Расчет регенератора мартеновской печи

РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТОРА МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА 

Рассчитать регенератор  одноканальной мартеновской печи для  подогрева воздуха при следующих  исходных данных:

Ёмкость печи - 600 т.

Секундный объем  продуктов горения на воздухе  в регенератор, м^э/с.:

V’ пг. = 16.

Состав продуктов  горения на выходе в насадку, %:

СO₂ = 17,0; Н₂O = 18,0; O₂ =1,0; N₂ = 64,0

Секундный расход подогреваемого воздуха на выходе в  поднасадочное пространство регенератора, м³/с.: V’_B -10.

Температура подогрева  воздуха на выходе из регенератора: t”_B =1070 °C.\

Температура воздуха  начальная: t’ в = 60 °С.

Температура продуктов  горения на выходе в насадку: t’ _п.г. =1600 °С.

Размеры ячейки регенератора d=0,15 м. (150 х 150 мм).

Толщина кирпича  δ = 0,075 м. Ширина камеры регенератора В=6,8 м.

Отношение ширины насадки к её длине: B/L = 0,84. 

Принять тип  насадки однооборотный, состоящий  из верхней форстерито-вой части, выложенной по системе Каупер и нижней шамотной, выложенной по системе Сименс.

Принять что, одну треть тепла воздух получает от форстеритовой и шамотной частей.

Необходимо определить высоту насадки, в том числе её форстеритовой и шамотной частей. 

ХОД РАСЧЕТА 

Принимаем период полуцикла теплообмена:

τ_нагр.= τ_охл.= 450с. (0,125 ч.) 

Из заданного  соотношения рассчитаем длину регенератора:

L = 6,8/0,84 = 8,1 м. 

Тогда площадь  поперечного сечения камеры составит:

F = B × L = 8,1 × 6,8 = 55,08 м² 

Определяем удельное живое сечение насадки по формуле:

W = 1/(1+δ/d)² = 1/(1+ 0,075/0,15) ² = 0,444 м²/м³ 

Сечение для  прохода продуктов горения (воздуха):

F’ = F×W = 55,08 ×  0,444 = 24,4555 м² 

1. Удельная поверхность нагрева:

Форстеритовой части (система Каупер):

Ф_Ф = (4×d) /(d+δ)² = (4 × 0,15)/(0,15 + 0,075)² = 11,85 м²/м³ 

Шамотной части (система Сименс):

Ф_ш = 2/(d + δ) + (1,5 × d × δ +2 × a ×(d - δ))/( (d+δ)² × h) 

где h = 0,115 - высота кирпича, м;

а = 0,025 - высота нижнего  бокового уступа кирпича, м.

Ф_ш = 2/(0,15 + 0,075) + (1,5 × 0,15 × 0,075 + 2 × 0,025 ×(0,15 – 0,075))/ ((0,15 + 0,075)² × 0,115) = 12,43 м²/м³  

Количество тепла, полученное воздухом за полуцикл теплообмена:

∆I_в = V’_B × τ × (С”_в × t”_B - С”_в × t”_B) = 10 × 450 × (0, 3462 × 1070 - 0,3162 × 60) = 1581579 ккал/пер. 

где C''в и C''в - средняя теплоёмкость воздуха при постоянном давлении соответственно при температурах 1070 °С и 60 °С. 

Количество тепла, выносимое продуктами горения в регенератор:

I’_п.г. = V’_пг. × τ × (С_п)’_п.г. × t’ _п.г ,

где (Ср)'_п.г. - теплоёмкость продуктов сгорания, определяемая как сумма теплоемкостей долей данного газа в составе продуктов сгорания.

                               _{1600                                                 1600                                                   1600                                            1600}

(С_п)’_п.г. = (С_п)_CO2 × 0,18 + (С_п)_H2O × 0,17 + (С_п)_O2 ×0,01 + (С_п)_N2 ×0,64 = 0,5696 ×

× 0,18 + 0,4447 × 0,17 + 0,3678  × 0,01 + 0,3476 × 0,64 = 0,404321 ккал/м³ 

Теплоёмкости  газов при t’ _п.г =1600 °C находим из приложения А, путем интерполирования.

I’_п.г. = 16 × 450 × 0,404321 × 1600 = 4657777,92 ккал/пер. 

Состав продуктов горения по высоте насадки. Принимаем, что суммарный подсос воздуха на тракте насадки равен 20% от количества продуктов горения входящих в насадку.

Принимаем, что  форстеритовая и шамотная части  насадки подсасывают одинаковое количество воздуха. 

