Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Южно - Уральский Государственный университет

Филиал ГОУ ВПО «ЮУрГУ» в г. Златоусте

Факультет металлургический

Кафедра «Общей металлургии»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу «Теплотехника»

на тему «Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной

верхней горелкой»

150101.2008.1754.00.00 ПЗ

Златоуст 2008

Аннотация

В проекте выполнены следующие расчёты: расчет горения топлива, определение размеров рабочего пространства печи, расчет нагрева металла, расчет теплового баланса печи, расчет топливосжигающего устройства и расчет рекуператора. Произведен выбор огнеупорной футеровки и способа утилизации дымовых газов.

Оглавление

1 Расчёт горения топлива

2 Определение размеров рабочего пространства печи

3 Расчёт нагрева металла

3.1 Температурный режим нагрева металла

3.2 Время нагрева металла

3.2.1 Первый интервал

3.2.2 Второй интервал

3.2.3 Третий интервал

4 Выбор огнеупорной футеровки

5 Расчёт теплового баланса печи

5.1 Приход тепла

5.2 Расход тепла

5.3 Потери тепла через свод печи

5.4 Потери тепла через стены печи

6 Расчёт топливосжигающего устройства

7 Расчёт рекуператора

8 Выбор способа утилизации дымовых газов

Библиографический список

Приложение

1 лист формата А1

1 лист формата А3

Электронная версия презентации

Электронная версия пояснительной записки

1 Расчет горения топлива

Расчет горения топлива выполняют с целью определения: количества необходимого для горения воздуха, количества и состава продуктов сгорания и температуры горения. Состав сухого природного газа приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Состав сухого природного газа

Для сжигания газа выбираем инжекторную горелку, для данной конструкции горелки коэффициент расхода воздуха n = 1,1. Влажность природного газа принимаем W = 30 г/м3. Произведем пересчет состава сухого газа на влажное (рабочее) состояние (по формуле 1):

, (1)

где WP - процентное содержание влаги в рабочем топливе.

Состав влажных газов рассчитываем (по формуле 2):

(2)

Определяем состав влажных газов (по формуле 2):

;

;

;

;

;

;

.

где ХР, ХС - процентное содержание компонентов природного газа соответственно в рабочей и сухой массах.

Таблица 2 - Состав влажных газов

Низшую теплоту сгорания находим (по формуле 3):

(кДж/м3)(3)

Находим расход кислорода при сжигании природного газа при коэффициенте расхода воздуха n = 1,1 (по формуле 4):

(м3/м3) (4)

Расход сухого воздуха при n = 1,1находится (по формуле 5):

(м3/м3) (5)

Находим объемы компонентов продуктов сгорания. Находим объём сгорания углекислого газа (по формуле 6):

(м3/м3) (6)

Находим объём сгорания компонента (по формуле 7):

=

(м3/м3) (7)

Находим объём сгорания компонента азот (по формуле 8):

(м3/м3) (8)

Находим объём сгорания компонента (по формуле 9):

(м3/м3). (9)

Суммарный состав продуктов сгорания находится (по формуле 10):

(м3/м3) (10)

Процентный состав продуктов сгорания находим как отношение объёма компонента ко всему объёму продуктов сгорания (см.[1]):

;

;

;

.

Правильность расчета проверяем составлением материального баланса.

Таблица 3 - Материальный баланс

Единицы измерения - кг

Плотность газа находится (по формуле 11):

(кг/м3). (11)

Плотность продуктов сгорания вычислим (по формуле 12):

(кг/м3). (12)

Для определения калориметрической температуры горения найдем энтальпию продуктов сгорания с учетом подогрева воздуха (по формуле 13):

(кДж/м3), (13)

где iВ =1109,05 кДж/м3 при tВ = 800 °С (см. [1]).

Зададим температуру t'К = 2500 °С и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания (см. [1]) (по формуле 14):

4238 (кДж/м3) (14)

Поскольку i2500 > i0, принимаем t''К = 2400 °С и снова находим энтальпию продуктов сгорания по формуле (15):

(кДж/м3)(15)

Находим калориметрическую температуру горения газа заданного состава по следующей формуле (по формуле 16):

(°С) (16)

Действительная температура горения вычисляется (по формуле 17):

=(°С) (17)

где - пирометрический коэффициент. Принимаем его равным 0,75.

