Расчет трёхзонной методической печи с двухсторонним обогревом

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Января 2014 в 15:17, курсовая работа

Краткое описание

Исходные данные:
Наименование печи: трёхзонная методическая печь с двухсторонним обогревом.
Производительность: 180 т/ч
Нагреваемый металл: 20 Г
Начальная температура материала: tн =15 ºС
Конечная температура материала (поверхности): tпк = 1200°С

Вложенные файлы: 1 файл

расчёт трёхзонной методической печи.doc

— 1.10 Мб (Скачать файл)

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Южно-Уральский государственный  университет»

(нац. исследовательский университет)

Факультет «Заочный инженерно-экономический»

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»


 

 

 

 

 

Расчет трёхзонной методической печи с двухсторонним обогревом

 

Пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине «энергоиспользование в энергетике и технологии»

ЮУрГУ–140104.2013.14.00. ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

Нормоконтролёр

Реш А.Г 

«___»____________2013 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель

Реш А.Г.

«___»____________2013 г.

 

автор проекта

студент группы ЗФ - 415

Малова Ю.А.

«___»____________2013 г.

 

Проект защищён с  оценкой

______________________

«___»____________2013 г.

 

 

Министерство образования  Российской Федерации

Южно-Уральский государственный  университет

Кафедра «Промышленная  теплоэнергетика»

 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу


по дисциплине «Энергоиспользование в энергетике»

для студентов специальности 140104

 

 

Факультет: Заочный инженерно - экономический

Группа: ЗФ – 415

     Студент: Малова Ю.А

 

Исходные данные:

  1. Наименование печи: трёхзонная методическая печь с двухсторонним обогревом.  
  2. Производительность:         180 т/ч
  3. Нагреваемый металл:         20 Г
  4. Начальная температура материала:      tн =15 ºС
  5. Конечная температура материала (поверхности):    tпк = 1200°С 
  6. Конечный перепад температур по сечению слитка, заготовки: Δ tк = 30°С 
  7. Вид топлива, калорийность: доменный – 70 % ; коксовый– 30 % 
  8. Химический состав газов, %

 

газ

СН4

C2Н6

СО2

О2

СО

Н2S

Н2

N2

Влажность

Доменный

0.3

12.5

0.2

27.0

5.0

55.0

40

Коксовый

25.5

2.3

2.4

0.5

6.5

59.8

3.0

35


  1. Температура уходящих газов: 900°С  
  2. Температура подогрева воздуха: 400 0С и газа: 200 0С

 

Руководитель курсовой работы:      Реш А.Г.

 

Зав. кафедрой ПТЭ        Торопов Е.В.

 

Дата сдачи:            

 

Аннотация.

Малова Ю.А. Расчет трёхзонной методической печи с двухсторонним обогревом . – Челябинск: ЮУрГУ,  ЗФ,  2013,  30 с. Библиографический список  –  4  наименования.

 

В пояснительную записку входит расчет основных размеров печи, продолжительности нагрева заготовки в различных зонах печи. Определение приходных и расходных статей баланса и на их основе определение расхода топлива, технологического КПД и коэффициента использования топлива.


Содержание.

 

Введение.

 

Основной задачей управления процессом  нагрева металла в методической печи является выбор и поддержание  такого теплового режима, чтобы получить металл, прогретый равномерно по сечению до заданной температуры, с заданной кристаллической структурой и обладающий заданными не химическими свойствами, а также обеспечить нужный процесс и до минимума уменьшить угар (окисление) металла,  создать экономичную, безопасную и безаварийную работу печи. Система регулирования температуры предназначена для поддержания заданной температуры в каждой зоне печи в отдельности, с учетом изменения производительности. Поддержание температуры в каждой зоне производится изменением подачи газа в каждую зону. Температура в печи должна поддерживаться с высокой точностью.

При увеличении температуры металл теряет свою кристаллическую решетку,  она начинает распадаться, будет  происходить оплавление слитков, они становятся мягкими и теряют свои характеристики. Так же будет увеличиваться количество угара. Кроме получения бракованных слитков идет перерасход топлива, что ведет к неэкономной работе печи.

