Расчет секционной печи для нагрева труб

Исходные данные

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

2. Размеры труб

2.1 наружный диаметр dтр=50 мм

2.2 толщина стенки Sтр=1мм

2.3 длина l =12 м

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

4. Производительность печи P =0,3 т/ч

5. Число ручьев n=1 шт

Разрыв между трубами в печи м 0,5

6. Температура в 1 секции печи tc 0С выбрать

7. Температура трубы 0С

7.1 начальная tмнач =20 0С

7.2 конечная tмкон =600 0С

8. Топливо

9. Температура подогрева воздуха tв =3700С

10. Коэффициент расхода воздуха бв =1,08

11. Тип горелок выбрать

12. Размеры рабочего пространства секции

12.1 длина Lc=1,5 м

12.2 диаметр Dc =1,0 м

13. Размеры рабочего пространства тамбура

13.1 длина Lт=0,5 м

13.2 диаметр Dт=0,5 м

14. Размеры проема между секцией и тамбуром

14.1 диаметр Dпр=0,3 м

14.2 толщина lпр = 0,2 м

15. Футеровка секции

15.1 материал шамотно-волокнистые плиты ШВП-350

15.2 толщина Sс=300 мм

16. Футеровка тамбура

16.1 материал муллитокремнеземистый войлок МКВР-200

16.2 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

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

2. Внутренняя поверхность кладки (на 1 м 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

1. Температура кладки, оС Принимаем температуру кладки:

2. Температура трубы, оС

· Начальная

· Конечная (задаемся)

· Средняя

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

4. Средняя теплоемкость металла в интервале температур нагрева,

5. Число Старка

<0,15 —- тело тонкое

6. Коэффициент заполнения печи

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

7. Масса одного метра трубы, т/м

т/м

8 Продолжительность нагрева трубы в секции, ч

где: n-число ручьев; Lc-длина секции; Mмасса 1 м длины заготовки; Pпроизводительность печи; kзкоэффициент заполнения печи.

9. Коэффициент формы

10. Начальный температурный фактор, К-3

К-3

11. Конечный температурный фактор, К-3

К-3

12. Конечная температура трубы, оС

4. 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)

C4H10+13/2O2=4CO2+5H2O (пар)

C5H12+8O2=5CO2+6H2O (пар)

Таблица № 2

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

кг/м3

г). Составим материальный баланс горения.

Поступило:

100 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 1663,2 м³, 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: 2115,18 кг 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

кДж/м3

Т2=2200 оС

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

кДж/м3

5. Тепловой баланс печи

1. Химическое тепло топлива, кВт

2. Физическое тепло воздуха, кВт

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

4. Расход тепла на нагреве труб, кВт

5. Температура уходящих продуктов сгорания ,?С

6. Потери тепла с уходящими продуктами сгорания, кВт

7. Температура внутренней поверхности кладки секции, ?C

8. Материал (толщина, мм) кладки секции

Шамотно-волкнистые плиты ШВП-350

9. Удельный тепловой поток через кладку, кВт/м2

10. Поверхность кладки, м2

11. Потери тепла через кладку, кВт

12. Неучтенные потери, кВт

кВт

13. Уравнение теплового баланса

14. Расход газа, м3/ч

15. Тепловая мощность, кВт

кВт

6. Расчет расхода топлива по секции

1. Химическое тепло топлива, кВт

2. Физическое тепло воздуха, кВт

3. Расход тепла на нагреве труб, кВт

4. Потери тепла с уходящими продуктами сгорания, кВт

5. Потери тепла через кладку, кВт

6. Неучтенные потери, кВт

кВт

7. Расход газа, м3/ч

8.Тепловая мощность, кВт

кВт

9. Потребление тепла печью, кВт

10.Удельный расход тепла, кДж/кг

7. Определения основных размеров и параметров печи

1. Количества секций, шт

N=1шт

2.Длина печи, м

3. Общая продолжительность нагрева, ч

4. Скорость перемещения трубы в печи, м/ч

5. 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,=16,09 м³.

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)

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

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