2.Тогда количество воздуха, подсосанное форстеритовой частью насадки: 

∆V _форст = V’_пг. × 0,1 = 16 × 0,1 = 1,6 м³/с

шамотной частью насадки:

∆V _шам = V’_пг. × 0,1 = 16 × 0,1 = 1,6 м³/с 

3. В этом случае состав и количество продуктов горения за форстеритовой частью:

                                                                м³/с                    %

CO₂      16 × 0,18                                    2,88                   16,36

H₂O      16 × 0,17                                    2,72                   15,45

O₂              16 × 0,01 + 1,6 × 0,21               0,496                 2,82

N₂         16 × 0,64 + 1,6 × 0,79               11,504               65,37

                                       Всего:              17,6                    100

                                                         _п.ф.ч. 

V_пг = 17,6 м³/с     

Состав и количество продуктов горения за шамотной частью, т. е. на выходе из насадки:   

                                                                         м³/с                    %

   

CO₂      17,6 × 0,1636                                    2,88                   14,99

H₂O      17,6 × 0,1545                                    2,72                   14,17

O₂              17,6 × 0,0282 + 1,6 × 0,21               0,832                  4,34

N₂         17,6 × 0,6537 + 1,6 × 0,79               12,769                66,5

                                       Всего:                       19,201               100 

V”_пг = 19.201 м³/с 

4. Количество тепла, отданное форстеритовой частью насадки воздуху:

∆I^ф.ч. = ∆Iв / 3 = 1581579 / 3 = 527193 ккал/пер. 

Количество тепла, отданное шамотной частью насадки воздуху:

∆I_в^ш.ч. = ∆Iв - ∆I^ф.ч. = 1581579 - 527193 = 1054386 ккал/пер. 

Количество тепла  в продуктах горения после  форстеритовой части насадки. Принимаем, что регенератор теряет в окружающее пространство за счет теплопроводности через стены 10% тепла, идущего с продуктами горения, причем форстеритовая часть теряет 50% и шамотная часть - 50%.

  _{п.ф.ч.                                             ф.ч.}

I_п.г.   = I’_п.г. × 0,95 - ∆I_в   = 4657777,92 × 0,95 - 527193 = 3897696,024 ккал/пер. 

Количество тепла  в продуктах горения после шамотной части насадки (на выходе из регенератора):

                         _п.ф.ч.                                            

I”_п.г.   = (I_п.г.  – 0,05 × I’_п.г.) - ∆I_в^ш.ч. = (3897696,024 – 0,05 × 4657777,92) -                   

1054386 = 2610421,128 ккал/пер. 

Строим  It диаграмму для продуктов горения. Для этого через определённые интервалы задаемся температурой и при каждом её значении определяем энтальпию продуктов сгорания, по их составу и табличным значениям составляющих компонентов.

5. Таблица 2.1 - Расчет энтальпии продуктов горения для форстеритовой    насадки 

 
 
 

Определяем энтальпию  и температуру продуктов сгорания. Энтальпия продуктов сгорания после  форстеритовой части:

  _{п.ф.ч.          п.ф.ч.                          п.ф.ч.}

i”_п.г.   = I_п.г.   / τ_сек × V_пг = 3897696,024 / 450 × 17,6 = 492.133ккал/м²

= 2066.96 кДж/ м³                                                                                

                                                                                     _п.ф.ч.

По It -диаграмме это соответствует температуре t”_п.г. = 1260 °C

Энтальпия продуктов  сгорания после шамотной части (на выходе из насадки). 

i”_п.г. = I”_п.г./ τ_сек × V”_пг = 2610421,128  / 450 × 19.201 = 302,12 ккал/м²

= 1268,9 кДж/ м³                                                                                

По It - диаграмме это соответствует температуре t”_п.г. =  820 °C 

Энтальпия и  температура воздуха на границе  форстеритовой и шамотной частей насадки

 _{ф.ш.       нач.           ш.ц..}

i_в. =  i_в.    + ∆ i_в. / τ_сек × V’_в = 15,5 + 1054386 / 450 × 10 = 249,8 ккал/м³  

По приложению А, методом интерполирования для  полученного значения

                                                                                                                        _ф.ш.

энтальпии воздух будет иметь температуру: t_в. =678 °C 

Рассчитаем средний  перепад температур форстеритовой  части насадки:

 

   _в

∆t_ср = ((1600 – 1070) – (1260 - 678)) / (2.3lg ((1600 – 1070) / (1260 - 678)) =

       = -52 / (-0.0943)= 552°C 

Аналогично рассчитываем средний перепад температур для шамотной части насадки: