Сжигание топлива при заданных температурных условиях печи

Печь имеет площадь сечения AB и высоту H. Высота уровня расплава в печи h.

Для поддержания заданного уровня температуры расплава в рабочем пространстве печи сжигают органическое топливо заданного состава.

Температура продуктов сгорания — ;

Температура отходящих газов — ;

Температура расплава на поверхности — ;

Падение температуры расплава на поверхности 105 град/м;

Температура наружной стенки под уровнем расплава — 70 град;

Температура наружной стенки над уровнем расплава — 90 град;

Температура наружной поверхности свода — 250 град;

Температура наружной поверхности подины — 110 град;

Режим работы печи — непрерывный.

1. Разработать конструкцию ограждений печи.

2. Рассчитать процесс сжигания топлива при заданных температурных условиях печи.

3. Составить тепловой баланс печи и определить расход топлива.

4. Выбрать и рассчитать сожигательное устройство.

A=7973 мм

B=24 915 мм

H=3200 мм

h=1024 мм

=1581 єС

=1308 єС

=1155 єС Состав топлива, % об.

5,0%

20,9%

2,4%

66,6%

2,6%

1,0%

1,5%

Средний химический состав расплава, % масс.

Фосфорный шлак № 1:

54,9%

9,3%

26,2%

5,0%

1,3%

1,3%

0,1%

Свод печи — распорно-подвесной.

1. Расчет процесса сжигания топлива при заданных температурных условиях печи

1.1 Определим режим сжигания, состав и объем продуктов сгорания

сжигание печь тепловой баланс

Т.к. длина печи составляет 24 915 мм, принимаем решение сжигать топливо с помощью форсунок высокого давления с двойным распылением. Значит, примем коэффициент расхода воздуха .

Расчет горения топлива при :

Расчет горения топлива при :

Рассчитаем исходное теплосодержание продуктов сгорания топлива заданного состава при принятом коэффициенте расхода воздуха.

Определим теплосодержание продуктов сгорания при заданном значении и .

Рассчитаем калориметрическую температуру продуктов сгорания при заданном значении .

.

Теплосодержание продуктов сгорания при (по приложению 43 [2]):

В связи с тем, что расхождение теплосодержаний находится в пределах погрешности расчета (5%), обеспечить заданное значение при сжигании топлива с можно без подогрева воздуха.

2. Конструирование ограждений печи

2.1 Стены над уровнем расплава

Выбор материала и толщины рабочего слоя

Данные:

;

Продукты сгорания содержат окислительные реагенты ();

Футеровка печи работает без теплосмен (печь непрерывного действия).

По приложению 53 с учетом данных таблицы 16.3 выбираю динасовый огнеупор со следующими свойствами:

; .

Высота надслоевого пространства

По таблице 16.6 выбираю толщину рабочего слоя: .

В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки над уровнем расплава не должна превышать 90єС. По таблице 16.7 определяю плотность теплового потока от вертикальной стенки:

при

Расчет температуры наружной стены рабочего огнеупора.

Для определения задаюсь предварительно значением =

;

Сопоставляю расчетное значение с принятым значением :

Повторяю расчет, приняв для определения :

Окончательно принимаю температуру наружной поверхности рабочего слоя огнеупора .

Толщина слоя

Подбор легковесного огнеупора для второго слоя футеровки

По приложению 54 и условию 16.4 [2], с учетом таблицы 16.4 [2], принимаю к установке шамотный легковес ШЛА — 1,2 со следующими рабочими свойствами:

В качестве теплоизоляционного материала по приложению 55 выбираю пенодиатомитовый кирпич ПД:

Из условия 16.5 определяю наружную температуру второго слоя :

;

Толщина д₂ слоя легковеса:

Принимаю

Так как принятая температура не равна рассчитанной, проверяю, как изменится температура на наружной поверхности легковеса.

Окончательно принимаю

Расчет толщины слоя теплоизоляции

В качестве третьего слоя футеровки был принят пенодиатомитовый кирпич ПД:

Принимаю

Так как ?(245,34?90 єС), принимаю решение использовать обмазку. По приложению 55 выбираю в качестве обмазки асбузурит мастичный со следующими рабочими свойствами: =900єС

=0,13 Вт/м· єС

=0,021 м

Окончательно принимаю: =245,34єС =90єС

=0,116 м =0,021 м

Определение расчетного значения плотности теплового потока в окружающую среду

;

Проверяю степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

2.2 Стены под уровнем расплава

По химическому составу шлака определяем его группу.