При уменьшении температуры в рабочем  пространстве печи, слиток не равномерно прогревается по сечению. Непрогретый металл имеет жесткую форму и происходит коррозия металла, что приводит к невыполнению дальнейшей обработки.

В период нагрева металла, когда  его температура и температура  в печи ниже заданной, в печь подается максимально допустимое количество топлива. В период выдержки в верхней зоне регулятор обеспечивает необходимую температуру, изменяя расход газа. По мере прогрева металла тепловая нагрузка в печи снижается тогда, когда температура в печи становится меньше заданной. Величина максимальной тепловой нагрузки определяется стойкостью конструктивных элементов кладки, свода. При нагреве холодных заготовок из высокоуглеродистой и легированных сталей необходимо ограничивать скорость подъема температуры и тепловой нагрузки, чтобы избежать расстрескивание заготовок из-за возникновения больших термических напряжений.


На температуру и на ее изменения  влияют:

  • изменение марки, размера заготовки;
  • изменение производительности печи;
  • открытие окон при загрузке, выгрузке заготовок и контроля параметров печи;
  • изменения параметров топлива (состав, давление, температура, теплота сгорания);
  • изменение параметров воздуха (давление, температура, влажность);
  • изменение соотношения “газ-воздух”;
  • изменение тяги дымовой трубы.

Методическая печь, как объект регулирования является объектом статистическим, т.е. имеет самовыравнивание. Это объект большой емкости и обдает большим запаздыванием. В процессе нагрева изменяются динамические параметры, коэффициент передачи и постоянная времени, что требует перенастройки средств регулирования в процессе работы.

Методические печи применяются, для  нагрева металла перед прокаткой  на сортовых и листовых прокатных  станах.

Методическая печь разделена  на зоны. Металл нагревается непрерывно, постепенно перемещаясь из одной зоны в другую. В каждой зоне поддерживается заданная для нее температура. Зоны имеют разное назначение:

а) методическая зона или зона предварительного нагрева:

Как правило, эта зона не отапливается. Нагрев металла осуществляется за счет тепла отходящих дымовых газов, поступающих из других зон.

б) сварочная зона:

Металл нагревается интенсивно за счет подачи тепла от теплоносителя.

в) томильная зона:

Происходит полный нагрев заготовки. Чем толще заготовка, тем больше температура и тепла необходимо для ее нагрева.

 г) нижняя сварочная зона:


Служит для интенсивного нагрева  металла снизу.

В методические печи загружают холодные или горячие (600-800 0С) заготовки. Заготовки подаются в печь через окно посада наиболее холодную часть печи, т.е. со стороны методической зоны так, чтобы их продольные оси были перпендикулярны продольной оси печи, а боковые грани соприкасались по всей длине. Уложенные таким образом заготовки занимают всю активную площадь печи. Когда очередная заготовка подается в печь, толкатель продвигает все заготовки вдоль печи в более горячую часть – к окну выдачи и выдается одна нагретая заготовка. Продвигаясь в печи, металл нагревается постепенно до определенной температуры за счет сгорания топлива, поступающего через инжекционные горелки, которые устанавливаются по шесть штук в верхней и нижней зонах по ширине печи. Для наилучшего горения в горелки поступает воздух из атмосферы. Перед тем, как топливо поступает в горелки, его подогревают в рекуператоре. Рекуператор нагревается с помощью отходящих дымовых газов. Температура нагрева воздуха должна быть не менее 300 0С. Это придает топливу эффективное и экономическое горение при нагреве металла.

Нагрев каждой марки стали, осуществляется по специальной инструкции.

При нагреве металла в сварочной зоне температура поверхности заготовки приближается к заданной, т.е. 1300 0С, в то время температура середины заготовки может быть еще низкой. Для ускорения нагрева заготовки служит нижняя сварочная зона, при наличии этой зоны в методической и сварочной зонах, заготовка лежит на водоохлаждаемых трубах. По ним слябы продвигаются в печи. А в области контакта с этими трубами на заготовки образуются холодные пятна. С целью выравнивания температуры по сечению заготовки и устранения холодных пятен предусматривается часть печи, где заготовку выдерживают на томильном огнеупорном поде. Эту часть печи конструктивно оформляют, как отдельную зону – томильная, с индивидуальным отоплением.

 Продукты сгорания топлива, сжигаемого в томильной и сварочной зонах, отводятся через методическую зону, таким образом, в печи заготовка и продукты сгорания движутся противоточно.


После того, как металл нагрели  до определенной температуры, его при  помощи все тех же толкателей выталкивают  из печи и по рольгангам он поступает на многоклетьевой стан.

 

 

1. Расчёт горения топлива

 

Целью расчета является определение расхода воздуха, количества и состава продуктов сгорания.

Для отопления нагревательных печей главным образом применяют  газообразное топливо. Состав газообразного топлива задается в виде процентного содержания составных компонентов смеси. Влага задается в виде массы воды на единицу объема сухого газа W, г/м3.

 

1) Пересчитаем состав сухого газа на влажный, для этого определим содержание водяного пара в газах (формула 1.1 [1])

 

а) Доменный :

б) Коксовый :

и состав влажных газов (формула 1.2 [1])

 

где: xiвл, xiс – объёмные доли компонента соответственно во влажных и сухих газах. Пересчитанные составы сводим в таблицу 1:

Таблица 1

газ

СН4

C2Н6

СО2

О2

СО

Н2

N2

Н2О

Сумма

Доменный

0,29

-

11,910

0,190

25,72

4,760

52,340

4,74

100%

Коксовый

24,4

2,20

2,29

0,47

6,22

57,28

2,87

4,17

100%

Смешанный

7,52

0,66

9,01

0,27

19,80

20,51

37,74

4,56

100%


2) Рассчитаем теплоту  сгорания коксового, природного  газов и их смеси (формула 1.5 [1]).

 

Где : - доли компонентов входящих в состав газа , в %

а) доменный газ:

б) коксовый газ:  

в) смешанный:

 

3) Рассчитаем состав смешанного  газа  (формула 1.4 [1]):


%

%

%

%

%

%

%

%

4) Расход кислорода на горение смешанного газа (формула 1.6 [1]):

5) Действительный расход воздуха (формула 1.7 [1]):

 

 – коэффициент расхода воздуха

k – отношение объёмных содержаний N2, O2 в дутье

6) Объём компонентов продуктов сгорания: (формула 1.8 [1]

       

7) Общий объём продуктов сгорания (формула 1.9 [1]):

 

8) Состав продуктов сгорания (формула 1.10 [1])

 

компоненты

сумма

СО2

Н2О

N2

O2

%

13,72

15,32

69,52

1,35

100


2. Температурный режим  нагрева металла.



Под режимом нагрева подразумевают характер изменения температуры печных газов и металла во времени. Характер температурного режима нагревательной печи определяется пластичностью материала, массивностью нагреваемых изделий, начальным и требуемым конечным состоянием металла, конструктивными особенностями печи.

При трехступенчатом режиме имеются  три теплотехнические зоны: методическая, сварочная и томильная.

Трёхступенчатый режим нагрева металла.

– начальная температура металла (15°С)

– температура уходящих газов (900°С)

– температура сварочной зоны (1300°С)

– конечная температура поверхности металла (1200°С)

– температура газов в томильной зоне (1250°С)


– конечный перепад температур по сечению слитка (30°С)

– температура поверхности металла

– температура середины материала.

3.Нагрев металла.

 3.1 Методическая зона.

Одним из факторов, лимитирующих скорость нагрева металла, являются термические напряжения, обусловленные разностью температур. Наружные, более нагретые слои, стремятся расшириться и находятся, поэтому в сжатом состоянии. Внутренние, более холодные слои, подвержены при этом растягивающим усилиям. Если эти напряжения не превосходят предела упругости, то с выравниванием температуры по сечению термические напряжения исчезают. Сталь (за исключением некоторых специальных марок) обладает упругими свойствами до температуры 450 ¸ 500 0С, выше этой температуры переходит в пластическое состояние. Следовательно, температурные напряжения должны учитываться до перехода металла из упругого состояния в пластическое. Поэтому рекомендуется медленный (методический) нагрев заготовок до тех пор, пока температура центра не превысит 500 0С.

Информация о работе Расчет трёхзонной методической печи с двухсторонним обогревом