Комитет общего и профессионального образования
Ленинградской области
Государственное образовательное профессиональное бюджетное образовательное учреждение Ленинградской области
«ВОЛХОВСКИЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ КОЛЛЕДЖ»
Учебно-методическое пособие
по МДК 2.1
«Теплотехника»
ПМ 2 «Обслуживание основного, вспомогательного технологического оборудования и коммуникаций в производстве цветных металлов и сплавов»
для студентов, обучающихся по специальности
22.02.02«Металлургия цветных металлов»
Волхов
2015
Учебное пособие
рассмотрено и одобрено
цикловой комиссией химико-металлургических дисциплин
Председатель ______ Н.В.Шевчук
Протокол №____ от _________2015 г.
УТВЕРЖДАЮ
Зам.директора по учебной работе
___________ Токаренко В.Ю.
«____» ___________ 2015 г.
Организация – разработчик:
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Волховский алюминиевый колледж»
Разработчик:
Шевчук Н.В., преподаватель высшей категории ГБПОУ ЛО «Волховский алюминиевый колледж»
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
Раздел 1 Источники тепловой энергии. 8
1.1Топливо и его сжигание 8
1.2 Методы определения теплоты сгорания 15
1.3 Основные характеристики твердого, жидкого и газообразного
топлива. Устройства для его сжигания 16
1.4 Горение топлива и его расчет 24
1.5 Электрический нагрев печей . 26
1.5.1 Прямой и косвенный нагревы в печах сопротивления. 27
1.5.2. Металлические и неметаллические нагревательные элементы 28
1.5.3 Индукционный нагрев в печах с железным сердечником и в
тигельных печах (без железного сердечника) 30
1.5.4 Дуговой и плазменный нагревы 30
1.5.5. Электроннолучевой нагрев 32
1.6 Автогенный нагрев 33
Контрольные вопросы по разделу 1 34
Раздел 2 Основы металлургической теплотехники 36
2.1.1 Общие сведения о печных газах 36
2.1.2 Движение газов. Уравнение неразрывности. Уравнение
Бернулли. 37
2.1.3 Ламинарный и турбулентный потоки. Критерий Рейнольдса 38
2.1.4 Сопротивление движению газов 41
2.1.5 Истечение газов через отверстия 43
2.1.6Естественное и принудительное движение газов 46
2.2 Тепло- и масообмен 48
2.2.1 Виды теплопередачи 48
2.2.2 Передача тепла теплопроводностью в стационарных условиях 50
2.2.3Передача тепла теплопроводностью через однослойную
плоскую стенку 51
2.2.4 Передача тепла теплопроводностью через многослойную
плоскую стенку 53
2.2.5 Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую
стенку 54
2.2.6 Конвективный теплообмен 54
2.2.7 Передача тепла излучением 55
2.2.8 Теплообмен излучением между твердыми телами 59
2.2.9. Общее уравнение теплообмена между двумя серыми
поверхностями в замкнутой системе 61
2.2.10 Излучение газов и пламени 63
2.2.11 Сложная теплопередача. Теплообмен между газами через
плоскую стенку 64
2.3Тепловой баланс пирометаллургического процесса 65
2.3.1 Характеристика тепловой работы печей 65
2.3.2 Тепловой баланс 66
2.4 Вторичные энергоресурсы 67
Контрольные вопросы по разделу 2 68
КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Раздел 3 Огнеупорные материалы и изделия 69
3.1.1Назначение и классификация огнеупорных материалов и
изделий 69
3.1.2 Основные свойства огнеупорных материалов 70
3.1.3 Принцип выбора огнеупоров 73
3.2 Основы производства и технология получения основных
огнеупоров 74
3.2.1Теоретические основы производства огнеупоров 74
3.2.2Классификация теплоизоляционных материалов 75
3.2.3Характеристика и область применения печных огнеупоров 75
3.2.4 Теплотехнические характеристики теплоизоляционных
материалов 78
3.2.5 Кладка печи. Конструкции сводов 80
3.2.6 Назначение и устройство основных металлургических печей 82
Контрольные вопросы по разделу 3 82
Экзаменационные вопросы 83
Литература . 85
Приложение 1. Практикум 86
Приложение 2 Курсовая работа 111
ВВЕДЕНИЕ
Теплотехника – это наука, которая занимается исследованием методов использования химической энергии топлива, изучением законов преобразования этой энергии в тепловую и механическую, анализов веществ, участвующих в этих преобразованиях (топливо, продукты сгорания, вода, пар и др.)
В настоящее время работа металлургических и машиностроительных заводов невозможна без использования печных агрегатов.
Выплавка чугуна из стали, цветных металлов, нагрев металла перед прокаткой и ковкой – все эти операции выполняются в металлургических печах.
Металлургические печи – это тепловые устройства, предназначенные для осуществления таких технологических процессов, которые требуют разогревания металла до той или иной температуры.
Основные элементы печи:
- собственно печь – рабочее пространство печи;
- устройство для сжигания топлива (горелки, форсунки) или устройства для превращения электрической энергии в тепло;
- соединительные части - дымоходы, трубопроводы;
- вспомогательные устройства – воздухо- и газонагреватели, вентиляторы, устройства для загрузки, выгрузки материала;
- контрольно измерительная аппаратура.
Краткий исторический обзор развития печной техники. Первые шахтные печи – относятся к IX-Xвв. (высотой до 3 м), в них выплавлялась медь и производилась железная крица.
Первые доменные печи, выплавляющие чугун, были построены в середине XIV в и в 1701 г. в России. В конце XVIII в. Россия обладала самыми крупными доменными печами (высота до 13м, диаметр до 4 м). Производство чугуна было настолько значительно, что его продавали в другие страны (Англия, Швеция). Однако в XIX в Россия уступила в развитии печной техники Германии, США.
После 1917 г. были реконструированы и расширены старые заводы и построены новые мощные предприятия цветной и черной металлургии.
Основные виды металлургических процессов
Все используемые при производстве цветных металлов процессы подразделяются на две группы:
- гидрометаллургические;
- пирометаллургические.
Мировое производство металлов осуществляется, в основном, пирометаллургическим способом, то есть переработкой рудного сырья и полуфабрикатов (концентратов) в различных металлургических печах при температурах до 2000° и более с полным или частичным расплавлением материала.
Гидрометаллургические процессы - это процессы (металлургические), проводимые в водных средах при температурах до 300°.
Пирометаллургические процессы по характеру протекания физико-химических превращений можно разделить на три группы:
- обжиг;
- плавка;
- дистилляция.
Обжиг - это металлургический процесс, проводимый при высоких температурах (500° - 1200°С) с целью изменения минералогического и химического состава, перерабатываемого сырья. Эти процессы являются твёрдофазовыми.
В цветной металлургии применяются следующие виды обжига:
- кальцинирующий;
- окислительный;
- восстановительный;
- хлорирующий.
Плавка - это пирометаллургический процесс, проводимый при температурах, обеспечивающих полное расплавление перерабатываемого материала.
Существует две разновидности плавки:
1. Рудная
2. Рафинировочная
а) восстановительная;
б) плавка на штейн;
в) электротермическая (электролиз);
г) металлотермическая;
д) реакционная.
- проводится с целью отчистки металлов от примесей.
Дистилляция - это процесс испарения вещества при температуре несколько выше точки его кипения, позволяющий возвонкой разделить компоненты обрабатываемого материала, в зависимости от их летучести.
РАЗДЕЛ 1 ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Тема 1.1 Топливо и его сжигание
ТОПЛИВО – это группа веществ, которая при нагревании в присутствии кислорода активно окисляется (сгорает) с выделением значительного количества тепла.
Топливо – это основной источник тепловой энергии для металлургических печей.
Таблица 1-Классификация топлива
Агрегатное состояние
Происхождение
естественное
искусственное
Твёрдое
Дрова, торф, горючие сланцы, каменный уголь
Кокс,
угольная пыль, древесный уголь
Жидкое
Нефть
Бензин, керосин, мазут, каменноугольная смола
Газообразное
Природный газ
Генераторный газ, коксовый газ,
доменный газ
Топливо обычно имеет органическое происхождение, поэтому основными его составляющими являются углерод и водород, которые находятся в топливе в виде различных соединений.
В состав топлива обычно входят кислород, азот, сера. Кроме того, в топливе всегда участвуют зола (А) и вода (W).
Химический состав топлива: C H O N S A W.
C - углерод – наиболее важная составляющая часть топлива.
Основное количество тепла выделяется при сгорании углерода:
C + O2 = CO2.
Углерод в топливе содержится в количестве 80 – 90 % .
H –водород – важная часть топлива, но присутствует в меньшем количестве.Теплота сгорания его больше (выше) чем у углерода.
О – кислород –содержится в твердом и жидком топливе в связанном состоянии (0,5 – 2%)
N – азот – содержится в топливе в незначительном количестве. При горении он не окисляется, а переходит в дымовые газы в виде свободного азота.
S – сера – в топливе находится в виде органических соединений (сульфидов, сульфатов). При горении серы выделяется значительное тепло. Содержание серы в топливе нежелательно вследствие загрязнения атмосферы и изделий сернистыми продуктами.
А – зола – твердый, негорючий остаток, получаемый после полного сжигания топлива. Является баластом, снижает его ценность и качество.
W – влага –является баластом топлива, снижающим качество топлива, поэтому в ряде случаев топливо сушат. Различают внешнюю влагу, которую удаляют при сушке без подогрева (воздушная сушка), и внутреннюю влагу (гигроскопическая), удаляемую при нагреве до 100°. Незначительное количество влаги в топливе полезно – это ускоряет процесс горения.
Технический анализ
При приеме топлива обычно производится его технический анализ на содержание влаги, золы и летучих соединений, а также оценка внешнего вида твердого остатка после проводимой в процессе анализа сухой перегонки топлива.
Сухой перегонкой называется нагрев топлива без доступа воздуха, в результате которого топливо разлагается на летучие и твердый остаток – кокс.
Химический анализ
Химический анализ топлива можно выполнять как по элементарному составу (1 метод) ), так и путем определения содержания в топливе определенных химических соединений (2 метод).
– для твердого и жидкого топлива.
– для газообразного топлива.
1 метод
Элементарным анализом находят содержание основных элементов (C, H, N, S; W, A) в процентах, причём кислород определяют по разности вычитанием из 100% всех основных компонентов :
O = 100 – (C +H + N + S + W + A).
На практике обычно пользуются другим выражением:
C + H +О + N + S + W + A = 100%.
C + H + O + N – органическая масса топлива, обозначается «о».
C + H + O + N + S – горючая масса топлива, обозначается «г».
C + H + O + N + S + A – сухая масса топлива, обозначается «с».
C + H + O + N + S + A + W – рабочая масса топлива, обозначается «р».
Для пересчета состава топлива из одной массы в другую будем пользоваться таблицей 2.
Таблица 2
Заданная масса
Масса топлива, в которую пересчитывают
органическая
горючая
сухая
рабочая
Органическая
1
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Горючая
13 EMBED Equation.3 1415
1
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Сухая
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
1
13 EMBED Equation.3 1415
Рабочая
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
1
Задача.
Определить состав рабочего топлива по заданному его элементарному составу.
Дано: Со = 80% ; Оо = 9% ; Но = 8% ; No = 3% ; Sc = 1,5% ; Ac = 10% ; WP = 2%.
Найти: рабочую массу топлива (р.м.т.).
Решение:
Так как нужно определить состав рабочего топлива определим содержание S и A в р.т.:
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Проверка:
С + H + O + N + S + A + W =100%;
69,384 + 6,9384 + 7,8057 + 2,6019 + 1,47 + 9,8 + 2,0 = 100(%).
Ответ: рабочая масса топлива =100%.
Задача 2.
Дано: Сг = 89% ; Ог = 2% ; Нг = 4% ; Nг = 2% ; Sг = 3% ; Ac = 10% ; WP = 12%.
Найти: р.м.т.
Решение:
Так как нужно определить состав р.т. определим содержание S и A в р.т:
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Проверка:
С + H + O + N + S + A + W =100% ;
70,488 + 3,168 + 1,584 + 1,584 + 2,376 + 8,8 + 12 = 100%.
Ответ: рабочая масса топлива =100%.
2 метод
Второй метод анализа предназначен для газообразного топлива.
Газообразное топливо состоит из смеси газообразных соединений: CO2; H2; CH4; C2H4; CmHn; H2S; CO; H2O; N2 и других.
Содержание перечисленных составляющих в объемных долях процента определяются специальным газовым анализом:
N2 = 100 – (CO2 + CO + H2 + CmHn + ).
Для пересчета рабочего топлива следует содержание влаги (г/см3) пересчитать на объем при нормальных условиях, приходящихся на 100 м3 сухого газа по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415 0, 1242
·W, (м3).
Если состав сухого газа:
COc2 + COc + Hc2 + CHc4 + CmHnc + Nc2 + Oc2 = 100% ,
то состав влажного газа (р.м.т.) в объемных процентах определяется по формулам:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415.
Задача 1.
Дано: 13 EMBED Equation.3 1415.
Найти: р.м.т.
Решение:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Проверка:
13 EMBED Equation.3 1415.
81,45 + 1,81 + 2,715 + 2,2625 + 2,2625 + 9,554 = 100,054 ( 100%.
Ответ: рабочая масса топлива 100%.
Задача 2.
Дано: 13 EMBED Equation.3 1415.
Найти: р.м.т.
Решение:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Проверка:
13 EMBED Equation.3 1415
77,3177 + 2,72886 + 3,63848 + 2,27405 + 5,00291 + 9,04176 = 100,004 ( 100%.
Ответ: рабочая масса топлива 100%.
Тема 1.2 Методы определения теплоты сгорания
Теплота сгорания топлива – это количество тепла, выделяющееся при сжигании одной единицы топлива. [кДж/кг] – твердое, жидкое топливо; [кДж/м3] – газообразное топливо.
Различают высшую и низшую теплоты сгорания топлива:
13 EMBED Equation.3 1415 , 13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 1415– пар конденсируется в жидкость с выделением теплоты парообразования.
13 EMBED Equation.3 1415– влага остается в виде пара. Низшая теплота сгорания больше соответствует действительному положению, так как практически при сжигании топлива пары воды в газообразном состоянии уносятся с продуктами сгорания.
Для нагрева 1кг воды требуется 2516 кДж.
Разность между высшей теплотой сгорания 13 EMBED Equation.3 1415и нижней теплотой сгорания 13 EMBED Equation.3 1415 сгорания на 1кг рабочего топлива составляет:
13 EMBED Equation.3 1415 - 13 EMBED Equation.3 1415 = 2516(13 EMBED Equation.3 1415.
Если W1 и H выражены в процентах, то уравнение принимает вид:
13 EMBED Equation.3 1415 - 13 EMBED Equation.3 1415 = 25,16(13 EMBED Equation.3 1415.
При расчете теплоты сгорания топлива наилучшие результаты дает формула Д.И.Менделеева, принятая для всех видов твердого и жидкого топлива:
13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415
Теплоту сгорания газа можно определить по следующей формуле:
13 EMBED Equation.3 1415=13 EMBED Equation.3 1415
Для сравнения различных видов топлива введено понятие условного топлива.
Условное топливо – топливо, теплота сгорания которого 29,3МДж/кг (это теплота сгорания донецкого каменного угля).
Тепловой эквивалент топлива – это величина, полученная в результате деления низшей теплоты сгорания топлива на теплоту сгорания условного топлива.
13 EMBED Equation.3 1415.
Тема 1.3 Основные характеристики твердого, жидкого и газообразного
топлива. Устройства для его сжигания
Твердое топливо
Естественное топливо - это древесное топливо и все виды ископаемого твердого топлива.