2 Определение размеров рабочего пространства печи

Внутренние размеры рабочего пространства печи определяются на основании практических данных.

Ширина рабочего пространства вычисляется (по формуле 18) (см. [2]):

(м), (18)

где n - количество рядов заготовок по ширине печи, принимаем n = 3

a - зазор между рядами заготовок и между заготовками и стенками печи, принимаем а =0,25 м .

Для обеспечения производительности 20,83 кг/с в печи должно одновременно находится 120 тонн металла.

Масса одной заготовки равна 3,7 тонн (см.[3]).

Количество заготовок, которые могут одновременно находиться в печи, рассчитываем (по формуле 19):

(шт) (19)

Принимаем штуки.

В двухрядном расположении заготовок общая длина печи рассчитывается (по формуле 20):

(м) (20)

При ширине печи , площадь пода находится (по формуле 21):

(м2) (21)

3 Расчет нагрева металла

3.1 Температурный режим нагрева металла

Процесс нагрева разделяют на ряд периодов, при этом температура печных газов в различные периоды разная. Температурный режим нагрева влияет на изменение температуры газов в печи.

На рисунке 1 показаны графики изменения температуры газов tГ, температуры поверхности tП и центра заготовки tЦ в течение процесса нагрева.

Рисунок 1 - График изменения температуры в процессе нагрева металла:двухступенчатый нагрев

Температура газов в печи в момент загрузки заготовок t0Г зависит от величины допускаемых термических напряжений, конструкции печи, ее топливной инерции.

Значение температуры газов во втором периоде t2Г при двухступенчатом режиме нагрева и в третьем периоде t3Г при трехступенчатом режиме назначается таким, чтобы получить в конце нагрева разность температур по сечению ДtК не более допустимой величины. Допустимую разность температур по сечению принимают обычно по практическим данным при нагреве в следующих пределах:

- для высоколегированных сталей ДtК = 100S;

- для других марок стали ДtК = 200S при S ? 0,1 (м);

Расчет допустимой разности температур по сечению заготовки проводится (по формуле 22):

ДtК = 300S =300• (22)

где S - прогреваемая толщина металла, S > 0,2 (м).

Обычно величина t3Г составляет (по формуле 23):

(0С), (23)

где tПК - конечная температура поверхности металла, 0С (см. [1]).

Температура газов во втором периоде t2Г при трехступенчатом режиме нагрева определяется из условий службы огнеупоров и других соображений. Величина t2Г обычно равна (по формуле 24):

(0С) (24)

Температуры поверхности металла в конце промежуточных этапов tП и температуры центра tЦ предварительно задаются на основе практических данных, а затем уточняются расчетом.

3.2 Время нагрева металла

Изделие является достаточно массивным, поэтому примем, что температурный режим состоит из двух периодов: нагрева и выдержки. В период нагрева температура поверхности изделия повышается от до , температура дымовых газов в печи tГ меняется от 700 ?С до значения, вычисленного (по формуле 25):

(0С) (25)

Температура футеровки находится (по формуле 26):

(0С) (26)

Период нагрева разобьём на три интервала, в пределах которых температуру продуктов сгорания будем считать постоянной.

В период нагрева тепловая нагрузка печи (расход топлива) неизменна. В период выдержки тепловая нагрузка печи снижается так, что температура дымовых газов , металла и футеровки остаются неизменными.

Площадь тепловоспринимающей поверхности металла (по формуле 27):

(м2) (27)

Площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади, занятой металлом) находится (по формуле 28):

(м2) (28)

Степень развития кладки находится (по формуле 29):

(29)

Эффективная длина луча находится (по формуле 30):

(м) (30)

3.2.1 Период нагрева

3.2.1.1 Первый интервал

Средние за интервал температуры вычисляются путем среднего арифметического между начальной температурой интервала и конечной равны (см. [1]):

Парциальные давления излучающих компонентов продуктов сгорания равны (см. [1]):

(кПа), (сюда включено );

(кПа).

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча

равны (см. [1]):

(кПа•м);

(кПа•м).

По номограммам (см. [1]) при находим:

Плотность потока результирующего излучения металла находим по формуле, принимая степень черноты металла равной и шамотной кладки , находим значения комплексов.

Находим значение комплекса М (по формуле 31):

(31)

Находим значение комплекса А (по формуле 32):

(32)

Находим значение комплекса В (по формуле 33):

(33)

Находим значение результирующего потока энергии (по формуле 34):

(34)

Коэффициент теплоотдачи излучением в 1-м интервале периода нагрева находится следующим образом (формула 35):

(35)

Принимая значение коэффициента теплоотдачи конвекцией равным Вт/м2•К, находим величину суммарного коэффициента теплоотдачи (по формуле 36):

(36)

Заготовку прямоугольного сечения с b/h < 1,8 можно представить в виде эквивалентного цилиндра с диаметром, вычисляемым (по формуле 37)

(м) (37)

Для заготовок, у которых отношение длины к эквивалентному диаметру , можно пренебречь передачей тепла через торцевые стенки.

В случае четырехстороннего нагрева коэффициент несимметричности нагрева равен (см. [1]) расчётная толщина вычисляется (по формуле 38):

(м) (38)

где - коэффициент несимметричности нагрева;

- геометрическая толщина изделия, м.

Критерий Био находится (по формуле 39):

(39)

где (Вт/м2•К) (см. [1])при

Температурный критерий находится (по формуле 40):

(40)

По номограмме для поверхности цилиндра (см. [1]) находим значение критерия Фурье:

Продолжительность 1-го интервала периода нагрева (по формуле 41):

(с) (41)

где а = м2/с - коэффициент температуропроводности стали при (см. [1]).

Найдем температуру в середине заготовки в конце 1-го интервала периода нагрева. Для этого по номограмме для центра цилиндра (см. [1]) при значениях находим . Температура центра находится (по формуле 42):

. (42)

Среднюю по массе температуру заготовки в конце 1-го (в начале 2-го) интервала периода нагрева находим (по формуле 43):

. (43)

3.2.1.2 Второй интервал

Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны (см. [1]):

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча (см. [1]) равны:

(кПа•м);

(кПа•м).

По номограммам (см. [1]) при находим:

Находим значение комплекса М (по формуле 31):

Находим значение комплекса А (по формуле 32):

Находим значение комплекса В (по формуле 33):

Находим значение результирующего потока энергии (по формуле 34):

Средний за второй интервал коэффициент теплоотдачи излучением (по формуле 35):

С учетом конвективного теплообмена (по формуле 36):

(Вт/м2•К)

Значение критерия Био (по формуле 39):

Значения температурного критерия (по формуле 40):

По номограмме (см. [1]) находим, что .

Продолжительность второго интервала периода нагрева (формула 41):

(с)

Найдем температуру в середине заготовки в конце второго интервала периода нагрева (по формуле 42). Для этого по номограмме для центра цилиндра (см. [1]) при значениях находим .

Среднюю по сечению температуру заготовки в конце второго (в начале третьего) интервала периода нагрева находим (по формуле 43):

3.2.1.3 Третий интервал

Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны (см. [1]):

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча (см. [1]) равны:

По номограммам (см. [1]) при находим:

Находим значение комплекса М (по формуле 31):

Находим значение комплекса А (по формуле 32):

Находим значение комплекса В (по формуле 33):

Находим значение результирующего потока энергии (по формуле 34):

Средний за интервал коэффициент теплоотдачи излучением (формула 32):

(Вт/м2•К)

А с учетом конвективного теплообмена (по формуле 36):

(Вт/м2•К)

Значение критерия Био (по формуле 39):

;

где л = 30 (Вт/м К)

Значения температурного критерия (по формуле 40):

По номограмме (см. [1]) определяем .

Продолжительность третьего интервала периода нагрева (формула 41):

,

где а = 5,83 10-6 м2/с при 1100 0С (см. [1]).

Найдем температуру в середине заготовки в конце 3-го интервала периода нагрева (по формуле 42). Для этого по номограмме для центра цилиндра (см. [1]) при значениях находим .

Перепад температур по сечению заготовки в конце периода нагрева (по формуле 43):

Общая продолжительность периода нагрева (по формуле 44):

(44)

Согласно технологической инструкции, время нагрева стали 45 в нагревательном колодце составляет 1,58 часа (см. [3]).

3.2.2 Период выдержки

В течение периода выдержки средняя температура продуктов сгорания равна (см. [1]):

Температура поверхности металла (см. [1]):

Температура кладки (см. [1]):

В конце периода выдержки перепад температур по сечению заготовки ,тогда степень выравнивания рассчитывается (по формуле 45):

(45)

По номограмме (см. [1]) находим значение критерия Фурье для периода выдержки.

Тогда продолжительность периода выдержки (по формуле 46):

(46)

Общее время пребывания металла в печи (по формуле 47):

(47)

4 Футеровка печи

Футеровка печи выполняется, как правило, многослойной: огнеупорный слой и теплоизоляционный. Подину колодцев выкладывают обычно в три слоя: внутренний слой из хромомагнезитного кирпича, средний - шамотный кирпич, внешний теплоизоляционный слой из диатомитового кирпича.

Стена колодцев выполняют трехслойными. Внешний слой - теплоизоляционный, затем слой шамотного кирпича. Внутренний слой в нижней части стен (приблизительно на 1 м высоты) выполняют из хромомагнезита, остальное из динаса.

В настоящее время применяют крышки как с арочной футеровкой, так и с подвесным сводом. И в том, и в другом случае можно применять шамотный кирпич (см. [2]).

Футеровка печи приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Футеровка печи:

1 - шамотная присыпка;

2 - динас;

3 - хромомагнезит

Выбрана следующая кладка. Стены печи состоят из слоя динаса толщиной = 0,23 м и слоя хромомагнезита толщиной = 0,35 м.

Суммарная толщина кладки равна 0,57 м, что не превышает максимально допустимые 0,6 м.

5 Тепловой баланс печи

Тепловой баланс рабочего пространства печи представляет собой уравнение, связывающее приход и расход тепла. При проектировании печи тепловой баланс составляют с целью определения расхода топлива (в топливных печах) или мощности (в электрических печах). В этом случае статьи расхода и прихода тепла определяют расчетным путем.

Тепловой баланс действующей печи составляют с целью определения технико-экономических показателей ее работы. В этом случае статьи баланса можно определять как экспериментально, так и расчетом.

Для печей непрерывного действия тепловой баланс обычно составляют на единицу времени, для печей периодического действия - на время цикла (или отдельного периода обработки).

5.1 Приход тепла:

- тепло от горения топлива вычисляется (по формуле 48):

(кВт), (48)

где В - расход топлива, м3/с;

- тепло, вносимое подогретым воздухом (по формуле 49):

(кВт), (49)

где iВ - энтальпия воздуха при температуре tВ = 800 °С (см.[1]);

VВ - расход сухого воздуха.

- тепло экзотермических реакций (принимаем, что угар металла составляет 1%, а при окислении 1 кг металла выделяется 5652 кДж) вычисляется (по формуле 50):

(кВт), (50)

где Р - производительность печи, кг/с;

а - угар металла.

5.2 Расход тепла

- тепло, затраченное на нагрев металла вычисляется (по формуле 51):

(кВт), (51)

где - энтальпии малоуглеродистой (Ст.45) стали (см.[1]):

- тепло, уносимое уходящими дымовыми газами в (по формуле 52):

(кВт) (52)

Находим энтальпию продуктов сгорания iП.С при температуре t0Г = 800 °С (см.[1]):

(кДж/м3);

(кДж/м3);

(кДж/м3);

(кДж/м3);

iП.С = 1192,127 (кДж/м3).

- потери тепла теплопроводностью через кладку. Потерями тепла через под пренебрегаем.

5.3 Потери тепла через свод печи

Площадь свода принимаем равной площади пода FС = 32,5 м2; толщина свода 0,3 м; материал - хромомагнезит.

Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна средней по длине печи температуре газов, которая равна (по формуле 53) (см.[1]):

(°C) (53)

Примем температуру окружающей среды равной tОК = 20 °С, а температуру наружной поверхности свода tНАР = 300 °С.

При средней по толщине температуре свода коэффициент теплопроводности каолина (см.[1]) вычисляется (по формуле 54):

(°С) (54)

Коэффициент теплопроводности хромомагнезита (по формуле 55):

(Вт/м•К) (55)

Тогда потери тепла через свод печи вычисляется (по формуле 56):

(кВт) (56)

5.4 Потери тепла через стены печи

Стены печи состоят из слоя динаса толщиной = 0,23 м и слоя хромомагнезита толщиной = 0,35 м.

Наружная поверхность стен (см.[1]) вычисляется следующим образом:

- методической зоны и сварочной зоны вычисляется (по формуле 57):

(м2) (57)

- торцов печи вычисляется (по формуле 58):

(м2) (58)

- полная площадь стен вычисляется (по формуле 59):

(м2) (59)

Коэффициенты теплопроводности для принятых материалов (см.[1]):

Далее определяем среднюю температуру для каждого материала (см.[1]). Используется следующая формула:

(60)

В полученных формулах является неизвестной переменной. Она вычисляется решением уравнения (формула 61):

(61)

Зная температуру между слоями, можно найти (по формуле 62):

(62)

Данные температуры удовлетворяют условиям эксплуатации, так как они меньше максимально допустимых (см.[1]).

Вычисление коэффициента теплопроводности при температуре (см.[1]):

Тепловой поток равен частному от деления разности температур кладки и на сумму сопротивлений огнеупоров (по формуле 63):

(Вт/м2) (63)

где .

Проверяем принятое значение температуры наружной поверхности стенки. (по формуле 64):

(°С) (64)

Вычисляем относительную погрешность (по формуле 65):

(65)

Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку, определяется (по формуле 66):

(кВт), (66)

где кВт

Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаются равными 10% от тепла, вносимого топливом и воздухом (по формуле 67):

(кВт) (67)

Неучтенные потери тепла определяем по следующей формуле:

кВт (68)

Уравнение теплового баланса будет иметь вид (по формуле 69):

(69)

Расход топлива для методической печи м3/с.

Тепловой баланс печи представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Тепловой баланс печи

6 Выбор топливосжигающих устройств

Подбираем горелку типа «труба в трубе» для сжигания 0,525 м3/с природного газа с теплотой сгорания кДж/м3. Давление газа перед горелкой составляет 4,0 кПа, давление воздуха 1,0 кПа. Газ холодный (по условию подогрев топлива отсутствует), а воздух подогрет до температуры 800 °С. Коэффициент расхода воздуха n = 1,1.

Плотность газа кг/м3; количество воздуха м3/м3.

Пропускная способность горелки по воздуху (по формуле 70):

(м3/с) (70)

Расчетное количество воздуха определяем по следующей формуле:

(м3/с) (71)

Из справочной литературы (см.[5]) следует, что при заданном давлении требуемый расход воздуха обеспечивает горелка ДВБ 425.

Найдем количество топлива, проходящее через одну горелку (формула 72):

(м3/с) (72)

Далее найдем расчетное количество газа по следующей формуле:

(м3/с) (73)

По графикам (см.[1]) определяем, что диаметр газового сопла должен быть равен 80 мм; при давлении 4,0 кПа и плотности кг/м3 скорость истечения газа равна 78 м/с, а воздуха - 35 м/с.

7 Расчет рекуператора

Керамические рекуператоры, применяемые в нагревательных колодцах, выполняют из восьмигранных трубок. Обычно монтируют 6 - 8 рядов труб, из них два верхних и нижний ряды из карбошамотных трубок, остальные - из шамотных.

В рекуператоре воздух подогревается от °С до °С. Температура дыма на входе в рекуператор °С; количество подогреваемого воздуха м3/с; количество дымовых газов м3/с; состав дымовых газов: 12 % СО, 3 % О2, 10 % Н2О, 75 % N2.

Рекуператор набирается из трубок, каждая из которых имеет общую высоту 398 мм, полезную высоту 356 мм, наружный диаметр 140 мм и внутренний диаметр 114 мм. Дымовые газы проходят внутри трубок, воздух - между трубками. Схема работы рекуператора - многократный перекрестный противоток.

Примем тепловые потери равными 10 % и величину утечки воздуха в дымовые каналы равной 20 %. С учетом утечки в рекуператор нужно подавать количество воздуха, равное м3/с.

Следовательно, величина утечки воздуха (формула 74):

(м3/с) (74)

Принимая температуру дымовых газов на выходе из рекуператора 650 °С и определяя теплоемкость дымовых газов аналогично предыдущему расчету, составляем уравнение теплового баланса (формула 75):

 (°С) (75)

Рекуператор данной конструкции работает по принципу многократного перекрестного противотока, поправкой на перекрестный ток пренебрегаем и определяем среднюю разность температур (формула 76):

(76)

Для определения суммарного коэффициента теплопередачи принимаем среднюю скорость дымовых газов м/с, среднюю скорость воздуха м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне для шахматного пучка находим по формуле и номограмме (см.[1]).

Найдем с некоторым приближением среднюю по всей поверхности нагрева температуру стенки (см.[1]):

(°С);

(°С);

(°С).

Средняя температура воздуха (формула 77):

(°С) (77)

Средняя действительная скорость потока воздуха (формула 78):

(м/с) (77)

Принимая для рекуператора значения , и число рядов в пучке равным 7, вычисляем по следующей формуле:

(Вт/м2•К) (78)

Учитывая шероховатость стенок, вычисляем по следующей формуле:

(Вт/м2•К) (79)

Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне (формула 80):

(80)

Согласно графику (см.[1]), при скорости движения потока м/с и диаметре трубы м (Вт/м2•К).

С учетом шероховатости стен, вычисляем по следующей формуле:

Вт/(м2•К) (81)

Для определения по номограммам (см.[1]) находим:

- для верха рекуператора (, ):

; ; ;

;

.

Коэффициент теплоотдачи излучением (принимая и, следовательно, ), (формула 82):

(Вт/м2•К) (82)

- для низа рекуператора (, ):

; ;

Коэффициент теплоотдачи излучением (формула 82):

(Вт/м2•К)

Среднее значение коэффициента теплоотдачи излучением на дымовой стороне рекуператора вычисляем по следующей формуле:

(Вт/м2 •К) (83)

Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне (формула 84):

(Вт/м2•К) (84)

Теплопроводность карбошамота на 30 % выше теплопроводности шамота. Следовательно, при средней температуре стенки коэффициент теплопроводности карбошамота (формула 85):

(Вт/м2•К) (85)

Учитывая, что ; и , суммарный коэффициент теплопередачи рекуператора находим (по формуле 86):

(Вт/м2•К) (86)

Находим количество тепла, проходящее через поверхность нагрева (по формуле 87):

(Вт) (87)

Поверхность нагрева рекуператора (формула 88):

(м2) (88)

Удельная поверхность нагрева карбошамотного рекуператора составляет 8,5 м2/м3 (см.[1]).

Объем рекуператора без учета мест соединения труб м3.

Начальное количество дымовых газов (2,31 м3/с) вследствие утечки воздуха увеличивается до 2,68 м3/с. Следовательно, среднее количество 2,5 м3/с.

Определим общую площадь отверстий для прохождения дымовых газов вычисляем по следующей формуле:

(м2) (89)

Так как площадь отверстий для прохода дыма в карбошамотном рекуператоре составляет 23,1 % от общей площади зеркала рекуператора, то площадь поперечного сечения рекуператора вычисляем по следующей формуле:

4,16/0,231=18,0 (м2) (90)

Расход воздуха средний - 1,64 м3/с.

Поскольку средняя скорость движения воздуха принята равной 1,0 м/с, то необходимая площадь для прохода воздуха составит (формула 91):

(м2) (91)

Полезная высота одного хода равна 0,356 м, что при наружном диаметре трубы рекуператора 0,14 м и расстоянии между осями соседних труб 0,304 м составляет 0,0585 м2 площади, свободной для прохода воздуха.

Следовательно, по ширине рекуператора следует располагать следующее число труб (формула 92):

(шт) (92)

Общая ширина с учетом расстояния от крайних труб до стенки рекуператора равна (формула 93):

0,304+2•0,117 = 14•0,304+2•0,117 = 4,49 (м) (93)

Примерная длина рекуператора (формула 94):

18,0/4,49 = 4,08 (м) (94)

где - площадь поперечного сечения рекуператора, м;

B - общая ширина рекуператора, м.

Точнее, длина рекуператора при восьми трубах по длине (формула 95):

(м) (95)

Площадь равна (формула 96):

4,49•2,36 = 10,6 (м2) (96)

Полезная высота рекуператора (формула 97):

(м) (97)

8 Выбор способа утилизации дымовых газов

Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печи имеют весьма высокую температуру и поэтому уносят много тепла из пространства печи (до 80 %). Дымовые газы уносят тем больше тепла, чем выше их температура и чем меньше коэффициент использования тепла в печи. В связи с этим целесообразнее обеспечивать утилизацию тепла в печи. Данную задачу можно решить двумя способами:

1. С использованием котлов - утилизаторов. Тепло уходящих дымовых газов не возвращается в печь, а идет на использование в тепловых котельных и турбинных установках.

2. С использованием теплообменников рекуперативного и регенеративного типа. Часть тепла уходящих дымовых газов возвращается в теплообменник и идет на подогрев воздуха, подаваемого в горелку.

Использование теплообменника позволяет повысить коэффициент полезного действия печного агрегата, увеличивает температуру горения, позволяет сэкономить топливо. Если температура дымовых газов или дыма после теплообменников остается высокой, то дальнейшая утилизация тепла целесообразнее в тепловых установках.

Для рассчитываемой печи рациональнее использовать второй способ утилизации тепла дымовых газов, так как используется рекуперативный теплообменник.

Рекуператор выбран по следующим причинам:

рекуператор обеспечивает постоянную температуру в печи, то есть режим работы печи стационарный;

не требуется никаких перекидных устройств, что обеспечивает ровный ход печи и возможность автоматизации и контроля её тепловой работы;

отсутствует вынос газа в дымовую трубу;

объём и масса рекуператора меньше, чем у регенератора.

Рекуперативный нагревательный колодец с одной верхней горелкой является одним из наиболее прогрессивных типов нагревательных печей. Дымовые газы возвращаются в рекуператор, проходят по трубам и осуществляют подогрев воздуха, который подается в горелку, где смешивается с топливом. Согласно правилу, единицы физического тепла, отобранные у отходящих дымовых газов и вносимые в печь воздухом, оказываются значительно ценнее, чем единицы тепла, полученные от сгорания топлива, так как тепло, подогретого воздуха не влечет за собой потерь тепла с дымовыми газами.

Библиографический список

1 Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства: Учебное пособие к курсовому проектированию / Составитель О. В. Сухотина - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. - с. 55 - 69, с. 80 - 106

2 Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства: Методическое пособие к курсовому проектированию/ Составитель Д. В. Принцман - Челябинск: ЧГТУ, 1991. - с. 12 - 13, с. 25 - 31

3 Технологическая инструкция к первому прокатному цеху ОАО «Златоустовский Металлургический Завод». - с. 18 - 53

4 Кривандин В. А. Металлургическая теплотехника учеб. Пособие: в 2 кн. Москва, Металлургия, 1986. -Т.2 - с. 286 - 295

5 Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчёты металлургических печей: учеб. Пособие: в 2 кн. Москва, Металлургия, 1986. -Т.2 - с. 250 - 258