрівання. Визначення розмірів печі супроводжується краткими поясненнями, в яких повинні знаходитися техніко-економічні обгрунтування величини вибраного параметру. Всі формули, які є у розрахунку повинні бути пронумеровані і супроводжуватися посиланнями на перелік літератури, з якої вини взяті.

Метою розрахунку нагрівальних печей являється визначення або розрахунку часу нагрівання, або розрахунок і аналіз теплового балансу печі з визначенням розходу палива.

Приклад розрахунку

1. Розрахунок горiння палива.

Розрахунок теоретично необхідної та дійсної кількості повітря, кількості та складу продуктів згоряння суміші газу, сумарнi об'єми продуктів згоряння суміші, розрахунок калориметричної температури згоряння палива ведеться за допомогою комп’ютерної програми Microsoft Offise Excel

2.Розрахунок основних розмірів камери колодязя

Розміри камери залежать від кількості і розмірів зливків і від величини проміжків між ними.

Кількість зливків приймаємо 8 (2 ряди по 4 зливка). Проміжки між зливками:

де d - менша сторона перерізу зливку, d = 0,755 м.

Тоді камера буде мати наступні розміри.

Довжина камери за ходом газів:

,

Ширина камери:

,

де b_зл - більша сторона перерізу зливка, b_зл = 0,83 м.

Висота камери:

,

де h_зл - висота зливка, h_зл = 2,2 м.

Загальна випромінююча поверхня металу:

,

де n - кількість зливків в камері колодязя, n = 8.

Поверхня кришки камери:

,

Поверхня поду, не зайнятого металом:

,

Площа вертикальних стін камери:

,

Загальна випромінююча поверхня кладки камери:

,

Об’єм камери:

,

Об’єм зливків:

,

Об’єм, зайнятий газами:

,

Кутовий коефіцієнт випромінювання металу на кладку:

,

Кутовий коефіцієнт випромінювання металу на метал:

,

Кутовий коефіцієнт випромінювання кладки на метал:

Кутовий коефіцієнт випромінювання кладки на кладку:

Приймаємо ступінь чорноти окисленої поверхні зливків:

Ступінь чорноти димових газів:

,

Для визначення за графіками випромінювання газів (малюнки 13 - 15 [2]) необхідно знайти ефективну довжину проміня S_еф між поверхнями теплообміну:

,

Парціальний тиск СО₂, Н₂О:

кПа

кПа

13,56 ∙ 0,8 = 10,84 кПа∙м

Визначаємо при температурі 1100 С

,

,

,

Визначення ступіня чорноти газу для інших температур проводиться аналогічно і приводиться в таблиці 1.

Таблиця 1 - Ступінь чорноти і коефіцієнт випромінювання в залежності від температури.

Ступінь чорноти і коефіцієнт випромінювання	Температура дима, С
1100	1200	1300	1400	1500	1600
	0,105	0,096	0,09	0,085	0,078	0,072
	0,095	0,088	0,08	0,075	0,068	0,063
	1,09	1,09	1,09	1,09	1,09	1,09
	0,208	0,19	0,177	0,167	0,152	0,14
	1,91	1,86	1,69	1,62	1,497	1,399
	0,33	0,32	0,29	0,28	0,26	0,243

Коефіцієнт випромінювання віднесений до температури газів в робочій камері, визначається за формулою:

,

де С_а - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, С_а = 5,76 Вт/м∙к.

Вт/м²∙к⁴.

Загальна ступінь чорноти системи газ - кладка – метал:

,

Коефіцієнт випромінювання, віднесений до температури печі:

,

Вт/м²∙к⁴

Коефіцієнт випромінювання, віднесений до температури кладки:

,

Вт/м²∙к⁴

3 Розрахунок часу нагріву металу.

3.1 Визначення температури печі в кінці нагріву зливка

Середній коефіцієнт теплопровідності в кінці нагріву:

,

де: - коефіцієнт теплопровідності сталі при температурах t_пк і t_цк (додаток IX [2]), t_пк = 1235 С, t_цк = 1185 С.

Орієнтовне значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням від печі до зливка:

,

Вт/м²·град

Орієнтовне значення критерію Біо

,

Значення Ві^*_к для квадратної призми згідно додатка 34 [3] відповідає К₂ = 1,178.

Орієнтовне значення кінцевого теплового потоку на поверхні зливка

,

Вт/м²

Орієнтовне значення температури печі в кінці нагріву визначається за законом Стефана - Больцмана:

,

Згідно додатка 26 [3] знаходимо t_{піч к} = 1246,8 С.

Уточнене значення:

,

Вт/м²·град

3.2.Розрахунок нагріву при М_о = const.

Оптимальний тепловий потік на початку нагріву:

,

Температура печі на початку нагрівання:

,

Згідно додатка 26 [3] знаходимо t_{піч н} = 1005,34 С.

Температура дима на початку нагріву визначається методом послідовних наближень із рівняння:

,

Якщо 60000 - 80000 Вт/м², то:

t_{д н} =t_{піч н} + (200 - 300) °С,

t_{д н} = 1005,34 + 200 = 1205,34 °С.

Приймаємо t_{д н} = 1150 С, тоді знаходимо із таблиці 2.

,

Вт/м²

Порівнюємо з . Так як > , зменшуємо t" _{д н} на 50 ⁰С, і знову знаходимо при t" _{д н}=1150 – 50 = 1100 ⁰С

Вт/м²

Інтерполяцією знаходимо:

,

де - теплові потоки при температурах t" _{д н} та t' _{д н}

°С

Розрахункова температура джерела тепла при нагріві М_о = const визначається за формулою:

,

Приймаємо ступінь теплової регенерації тепла = 0,6.

°С

Коефіцієнт використання тепла на початку нагріву:

,

Питома робоча теплова потужність при нагріванні М_о = const

,

Вт/м²

В процесі нагрівання при М_о = const температура печі безперервно збільшується. Перший період нагріву зливка при М_о = const проходить до момента, коли температура печі досягне значення t _{піч к} = 1246,8 С.

Тоді температура дима в кінці нагріву при М_о = const визначається із рівняння для методом послідовних наближень.

,

Приблизно можна допустити, що:

t _дк - t_{піч к} t_дн -t_{піч н}, тоді

t _дк t_{піч к} +(t_дн -t_піч )

Приймаємо:

t _дк = 1246,8 + (1128,5 – 1005,34) = 1369,96 °С

Приймаємо t _дк = 1350 °С

,

Вт/м²

,

,

Вт/м²

Порівнюємо з . Якщо > , то t _дк < t' _дк

В другому наближенні приймаємо t'' _д , на 50 °С менше, тоді знаходимо з таблиці 2.

,

Вт/м²

Вт/м²

°С

Коефіцієнт використання тепла в кінці нагрівання:

Середній тепловий потік на поверхні тіла в кінці нагріву при М_о = const:

,

Вт/м²

Середня температура поверхні зливка в кінці нагріву:

,

Із додатка 26 [3] знаходимо t_{п к} = 1023,7 С.

Розрахунковий коефіцієнт тепловіддачі в кінці нагріву при М_о = const:

,

Орієнтовні значення розрахункового критерію Ві в кінці нагріву при М_о = const:

,

Значенню Ві для квадратної призми згідно додатка 34 [3] відповідає К₂

Тоді орієнтовні значення і t будуть наступними:

,

°С

,

°С

Уточнене значення розрахункового критерію Ві при:

,

Вт/м∙град

,

Значенню Ві згідно додатка 34[3] відповідає К₃

Уточнена різниця температур за перерізом зливка:

°С

Температура центру зливка:

,

°С

Середня температура за масою зливка:

,

°С

Питома тепломісткість зливка:

,

кДж/кг

Тривалість нагріву при М_о = const визначаємо за формулою теплової діаграми.

Середній тепловий потік:

,

Вт/м²

Тривалість нагріву при М_о = const:

,

3.2.Розрахунок другого періоду нагріву при t_піч = const

Друга частина нагріву зливка проходить при умові t_піч = const. Початкова умова t_{пк сер} = 1023,7 °С та t_{мк сер} = 784,5 °С.

Для більшої точності розрахунку розбиваємо другу частину нагріву на 2 інтервали.

1 інтервал: від t_{пк сер} до t_{пк сер 11}

t_{пк сер 11} = t_{пк сер} + (t_пк - t_{пн сер} ) · 0,75,

t_{пк сер 11} = 1023,7 + (1235 – 1023,7) ∙ 0,75 = 1182,175 °С

²² інтервал: від t_{пк сер 11} = 1189,7 °С до t_пк = 1240 °С_.

Теплові потоки на кордоні інтервалів:

= 68709,21 Вт/м²

,

Вт/м²

Вт/м²

Середні теплові потоки в інтервалах:

,

Вт/м²

,

Вт/м²

Коефіцієнт тепловіддачі в кінці першого інтервалу нагріву:

,

Вт/м²∙град

Орієнтовні значення критерію Ві:

,

Критерію Ві згідно додатка 34 [3] відповідає К*₂ = 1,156

Орієнтовна різниця температур за перерізом зливка та температура центра зливка:

,

°С

t_{цк сер 11} = t_{пк сер11} - t*_{цк 11} ,

t_{цк сер 11} = 1182,175 - 259,67 = 922,5 °С

уточнене значення критерію Ві при:

,

Вт/м∙град

Критерію Ві відповідає К₂ = 1,147 і К₃ = 1,788

Уточнена різниця температур:

°С

Температура центру зливка:

t_{цк 11} = 1182,175 – 276,11 = 906,06 °С

Середня температура за масою зливка:

,

°С

Повна теплоємкість зливка в кінці першого інтервалу нагріву при t_піч = const:

,

кДж/кг

,

кДж/кг

Тривалість 1 інтервалу нагріву при t_піч = const:

,

Критерій Ві в кінці нагріву дорівнюється Ві_к (див. розрахунок t_{піч к}) йому відповідає К₂ = 1,15 і К₃ = 1,778

Середня температура за масою зливка в кінці нагріву:

,

°С

Питома теплоємкість зливка в кінці нагріву:

,

кДж/кг

Приріст питомої тепломіскості в другому інтервалі нагріву:

,

кДж/кг

Тривалість ²² інтервалу нагріву при t_піч = const:

,

Загальна тривалість комбінованого нагріву зливка:

,

Поиск по сайту: