МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

     Кафедра Обработка Металла Давлением

Курсовая  работа

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

по теплотехнике

на тему:

«Расчёт трёхзонной толкательной методической печи»

Преподаватель:  

     Студент:

     Группа:   

Екатеринбург 2010

 
 

Содержание

 

Задание…………………………………………………………………………3

Введение……………………………………………………………………….4

1. Конструкция толкательных методических печей........................................5

1.1. Профиль печного канала................................................................................8

1.2. Конструкция  пода и транспортирующих устройств……………………..11

1.3. Режим  нагрева металла…………………………………………………….11

2. Методика  расчета печи………………………………………………………13

2.1. Расчет  горения топлива……………………………………………………13

3.  Расчёт  нагрева металла……………………………………………………...17

3.1. Расчёт  основных параметров теплообмена………………………………17

3.2. Первая  ступень нагрева методическая  зона………………….…………..18

3.3. Вторая  ступень нагрева сварочная зона……………………...…………..21

3.4. Третья  ступень нагрева томильная зона…………………………...……..24

4. Тепловой баланс  методической печи.……………………………………....26

5. Расчёт  рекуператора………………………………………………………....36

5.1. Определение коэффициента теплоотдачи продуктов сгорания………...37

5.2. Определение требуемой поверхности теплообмена…………………….39

5.3. Определение размеров рекуператора…………………………………….39

5.4. Окончательные размеры рекуператора………………………………..…40

6. Выбор  горелок……………………………………………………………….41

Заключение……………………………………………………………………..43

Список  использованных источников…………………………………………44

 

     

     Задание на курсовую работу

 

     1. Рассчитать тепловую работу трёхзонной  толкательной методической печи  для нагрева слитков спокойной  стали (Ст3, малоуглеродистая) среднего  сечения S x Sм = 0,31 х 0,31м,  длиной L=2,1м, от начальной температуры t_нач=t_мет0=30^оС до конечных температур: верхней поверхности заготовки t_п3=1250^оС и нижней t_п.н.3=1175^оС. Производительность печи Р=15т/ч. Угар металла Р_уг.=2,5%. Топливо – природный газ с теплотой сгорания Q^н_р=33500кДж/м³. Температура подогрева воздуха t_в=290 ^оС.

     2. Определить время нагрева слитка, расход топлива, длину пода  и основные показатели работы  печи, выбрать тип горелок и  их количество для каждой зоны.

 

     

     Введение

 

     Печь  – технологическое оборудование, в котором рабочим видом энергии является тепло и рабочее пространство которого ограждено от окружающей среды. Разнообразие промышленных печей, используемых в производстве, вызывает необходимость подразделения их на основные группы.

     По  способу генерации теплоты все печи подразделяют на топливные, где теплота выделяется за счет горения топлива, и электрические, где электроэнергия преобразуется в теплоту электрической дугой, нагревательными элементами сопротивления или индукцией.

     По  условиям теплопередачи подразделяют на печи:

     а) с теплопередачей излучением;

     б) с теплопередачей конвекцией.

     Работа  печей характеризуется тепловой мощностью, тепловой нагрузкой, температурным  и тепловым режимами.

     По  тепловому режиму печи подразделяют на печи:

     а) работающие по камерному режиму;

     б) работающие по методическому режиму.

     В печах, работающих по камерному режиму, температура рабочего пространства остается постоянной на протяжении всего  времени работы печи.

     В печах, работающих по методическому  режиму, температура в печи изменяется по длине печи или во времени.

     Методические  нагревательные печи широко применяются  в прокатных и кузнечных цехах  для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок.

     По  методу транспортировки металла  методические печи относятся к так называемым проходным печам. Ряд соприкасающихся друг с другом заготовок заполняет весь под печи и продвигается через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.

     Наиболее  важными классификационными признаками методических печей являются:

     а) температурный режим печи (по длине);

     б) двусторонний или односторонний  характер нагрева металла;

     в) способ выдачи металла из печи (боковая или торцовая выдача).

     Кроме того, классификация выполняется по виду нагреваемых заготовок, методу утилизации тепла отходящих дымовых газов, виду топлива, числу рядов заготовок в печи. 

 

     

     1. Конструкция методических  печей

 

     Конструкция методической печи зависит от характеристик нагреваемого металла, производительности стана и вида топлива, на котором работает печь. Параметры нагреваемого металла определяют наличие или отсутствие следующих важных составных частей печи: нескольких участков подвода топлива в сварочную зону, томильную зону и зоны нижнего подогрева. От формы заготовок зависит горизонтальное или наклонное расположение пода печи.

     При нагреве тонких заготовок (50 – 60 мм), которые и с одной стороны  прогреваются достаточно быстро, можно  не применять нижний обогрев. Нагревая цилиндрическую заготовку, которую  нельзя проталкивать, необходимо делать наклонный под по всей длине, чтобы заготовки могли перекатываться.

     Производительность  прокатного стана или кузнечно-прессовой  установки определяет общую производительность печи и их размеры. Вид применяемого топлива обусловливает выбор таких конструктивных элементов печи, как рекуператоры и горелки. В качестве топлива для методических печей используются смеси коксового и доменного газов с различной теплотой сгорания, природный газ и различные смеси природного, коксового и доменного газов, а также жидкое топливо – мазут.

     Для достижения требующейся рабочей  температуры в печи необходимо, чтобы  калориметрическая температура  горения составляла 1800^оС и более. Подобная калориметрическая температура может быть достигнута при использовании:

     1) высококалорийного топлива, –  газа с теплотой сгорания выше 12570 кДж/м³ или мазута. В этом случае утилизация тепла отходящих дымовых газов преследует только одну цель – повысить экономичность работы печи (снизить расход топлива), а для повышения калориметрической температуры подогрев воздуха и газа в данном случае необязательны;

     2) холодного газа, характеризуемого  средней теплотой сгорания, равной 8400 кДж/м³, с подогревом воздуха до 450 – 500^оС и применением горелок любой конструкции – как с предварительным, так и с внешним смешением;

     3) газа с низкой теплотой сгорания, т. е.  =5000+5800 кДж/м³, вплоть до чистого доменного газа с подогревом воздуха до 500 – 550^оС и газа до 250 – 300^оС, а также обязательно с применением инжекционных горелок, обеспечивающих хорошее смешение топлива с воздухом.   

 

     Методические  печи, работающие на газообразном топливе  с низкой теплотой сгорания.

     Подобная  конструкция была создана под  руководством Б. Р. Именитова (рисунок 1). В печи предусмотрена боковая выдача заготовок, отапливается

 
 

печь  при помощи инжекционных горелок, которые  работают на подогретом воздухе (до 550^о) и – газе (до 300^о). Применение инжекционных горелок позволяет наиболее рационально использовать химическое тепло топлива, так как при беспламенном горении достигается ускорение процессов горения и приближение действительной температуры горения к теоретической (при уменьшении избытка воздуха и доведения до минимума недожога топлива).

     

 

     Рисунок 1 – Двухзонная методическая печь старой конструкции

 

     В этих печах воздух для горения  засасывается из атмосферы через  расположенный под печью керамический рекуператор (объемом 125 м³) и систему воздухопроводов. Аэродинамическое сопротивление воздушного пути преодолевается за счет геометрического напора подогретого воздуха, движущегося вверх через рекуператор и воздухопроводы, а также за счет инжектирующего действия горелок. Газообразное топливо обычно подогревается в трубчатом металлическом рекуператоре, устанавливаемом в дымовом борове последовательно за воздушным рекуператором. Управление печами может быть автоматизировано, причем автоматика работает наиболее эффективно при отоплении одним доменным газом. Подобные печи работают весьма эффективно, обеспечивая удельную производительность ~550 кг/м²час при удельном расходе топлива 500 ккал/кг и пока являются более совершенными. Однако эти печи имеют большое количество недостатков. Дело в том, что они практически, работают на пределе своих возможностей. Повысить температуру подогрева воздуха выше 550^о нельзя, во избежание самовоспламенения смеси в корпусе горелки. Осуществить устойчивый подогрев газа выше 300^о также трудно, поскольку температура дымовых газов за керамическим рекуператором не превышает 550 – 600^о.

     Вместе  с тем конструкции инжекционных горелок исключают их применение для сжигания газообразного топлива с высоким содержанием водорода и в случаях смешанного газо-мазутного отопления.

 

     Методические  печи, работающие на газе высокой теплоты  сгорания.

     В печах, работающих на топливе высокой теплоты сгорания, подогрев газа не является необходимым. Подогрев воздуха в металлических рекуператорах до 300 – 400^о необходим только в тех печах, которые работают на топливе теплотой сгорания 2000 – 2500 ккал/м³. при теплоте сгорания выше 2500 ккал/м³ подогрев воздуха для достижения необходимой температуры горения необязателен, однако для уменьшения расхода топлива подогрев воздуха всегда целесообразен.

     Помимо  топлива, конструкция методических печей в значительной мере зависит  от требуемой производительности.

      Высокая производительность методических печей может быть обеспечена путем увеличения размеров печей  и повышения их удельной производительности. Для повышения удельной производительности печей необходимо вести нагрев металла  форсировано, для чего следует поднять температурный уровень по всей длине печи. С этой целью стали применять печи с двумя рядами горелок в верхней части сварочной зоны печей. Одна из таких печей для нагрева слябов к непрерывному тонколистовому стану представлена на рисунке 2.