Основность шлака

.

В соответствии с классификацией (табл. 16.2 [2]) расплав относится к группе кислых.

Температура расплава

где ф — коэффициент, учитывающий падение температуры в глубине расплава.

Выбор материала и толщины рабочего слоя

Принимая во внимание, что температура внутренней поверхности рабочего слоя равна температуре расплава, по данным таблицы 16.3 и приложения 53 устанавливаю, что в данных шлаках при заданной температуре хорошо будет стоять динасовый огнеупор.

Высота стены

По таблице 16.6 выбираю толщину рабочего слоя: .

Принимаю

В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки под уровнем расплава не должна превышать 70 єС. По таблице 16.7 определяю плотность теплового потока от вертикальной стенки в окружающую среду:

при =70єС

Уточняю значение :

Повторяю расчет, приняв для определения :

=

Третье приближение:

=

=> расчет верен

Окончательно принимаю

Расчет легковесного огнеупора

По приложению 54 и условию 16.4 [2], с учетом таблицы 16.4 [2], принимаю к установке шамотный легковес ШЛ — 1,0 со следующими рабочими свойствами:

Из конструктивных соображений принимаем толщину слоя легковеса:

м

=

Принимаю Т=494,86 ⁰С:

=

Принимаю Т=443,67 ⁰С:

=

Так как принятая температура не равна рассчитанной, проверяю, как изменится температура на наружной поверхности легковеса.

=

Окончательно принимаю

м

Расчет третьего слоя футеровки

В качестве третьего слоя по приложению 55 принимаю к установке диатомитовое обожжённое изделие Т со следующими свойствами:

;

Вт/м ⁰С

м примем м

⁰С

Т.к. 117,76>70 ⁰С, принимаю решение использовать обмазку: асбузурит мастичный со следующими рабочими свойствами:; (по приложению 55 [2]).

м

м

Определение расчетного значения плотности теплового потока в окружающую среду

;

Проверяю степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

2.3 Расчет конструкции распорно-подвесного свода печи

Расчет рабочего огнеупора

;, значит газовая среда окислительная

По таблице 16.3 и приложению 53 принимаю к установке хромомагнезитовый огнеупор =1700 єС

Определение плотности теплового потока со свода в окружающую среду (єС)

Из таблицы 16.7 [2]:

=5380 Вт/мІ

Расчет толщины свода

=1,688 Вт/м· єС

Из конструкционных соображений принимаем

Расчет наружной температуры рабочего слоя

==841,569 єС

Уточняю :

=1,575 Вт/м· єС

=788,517 єС

=1,585 Вт/м· єС

Окончательно принимаю =788,517єС

=0,232 м

Расчет обмазки

По приложению 55 выбираю в качестве обмазки асбузурит мастичный со следующими рабочими свойствами: =900єС

Толщина слоя обмазки:

=0,248 Вт/м· єС

=0,025 м

Определение расчетного значения плотности теплового потока от свода в окружающую среду:

;

=5388,664 Вт/мІ

2.4 Расчет пода печи

Выбор рабочего слоя

По приложению 53 и табл. 16.3 выбираю в качестве рабочего динасовый огнеупор с рабочими свойствами: =1680−1700єС

Поскольку =110 єС, по таблице 16.7 определяю плотность теплового потока через под: Вт/мІ

Толщину рабочего слоя принимаю =0,232 м

Для определения задаюсь предварительно значением =

==1047,48 єС

=837,984 єС

=1,58 Вт/м· єС

=851,895 єС

Окончательно принимаю 851,895 єС

=0,232 м

Выбор второго слоя футеровки

Так как подина испытывает высокие механические нагрузки, по приложению 53 в качестве второго слоя футеровки выбираю шамотный огнеупор со следующими рабочими свойствами:

=1400єС

Принимаю толщину слоя шамота равной =0,464 м.

Определяю температуру наружной поверхности слоя шамота.

Для определения задаюсь предварительно значением =

==681,516 єС

=1,285 Вт/м· єС

=370,924 єС

=1,195 Вт/м· єС

=334,7 єС

=1,184 Вт/м· єС

=329,895 єС

Окончательно принимаю 329,895 єС

=0,464 м

Расчет теплоизоляции

В качестве третьего слоя (изоляции) по приложению 55 принимаю диатомитовую обожженную крошку: =900єС

=0,136 Вт/м· єС

=0,022 м

Определение расчетного значения плотности теплового потока от пода в окружающую среду.

;

=1337,347 Вт/м· єС

3. Расчет теплового баланса

3.1 Потери тепла в окружающую среду через ограждения копильника

Площадь стен над уровнем расплава

мІ

Площадь стен под уровнем расплава

мІ

Площадь пода

=198,647 мІ

Площадь свода

мІ

Потери тепла в окружающую среду:

=1 837 947,875 Вт

1837,948 кВт

3.2 Расход топлива

где B — расход топлива, кг/с или кг/ч

По приложению 43 [2]:

=

=3031,87 кДж/мі

=1870,11 кДж/мі

=2344,99 кДж/мі

=1979,16 кДж/мі

=1,262 мі/кг

=6,303 мі/кг

=0,479 мі/кг

0,279 мі/кг

==

=2077,25 кДж/мі

=0,23 кг/с=828 кг/ч

3.3 Тепловой баланс

Расчет статей баланса.

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

Таблица 1. Тепловой баланс печи

4. Расчет сожигательного устройства

Так как необходим длинный факел (длина печи 24 915 мм) и ширина печи 7973 мм, принимаю решение установить 3 форсунки высокого давления с двойным распыливанием.

Расход топлива на 1 форсунку кг/с или 277,2 кг/ч.

По таблице 15.3. параметры топлива при нормальных условиях:

кг/мі; кг/мі; кПа; кПа; кг/кг; К.

Скорость топлива в выходном сечении.

м/с

Диаметр отверстия трубки для подачи топлива.

мм

Скорость распылителя в критическом сечении сопла Лаваля.

м/с

Площадь критического сечения сопла Лаваля.

ммІ

Площадь выходного сечения сопла Лаваля.

ммІ

Внутренний диаметр критического сечения сопла Лаваля.

Принимаем наружный диаметр сопла мм. Тогда

мм

Плотность распылителя, поступающего в смеситель.

кг/мі

Скорость распылителя, поступающего в смеситель.

м/с

Удельная кинетическая энергия смеси топлива и распылителя на входе в смеситель.

Дж/кг

Удельный расход энергии на смешение.

Дж/кг

Радиус капли распыленного топлива.

м

Расход энергии на распыливание 1 кг топлива.

Дж/кг

Удельная кинетическая энергия смеси в выходном сечении смесителя.

Дж/кг

Скорость смеси в выходном сечении смесителя.

м/с

Температура распылителя на входе в смеситель.

К (-75,86°С)

Удельная энтальпия смеси на входе в смеситель.

Дж/кг

Удельное тепловыделение в процессе смесеобразования и трения в смесителе.

Дж/кг

Температура смеси в выходном сечении смесителя.

К (4,21°С)

Плотность смеси в выходном сечении смесителя.

кг/мі

Площадь выходного сечения смесителя.

ммІ

Диаметр выходного сечения смесителя.

мм

Площадь выхода для вторичного распылителя должна быть равной площади критического сечения сопла Лаваля. Принимаю наружный диаметр выходного сечения промежуточной трубки мм. Тогда внутренний диаметр выходного сечения внешней трубки, образующей сечение для выхода вторичного распылителя, равен

мм

Объемный расход топлива.

мі/с

Принимаю м/с. Тогда

ммІ

мм

Заключение

1. Сжигание топлива осуществляется без предварительного подогрева воздуха, с коэффициентом расхода воздуха .

2. Конструкция ограждений печи

3. Сожигательное устройство — форсунка ФВД-300-II (B=0,083 кг/с=300 кг/ч)

1. Кривандин А. В. «Металлургическая теплотехника», т. 1 и т. 2 // М.: Металлургия, 1986.

2. Прибытков И. А. «Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства» // М.: Металлургия, 1993.

3. Миткалинный В. И., Кривандин В. А. и др. «Металлургические печи: атлас» // М.: Металлургия, 1987.

4. Мастрюков Б. С. «Теория, конструкция и расчеты металлургических печей», т. 2, 1986.

5. Мастрюков Б. С. «Теория, конструкция и расчеты металлургических печей», т. 2, 1978.