Расчет секционной печи для нагрева труб

Расчет секционной печи для нагрева труб

Исходные данные

1.      Тип и название печи Проходная секционная печь для скоростного нагрева труб

2.      Размеры труб

.1 наружный диаметр dтр=50 мм

.2 толщина стенки Sтр=1мм

.3 длина l =12 м

3.      Марка стали(плотность, кг/м3) малоуглеродистая, 7850 кг/м3

4.      Производительность печи P =0,3 т/ч

.        Число ручьев n=1 шт

Разрыв между трубами в печи м 0,5

. Температура в 1 секции печи tc 0С выбрать

. Температура трубы 0С

.1 начальная tмнач =20 0С

.2 конечная tмкон =600 0С

. Топливо

9. Температура подогрева воздуха tв =3700С

. Коэффициент расхода воздуха αв =1,08

. Тип горелок выбрать

. Размеры рабочего пространства секции

.1 длина Lc=1,5 м

.2 диаметр Dc =1,0 м

. Размеры рабочего пространства тамбура

.1 длина Lт=0,5 м

.2 диаметр Dт=0,5 м

. Размеры проема между секцией и тамбуром

.1 диаметр Dпр=0,3 м

.2 толщина lпр = 0,2 м

. Футеровка секции

.1 материал шамотно-волокнистые плиты ШВП-350

.2 толщина Sс=300 мм

. Футеровка тамбура

.1 материал муллитокремнеземистый войлок МКВР-200

.2 толщина Sт=200 мм

1. Краткое описание печи и ее схема

Секционные печи скоростного нагрева применяют для нагрева больших партий однородного сортамента трубной заготовки и труб диаметром до 200 мм и длиной не менее 2,5-3 м. Иногда в этих печах нагревают квадратную заготовку небольших размеров.

Секционные печи состоят из установленных в одну линию отапливаемых камер. (секций) и расположенных между ними неотапливаемых тамбуров, в которых находятся транспортирующие ролики. Ролики косо расположены, что обеспечивает непрерывное вращение заготовки во время нагрева. Заготовки можно перемещать в печи в один, два или три ряда (ручья). Каждая секция имеет самостоятельное," отопление - и дымоотбор; несколько секций объединяют в общую систему регулирования (зону). Длина секции 1,5- 1,75 м, поперечные размеры на 0,4-0,6 м больше поперечных размеров нагреваемой заготовки; длина неотапливаемого тамбура 0,35 - 0,5 м.

2. Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи

. Наружная поверхность трубы (на 1 м длины), м2

2. Внутренняя поверхность кладки (на 1м длины), м2

3. Угловой коэффициент излучения кладки на трубу

4. Приведенный коэффициент излучения, Вт/(м2.К4)

5. Приведенный коэффициент излучения с учетом конвекции, Вт/(м2.К4)

3. Расчет нагрева труб

. Температура кладки, оС

Принимаем температуру кладки:

. Температура трубы, оС

·        Начальная

·        Конечная  (задаемся)

·        Средняя

3. Теплотворность металла при средней температуре, Вт/(м.К)

4. Средняя теплоемкость металла в интервале температур нагрева,

. Число Старка

<0,15 --- тело тонкое

6. Коэффициент заполнения печи

где: l- длина трубы, t-разрыв между трубами в печи.

. Масса одного метра трубы, т/м

 т/м

8 Продолжительность нагрева трубы в секции, ч

где: n-число ручьев; Lc-длина секции; M- масса 1 м длины заготовки; P- производительность печи; kз- коэффициент заполнения печи.

. Коэффициент формы

10. Начальный температурный фактор, К-3

 К-3

. Конечный температурный фактор, К-3

 К-3

12. Конечная температура трубы, оС

. Расчет горения топлива (состав исходного газа, состав и калориметрическая температура продуктов горения)

Пересчет сухую массу на влажную, в исходном топливе появляется H2O (сумма каждой составляющей = 100%)

Таблица №1

Дано: n=1,08; Tв=370 оС

а). Определим теплоту сгорания природного газа, пользуясь табличными значениями тепловых эффектов горения горючих компонентов топлива.

б). Определение расхода воздуха необходимого для горения количества и состава продуктов сгорания ведется на 100 м3 исходного топлива, а вычисления делаются в табличной форме.

Реакция окисления горючих компонентов топлива:

CH4+2O2=2H2O(пар)

С2H4+3O2=2CO2+2H2O(пар)

C2H6+7/2O2=2CO2+3H2O(пар)

C3H8+5O2=3CO2+4H2O(пар)H10+13/2O2=4CO2+5H2O(пар)H12+8O2=5CO2+6H2O(пар)

Таблица № 2

в). Находим плотность компонентов газа и продуктов сгорания топлива.

 , кг/м3

г). Составим материальный баланс горения.

Поступило:

м3 топлива, в том числе:

CH4=> 55,57∙0,714=39,68 кг

C2H6=> 14,5∙1,339=19,41 кг

C3H8=> 10,6∙1,964=20,82 кг

C4H10=> 7,73∙2,589=20 кг

C5H12=> 3,87∙3,214=12,44 кг

CO2=> 1,45∙1,964=2,85 кг

N2=> 2,9∙1,25=3,63 кг

H2O=> 3,4∙0,804=2,734 кг

Всего топлива: 121,6 кг

Воздуха 1758,46 м3 , в том числе:

О2 => 319,8 ∙ 1,429=457 кг N2=> 1228,77∙1,25=1536 кг

Всего воздуха: 1993 кг

Итого: топлив + воздух = 121,6+1993=2114,6 кг

Получено продуктов сгорания 1663,2м3 , в то числе:

CO2=> 168,09∙1,964=330,13 кг

H2O=> 247,81∙0,804=199,24 кг

О2=> 34,86∙1,429=49,81 кг

N2=> 1228,77∙1,25=1536 кг

Всего: 2115,18кг

Невязка баланса:

е). Определение колориметрической температуры горения топлива методом последовательных приближений.

где =0 - в таблице энтальпий, энтальпия зависит от T

при температуре Tв=370 оС => Cв=1,318 кДж/(м3К) =>

 кДж/м3

 кДж/м3

Задаемся Т1=2100 оС

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

Т2=2200 оС

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

 кДж/м3

. Тепловой баланс печи

. Химическое тепло топлива, кВт

. Физическое тепло воздуха, кВт

. Средняя теплоемкость металла в секции, кДж/(кг K)

. Расход тепла на нагреве труб, кВт

. Температура уходящих продуктов сгорания ,⁰С

. Потери тепла с уходящими продуктами сгорания, кВт

. Температура внутренней поверхности кладки секции, ⁰C

. Материал (толщина, мм) кладки секции

Шамотно-волкнистые плиты ШВП-350

9. Удельный тепловой поток через кладку, кВт/м2

. Поверхность кладки, м2

11. Потери тепла через кладку, кВт

. Неучтенные потери, кВт

 кВт

. Уравнение теплового баланса

. Расход газа, м3/ч

. Тепловая мощность, кВт

 кВт

6. Расчет расхода топлива по секции

. Химическое тепло топлива, кВт

. Физическое тепло воздуха, кВт

. Расход тепла на нагреве труб, кВт

. Потери тепла с уходящими продуктами сгорания, кВт

. Потери тепла через кладку, кВт

. Неучтенные потери, кВт

 кВт

. Расход газа, м3/ч

.Тепловая мощность, кВт

 кВт

. Потребление тепла печью,кВт

.Удельный расход тепла, кДж/кг

. Определения основных размеров и параметров печи

. Количества секций, шт

N=1шт

.Длина печи, м

. Общая продолжительность нагрева, ч

. Скорость перемещения трубы в печи, м/ч

. Удельное время нагрева, мин/см

8. Расчет горелок

По расчетам горения топлива общий расход газа на печь составляет =0,0006 м3/с; теплота сгорания топлива - Qн = 53,66 МДж/м3; температура подогрева воздуха - tв=370 0С, tг=20 0С, =1,08,=16,09м3.

Принимаем давление газа перед горелкой 5 кПа

Давление воздуха 3 кПа

Нормализованные горелки типа “труба в трубе” вида ДВМ-20. По графику определяем, что при данном давлении пропускная способность горелки для газа с заданной теплотой сгорания составит VВ=0,01 м3/с.

По таблице находим, что полученному значению к соответствует горелка с диаметром носика dн.г.=30, т.е. горелка ДВМ-20. Считая газ холодным, т.е. Тг=Т0=293 К, находим скорость истечения газа из сопла:

Количества воздуха

 м3/с

Расчетной расход воздуха

 м3/с

Диаметр газового сопла определяется по графику: d2=12мм

Расчетной пропускной способность по газу определяется

 м3/с

Скорость истечения газа и воздуха из горелки равен: v=60м/с

Горелка типа «труба в трубе» малой мощности для газов с высокой теплотой сгорания: 1 - газовое сопло; 2 - воздушная коробка

секционный печь труба газ

Литература

1. В.С. Мастрюков. Теория, конструкция и расчёты металлургических печей. М., Металлургия, 1986(1972, 1978)

. Металлургические печи. Атлас. Учебное пособие для вузов. В.И. Миткалинный, В.А. Кривандин и др. 3-е издание, перераб. и доп. М., Металлургия, 1987г

. Расчет нагревательных и термических печей. Справочник. Под ред. В.М. Тымчака и В.Л. Гусовского Издательство М., Металлургия, 1987г стр 76-84