- торф;
- бурый уголь;
- каменный уголь;
- антрацит;
- горючие сланцы.
Древесное топливо. В настоящее время в промышленности не используется.
Ископаемое топливо. Ископаемое топливо образовалось из продуктов разложения растительных остатков и различается по химическому составу (он определяется степенью минерализации исходного материала).
Чем «старше» топливо, тем больше в нем С, меньше О2 меньше выход летучих и ниже гигроскопичность.
Торф - самое молодое ископаемое топливо.
Важность свежедобытого торфа очень велика, 80 – 90%. Зольность торфа 3 – 14%, содержит S незначительно (не более 2%). Торф используется как сырье для газификации и как топливо на мелких предприятиях.
Бурый уголь. Важность свежедобытых углей также велика (до 60%). Зональность в пределах 0,5 – 50 % от сухой массы, содержание S до 5%. Обладают механической прочностью. Бурые угли используются как местное топливо на электростанциях и сырьё для газификации.
Каменный уголь – представляет собой продукт дальнейшей минерализации органических остатков. Каменный уголь обладает большой прочностью и плотностью, небольшой важностью и малым выходом летучих. Спекаемость углей обусловлена присутствием органических соединений, которые при нагреве разлагаются с образованием газов и плавких смолообразующих веществ – битумов.
Зональность в среднем составляет 10 – 12%. Содержание S лежит в пределах 0,6 – 3%. Каменный уголь является самым ценным видом естественного твердого топлива, т.к. из него получают кокс.
Антрациты – самое древнее топливо:
- имеют наибольшую степень минерализации. Для них характерна блестящая черная поверхность кусков. Трудно воспламеняются и горят без пламени (малая термостойкость)
Используются для газификации и в котельных установках. В некоторых случаях ими заменяют металлургический кокс.
Горючие сланцы:
- содержат водород в горючей массе (до 90%) и золу (
·60%), высокий выход летучих (до 81%), является ценным сырьём для химической промышленности.
Искусственное топливо:
- кокс, угольная пыль, древесный уголь
Сортировка угля по крупности кусков имеет большое значение при сжигании кускового топлива и его газификации.
Обогащение – это отделение от угля минеральных примесей.
Брикетирование – применяется для топливной мелочи. Производится с применением связующих веществ в количестве 6 – 9%.
Пылеприготовление – измельчение угля до пылеобразного состояния, обеспечивающее полное сгорание топлива с получением высоких температур.
Для получения пыли, уголь дробят и размалывают на шаровых мельницах с одновременной сушкой воздухом температурой 250 – 3500С. Процесс в мельнице отлаживают так, чтобы температура на выходе не превышала 70 – 1000С во избежание самовозгорания. Поэтому приготовленную пыль в смеси с воздухом должна быть использована по мере получения. Пыль подают к бункерам, затем пыль поступает к горелкам на сжигание.
Коксование – основной метод физико-химической переработки твердого топлива.
Получаемый металлургический кокс обладает большой механической прочностью и большой прочностью на истирание. Коксование осуществляется в специальных печах. При коксовании измельченный каменный уголь нагревают до температуры 900 -11000С без доступа воздуха. Выход кокса зависит от содержание летучих и обычно составляет 70 – 80%.
При коксовании уголь претерпевает изменения:
а) – при нагреве до 100-1500С происходит испарение гигроскопической влаги топлива;
б) – при нагреве до 2000С выделяется углекислота, адсорбированная углем, и начинается процесс взаимодействия элементов, входящих в состав угля (C, H, O) с образованием H2O и CO2; при дальнейшем нагреве начинается выделение смолы;
в) – при температуре 400 -5000С уголь переходит в пластичное состояние, смола также выделяется, увеличивается выход газов, в составе которых содержится Н2, СН4, тяжелые углеводороды, N2;
г) – при температуре выше 5000С пластичная масса снова отвердевает, выделение смолы прекращается, выделяющиеся газы содержат Н2, СН4, N2;
д) – при температуре 11000С процесс выделения летучих заканчивается, полученный пористый остаток – кокс – при повторном нагреве в пластичное состояние не переходит.
Сжигание твердого топлива
Кусковое топливо для нагрева в металлургических печах не применяется, т.к. оно используется для нагрева печей небольшой мощности.
Широко используется пылевидное топливо. Пылевидное топливо обычно сжигается в рабочем пространстве печи, когда нежелательна высокая температура, сжигание производится в специальной камере. Пылевоздушная смесь вдувается через горелку в камеру или рабочее пространство печи с таким расчетом, чтобы горение частицы полностью закончилось во взвешенном состоянии. Скорость пылевоздушного потока на выходе из горелки должна быть больше скорости воспламенения во избежание втягивания пламени в горелку. Часто она равна 15-20 м/с. Скорость воспламенения угольной пыли 1-13 м/с. Для аэрирования пыли достаточно небольшого количества воздуха (25-50% от общего количества), остальной воздух, подогретый до температуры 300 - 4000С для ускорения воспламенения, со скоростью не менее 30 м/с.
Простейшая горелка применяется при очень тонком помоле (размер частицы
· 50мкм) и топлива с высоким выходом летучих (35%).
Ещё существует вихревая горелка конструкции Гинцветмета. Эта горелка даёт более короткий факел и повышает производительность.
Жидкое топливо
Естественное топливо.
Нефть – единственное естественное жидкое топливо органического происхождения.
Она образовалась в местах скопления растительных и животных остатков. Нефть представляет собой смесь различных углеводородов с небольшой примесью кислородных, азотистых и сернистых органических соединений.
Себестоимость добычи нефти ниже себестоимости добычи каменного угля в несколько раз.
Искусственное топливо
- бензин, керосин, мазут, солярка, каменноугольная смола.
Крекинг-процесс – переработка мазута под давлением с нагревом до 7000С.
Этот процесс позволяет увеличить выход наиболее ценных светлых фракций нефти до 40-70%. Остаток (керосин, мазут) используется как топливо.
Мазут – является распространенным топливом для металлургических печей. Состав мазута близок к составу сырой нефти, однако влага W мазута может колебаться в широких пределах:
Wp = 0,5 – 10%.
13 EMBED Equation.3 1415 = 36000 – 40800кДж/кг.
По содержанию серы S мазуты подразделяются на 3 группы:
- малосернистые (Sr
· 0,5%);
- сернистые (Sr = 0,5 – 1,0%);
- высокосернистые (Sr
· 1%).
Присутствие серы ухудшает качество нагреваемого металла, применение сернистых и высокосернистых мазутов ограничено. Эксплуатационными характеристиками мазута является вязкость и температуры вспышки и застывания.
Вязкость – или внутреннее трение, измеряется вискозиметрами.
Зависит от состава мазута и температуры. Для облегчения транспортировки по трубам и лучшего распыления мазута его подогревают до 70 - 80єС
Температура вспышки нефтяного топлива – это температура, при которой пары его с воздухом дают вспышку при соприкосновении с пламенем.
Эта температура значительно ниже температуры воспламенения.
Температура застывания – температура, при которой нефтяное топливо теряет свою подвижность и переходит в твердое состояние.
Температура застывания тем выше, чем больше в топливе парафина, и лежит в пределах 5-36єС.
Сжигание жидкого топлива
Сжигание жидкого топлива происходит в распыленном состоянии, виде мелких капель. Распыление осуществляется с помощью форсунок, в которых для распыления топлива используется подаваемый под давлением воздух и водяной пар.
По характеру распыления форсунки делятся на две группы:
Форсунки низкого давления – работают при малых скоростях распыления (70 – 75 м/с) и большом его объеме.
Форсунки высокого давления, в которых в качестве распылителя используется водяной пар под избыточным давлением 600 – 2500кПа или компрессорный воздух под избыточным давлением 600 – 800 кПа.
Наиболее распространенной форсункой высокого давления является форсунка В. Г. Шухова. В этой форсунке скорость истечения распылителя не превышает скорости звука, т.е. 330 м/с. Форсунки Шухова характеризуются узким и длинным факелом, что ограничивает их применение в печах длиною более 4-5 м.
Большей производительностью обладают форсунки Днепровского металлургического института. Скорость истечения распылителя в данном случае превышает скорость звука, достигая 750 – 1000 м/с. Это обеспечивает хорошее распыление.
Газообразное топливо
Естественное топливо.
Природный газ – добывается на многих газовых месторождениях, а также при добыче нефти, как сопутствующий.
Состав природного газа различный для различных месторождений, однако всегда в его составе преобладает СН4 (более 90%).
Происхождение природного газа в настоящее время рассматривается как результат бактериального разложения органических остатков в толще осадочных пород.
Искусственное топливо:
Коксовый и доменный газы – являются побочным продуктом соответствующих процессов и, как топливо, используется у мест их получения.
Генераторный газ – получается в результате превращения горючей массы твердого топлива в газообразном состоянии под воздействием О2. Процесс газификации происходит в специальных установках – газогенераторах.
Воздушный газ – получают при дутье воздухом. Процесс газификации в конечном итоге представляет реакцию:
2С + О2 + 3,76N2 = 2CO + 3,76 N2 + 246450кДж.
Теплота сгорания воздушного газа невелика:
13 EMBED Equation.3 1415 = 4,39МДж/м3.
Водяной газ – получается при пропускании водяного пара через раскаленный кокс.
Водяной пар взаимодействует с углеродом кокса по реакции:
H2O + C = CO + H2 – 118827 кДж.
Над слоем топлива получается газ, состоящий из 50% окиси С и 50% H2, теплота сгорания которого 11,7 МДж/ м3.
Смешанный газ – имеющий наибольшее применение получается при одновременном введении под колосники воздуха и водяного пара.
Теплота сжигания смешенного газа выше, чем теплота сгорания воздушного газа, поскольку в нем меньше содержание азота N2, т.к. часть необходимого для горения кислорода О2 поступает с водяным паром.
Сжигание газообразного топлива
Для сжигания газообразного топлива используют горелки. Они делятся на три типа:
горелки с полным предварительным смешением;
горелки с частичным предварительным смешением;
горелки с внешним смешением.
Горелки с полным предварительным смешением. В горелках такого типа смешение газа с воздухом обеспечивается до выхода его в печь при малом коэффициенте избытка воздуха. Эти горелки также называют беспламенными. Такие горелки с успехом используются для сжигания малокалорийного топлива.
Горелки с частичным предварительным смешением. В горелках этого типа процесс перемешивания газа с воздухом осуществляется в рабочем пространстве печи. Эти горелки также называют пламенными. Распространены два типа пламенных горелок:
- «труба в трубе»
- турбулентные.
Горелки типа «труба в трубе» могут работать на всех видах газообразного топлива при небольших давлениях газа. Они могут работать при подогретом газе и воздухе. В таких горелках смешение газа с воздухом недостаточное, и факел получается длинным.
Турбулентные горелки отличаются от других тем, что воздух поступает тангенциально по отношению к газовой струе. Турбулентные горелки широко применяются в нагревательных и термических печах.
Тема 1.4 Горение топлива и его расчет
Горение – это процесс взаимодействия с окислителем, сопровождающийся выделением тепла.
Процесс горения состоит из двух стадий:
Смешение топлива с воздухом;
Горение топлива в воздушной смеси.
Любое горение начинается с воспламенения; температура воспламенения зависит от состава топлива. Инертные примеси повышают температуру воспламенения (W, A, CO2, N2)
Температура воспламенения – это температура, при которой образуется смесь, способная гореть при соприкосновении с открытым пламенем.
Температура воспламенения:
для газообразного топлива: tєвоспл. = 500 - 600єС;
для твердого топлива: tєвоспл. = 700єС;
для жидкого топлива: tєвоспл. = 500 - 700єС (при температуре выше точки кипения).
Различают калориметрическую, теоретическую и действительную температуры.
Калориметрическая температура – это температура, которую бы имели дымовые газы при полном сгорании топлива и отсутствии теплообмена с окружающей средой.
Теоретическая температура – это температура, учитывающая потери тепла, связанные с диссоциацией молекул CO2 и Н2О при температуре сгорания.
Действительная температура – всегда ниже теоретической, т.к. тепло от дымовых газов переходит к стенкам топки и различным конструкциям печи.
Различают гомогенное и гетерогенное горение.
Гомогенное горение – это горение, когда топливо и воздух находятся в одном агрегатном состоянии.
Гетерогенное горение – это горение, когда топливо и воздух находятся в разных агрегатных состояниях.
При сжигании твердого и жидкого топлива протекают следующие реакции горения:
C + O2 = CO2 + 34070кДж/кг;
H2 + ЅO2 = H2O + 14311кДж/кг
и т.д.
Температура горения – это температура, которую приобретают продукты горения, в результате передачи им тепла, образующегося в результате сгорания топлива.
Тема 1.5 Электрический нагрев печей
Электрические печи широко применяются во многих отраслях промышленности, особенно в металлургии и машиностроении.
Электрический нагрев используется для:
- расплавления металла и сплавов;
- восстановления металла из руд;
- для нагрева различных изделий и заготовок с целью термической обработки или последующей пластической деформации (ковка, прокат).
Основные преимущества
(по сравнению с топливным нагревом)
получение неограниченно высокой температуры в объеме печи (в топливных 2000(С – предел);
легкость регулирования теплового режима (в том числе и автоматически);
минимальный угар дорогих легирующих элементов;
проведение процессов нагрева в любой среде и в вакууме;
более высокий КПД печей из-за отсутствия дымовых газов и потерь тепла с ними;
лучшие условия труда.
Недостатки электрического нагрева:
более высокая стоимость электрической энергии по сравнению с топливом;
менее надежный, долговечный и менее ремонтопригодный.
Классификация методов преобразования электрической энергии в тепловую:
по способу теплогенерации, то есть по способу преобразования электрической энергии в тепловую:
нагрев проводящего тела при прохождении через него электрического тока (индукционные, печи сопротивления);
нагрев газовой среды в электрической дуге и у ее электродов (плазменные и дуговые печи);
нагрев тела при бомбардировке его потоком электронов с большой скоростью (электроннолучевые печи).
по способу передачи тепловой энергии нагреваемому металлу:
а) печи прямого нагрева (преобразование электрической энергии в тепловую происходит в нагреваемом теле);
b) печи косвенного нагрева (преобразование электрической энергии в тепловую происходит вне нагреваемого тела);
с) печи смешанного нагрева.
Тема 1.5.1 Прямой и косвенный нагрев в печах сопротивления
Печи сопротивления – это печи, в которых используется нагрев проводников при прохождении через них электрического тока, который определяется по закону Джоуля – Ленца:
13 EMBED Equation.3 1415
где Q – количество тепла, выделяющееся в проводнике, Дж;
I – сила тока, А;
R – сопротивление проводника, Ом;
( - время, сек.
Рассмотрим печи сопротивления прямого и косвенного нагрева.
Печи прямого нагрева
а – контактный нагрев;
1 – нагреваемый материал;
2 – выключатель или магнитный пускатель;
3 – печной трансформатор;
4 – контактные устройства.
Прямой нагрев самый эффективный нагрев, так как достигается большая скорость нагрева, а быстрый нагрев уменьшает тепловые потери в окружающую среду, увеличивая КПД печей, поэтому их делают без футеровки. Для плавки эти печи не пригодны. Применяются для нагрева изделий с постоянным по длине сечением (трубы, проволока, прутки и др.).
Печи косвенного нагрева
б – косвенный нагрев;
2 - выключатель или магнитный пускатель;
5 – электронагревательный элемент.
Наиболее распространенные печи. Внутри печи расположены нагревательные элементы, по которым проходит ток. Тепло от нагревателей передается излучением и конвекцией.
Преимущества печей:
- простота регулирования температуры;
- высокий КПД;
- малый угар;
- малое насыщение металла газами.
Рисунок 1
Тема 1.5.2 Металлические и неметаллические нагревательные элементы
Материал для изготовления нагревательных элементов должен обладать следующими свойствами:
высоким удельным электросопротивлением;
малым температурным коэффициентом удельного электросопротивления;
высокой температурой плавления и жаростойкостью;
стойкостью к химическому воздействию атмосферы печи;
низкой стоимостью.
Металлические нагревательные элементы изготавливаются из сплавов сопротивления: никельхромовые (нихром), железохромоникелевые, железохромалюминиевые (фехраль), и из тугоплавких металлов и сплавов (молибден, вольфрам, тантал), но все они окисляются на воздухе и стоимость их высока.
Сплавы сопротивления используются в виде:
проволоки холоднонатянутой и горячекатаной;
в виде ленты.
Из проволоки нагреватели делают в виде цилиндрической спирали или зигзагов. Из ленты – зигзагообразные нагреватели. Целесообразно навешивать спирали на керамические трубки.
Крепление нагревателей осуществляется:
на вертикальных стенках (подвеска на металлических крючках, укладка на керамических полочках);
над подом (укладка на керамических гребенках или на специальной фасонной керамике);
под сводом (подвеска на металлических крючках или на керамических трубках).
Неметаллические нагревательные элементы изготавливаются в виде специальных нагревательных элементов из:
1) карбида кремния (карборунда);
2) дисцилицида молибдена, из графита, из угольной крошки (криптол);
3) в виде жидких нагревательных элементов (расплав солей).
Тема 1.3.3 Индукционный нагрев в печах с железным сердечником и в тигельных печах (без железного сердечника)
Принцип действия индукционных печей заключается в выделении джоулевого тепла при протекании по проводнику индуктированного (наведенного) в нем тока.
Индукционные печи можно рассматривать как трансформатор (либо воздушный – тигельный, либо с железным сердечником). Его первичной обмоткой является индуктор, внутри которого помещен нагреваемый или расплавляемый металл, играющий роль вторичной обмотки и одновременно нагрузки. Через индуктор пропускают переменный ток, создающий переменное магнитное поле. Это поле наводит (индуктирует) в нагреваемом металле вихревые токи, вследствие чего в нем выделяется тепло.
Преимущества:
- в отличие от дуговой печи, отсутствуют такие источники загрязнения, как электроды;
- можно осуществлять нагрев металла на любую глубину, а также осуществлять местный нагрев деталей;
- высокая производительность, вследствие небольшой продолжительности нагрева;
-индукционные печи могут быть полностью автоматизированны.
Недостатки:
- высокая стоимость печей;
- низкая температура шлака, затрудняющая процесс рафинирования металла в печи.
Канальные печи
Канальные печи с железным сердечником применяются для плавки цветных тяжелых и легких металлов и сплавов с низкой температурой плавления.
В этих печах вокруг индуктора с замкнутым магнитопроводом (сердечником) выкладывают концентрический узкий кольцевой канал из огнеупорного материала. Канал должен быть заполнен расплавленным металлом, чтобы образовать замкнутое электропроводное кольцо. Сердечник обеспечивает большой магнитный поток, что позволяет на таких печах работать с промышленной частотой 50 Гц.
Тигельные печи
Тигельные печи без сердечника. Расплавляемый или подогреваемый металл находится в керамическом тигле, помещенном внутри многовиткового цилиндрического индуктора. В этом случае применять сердечник невозможно, что увеличивает магнитный поток и требует соответствующего увеличения частоты электромагнитного поля, поэтому эти печи работают на токах высокой частоты до 440 тыс. Гц, что удорожает печную установку.
Эти индукционные печи применяются для плавки легированных и низколегированных сталей и чугунов. Емкость от 6 кг по стали и до 600 т по чугуну.
Тема 1.3.4 Дуговой и плазменный нагревы
В дуговых и плазменных электрических печах источником тепла служит электрическая дуга, представляющая собой один из видов газообразного разряда. Необходимое условие возникновения и горения дуги – частичная ионизация газа в пространстве между электродами.
В дуговых печах применяют электроды следующего типа: угольные обожженные, угольные самоспекающиеся, графитированные, вольфрамовые.
Плазма – это электропроводящая среда из смеси электронов, нейтральных и ионизированных атомов и молекул газа, образующаяся в промежутке между электродами, в зоне дуги.
Основная характеристика плазмы – степень ее ионизации, то есть отношение числа заряженных частиц к их общему количеству. В зависимости от степени ионизации различают:
«холодную» (низкотемпературную. Применяется в дуговых печах и для нагрева с температурой до 50000 К) плазму со степенью ионизации около 1(;
«горячую» (высокотемпературную. Температура плазмы составляет сотни тысяч градусов) плазму со степенью ионизации близкой к 100(.
В плазменных установках используют различного типа плазматроны, в которых нагреваемый газ проходит через промежуток между электродами и превращается в плазму. Плазма с высокой температурой используется для плавления металлов и для осуществления химических реакций (восстановление, окисление).
Тема 1.3.5 Электроннолучевой нагрев
При электроннолучевом нагреве мощный направленный пучок электронов, излучаемый специальной электронной пушкой, разогнанный в вакууме до большой скорости, бомбардирует нагреваемый металл. При соударении с металлом кинетическая энергия электронов переходит в тепловую.
Электроннолучевой нагрев – сравнительно новый вид нагрева. Он применяется для плавки высокореакционных, тугоплавких металлов. Электроннолучевой нагрев создает также все условия для получения высокочистых металлов. В электроннолучевых печах необходимо поддерживать вакуум 10-2 Па.
Электронные пушки
Радиальные пушки.
Для ускорения электронов используют отдельный электрод – анод, не соединяющийся с нагреваемым металлом. Преимущество: катод может быть удален от нагреваемого металла, что позволяет увеличить срок его службы.
Аксианальные пушки.
В верхней камере пушки размещен катод, нагрев которого в пушках большой мощности может осуществляться с помощью вспомогательного электронно-лучевого нагревателя. Аксианальная пушка может работать при остаточном давлении в рабочей камере печи 0,1 – 0,5 Па, что особенно ценно при плавке цветных и редких металлов с большой упругостью пара и большим газоотделением.
Магнетронные пушки.
Магнетронные пушки используют наложением магнитного поля на поток электронов, что приводит к движению электрона по спирали.
Кольцевые пушки.
Кольцевые пушки являются простейшим устройством. Имеют высокий КПД. Применяются для плавки слитка металла и нагрева металла перед кристаллизацией.
Тема 1.4 Автогенный нагрев печей
Автогенные процессы – это технологические процессы, которые осуществляется полностью за счет внутренних энергетических ресурсов, без затрат посторонних источников тепловой энергии.
Плавке в автогенном режиме подвергается железосодержащее сульфидное сырье.
Основная доля тепла в автогенных процессах выделяется при окислении сульфида железа. В качестве окислителя могут использовать воздух (обогащенный кислородом – дутье) или технологический кислород (98 – 99 ( О2).
Основное требование к сырью: наличие в нем компонентов, выделяющих тепло, достаточное для расплавления продуктов плавки.
Основное условие автогенности: тепло, выделяемое при окислении сульфидов, должно быть больше тепла, расходуемого на нагрев и плавление продуктов реакции:
13 EMBED Equation.3 1415
Все автогенные процессы являются совмещенными. Они объединяют в одном металлургическом агрегате обжиг, плавку на штейн и частичное или полное конвертирование. Это позволяет наиболее рационально переводить серу из исходной шихты в газы (постепенно).
Технологически эти процессы различаются методом сжигания сульфидов, который проводится в факеле (во взвешенном состоянии) и в расплаве.
Оборудование (в расплаве):
по методу фирмы «Норанда» (Канада);
по методу «Мицубиси» (Япония);
печи Ванюкова - наиболее производительные (Россия).
Контрольные вопросы по разделу 1
1. Общая характеристика топлива. Классификация топлива
2. Элементарный и технический анализ топлива
3. Теплота сгорания топлива. Условное топливо и тепловой эквивалент
4. Естественное твердое топливо
5. Искусственное твердое топливо.
6. Технология приготовления угольной пыли
7. Коксование каменного угля
8. Устройства для сжигания твердого топлива
9. Жидкое топливо-нефть, продукты ее переработки. Сжигание мазута в печах
10. Устройства для сжигания жидкого топлива в печах
11. Газообразное топливо.
12. Устройства для сжигания газообразного топлива
13. Основы теории горения топлива
14. Преимущества и недостатки электронагрева.. Классификация электрических печей в зависимости от вида электронагрева
15. Электронагрев в печах сопротивления
16. Металлические и неметаллические нагревательные элементы
17. Индукционный электронагрев
18. Дуговой и плазменный нагревы
19. Электроннолучевой нагрев
20. Автогенный нагрев печей
РАЗДЕЛ 2 ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Тема 2.1.1 Общие сведения о печных газах
Печные газы – это газы, выделяющиеся при проведении металлургических процессов.
Механика газов – это наука о законах равновесия и движения газа.
Механика газов широко использует многие понятия, аналогии, уравнения механики жидкости (гидравлика, т.к. газы можно рассматривать как сжимаемые, упругие жидкости).
Для того, чтобы правильно рассчитать конструкцию печи, нужно знать законы движения и равновесия газов.
Состояние газов зависит от температуры T, объема V, давления P.
Различают идеальные и реальные газы.
Идеальные – это совокупность молекул, лишенных сил взаимодействия.
Реальные – молекулы в газе подвержены силам взаимодействия. Эти газы обладают вязкостью, т.е. свойством оказывать сопротивление перемещению частиц.
Некоторые газы в парообразном состоянии мало отличаются от идеальных (O2, N2, CO и CO2) и к ним при обычных условиях применимы законы идеальных газов (к др. газам эти законы не применимы).
Из уравнения состояния идеальных газов (Клайперона) для одного и того же количества газа следует:
13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 = const. (1)
Из уравнения (1) =>
V = V0 (1+(
·T) 13 EMBED Equation.3 1415,
где ( = 13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент объёмного расширения.
Вводим понятие плотности газа (
·=кг/м3) – это величина, обратная удельному объёму.
13 EMBED Equation.3 1415,
При Р =Р0, т.е. при постоянном давлении =>
13 EMBED Equation.3 1415; (2)
V = V0 (1+
·T). (3)
Для вакуумных печей этого делать нельзя, т.к. давление там сильно изменяется.
Вводим понятие скорости движения газов:
·13 EMBED Equation.3 1415 (м/с), (4)
где
· – скорость, м/с;
F – площадь поперечного сечения, м2;
V – расход газа в секунду, м3/с.
При постоянном сечении канала и постоянном давлении, скорость будет изменяться от температуры так же, как и объем:
·=
·0(1+
·T). (5)
Тема 2.1.2 Движение газов. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли
Если рассмотреть участок канала переменного сечения, по которому движется газ, то по закону сохранения материи, количество газа на входе и выходе должно быть одинаково: Q1 = Q2.
Рисунок 2
Количество газа Q можно найти как произведение скорости на площадь поперечного сечения и плотности в сечениях I и II.
·1
· F1
·
·1 =
·2
· F2
·
·2 = const – уравнение неразрывности потока для сжимаемой жидкости или газа.
·1
· F1 =
·2
· F2 = const – уравнение неразрывности потока для несжимаемой жидкости или газа.
Закон сохранения энергии на рассматриваемом участке канала может быть представлен уравнением Бернулли:
13 EMBED Equation.3 1415 (6)
Движение газа в печи происходит под действием энергии, которой он располагает. Эта энергия может быть потенциальной и кинетической.
В механике эту энергию выражают избыточным давлением или напором, т.е. разностью между давлением в каком либо сосуде и атмосферным:
hг + hст + hд = const. (7)
Уравнение Бернулли: В условиях установившегося движения для идеального газа сумма геометрического, статистического и динамического напоров – есть величина постоянная.
13 EMBED Equation.3 1415 (8,9,10)
Тема 2.1.3 Ламинарный и турбулентный потоки. Критерий Рейнольдса
Движение газов в печах и газоходах может иметь двоякий характер.
Наблюдается ламинарное (слоистое) и турбулентное (вихреобразное) движение.
а) ламинарный поток б) турбулентный поток
Рисунок 3
Ламинарное движение характеризуется спокойным перемещением газа параллельными слоями, без взаимных пересечений и завихрений. Максимальная скорость – по геометрической оси, у стенок скорость падает до 0. При этом движении у стенок канала образуется неподвижный, прилипающий к стенкам слой газа, так называемый – пограничный слой (слой Прандтля). Этот слой оказывает большое влияние на процесс термо- и газообмена между движущимися потоками газа и материалом стенок.
При увеличении скорости ламинарное движение переходит в турбулентное.
Движение газа становится неспокойным с большим числом мелких вихрей. У стенок скорость также равна 0, но с увеличением скорости пограничный слой резко уменьшается, т.к. его сдувают газовые вихри, что благотворно влияет на теплообмен между потоком газа и материалом стенок.
Характер движения газов в печах оказывает решающее влияние на развитие теплообменного процесса, на сопротивление движения газов и на физико-химические преобразования материала. Поэтому необходимо уметь определять характер движения газа и знать, от чего он зависит.
В 1863 году английский физик и инженер Рейнольдс для определения характера движения газов предложил принять безразмерную величину, называемую критерием Рейнольдса:
13 EMBED Equation.3 1415
Турбулентное движение наблюдается, если критерий Рейнольдса больше 2300.
Ламинарное движение наблюдается, если критерий Рейнольдса меньше 2300.
Существует переходный режим, когда критерий Рейнольдса меньше 2300, но больше 2100, т.е. когда появляются редкие первые завихрения и нарушается траектория.
Движение газов в печах и газоходах в большинстве случаев имеет турбулентный характер, и поэтому, подставляя критическое значение равное 2300 в формулу (*), можно получить выражение для критической скорости, определяющей переход от одного движения к другому:
13 EMBED Equation.3 1415 (11)
Для большинства металлургических печей критерий Рейнольдса достигает пределов от 10 000 до 100 000.
Вместе с тем, в отдельных печах иногда наблюдается и ламинарное движение (например, на поворотах, в углах).
Задача.
Определить критическую скорость для дымовых газов, если:
t=1500(С,
(=224(10-6 м2/с,
F=0,8(0,8 м2..
Решение:
13 EMBED Equation.3 1415
Тема 2.1.4 Сопротивление движению газов
Газы, как и всякая реальная материя, при движении встречают на своем пути различные сопротивления, на преодоление которых расходуется энергия в виде напора.
Разновидности сопротивлений газовому потоку можно уяснить при помощи схемы газоходной системы отражательной печи (см.рис.4).
Рисунок 4
В этой печной системе, состоящей из отражательной печи, котлов - утилизаторов, дымовой трубы, имеются следующие разновидности сопротивлений движению газов:
1) повсеместное сопротивление, т.е. имеющееся на любом участке газохода. Оно представляет собой сопротивление от трения газов о поверхность футеровки и шихты на всем протяжении, начиная с головы печи до выхода газа из дымовой трубы в атмосферу. Напор, расходуемый на преодоление сопротивления трения, называется – потерянным напором на трение.
2) местное сопротивление, т.е. которое находится на определенном участке газохода. Представляет собой сопротивление от поворотов газа, сужения или расширения потока газа, сопротивление отдельных устройств (например, котла - утилизатора или пылеулавливающих устройств). Напоры, расходуемые на преодоление местных сопротивлений, называются напорами, потерянными от местных сопротивлений.
В печной системе отражательной печи эти напоры находятся на участках 1-10.
На участках 1, 2, 7, 9 потеря напора зависит от резких поворотов газа.
На участках 3, 5, 10 напор меняется от расширения или сжатия потока.
На участках 4,6 потеря напора зависит от сопротивления котла и шибера.
На участке 8 преодолевается противодействие геометрического напора опусканию горячего газа на высоту Н.
С учетом потерь напора уравнение Бернулли для реальных газов примет вид:
13 EMBED Equation.3 1415. (12)
Потери напора от трения газа рассчитываются, как и др. виды потерь напора, в функциональной зависимости от динамического напора:
13 EMBED Equation.3 1415, (13)
где k – коэффициент, характеризующий данное сопротивление.
13 EMBED Equation.3 1415, (14)
где ( – коэффициент трения (для кирпичных кладок равен 0,05, для металлических труб равен 0,04);
l – длина канала, м;
dг – диаметр гидравлический, м.
Таким образом:
13 EMBED Equation.3 1415. (15)
13 EMBED Equation.3 1415(1+
·t) . (16)
Тема 2.1.5 Истечение газов через отверстия
Истечение газа через отверстие имеет место при работе форсунок, при выбивании газа через отверстия в стенках печи и в др. случаях.
Количество газа, вытекающего через отверстия, зависит от площади поперечного сечения и формы отверстия и давления, под которым происходит истечение.
Отверстие с острыми краями
Рисунок 6
Уравнение Бернулли для сечения I-I и II-II примет вид:
13 EMBED Equation.3 1415 (17)
Т.к. размер сосуда большой, можно принять, что скорость газа в 1 сечении равна 0, тогда:
13 EMBED Equation.3 1415 (18)
откуда скорость газа во II сечении:
13 EMBED Equation.3 1415 (19)
13 EMBED Equation.3 1415, (20)
где F2 – самое узкое сечение струи;
F – сечение струи;
( ( коэффициент сужения струи.
Для тонких стенок ( = 0,63.
Для определения расхода газа V (м3/с) через отверстие сечением F найдем произведение:
V = F2 ( (2 = ( ( F ( (1, то есть 13 EMBED Equation.3 1415 (21)
Отверстие с цилиндрической насадкой с острыми краями
При вытекании газа из сосуда больших размеров с p1 и (1 = 0 через короткую цилиндрическую насадку сечением F3 в среду с p3 = p0 уравнение Бернулли для сечения I-I и III-III примет вид:
Рисунок 7
13 EMBED Equation.3 1415 (22)
где 13 EMBED Equation.3 1415 ( потери напора при сжатии струи.
По уравнению неразрывности движения для сечений II-II и III-III:
F2 ( (2 = F3 ( (3.
Принимая во внимание сжатие струи, то есть F2 = ( ( F3, получим:
( ( F2 ( (2 = F3 ( (3, откуда (2 = (3/(.
Уравнение Бернулли запишется как:
13 EMBED Equation.3 1415 или 13 EMBED Equation.3 1415 (23)
Принимая ( = 0,63 и p1 – p3 = h, получим скорость истечения 13 EMBED Equation.3 1415 и расход газа 13 EMBED Equation.3 1415. (24)
Отверстие с цилиндрической насадкой с закругленными краями на входе
При закруглении краев насадки так, что форма закругления соответствует форме струи, потери напора при сжатии струи отсутствуют и уравнение Бернулли для сечения I-I и III-III примет вид:
Рисунок 8
13 EMBED Equation.3 1415 (25)
но p1 – p3 = (, откуда 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415. (26)
Отверстие с конической насадкой с закругленными краями на входе
Для этого случая уравнение Бернулли для сечения I-I и III-III запишется в виде:
13 EMBED Equation.3 1415 (27)
но p1 – p3 = h, откуда (3 и V находятся по формулам:
Рисунок 9 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415. (28)
Тема 2.1.6 Естественное и принудительное движение газа
Естественное движение газа обеспечивается движением газов за счет разряжения, создаваемого дымовой трубой.
Рисунок 10
Находящийся внутри трубы столб горячих газов создает геометрический напор у ее основания, который расходуется на создание разряжения у основания трубы. Он необходим для преодоления всех сопротивлений на пути движения дымовых газов.
Высота трубы должна быть больше на 3(5 м самого высокого здания.
Если в дымовых газах содержится сернистый газ SO2, то высота трубы Нтр должна быть ( 40(70 м.
Скорость дыма Vдыма = 2,5(3 м/с.
Так как разряжение, создаваемое дымовой трубой, зависит от плотности атмосферы, расчеты ведутся на самое неблагоприятное время года – лето.
Для регулирования давления печи устанавливают шибер у основания трубы. В большинстве плавильных печей цветной металлургии применяется естественная тяга, а когда отходящие газы имеют низкую температуру, возникает необходимость в искусственной тяге.
Принудительное движение.
Принцип эжекции: струя инжектируемого газа, выходя с большой скоростью из сопла, создает разряжение и увлекает за собой эжектируемый газ из окружающего пространства. Эжекция производится вентеляторным или компрессорным воздухом или газом под давлением.
Газовый тракт металлургической печи состоит из:
газоходов;
дымовой трубы;
воздухо- и газопровода;
пылеулавливающих устройств;
котлов-утилизаторов;
и др.
Тема 2.2 Тепло- и массообмен
Тема 2.2.1 Виды теплопередачи
Учение о теплообмене – это учение о процессах распространения тепла.
Процесс передачи тепла происходит тогда, когда одно более нагретое тело обменивается теплом с другим менее нагретым телом.
Степень нагретости тела, называется его температурой, характеризует тепловое состояние тела, а поток энергии от одного тела к другому – тепловым потоком (Q).
t( – величина скалярная и изменяется в Т (К и t (С;
Q – величина векторная и изменяется: Дж/с, Вт. Тепловой поток Q направлен в сторону низких температур.
Плотность теплового потока:
13 EMBED Equation.3 1415, Вт/м2. (29)
Совокупность значений температуры для всех точек, рассматриваемого тела в данный момент времени, называется температурным полем.
При изменении температурного поля (ТП) в пространстве и во времени, температура будет функцией не только координат, но и времени: 13 EMBED Equation.3 1415
Если ТП не изменяется со временем, то тепловое состояние называется стационарным , а производная от температуры по времени равна нулю: 13 EMBED Equation.3 1415
При теплообмене всегда предполагается наличие системы тел, имеющих различную температуру.
Когда система состоит из двух тел, процесс называется ТЕПЛООТДАЧА.
Когда система состоит из трех и более тел, процесс называется ТЕПЛОПЕРЕДАЧА.
Теплообмен может осуществляется тремя способами:
теплопроводностью;
конвекцией;
излучением.
Теплопроводность – это процесс последовательного распространения тепла, обусловленный тепловым движением молекул и свободных электронов в теле.
Рисунок 10
Теплопроводность присуща всем твердым телам, в газах и жидкостях наблюдается лишь в очень тонких слоях. В твердых телах и жидкостях тело переносится упругими волнами. В металле – диффузией электронов. В газах – диффузией атомов или молекул.
Конвекция – происходит лишь в жидкостях, расплавах и газах переносом тепла движущимися частицами жидкости или газа (от точки к точке).
Рисунок 11
Излучение – процесс теплообмена, связанный с двойным взаимным превращением энергии (тепло – излучение – тепло). При этом энергия от нагревателя передается в виде электромагнитных волн, которые воздействуя на нагреваемое тело, преобразуются в его поверхностных слоях в тепло.
Рисунок 12
В металлургических печах встречаются обычно все виды теплопередачи.
Рисунок 13
Тема 2.2.2 Передача тепла теплопроводностью в стационарных условиях
Теплопроводность связана с колебательным движением молекул и движением свободных электронов:
13 EMBED Equation.3 1415
( – коэффициент теплопроводности, Вт/м(К – показывает какое количество тепла передается с поверхности площадью в 1м2 на глубину 1м в единицу времени при разности температур в 1(С.
По величине ( все материалы делятся на три группы:
с высокой проводимостью (металлы и их сплавы):
( = 360(5;
с малой проводимостью (огнеупорные и керамические материалы):
( = 5(0,6;
с очень малой проводимостью (газы):
( = 0,6(0,01.
При стационарном тепловом состоянии температура не меняется во времени, а изменяется только по оси х: Т = ((х).
Фурье установил зависимость между q и (t по координате:
13 EMBED Equation.3 1415 (30)
« – » показывает, что тепловой поток направлен в сторону, противоположную градиенту температуры.
Тема 2.2.3 Передача тепла теплопроводностью через однослойную
плоскую стенку
Рисунок 14
Выделим внутри стенки слой толщиной dx, ограниченный двумя изотермическими поверхностями, и напишем для него уравнение, выражающее закон Фурье:
13 EMBED Equation.3 1415 (31)
Разделяем переменные:
13 EMBED Equation.3 1415
Интегрируем:
13 EMBED Equation.3 1415 (*) (32)
Для определения С (постоянная интегрирования) запишем граничные условия:
t = t1 при х = 0;
t = t2 при x = S.
Подставляем 1) граничное условие в (*):
13 EMBED Equation.3 1415( t1 = C.
Подставляем 2) граничное условие в (*):
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
Плотность ТП через однослойную плоскую стенку при известных t1 и t2.
13 EMBED Equation.3 1415. (33)
Общее количество тепла для стенки с поверхностью F за время ( будет:
13 EMBED Equation.3 1415 (34)
Тема 2.2.4 Передача тепла теплопроводностью через многослойную
плоскую стенку
Для каждого из слоев можно записать:
для первого 13 EMBED Equation.3 1415
для второго 13 EMBED Equation.3 1415
для третьего 13 EMBED Equation.3 1415
Рисунок 15
Решая эти уравнения относительно t, получим:
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415.
Просуммировав все эти уравнения, получим:
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415 .
Для стенки, состоящей из n-слоев:
13 EMBED Equation.3 1415 . (35)
Общее количество тепла, проходящее через многослойную стенку:
13 EMBED Equation.3 1415 . (36)
Тема 2.2.5 Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую
стенку
13 EMBED Equation.3 1415. (37)
Самостоятельная работа. Нарисовать рисунок 14, стр.37 (1(
.
Тема 2.2.6 Конвективный теплообмен
Конвективный теплообмен происходит между газом или жидкостью и твердым телом при прикосновении.
Конвекция – сложный процесс, зависящий от большого числа факторов таких как:
- условия движения жидкости или газа;
- их теплопроводность;
- форма поверхности нагрева;
- и др,
то есть коэффициент передачи тепла конвекцией (к есть функция:
(к = ((
·t, t1, t2, (, c, (, (, l1, l2, l3, ф).
Часто для расчета теплообмена конвекцией применяют уравнение Ньютона:
q = (к (t1 – t2), (38)
где q – плотность теплового потока;
(к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2(с.
Чем энергичнее происходит движение газа или жидкости около нагреваемой (охлаждаемой) поверхности, тем больше скорость движения и трения газовых потоков о нагреваемую поверхность, и тем больше (к.
Тема 2.2.7 Передача тепла излучением
Тепловое излучение – одна из немногих лучистых разновидностей энергии, передаваемое посредством электромагнитных колебаний.
Тепловые лучи характеризуются длиной волны (() от 0,4(400 мкм, причем, видимые световые лучи имеют длину волны 0,4(0,8 мкм, а тепловые инфракрасные 0,8(400.
Рисунок 16
Каждое тело непрерывно излучает и непрерывно поглощает лучистую энергию, которая возникает в результате тепловой энергии.
Количество лучистой энергии Q, поступающей на единицу поверхности в единицу времени называется плотностью лучистого потока:
13 EMBED Equation.3 1415. (39)
Если на поверхность тела приходит общее количество тепла Qо, то часть его:
- QА – поглощается;
- QR – отражается;
- QD – проходит сквозь тело;
тогда:
QA + QR + QD = QO /: QO
13 EMBED Equation.3 1415. (40)
Обозначаем:
13 EMBED Equation.3 1415 – поглощательная способность тела;
13 EMBED Equation.3 1415 – отражательная способность тела;
13 EMBED Equation.3 1415 – пропускательная способность тела.
Тогда: A + R + D = 1. (41)
Частные случаи:
Если А=1, то R=D=0 – полное поглощение падающей лучистой энергии и характеризует тело как абсолютно черное тело (а.ч.т.). Когда А(1, тела называют серыми телами (с.т.).
Если R=1, то A=D=0 – полное отражение падающей лучистой энергии и характеризует тело как зеркальное или абсолютно белое тело.
Если D=1, то A=R=0 – полное прохождение лучистой энергии сквозь тело и характеризует его как абсолютно прозрачное тело (чистый воздух в верхних слоях атмосферы).
Абсолютно черных, прозрачных и белых тел в природе не существует. Но есть тела приближенные к ним по своим свойствам.
Излучение абсолютно черного тела
(закон Стефана - Больцмана)
Закон устанавливает, что плотность теплового излучения а.ч.т. (Ео) прямопропорциональна четвертой степени абсолютной температуры:
Е0 = (0(Т4 , (42)
где (0 – коэффициент излучения а.ч.т. и равен: (0 = 5,7(10-8 Вт/м2(К4.
Закон С.-Б. записывается следующим образом:
13 EMBED Equation.3 1415 (*),
где Со = 5,7 Вт/м2(К4 – коэффициент лучеиспускания тела.
Излучение серого тела
Для характеристики излучающей способности тел используют так же другую величину: ( - степень черноты тела.
Например: серое тело имеет спектр излучения с интенсивностью в ( раз меньший, чем у а.ч.т., то есть:
13 EMBED Equation.3 1415 ( Е=((Ео.
Подставляем в (*):
13 EMBED Equation.3 1415, (43)
где С – коэффициент излучения серого тела.
Закон Кирхгофа
Закон устанавливает, что отношение излучательной способности Е к поглощательной А для всех серых телодинаково и равно Ео – излучательной способности а.ч.т. при той же температуре и зависит только от температуры:
13 EMBED Equation.3 1415. (44)
Закон Кирхгофа выводится на рассмотрении лучистого теплообмена между двумя параллельными близкорасположенными поверхностями.
Рисунок 17
Одна излучает тепловой поток с плотностью Ео (а.ч.т.), а другая (с.т.) с коэффициентом поглощения А излучает тепловой поток Е. А так как температуры тел одинаковые или изменяются со временем, плотность потока излучения с.т. должна быть равна приходу энергии, то есть поглощенному им теплу:
Е=А(Ео ( 13 EMBED Equation.3 1415; Ео = ((Т).
Следствие: всякое тело при определенной температуре может испускать только лучи тех длин волн, которые оно способно поглотить при той же температуре, то есть степень черноты с.т. тождественно равна его коэффициенту поглощения:
( ( А. (45)
Тема 2.2.8 Теплообмен излучением между твердыми телами
Рисунок 18
Дана электрическая печь, электрические нагревательные элементы расположены на своде, и они излучают тепловую энергию Q во всех направлениях. Нетрудно определить, какую часть всей излучаемой энергии Q свод будет излучать на стенки и лежащей на поде металл:
- на левую стенку: 13 EMBED Equation.3 1415;
- на правую стенку: 13 EMBED Equation.3 1415;
- на металл: 13 EMBED Equation.3 1415.
Каждое из этих отношений называется угловым коэффициентом (, который показывает, какая часть всей излучательной тепловой энергии одного тела или поверхности попадает на другое тело или поверхность.
Угловые коэффициенты связаны между собой определенными соотношениями.
Правило замыкаемости.
Очевидно, что для замкнутой системы:
Q1 + Q2 + Q3 = Q.
Разделим все на Q:
13 EMBED Equation.3 1415
Отсюда:
(1.1 + (1.2 + (1.3 = 1,
то есть сумма ( для замкнутой системы равна 1, то есть:
13 EMBED Equation.3 1415. (46)
Правило взаимности.
Рисунок 19
Установлено что если две поверхности F1 и F2 лучеиспускают друг на друга, то будет справедливо равенство:
F1 ( (1.2 = F2 ( (2.1. (47)
Частные случаи:
а) две большие близкорасположенные друг к другу плоскости:
(1.1 = (2.1 = 1. (48)
Вывод:
(1.1 + (1.2 = 1,
(2.2 + (2.1 = 1.
Но для плоскости:
(1.1 = 0 и (2.2 = 0.
Тогда:
(1.1 = (2.1 = 1.
б) две концентрические шаровые поверхности или два одноосных цилиндра:
(1.2 = 1; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415. (49)
в) внутренняя поверхность F2 сегмента длинного цилиндра и плоскость F1, являющаяся основанием сегмента:
(1.2 = 1; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415. (50)
Тема 2.2.9 Общее уравнение теплообмена между двумя серыми поверхностями в замкнутой системе
Количество тепла, передаваемое излучением между двумя поверхностями, пропорционально разности температур тел в четвертой степени и зависит от геометрических форм, взаимного расположения поверхностей и степени их черноты.
Количество тепла получаемое первой поверхностью при Т2(Т1:
13 EMBED Equation.3 1415, (51)
где Спр – приведенный коэффициент излучения обеих поверхностей.
13 EMBED Equation.3 1415. (52)
Теплообмен при наличии экрана
Для того, чтобы ослабить лучистый поток, падающий на обслуживающий печь персонал, применяют тепловые экраны, выполняемые обычно из стального тонкого листа.
Примем, что степень черноты (1 = (2 = (э. Применяя общее уравнение теплообмена, определим, что плотность теплового потока от поверхности к экрану равна:
Рисунок 20
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
q2-э = qэ-1 ;(
13 EMBED Equation.3 1415. (53)
Подставим в любое уравнение из (*) найденное значение Тэ, получим:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415. (54)
При отсутствии экрана:
13 EMBED Equation.3 1415. (55)
Отсюда следует, что применение экрана уменьшает лучистый поток в 2 раза.
Тема 2.2.10 Излучение газов и пламени
В металлургических печах решающее значение имеет тепловое излучение газов, образующихся от горения топлива и от физико-химических превращений перерабатываемых материалов.
Наибольшей поглощательной и излучательной способностью обладают многоатомные газы (СО2, Н2О, SО2); двухатомные газы (N2, H2, O2) имеют ничтожно малые способности излучательной и поглощательной лучистой энергии и могут считаться практически теплопрозрачными. Твердые непрозрачные тела поглощают и излучают тепловые лучи с поверхности, а газы по всей толщине слоя.
Плотность лучистого потока газа рассчитывается по закону Стефана- Больцмана с поправкой – коэффициентом, называемым степенью черноты газа:
13 EMBED Equation.3 1415. (56)
Излучающие тепло газы металлургических печей (МП) могут быть светящиеся и несветящиеся.
Светящиеся – содержат твердые частицы (пыль, зола, уголь); обладают наиболее интенсивным излучением; ( = 0,4(0,8.
Несветящиеся – не содержат твердых взвешенных частиц; ( = 0,1(0,4.
В печной технике часто прибегают к искусственному увеличению степени черноты газов введением в них сажистого углерода (подсвечивание или карбюризация пламени).
Количество тепла передаваемое излучением от газа к стенке и наоборот при Тг(Тст, определяется по формуле Поляка:
13 EMBED Equation.3 1415. (57)
Тема 2.2.11 Сложная теплопередача. Теплообмен между двумя газами через плоскую стенку
В металлургических печах обычно теплообмен между факелом, кладкой и металлом происходит в результате конвекции и излучения. Поэтому при расчетах необходимо учитывать оба вида теплоотдачи. Для этого вводят понятие суммарного коэффициента теплоотдачи:
(( = (изл + (конв. (57)
По формуле Ньютона плотность теплового потока:
q = ( (tг + tст),
а так как ( = ((, то
q( = (( (tг + tст) (
q( = ((изл + (конв)(tг + tст). (58)
Тема 2.3 Тепловой баланс пирометаллургического процесса
Тема 2.3.1Характеристика тепловой работы печи
Работа каждой печи характеризуется рядом показателей, наиболее важными из которых являются: температурный и тепловой режимы, коэффициент полезного теплоиспользования, производительность.
Количество тепла, подаваемое в печь в каждый данный момент времени, называется ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКОЙ.
То наибольшее количество тепла, которое печь может нормально усвоить, называют ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТЬЮ.
КПД показывает, какая часть подведенной энергии используется на проведение технологического процесса.
ТЕМПЕРАТУРА – важный теплотехнический показатель работы печи. Представляет собой какую-то усредненную величину. Эту температуру измеряют термопарой, расположенной над нагреваемым материалом в средней части печи.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ печи – количество готовой продукции, получаемой за единицу времени (т/ч, кг/сутки и т.п.).
Тема 2.3.2 Тепловой баланс
Тепловой баланс состоит из равных между собой приходной и расходной частей, каждая из которых складывается из ряда статей.
Статьи прихода:
тепло от горения топлива;
физическое тепло топлива;
физическое тепло воздуха;
тепло, вносимое паром.
Статьи расхода:
расход тепла на технологические нужды;
физическое тепло отходящих газов;
потери тепла от химической неполноты горения;
потери тепла от механической неполноты горения;
потери тепла через кладку печи;
потери тепла через окна (отверстия);
потери тепла с охлаждающей водой;
расход тепла на нагрев тары и транспортных устройств;
тепло, аккумулированное кладкой;
электрические потери;
неучтенные потери.
Тема 2.4 Вторичные энергоресурсы
Для уменьшения потерь тепла СТЕНКАМИ ПЕЧИ (до 0,4( от общего расхода тепла) необходимо:
применять в кладке эффективные теплоизоляционные материалы;
толщина стенок должна быть оптимальной;
снизить потери за счет выбивания горячих газов через неплотности в кладке и отверстиях (обмазка кладки, плотное закрытие окон, применение металлического кожуха печи и другое).
Для уменьшения потерь тепла с продуктами горения топлива (20-60%) необходимо:
понизить температуру отходящих газов;
уменьшить избыток воздуха при сжигании топлива;
использовать тепло отходящих газов.
Тепло отходящих дымовых газов может быть использовано в его утилизации в теплообменных устройствах – рекуператорах, регенераторах и котлах-утилизаторах.
Рекуператоры и регенераторы служат для подогрева воздуха отходящими газами.
В рекуператорах происходит постоянный во времени процесс передачи тепла от дымовых газов к воздуху или газу.
Воздух (газы) и дымовые газы могут иметь различные направления движения. Возможны три основных схемы движения:
противоток;
перекрестный ток;
прямоток.
Теплоотдача в рекуператорах состоит из трех основных стадий:
из передачи тепла от дымовых газов к стенкам (рекуператорные элементы);
из передачи тепла через разделительную стенку;
от стенки к нагреваемому воздуху или газу.
Рекуператор бывает керамический и металлический.
В регенераторах происходит нестационарный процесс передачи тепла (изменяется во времени). Они представляют собой теплообменный аппарат, в котором горячие дымовые газы проходят через керамическую насадку и нагревают ее. В следующий период черед эту нагретую насадку проходит холодный воздух и нагревается за счет тепла. Обычно применяют 2 регенератора (для непрерывной работы печи) для попеременной подачи в них дымовых газов с помощью перекидного клапанного устройства. Используются в цветной металлургии мало, так как в момент перекидывания клапана объем горючего газа теряется с отходящими газами, а также они занимают много места и работают периодически.
В плавильных печах цветной металлургии применение рекуператоров и регенераторов практически исключено, так как отходящие газы имеют большую запыленность, поэтому тепло отходящих газов используется для обогрева котлов-утилизаторов (паровых котлов), что позволяет получать пар без затрат топлива.
Контрольные вопросы по разделу 2
Общие сведения о печных газах
Движение газов. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли
Режимы движения газов. Критерий Рейнольдса
Сопротивление движению газов
Истечение газов через отверстия
Естественное и принудительное движение газов
Виды теплопередачи
Передача тепла теплопроводностью, ее коэффициенты
Передача тепла теплопроводностью через однослойную плоскую стенку
Передача тепла теплопроводностью через многослойную плоскую стенку
Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую плоскую стенку
Конвективный теплообмен
Передача тепла излучением. Физическая сущность передачи тепла. Закон Кирхгофа
Закон Стефана-Больцмана
Теплообмен излучением между двумя серыми поверхностями в замкнутой системе
Теплообмен при наличии экранов
Излучение газов и пламени
Сложная теплопередача. Теплообмен между двумя газами через плоскую стенку
Характеристика тепловой работы печей. Тепловой баланс печи
Основные статьи прихода тепла в тепловой баланс
Статьи расхода на технологические нужды, с отходящими газами, на химическую и механическую неполноту горения
Потери тепла через кладку печи
Потери тепла через окна открытые и закрытые. Потери с охлаждающей водой.
Пути снижения расхода тепла в печах
Рекуператоры, регенераторы, котлы-утилизаторы
КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Выполнение курсовой работы на тему «Расчет теплового баланса трубчатой вращающейся печи» (см. Приложение 2)
РАЗДЕЛ 3 ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
Тема 3.1.1 Назначение и классификация огнеупорных материалов и
изделий
ОГНЕУПОРАМИ называются строительные материалы, служащие для сооружения тепловых агрегатов и способные противостоять действию высоких температур (не ниже 1580(С), а также физическим и физико-химическим процессам, происходящим в тепловых агрегатах при высоких температурах.
Классификация огнеупоров:
По химико-минералогическому составу:
кремнеземистые (динасовые – более 92% SiO2);
алюмосиликатные (шамот – до 45% Al2O3);
магнезиальные (изготавливают из минерала, содержащего магнезит);
хромистые;
углеродистые (графитовые, коксовые);
цирконистые;
окисные (окиси бериллия, тория, церия);
карбидные и нитридные.
По степени огнеупорности:
огнеупорные (t = 1580(1750(С);
высокоогнеупорные (t = 1770(2000(С);
высшей степени огнеупорности (выше 2000(С).
По термической обработке:
обжиговые;
безобжиговые;
литые плавленые.
По способу изготовления:
формованные;
неформованные;
огнеупорные растворы.
По сложности формы и размерам:
нормальный кирпич;
фасонные изделия;
крупные блоки;
специальные изделия (тигли, трубки, ).
Тема 3.1.2 Основные свойства огнеупорных материалов
ОГНЕУПОРНОСТЬ – это свойство материалов противостоять действию высоких температур.
Наиболее распространенным методом определения огнеупорности является стандартный метод, согласно которому из огнеупорного материала, подлежащего испытанию, следует изготовить усеченные трехгранные пирамидки (пироскопы), высотой до 6см. Изготовленные образцы высушиваются и устанавливаются на огнеупорную подставку вместе со стандартными пироскопами определенной огнеупорности. Подставка вместе с пироскопами помещается в электрическую печь. Огнеупорность материала обозначается номером того пироскопа, с которым образец упал одновременно.
Маркировка: температура падения – 10.
ПК173 – пироскоп керамический с огнеупорностью 1730(С.
ДЕФОРМАЦИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ. Находясь в кладке, огнеупорные материалы подвергают различным механическим воздействиям: сжатию, растяжению, изгибу, истиранию. Чаще всего, огнеупоры в условиях службы испытывают нагрузку – сжатие. Их прочность на сжатие определяют в холодном состоянии и при высоких температурах. При испытании пользуются стандартным образцом: d = 36мм, h = 50мм; помещенным в криптолитовую печь. По стандарту удельную нагрузку принимают равной 19,6 Н/см2. Нагрев ведут постепенно (до 800(С V = 10(/мин, свыше 800(С V = 4(5(/мин). В процессе нагревания по дилатометру наблюдают сжатие образца и строят диаграмму. Температуру, при которой отмечается четырехпроцентная усадка, считают температурой начала размягчения (начало деформации), а температуру, при которой происходит сорокапроцентная усадка – температурой конца размягчения.
ПОСТОЯНСТВО ФОРМЫ И ОБЪЕМА. При нагревании и охлаждении в результате термических разложений и усадок огнеупор может изменять свою форму и размеры. Большим непостоянством размеров отличается динос, более постоянные по размерам – углеродистые огнеупоры. Каждый огнеупорный материал характеризуется значением линейного расширения. При кладке печи и свода иногда делают температурные швы. Их делают из дерева на определенных промежутках. Испытания проводят на образцах при нагревании, оценивается изменение объема.
ТЕРМОСТОЙКОСТЬ – проявляется в способности материала, не разрушаясь, выдерживать резкие изменения температуры. Обычно термостойкость определяется методом сравнения, основанном на чередующихся нагреве и охлаждении (1 цикл – теплосмена). Термическая стойкость оценивается количеством выдержанных теплосмен. Метод заключается в том, что кирпич торцевой стороной укладывается в электрическую печь сопротивления и нагревается до 850(С в течение 40 минут. Затем охлаждают в течение 8(15 минут (воздух, вода). И так до тех пор, пока потеря массы не составит 20% (из отколовшихся кусков).
ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ. Огнеупоры при работе в печи должны обладать химической стойкостью. В печах образуются различные агрессивные среды, к которым относятся газы, расплавленные материалы. Сильное разрушающее действие на кладку оказывают шлаки. По отношению к действию шлаков, огнеупоры делятся на:
кислые (динос);
основные (шамот);
нейтральные (хромистый железняк).
Кислые огнеупоры стойки к кислым шлакам.
ШЛАКОУСТОЙЧИВОСТЬ определяется двумя способами: статическим и динамическим.
При статическом способе в огнеупоре высверливается отверстие, в которое засыпается молотый шлак, затем огнеупор устанавливают в печь и подогревают (не менее 1450(С и выдерживают 3(4 часа). После испытания кирпич разрезают и визуально определяют глубину проникновения шлака в материал.
При динамическом способе на помещенный в печь огнеупор капают расплавленным шлаком в течение ограниченного времени, а затем разрезают и устанавливают его шлакоустойчивость.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ. В зависимости от условий работы, огнеупоры могут обладать большей или меньшей теплопроводностью. Чем выше пористость огнеупора, тем ниже его теплопроводность (до 800(900(С).
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ – имеет значение при футеровке электрических печей. При нормальных условиях все огнеупоры хорошие диэлектрики. При высоких температурах их электропроводность быстро возрастает. Хорошей электропроводностью обладают углеродистые огнеупоры, остальные – плохой.
ПОРИСТОСТЬ – ее обладают все огнеупоры. Различают пористость:
1) открытую (есть сообщение с атмосферой) – на основе данных измерения водопоглащения;
2) закрытую (нет выхода наружу);
3) истинная (суммарная, общая).
ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ. С повышением температуры газопроницаемость понижается, т.к объем газа возрастает и увеличивается его вязкость. Наибольшая газопроницаемость у шамота, наименьшая у диноса.
Тема 3.1.3 Принцип выбора огнеупоров
Для стенок и свода огнеупор должен обладать высокой механической прочностью. Для откосов печи применяют огнеупоры, стойкие к действию шлаков.
В изломе хороший огнеупор имеет однородное строение. Все огнеупоры делятся на сорта по стандарту. Сорт учитывает все отклонения от нормы (размеры, отбитость углов, кривизна, трещины, притупленность ребер и другое).
При выборе огнеупорного материала учитывают его стоимость (наиболее дорогие – высокоглиноземистые, дешевые – шамот).
Транспортировка должна обеспечивать сохранность огнеупоров (предпочтительнее укладывать рядами с расклиниванием между рядов – стружка, солома, пенопласт), а лучший способ – перевозка в контейнерах. Склады для хранения должны быть закрытыми.
Тема 3.2 Основы производства и технология получения основных
огнеупоров
Тема 3.2.1 Теоретические основы производства огнеупоров
Производство огнеупоров складывается из следующих процессов:
ОБРАБОТКА СЫРЬЯ – которая может включать обогащение, дробление, помол, предварительную сушку или обжиг или последовательно все эти стадии.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФОРМОВОЧНОЙ МАССЫ – заключается в смешивании огнеупорного сырья со связующими (клеящими) веществами с целью получения плотной массы, удобной для формования кирпича-сырца (огнеупорная глина – шамот, остальное сырье со связующим).
ФОРМОВАНИЕ – выполняется на специальных формовочных прессах. Изделия сложной формы – вручную трамбованием, для каждого случая выбирают оптимальное прессовое давление (может быть расслаивание массы ( брак).
СУШКА КИРПИЧА-СЫРЦА. С уменьшением влаги механическая прочность сырца повышается, но вместе с тем повышается и его хрупкость. Поэтому при сушке в сырце оставляют часть влаги, чтобы избежать отбитости углов и ребер кирпича при его транспортировке.
ОБЖИГ является самой главной операцией в технологическом процессе изготовления огнеупоров. Изделия обжигают в специальных обжиговых печах при строго ограниченных температурах. Сначала удаляется оставшаяся влага, затем, начиная с 200(С, начинают разлагаться карбонаты и гидраты. При температуре выше 800(С в массе появляется жидкая фаза, и начинается процесс перекристаллизации.
В результате обжига образуется кристаллический сросток огнеупорного компонента, придающий изделию механическую прочность при высоких температурах.
Тема 3.2.2 Классификация теплоизоляционных материалов
Теплоизоляционные материалы делят по ряду признаков на следующие группы:
по огнеупорности – на огнеупорные, выдерживающие рабочую температуру 800 (С, и неогнеупорные, которые могут быть использованы только при температурах ниже 800 (С;
по происхождению – на естественные и искусственные;
по форме и способу применения – теплоизоляционные материалы выполняются в виде изделий (кирпичей, листов и т.д.) или в виде неформованных материалов (засыпки, ваты, волокон и др.).
К огнеупорным естественным теплоизоляционным материалам относятся: диатомит, инфузорная земля, трепел и вермикулит.
К искусственным теплоизоляционным материалам относятся пористые легковесные огнеупоры и изделия из различных волокон. Легковесные изделия могут изготавливаться из шамота, динаса, диатомита, высокоглиноземистого сырья и т.п. Для получения легковесных огнеупоров с высоким процентом равномерно распределенной пористости применяют три различных способа: 1) выгорающих добавок; 2) пеноспособ; 3) химический.
Тема 3.2.3 Характеристики и область применения печных огнеупоров
Динас содержит более 93% SiO2 и относится к кремнеземистым, кислым огнеупорам. Обладает высокой строительной прочностью, высокой температурой начала деформации под нагрузкой и соответственно рабочей температурой службы 1650–1700 (С. Устойчив к воздействию кислых расплавов и газовых сред, но не выдерживает контакта с основными расплавами металлов и их оксидов. Термостойкость динаса по стандартной методике не превышает 1-2 водяных теплосмен. Однако, если колебания температуры происходят в области значений выше 300 (С и особенно выше 600 (С, то термостойкость динаса исключительно высока. Динас широко применяют для изготовления высокотемпературной части насадки доменных воздухонагревателей и регенераторов нагревательных колодцев, которая не охлаждается ниже 600 (С, для кладки распорных сводов.
Шамот относится к алюмосиликатным огнеупорам, содержащим кроме SiO2 до 45% Al2O3. Обладает более высокой термостойкостью (10-20 водяных теплосмен), но низкой шлакоустойчивостью. Наиболее широко применяется в печестроении при температурах до 1350 (С для строительства стен, сводов, не контактирующих с оксидами металлов, для низкотемпературной части регенеративной насадки. Не выдерживает истирающего действия при высоких температурах.
Муллит и корунд относятся к высокоглиноземистым алюмосиликатным огнеупорам. По мере увеличения содержания Al2O3 повышается их рабочая температура службы, прочность и постоянство объема при разогреве. Термостойкость превышает 150 водяных теплосмен. Применяются вместо шамота в условиях более высоких температур: муллит – до 1650 (С, корунд – до 1800 (С. Плавленые корундовые изделия обладают высокой шлакоустойчивостью и выдерживают давление и истирающее действие металла и шихты. Применяются в установках внепечной обработки стали, в монолитных подинах методических нагревательных печей, в качестве насадки шариковых регенераторов.
Периклаз (или магнезит) содержит не менее 85% MgO. Температура начала размягчения под нагрузкой значительно ниже огнеупорности. Максимальная рабочая температура 1700 (С. Термостойкость изделий невысока и составляет 1-2 водяных теплосмены. Шлакоустойчивость по отношению. к основным расплавам – металлам и шлакам, богатым оксидами металлов и известью, исключительно высока. Поэтому магнезитовые кирпичи используются для кладки элементов печей черной и цветной металлургии, которые контактируют с расплавами металлов и основных шлаков. Магнезитовый порошок используют для заполнения швов при кладке подин плавильных печей.
Углеродистые огнеупоры изготавливаются из доступного сырья – графита, кокса – с высокой температурой плавления ( 3500 (С. Они не смачиваются расплавами и поэтому устойчивы против них, имеют высокую термостойкость, но начинают окисляться в продуктах горения топлива при температуре ( 600 (С. Поэтому их используют для службы в восстановительной среде: в электрических печах для производства ферросплавов, алюминия, свинца, в лещади доменных печей, в качестве припаса для разливки металлов, для изготовления электродов дуговых плавильных печей.
Карбидкремниевые огнеупоры содержат в качестве главного компонента SiC – карборунд. Они покрыты защитной плёнкой SiO2, поэтому не окисляются как углеродистые. Имеют высокую прочность, износоустойчивость, термостойкость. Устойчивы против нейтральных и кислых расплавов, нестойки против основных. Применяются для изготовления трубок керамических рекуператоров, огнеупорных муфелей.
Неформованные огнеупоры применяют для изготовления монолитных футеровок из огнеупорного бетона и набивных масс. Огнеупорный бетон представляет собой смесь огнеупорного наполнителя (бой огнеупорных изделий) с размером частиц от 0,5 до 70 мм, вяжущего и добавок. В качестве вяжущего используют твердеющие в холодном состоянии огнеупорные цементы (глиноземистый, магнезиальный), жидкое стекло, фосфатные связки на основе ортофосфорной кислоты Н3РО4. Добавки могут регулировать скорость схватывания и твердения, улучшать пластические свойства, уменьшать усадку.
Широко распространены динасовые бетонные блоки и панели для стен нагревательных колодцев, глинистокварцитовые массы для набивной футеровки ковшей. Применяют монолитную футеровку стен и сводов нагревательных печей из жидкого (литого) бетона с креплением её к металлическому каркасу печи с помощью анкерных кирпичей, распределенных по площади стен и свода. Защитные гарниссажи образуются на рабочей поверхности ограждения плавильных, шахтных и дуговых печей из спекающихся или расплавленных материалов при интенсивном охлаждении стен печи водой или воздухом. В плавильных печах цветной металлургии гарниссаж является эффективным средством защиты, а иногда и замены футеровки.
Тема 3.2.4 Теплотехнические характеристики теплоизоляционных
материалов
Для тепловой изоляции металлургических печей применяются три вида изделий:
1) легковесные пористые огнеупорные кирпичи: шамот-легковес, динас-легковес, диатомитовый и другие;
2) теплоизоляционные засыпки;
3) изделия в виде плит, ваты, войлока, картона, изготовленные на основе керамического волокна в смеси со связующим материалом, так называемые волокнистые огнеупоры. Волокнистые огнеупоры являются относительно новыми теплоизоляционными материалами.
Легковесные огнеупорные кирпичи обладают большой пористостью и поэтому меньшей плотностью и теплопроводностью, чем обычные огнеупорные кирпичи. Марка кирпича расшифровывается так: Д – динас, Ш – шамот, Л – легковес, числа после тире означают плотность. Чем меньше плотность кирпича, тем лучше его теплоизоляционные свойства, но ниже максимальная рабочая температура. По сравнению с обычными огнеупорами шамот-легковес и другие легковесы имеют более низкую прочность, шлакоустойчивость и термостойкость. Их можно применять не только для теплоизоляционного слоя футеровки, но и для рабочего слоя, в термических печах.
Диатомитовый кирпич применяют только для наружного слоя тепловой изоляции стен и свода нагревательных печей.
В качестве засыпок используются, в основном, естественные теплоизоляционные материалы: диатомит, инфузорная земля, трепел и вермикулит. Первые три материала имеют состав SiO2(nH2O.
Диатомит – продукт разложения водорослей, имеет рыхлую землистую структуру. Применяют в виде порошка или изделий, изготовленных на глинистой связке. Предельная температура применения диатомитовых изделий 1000 °С, засыпки 900 °С.
Инфузорная земля является продуктом разложения животных организмов; применяют чаще в виде порошка. Трепел – продукт выветривания горных пород, пористый материал с низкой теплопроводностью; применяют в виде порошка или изделий. По свойствам изделия из трепела близки к диатомитовым.
Вермикулит это разновидность слюды, имеющая способность при нагреве значительно увеличивать свой объем. Используют вермикулит в виде засыпки или в виде плит. Применяется до температуры 700-900 °С. В обожженном виде носит название – зонолит. Предельная температура применения зонолита 1000-1100 °С. Коэффициент теплопроводности вермикулита и зонолита 0,1 Вт/(м(К).
К неогнеупорным изоляционным материалам относится асбест. Асбест является водным силикатом магния состава 3MgO(2SiO2(2H2O, имеет волокнистое строение, пористый. Применяют в виде крошки для засыпки или в виде изделий – шнура, картона, плит, ткани и ваты.
Новые материалы, используемые в металлургических печах Волокнистые плиты, как и шамот-легковес, применяют для изготовления не только изоляционного, но и рабочего слоя футеровки термических печей с целью снижения потерь теплоты в рабочем пространстве печи. При этом уменьшаются два вида потерь: на аккумуляцию теплоты футеровкой и теплопроводностью через футеровку в окружающую среду.
Тема 3.2.5 Кладка печи. Конструкции сводов
Ограждение печей из огнеупорных и теплоизоляционных материалов называется кладкой или футеровкой.
Футеровка является ответственной частью всех промышленных печей. От ее службы зависит надежность работы печи и длительность кампании. Элементами футеровки являются под, стены и свод. Кладка должна быть, по возможности, непроницаемой для расплавленных металлов и шлаков, а также для печных газов.
В зависимости от требуемой тщательности работы кладку разделяют на категории, для каждой из которых допустимая толщина шва строго регламентирована:
а) особо тщательная, со швами толщиной не более 1 мм – для футеровки плавильных печей в местах возможного контакта с жидкой средой;
б) тщательная, со швами толщиной не более 2 мм – для футеровки, подвергающейся истирающему воздействию и для нагревательных печей с температурой до 1400 °С;
в) обыкновенная, со швами толщиной не более 3 мм – для футеровки, неконтактирующей с жидким металлом и шлаком, и для нагревательных печей с температурой до 1200 °С; г) простая, со швами толщиной до 4 мм – для выполнения нижних слоев пода. Рабочий слой футеровки в местах, где требуется наибольшая плотность, выкладывают особенно тщательно со швами не более 0,5 мм.
Для компенсации термического расширения кладки в ней предусматривают температурные швы, размеры которых зависят от рабочей температуры и от применяемого для кладки материала. Ширина термических швов колеблется в пределах от 5 до 15 мм на 1 м кладки.
Под печи выкладывают или прямо на фундамент или на стальные листы, опирающиеся на балки. Воздушный зазор, образующийся при этом между подом и фундаментом, предохраняет последний от перегрева. Под печи часто подвергается механическим ударам загружаемых материалов и химическому действию окалины или жидкого металла, поэтому его всегда выполняют многослойным
Стены печи. Кладку стен ведут, как и пода, с перевязкой швов, для чего меняют положение кирпича, чередуя тычковые и ложковые ряды (кирпич, уложенный длиной стороной параллельно плоскости стены, называется ложковым, а уложений перпендикулярно – тычковым). Кладку стен нагревательных печей ведут строго вертикально, а стены плавильных печей, с целью повышения их стойкости, часто делают наклонными с толщиной, уменьшающейся кверху. Стены выполняют двух- или трехслойными.
Своды печей выполняют арочными, купольными или подвесными. Арочные своды применяют при ширине пролета до 3 м. Для металлургических печей преимущественно применяют арочные своды с центральным углом 60, 90, 120 и 180° (соответственно рис. 1.4 а-г). Купольными сводами называются своды круглых печей. Их выполняют целиком из фасонного кирпича. Подвесные своды нагревательных печей применяют при ширине пролета более 3 м. Для их выполнения используют фасонные кирпичи из шамота класса А и каолина, в местах пережимов (криволинейные участки сводов методических печей) применяют высокоглиноземистые кирпичи.
Своды плавильных печей очень массивны, поэтому их выполняют распорно-подвесными, при этом часть веса свода передается через подпятовые балки на стойки каркаса. Часто, во избежание перегрева сводов плавильных печей, устраивается принудительное воздушное охлаждение наружной поверхности свода с использованием вентилятора. Съемные своды электрических печей или крышки нагревательных колодцев монтируют в специальных металлических рамах, воспринимающих все нагрузки и обеспечивающих их длительную службу.
Тема 3.2.5. Назначение и устройство основных металлургических печей дана на самостоятельное изучение - подготовить доклады, сообщения, презентации, видеофильмы по предложенным темам:
Отражательные печи
Пламенные нагревательные печи
Трубчатые вращающиеся печи
Печи кипящего слоя
КИВЦЭТ-агрегат
Индукционные печи.
Дуговые печи
Электрические печи сопротивления
Контрольные вопросы по разделу 3
Назначение и классификация огнеупорных материалов
Основные свойства огнеупорных материалов
Принцип выбора огнеупоров
Из каких процессов складывается производство огнеупоров?
Классификация теплоизоляционных материалов
Алюмосиликатные огнеупоры и их применение
Высокоглиноземистые огнеупоры и их применение
Магнезитовые огнеупоры и их применение
Углеродистые огнеупоры и их применение
Карборундовые изделия и их применение
Неформованные огнеупоры и их применение
Теплотехнические характеристики теплоизоляционных материалов
Кладка печи (футеровка)
Элементы конструкций печей
Отражательные печи, их устройство и назначение
Пламенные нагревательные печи, их устройство и назначение
Трубчатые вращающиеся печи, их устройство и назначение
Печи кипящего слоя, их устройство и назначение
КИВЦЭТ-агрегат, устройство и назначение
Индукционные печи, их устройство и назначение
Дуговые печи, их устройство и назначение
Электрические печи сопротивления, их устройство и назначение
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
Общая характеристика топлива. Классификация топлива
Элементарный и технический анализ топлива
Теплота сгорания топлива. Условное топливо и тепловой эквивалент
Естественное твердое топливо. Его происхождение, химический состав, теплотворность
Искусственное твердое топливо. Методы переработки
Технология приготовления угольной пыли
Брикетирование и коксование каменного угля
Устройства для сжигания твердого топлива
Жидкое топливо-нефть, продукты ее переработки. Сжигание мазута в печах
Устройство для сжигания жидкого топлива в печах
Газообразное топливо. Природный газ
Генераторный газ
Устройства для сжигания газообразного топлива
Основы теории горения топлива
Преимущества и недостатки электронагрева. Применение его в цветной металлургии. Классификация электрических печей в зависимости от вида электронагрева
Электронагрев в печах сопротивления
Металлические и неметаллические нагревательные элементы
Индукционный электронагрев
Дуговой и плазменный нагревы
Электроннолучевой нагрев
Автогенный нагрев печей
Общие сведения о печных газах
Движение газов. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли
Режимы движения газов. Критерий Рейнольдса
Сопротивление движению газов
Истечение газов через отверстия
Естественное и принудительное движение газов
Виды теплопередачи
Передача тепла теплопроводностью, ее коэффициенты
Передача тепла теплопроводностью через однослойную плоскую стенку
Передача тепла теплопроводностью через многослойную плоскую стенку
Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую плоскую стенку
Конвективный теплообмен
Передача тепла излучением. Физическая сущность передачи тепла. Закон Кирхгофа
Закон Стефана-Больцмана
Теплообмен излучением между двумя серыми поверхностями в замкнутой системе
Теплообмен при наличии экранов
Излучение газов и пламени
Сложная теплопередача. Теплообмен между двумя газами через плоскую стенку
Характеристика тепловой работы печей. Тепловой баланс печи
Основные статьи прихода тепла в тепловой баланс
Статьи расхода на технологические нужды, с отходящими газами, на химическую и механическую неполноту горения
Потери тепла через кладку печи
Потери тепла через окна открытые и закрытые. Потери с охлаждающей водой.
Пути снижения расхода тепла в печах
Рекуператоры, регенераторы, котлы-утилизаторы
Назначение и классификация огнеупорных материалов
Основные свойства огнеупорных материалов
Принцип выбора огнеупоров
Из каких процессов складывается производство огнеупоров?
Классификация теплоизоляционных материалов
Алюмосиликатные огнеупоры
Высокоглиноземистые огнеупоры
Магнезитовые огнеупоры
Углеродистые огнеупоры
Карборундовые изделия
Неформованные огнеупоры
Теплотехнические характеристики теплоизоляционных материалов
Кладка печи (футеровка)
Элементы конструкций печей
Отражательные печи
Пламенные нагревательные печи
Трубчатые вращающиеся печи
Печи кипящего слоя
КИВЦЭТ-агрегат
Индукционные печи.
Дуговые печи
Электрические печи сопротивления
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Крапухин В.В. Печи для цветных и редких металлов М., Металлургия,1986.
2.Прибытков И.А. Теоретические основы теплотехники. Академия.2004
3.Тимофеев А.С. Теплофизика металлургических процессов. Горная книга. 2014.
Дополнительная:
Смирнова М.В. Теоретические основы теплотехники М., 2010.
Ерохин В.Г, Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники М., 2014.
Лариков Н.Н. Теплотехника. М.; Стройиздат, 1985.
Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М. и др. Теплотехника.М.,1999.
Исаченко В.М., Осипова В.А., Сухомел А.С. Теплопередача. М.; Энергоиздат, 1981.
Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. -М.; Энергия, 1977.
Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике. М.; Высш. шк., 1986.
Сб. задач по технической термодинамике /Андрианов Т.А., Дзампов Б.В. и др. М.; 1971.
А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.;Теплотехника М.: Энергоиздат, 2002.
А.М. Архаров, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др. Теплотехника М.: Машиностроение, 2006.
Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника. М.: Высшая школа, 2006.
Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент.
Справочник./ Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина, книга 2. М.: Энергоатомиздат, 2000.
Целиков А.И. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. Учебник для вузов. М., Металлургия, 1992.
Целиков А.И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. М., Металлургия, 1998.
Интернет-ресурсы: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Практикум по МДК 2.1«Теплотехника» выполняется после сдачи теоретических основ по соответствующим темам курса.
Практическая работа №1
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ТОПЛИВА И ТЕПЛОТЫ ЕГО СГОРАНИЯ»
Цель работы: научиться делать пересчет состава топлива из одного
состояния в другое, определять рабочую массу топлива,
низшую и высшую теплоту сгорания топлива.
Для твердого и жидкого топлива пересчет из горючего, сухого или органического состояния в рабочее осуществляется по следующим формулам [1] ( стр.98) :
13 EMBED Equation.3 1415=13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (1)
(2)
(3)
где Х – процентное содержание элементов в топливе (C,H,O,N,S,A,W).
Для газообразного топлива пересчет сухого газа во влажный осуществляется по следующим формулам:
(4)
(5)
Для определения теплоты сгорания твердого и жидкого топлива пользуются следующими формулами:
13 EMBED Equation.3 1415
Для газов:
13 EMBED Equation.3 1415 (8)
Задача №1
Дан состав топлива (см. таблицу 1),%. Определить рабочую массу топлива. Осуществить проверку по формуле:
(9) Таблица 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Cг
89
87
80
85
88
90
91
86
92
93
89
87
80
85
88
90
91
86
Нг
4
6
5
6
4
3
4
5
4
3
3
6
7
6
5
4
3
6
Ог
2
3
4
3
5
2
3
4
2
2
2
2
4
2
4
1
2
4
Sг
3
2
7
4
1
4
1
2
1
1
4
3
5
3
2
3
3
3
Nг
2
2
4
2
2
1
1
3
1
1
2
2
4
4
1
2
1
1
Ас
10
9
8
12
10
12
8
13
11
14
12
8
11
10
12
9
6
7
Wр
12
13
14
10
12
10
14
9
11
8
10
14
11
12
10
13
16
15
Задача №2
Дан состав топлива (см. таблицу 2),%. Определить рабочую массу топлива и сделать проверку.
Таблица 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Cо
92
91
93
90
89
92
91
93
90
89
92
91
93
90
89
92
91
93
Но
3,0
2,0
4,0
3,5
3,5
4,0
4,0
3,0
4,0
6,0
2,5
3,0
4,0
3,5
4,5
4,0
3,0
3,0
Оо
3,5
4,5
2,5
3,5
5,5
2,5
2,5
1,5
3,5
3,5
3,5
4,5
2,5
2,5
5,5
2,5
2,5
1,5
Nо
1,5
2,5
0,5
3,0
2,0
1,5
2,5
2,5
2,5
1,5
2,0
1,5
0,5
4,0
1,0
1,5
3,5
2,5
Sс
2,0
1,5
0,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
3,0
1,5
2,5
0,5
3,0
0,5
2,5
1,5
3,0
Ас
15
12
10
13
10
15
10
13
15
10
20
15
20
15
10
15
13
20
Wр
20
15
20
15
15
20
15
20
20
20
15
12
10
13
15
20
15
10
Задача №3
Дан состав сухого газообразного топлива (см. таблицу 3),%. Определить состав влажного газа и сделать проверку по формуле:
СH4вл.+C2H6вл.+COвл.+СО2вл.+ N2вл.+ Н2Овл=100%. (10)
Таблица 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
СH4c
90
75
80
85
92
83
78
90
75
80
90
75
80
85
92
83
78
79
C2H6c
3
5
4
6
3
6
10
2
10
5
2
10
5
5
2
5
4
3
COc
2
10
5
5
2
5
4
3
5
4
3
5
4
6
3
6
10
2
СО2с
1,5
6
6
2
2
4
5
4
4
5
2,5
4
5
2
1
2
3
1
N2c
3,5
4
5
2
1
2
3
1
6
6
2,5
6
6
2
2
4
5
5
W,г/м3
83
80
75
84
80
75
82
81
72
86
76
74
81
75
82
87
88
84
Задача №4
Дан состав топлива (см. таблицу 4),%.Определить низшую Qнр и высшую Qвр теплоту сгорания топлива (Дж/кг).
Таблица 4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Ср
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
70
71
72
73
74
75
76
Нр
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
Ор
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
Sр
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
Ар
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Wр
6
7
8
6
7
8
6
7
8
6
7
8
6
7
8
6
7
8
Задача №5
Дан состав топлива (см. таблицу 5),%. Определить низшую Qнс теплоту сгорания газообразного топлива (Дж/кг).
Таблица 5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
CH4с
90
91
92
93
94
95
85
86
87
88
89
80
81
82
83
84
79
78
C2H6с
2.5
2.4
2.3
2.2
2.1
2.0
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
4.0
4.5
C3H8с
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.1
0.2
0.1
C4H10с
0.4
0.5
0.6
0.7
0.4
0.3
0.1
0.2
0.1
0.2
0.1
0.2
0.1
0.2
0.1
0.2
0.1
0.2
CO2с
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.0
1.1
N2с
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
Практическая работа №2
«РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА»
Цель работы: научиться производить расчет необходимого количества
воздуха, подаваемого для сжигания топлива.
В расчетах горения топлива принимают следующий по объему состав сухого воздуха:
N2 = 79 %;
O2 = 21 %,
т.е. на 1 единицу объема кислорода приходится: 13 EMBED Equation.3 1415объемных единиц азота.
Задача №1
Определить объем воздуха, необходимый для сжигания mc топлива (мазут) (см. таблицу 1).
Таблица 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
mc
72
84
96
120
48
36
24
108
132
72
84
96
120
48
36
24
108
132
Пример решения
mc =60 кг
Vв = ?
C + O2 = CO2 ;
· =13 EMBED Equation.3 1415 , (1)
где
· – количество киломолей вещества, кмоль ;
mc – масса топлива, кг ;
Мс – молекулярная масса углерода, кг.
Тогда: 13 EMBED Equation.3 1415
· = 13 EMBED Equation.3 1415
· = 5 (кмоль).
Таким образом, 60 кг углерода соответствуют 5 кмолям . Для горения 5 киломолей углерода требуется 5 киломолей кислорода:
5C + 5O2 = 5CO2 .
Вместе с 5 киломолями кислорода поступит 53,762 кмоля азота:
13 EMBED Equation.3 14155C + 5O2 + 5 · 3,762 N2= 5CO2 + 5·3,762N2.
воздух дымовые газы
Тогда, количество киломолей воздуха, подаваемого на горение:
·в = 5+5·3,762;
·в = 23,81 кмоль.
Объем воздуха (м3), подаваемого на горение:
Vв =
·в· 22.4, (2)
где 22,4 – объем, занимаемый 1 кмолем воздуха.
Vв = 23,81·22.4;
Vв = 533 м3.
Таким образом определяется теоретически необходимое количество воздуха.
На практике, чтобы обеспечить полноту горения топлива, воздуха расходуют больше, чем теоретически необходимого.
Отношение практического расхода воздуха Vп к теоретическому Vт называется коэффициентом избытка воздуха
· :
· = 13 EMBED Equation.3 1415 (3)
При сжигании твердого топлива
· = 1,2 – 1,25;
при сжигании жидкого топлива
· = 1,08 – 1,2;
при сжигании газообразного топлива
· = 1,05 – 1,1.
Задача №2
Определить при заданном
· (см. таблицу 2) практически необходимое количество воздуха Vп для сжигания того же количества топлива.
Таблица 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
·
1,2
1,11
1,12
1,13
1,14
1,15
1,16
1,17
1,18
1,19
1,10
1,09
1,08
1,11
1,12
1,13
1,14
1,15
Иногда на практике, для повышения эффективности горения, используют воздух, обогащенный кислородом (дутье). В этом случае расчет ведется аналогично предыдущим расчетам, но соотношение О2 и N2 в составе подаваемой смеси будет другим.
Задача №3
Определить объем воздуха (дутья) для сжигания того же количества топлива, если содержание кислорода в дутье 25% (по массе).
Задача №4
Определить расход воздуха для сжигания газообразного топлива заданного состава (см. таблицу 3).Объем топлива Vтопл. = 1м3.
Таблица 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
СH4
90
91
92
93
94
95
89
97
81
82
83
84
85
86
87
88
89
98
СО2
6
5
5
4
3
2
7
2
16
14
12
11
10
12
9
8
6
1
N2
4
4
3
3
3
3
4
1
3
4
5
5
5
2
4
4
5
1
Пример решения
CH4 = 96%;
CO2 = 3% ;
N2 = 1% ;
Vтопл.= 1м3.
Vв. – ?
Vтопл. = 0,96 + 0,03 + 0,01 = 1 (м3).
CH4 + 2O2 = СО2 + 2Н2О.
0,96СН4 + 2·0,96О2 + 2 · 0,96 3,762N2 = 0,96CO2 + 2·0,96Н2О + 2· 0,96 3,762N2 ;
воздух дымовые газы
Vв. = 2· 0,96 + 2· 0,96· 3,762 ;
Vв.= 9,14 м3 .
Задача №5
Определить расход воздуха для сжигания 1м3 газообразного топлива следующего состава:
СН4 = 93,2 %;
С2Н6 = 0,7 % ;
С3Н8 = 0,8 % ;
С4Н10= 0,6 %;
N2 = 4,7 %.
Для решения необходимо написать реакции горения для СН4, С2Н6, С3Н8, С4Н10 и определить необходимый расход воздуха по каждой реакции, затем найти общий объем расходуемого воздуха для сжигания данного топлива.
Практическая работа №3
«РАСЧЕТ ОБЪЕМА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ И РАСХОДА ВОЗДУХА ПРИ ГОРЕНИИ ТОПЛИВА»
Цель работы: научиться применять полученные знания при проведении
расчетов по определению состава влажного газа, объема
воздуха при сжигании определенного количества
газообразного топлива, объема и состава дымовых газов.
Проведение данной работы имеет также своей целью подготовку студентов к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теплотехника».
В процессе работы необходимо:
1) определить состав влажного газа;
2) определить объем воздуха при сжигании 100 м3 газа;
3) определить объем и состав дымовых газов.
Таблица 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
CH4с
90
91
92
93
94
95
85
86
87
88
89
80
81
82
83
84
93
94
C2H6с
2.5
2.4
2.3
2..2
2.1
2.0
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
3.8
2.9
C3H8с
1.3
1.4
0.4
0.6
0.8
0.3
3.1
3.2
3.3
2.4
2.6
4.6
4.7
4.8
4.9
5.1
0.4
0.7
C4H10с
1.7
0.6
0.6
0.4
0.2
0.6
3.7
2.4
1.1
0.8
0.5
4.2
4.3
4.2
4.1
3.2
0.6
0.3
N2
4,5
4,6
4,7
3,8
2,9
2,1
5,2
5,3
5,4
5,5
4,5
5,7
4,4
3,3
2,2
1,8
2.2
2.1
W,г/м3
60
70
80
65
75
85
60
70
80
65
75
85
60
70
80
65
75
85
Пример расчета
Определение состава влажного газа
Дано: Решение
CH4c = 93.2% ;
C2H6c = 0,7 % ;
C3H8c = 0,6 % ;
C4H10c = 0,6 % ;
N2c = 4,9 % ;
W = 60 г/м3.
Опр. состав
влажного газа
Применяя формулы (4) и (5) из практической работы №1 производится следующий расчет:
СН4вл =13 EMBED Equation.3 1415
СН4вл = 13 EMBED Equation.3 1415
С2Н6вл = 13 EMBED Equation.3 1415
С3Н8вл = 13 EMBED Equation.3 1415
С4Н10вл = 13 EMBED Equation.3 1415
N2вл =13 EMBED Equation.3 1415
Н2Овл = 13 EMBED Equation.3 1415 Проверка: СН4вл + С2Н6вл + С3Н8вл + С4Н10вл + N2вл + Н2Овл = 100%;
86,77 + 0,652 + 0,559 + 0,559 + 4,562 + 6,938 = 100,04 (%)
· 100%.
Результаты расчетов используют для определения объема воздуха.
2. Определение объема воздуха при сжигании 100 м3 газа
Дано:
CH4вл = 86,77% ;
C2H6вл = 0,652 % ;
C3H8вл = 0,559 % ;
C4H10вл = 0,559 %;
N2вл = 4,562%;
Н2Овл = 6,938%;
Vтопл. = 100 м3 .
Vв – ?
Применяя пример расчета объема воздуха, подаваемого на сжигание газообразного топлива ( см. практическую работу №2), производятся соответствующие расчеты:
Vтопл.= 86,77+ 0,652+ 0,559+ 0,559+4,562+6,938 =100(м3).
CH4 + 2O2 = СО2 + 2Н2О. 13 EMBED Equation.3 1415
C2H6 + 3.5O2 = 2CO2 + 3H2O.
13 EMBED Equation.3 1415
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O.
13 EMBED Equation.3 1415
C4H10 + 6.5O2 = 4CO2 + 5H2O.
13 EMBED Equation.3 1415
Полученные данные заносятся в таблицу расхода воздуха и объема дымовых газов (см. табл.2).
Определяется суммарное (
· ) количество воздуха, подаваемого на горение, и объема дымовых газов. Процентное (%) содержание отдельных компонентов дымового газа ( СО2 , Н2О, N2) определяется следующим образом. Например, количество СО2 от общего объема продуктов сгорания :13 EMBED Equation.3 1415и т.д.
Таблица 2-Расход воздуха и объема дымовых газов
Компоненты, участвующие в горении
Продукты сгорания,м3
топливо
воздух,м3
СО2
Н2О
N2
всего
составля-
ющие
содержа-
ние, %
количест-
во, м3
О2
N2
всего
СН4
86,77
86,77
173,54
182,251· 3,762
86,77
173,54
685,63
+
С2Н6
0,652
0,652
2,282
1,304
1,956
С3Н8
0,559
0,559
2,795
1,677
2,236
С4Н10
0,559
0,559
3,634
2,236
2,795
N2
4,562
4,562
4,562
H2O
6,938
6,938
6,938
·
100
100
182,251
685,63
867,881
91,987
187,465
690,192
969,644
·, %
9,5
19,3
71,2
100
Практическая работа №4
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ»
Цель работы: научиться определять калориметрическую температуру
дымовых газов как одну из основных характеристик
топлива.
Калориметрическая температура – температура, которую имели бы дымовые газы при полном сгорании топлива и отсутствии теплообмена с окружающей средой.
tк = 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (1)
где Qнр – теплота сгорания топлива, кДж /м3 ;
Vi – объемы составляющих дымовых газов на 1 м3 топлива, м3/м3 ;
ci – средние объемные теплоемкости составляющих дымовых газов,
кДж /(м3 · К).
Сложность расчета калориметрической температуры заключается в том, что теплоемкость каждой составляющей дымовых газов зависит от температуры, т.е. для определения теплоемкости нужно знать искомую температуру tк . Поэтому расчет калориметрической температуры проводится методом последовательного приближения – задаются примерной температурой дымовых газов.
Для этой температуры берут из таблиц (приложение X [1]) значения теплоемкостей и проводят расчет теплоты сгорания по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415 (2)
При несовпадении вычисленной теплоты сгорания с теплотой сгорания сжигаемого топлива задаются другой температурой, на 100°С большей или меньшей, в зависимости от того, в какую сторону получилось отклонение, и снова проводят расчет. В полученном диапазоне температуру определяют интерполяцией.
Пример расчета
Исходными данными для дальнейших вычислений служат результаты расчетов практической работы №3 (табл.2).
Для определения калориметрической температуры вычисляется теплота сгорания газа по формуле (2) :
Qнр = 358,7·СН4 + 591,0·(С2Н6 + С3Н8 + С4Н10);
Qнр = 358,7·86,77 + 591,0·(0,652 + 0,559 + 0,559) = 32170,4 (кДж/м3).
При
· = 1 на 1м3 продуктов сгорания выделяется тепла:
iо = 13 EMBED Equation.3 1415 (3)
где iо – удельная энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3;
Qнр – теплота сгорания топлива, кДж/м3;
М – масса сгоревшего топлива, м3 ;
Vд.г.– объем дымовых газов, м3 (см. табл. 2 практ.раб.№3).
В данном случае:
iо =13 EMBED Equation.3 1415(кДж/м3).
По расчету 1 м3 продуктов сгорания содержит, м 3:
СО2 = 13 EMBED Equation.3 1415;
Н2О = 13 EMBED Equation.3 1415;
N2 = 13 EMBED Equation.3 1415
Энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:
i = V · c · tк , (4)
где i – удельная энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3 ;
V– объем продуктов сгорания, м3 ;
с – теплоемкость продуктов сгорания (прил. Х [1]), кДж/(м3·К) ;
tк – заданная калориметрическая температура горения, оС.
Задаются возможной калориметрической температурой горения tк1 = 1900 оС и определяют удельную энтальпию продуктов сгорания по формуле (4):
13 EMBED Equation.3 1415= 0,095 · 2,4393 · 1900 = 440,2936 (кДж/м3);
13 EMBED Equation.3 1415= 0,193 · 1,9252 · 1900 = 705,9708 (кДж/м3);
13 EMBED Equation.3 1415 = 0,712 · 1,478 · 1900 = 1999,4384 (кДж/м3).
_________________________________________
i1 = 3145.7028 (кДж/м3).
Так как энтальпия i1 получилась меньше io, увеличивают температуру на 100оС, и снова проводят расчет.
Для температуры tк2 = 2000 оС определяют i2.
Энтальпия продуктов сгорания для этой температуры будет:
13 EMBED Equation.3 1415= 0,095 · 2,4552 · 2000 = 466,488 (кДж/м3);
13 EMBED Equation.3 1415= 0,193 · 1,9449 · 2000 = 750,7314 (кДж/м3);
13 EMBED Equation.3 1415 = 0,712 · 1,4851 · 2000 = 2114,7824 (кДж/м3).
_________________________________________
i2 = 3332,0018(кДж/м3).
Поскольку i1 < io < i2 : 3145.7028 < 3317.7537 < 3332.0018, действительная калориметрическая температура лежит в пределах 1900-2000о С и может быть найдена методом интерполяции по формуле:
tк = tк1 + 13 EMBED Equation.3 1415 (5)
Подставляя значения в формулу (5) :
tк = 1900 + 13 EMBED Equation.3 1415;
tк = 1992,35 оС.
Практическая работа №5
«МЕХАНИКА ПЕЧНЫХ ГАЗОВ»
Цель работы: изучить закономерности поведения газов,
научиться определять объем, удельный вес
печного газа, скорость газового потока и
величины напоров в газовом канале.
Печные газы – атмосфера печи, состоящая из продуктов горения топлива, газов, выделяющихся в ходе металлургических процессов или подаваемых в печь для создания необходимой газовой среды, и, наконец, газов, попадающих в печь через неплотности при наличии в печи разрежения.
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (1)
где p, V и T – давление, объем и температура газа в заданных условиях;
p0, V0 и T0 – давление, объем и температура газа в нормальных условиях (p0 = 101.3 кПа, Т0 = 273 К).
При постоянном и равном атмосферному давлению газа ( р = р0 ):
(2)
(3)
При постоянном сечении канала и постоянном давлении скорость будет изменяться от температуры так же, как и объем газа:
13 EMBED Equation.3 1415. (4)
Под скоростью движения газа w (м/с) понимается отношение расхода газа в секунду V (м3/с) к площади поперечного сечения канала F (м2), по которому протекает газ:
13 EMBED Equation.3 1415. (5)
При расчете скоростей движения газа на различных участках газоходов широко применяются уравнения неразрывности потока для сжимаемой (6) и несжимаемой жидкости (7):
w1
·F1
·
·1 = w2
·F2
·
·2 = сonst; (6)
w1
·F1 = w2
·F2 = сonst. (7)
В применении к движению газов в печах и газоходах часто пользуются не абсолютными значениями давлений, а избыточным давлением, т.е. разностью давлений между атмосферным и давлением в данной точке, называемой напором (h).
Закон сохранения энергии при установившемся движении идеального газа может быть представлен уравнением Бернулли :
hг + hcт + hд =const, (8)
где hг = g
·z
·(
·в –
·г) – геометрический напор, Па;
hcт = рг– рв – статический напор, Па:
hд = 13 EMBED Equation.3 1415 – динамический напор, Па.
Задача №1
Определить объем газа (Vг), удельный вес газа (
·г) и скорость газового потока (wг) при известных : t (0C), V0 (нм3),
·0 (кг/нм3), w0 (м/с) и при р = const (см. табл.1).
Таблица 1
Таблица 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
t
400
350
410
360
420
425
365
415
355
430
370
435
375
440
380
385
390
395
V0
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
·0
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
w0
4
5
6
4
5
6
4
5
6
4
5
6
4
5
6
4
5
6
Задача №2
Газ перемещается по каналу переменного сечения при t=const. Определить скорость газа во втором и третьем сечении при известных площадях поперечного сечения канала F1, F2 ,F3 (м2) и скорости газового потока в первом сечении w1(м/с).
F1 F2 F3
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рисунок 1
Таблица 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
F1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
F2
0,6
0,5
0,7
0,5
0,8
0,6
0,9
0,9
0,8
0,5
0,4
0,7
0,6
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
F3
0,25
0,2
0,3
0,25
0,3
0,2
0,4
0,3
0,4
0,25
0,2
0,25
0,3
0,2
0,25
0,4
0,4
0,3
w1
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
Задача №3
Газ движется по каналу диаметром d (м). Секундный объем газа при н.у. V0=8000 нм3/ч. Диаметр (d) и температура (t, 0С) указаны в табл.3. Определить скорость газового потока.
Таблица 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
d
0.9
0.8
0.7
0.9
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.7
0.8
0.9
t
300
350
400
250
330
310
420
410
360
370
380
390
270
280
290
430
440
450
Задача № 4
Определить геометрический напор в канале высотой (z) 6 м, если удельный вес газа при н.у.
·0г=1,3 кг/нм3, температура газа в начале канала tг1= 4500С, в конце tг2=4000С. Температура воздуха tв= 200С. Удельный вес воздуха при н.у
·0в= 1,29кг/нм3.
Практическая работа №6
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА»
Цель работы: изучить закономерности поведения газов с
учетом потерь напора, научиться определять
величины напоров в газовом канале.
Наличие сил трения у газов приводит к расходу энергии на преодоление трения и местных сопротивлений, к которым относятся резкие изменения скорости или направления движения (повороты, изменения сечения канала) и др. Расходуемая энергия переходит в тепловую и рассеивается. Затраты энергии определяются скоростью движения газа, т.е. величиной динамического напора, но происходят они за счет статического напора, величина которого по направлению движения газа будет при этом убывать. С учетом потерь напора уравнение Бернулли для реальных газов имеет вид:
13 EMBED Equation.3 1415, (1)
где hг – геометрический напор, Па;
hст – статический напор, Па;
hд – динамический напор, Па;
hпот – потери напора, Па.
Так как потери напора возникают лишь при движении газа, значение его принято выражать в долях динамического напора:
(2)
где k – коэффициент, характеризующий данное сопротивление.
13 EMBED Equation.3 1415 (3)
где 13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент трения (для кирпичных кладок равен 0,05);
13 EMBED Equation.3 1415 – длина канала, м;
13 EMBED Equation.3 1415– гидравлический диаметр канала, м.
13 EMBED Equation.3 1415 (4)
где F – площадь поперечного сечения канала, м;
П – периметр сечения, м.
При движении газа по вертикальному каналу необходимо преодолеть геометрический напор:
13 EMBED Equation.3 1415 (5)
где z – высота (длина канала), м.
Задача
Определить потери напора при движении газа по каналу переменного сечения, если V0 = 3 нм3/ с; 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415tв = 150С. Шибер открыт на 20%. Температуры и длины зон даны в таблице.
0,5 0,5 0,7
0,5 0,6 0,7
А-А В-В С-С
Рисунок 1
Таблица
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
t1
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
t2
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
t3
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
t4
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
t5
120
100
120
100
120
120
100
120
100
120
100
120
100
120
100
120
100
120
l1
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
l2
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
l3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
l4
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
Решение
Потери напора будут складываться из:
- потерь напора на трение на участках l1, l2, l3, l4 ;
- потерь на преодоление геометрического напора на участке l1;
- потерь напора при движении газа из вертикального канала в горизонтальный – поворот под прямым углом (стр.376, прилож.2 [1] );
- потерь напора при расширении и сужении канала (стр.376, прилож.2 [1] ).
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по МДК 2.1 «Теплотехника» для студентов специальности 150402 «Металлургия цветных металлов»
Выполнение курсовой работы по ПМ.02 ПМ 2 «Обслуживание основного, вспомогательного технологического оборудования и коммуникаций в производстве цветных металлов и сплавов» направлено на приобретение практического опыта по систематизации полученных знаний и практических умений, формированию профессиональных и общих компетенций , приобретение навыков самостоятельной работы.
В методических указаниях представлен порядок и пример расчета теплового баланса трубчатой вращающейся печи при кальцинации глинозема. Выполнение курсовой работы осуществляется по индивидуальному заданию и под руководством преподавателя профессионального модуля ПМ 02. Курсовая работа должна быть выполнена в соответствии с требованиями «Методических рекомендаций по оформлению курсовых и дипломных проектов»
Курсовая работа подлежит обязательной защите. Внимательное изучение рекомендаций, следование им и своевременное консультирование у руководителя поможет без проблем подготовить, защитить курсовую работу и получить положительную оценку. Консультации по выполнению курсовой работы проводятся как в рамках учебных часов в ходе изучения профессионального модуля, так и по индивидуальному графику.
ВВЕДЕНИЕ
Трубчатая вращающаяся печь предназначена для кальцинации гидроокиси алюминия и получения безводного глинозёма.
Корпус печи изготовлен из листовой стали, толщиной 20мм.
По длине печь условно разделена на 4 зоны: 1) сушки; 2)кальцинации; 3) прокалки; 4) охлаждения.
Зона сушки не футерована. Остальные зоны футерованы шамотным кирпичом, толщиной 250 мм. Воздух, поступающий на горение, предварительно подогревается.
Расход воздуха LB и количество и состав дыма принять в соответствии с расчётом горения топлива.
В процессе расчета необходимо выполнить:
расчёт горения топлива;
расчёт материального потока;
определить статьи приходной и расходной частей баланса;
решить уравнение теплового баланса и определить часовой расход топлива;
составить таблицу теплового баланса.
Таблица исходных данных заполняется в соответствии с вариантом (см. приложение 1 данных методических указаний).
Таблица 1 - Таблица исходных данных
Размеры
печи м
Производительность
по глинозему, т/ч
Влажность
гидрата,
%
W'
Температура,
·С
Температура по зонам,
·С
tB – температура внутр. поверхности кладки;
tH – наружная температура кожуха печи
D
L
подогр.
воздуха
матер.
на
выходе
дыма
на
выходе
Зона l1
Зона l2
Зона l3
Зона l4
tB
tH
tB
tH
tB
tH
tB
tH
l1 = 40% L; l2 = 20% L; l3 = 30% L; l4 = 10% L.
Состав сухого газа принимается в соответствии с вариантом (приложение 2 данных методических указаний):
CH4 = %;
C2H6 = %;
C3H8 = %;
C4H10 = %;
CO2 = %;
N2 = %;
W = г/нм3.
Эскиз установки
Рисунок 1
РАСЧЁТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Пересчёт сухого газа во влажный
Расчёт ведётся по формулам:
Хр = Хс · 13 EMBED Equation.3 1415, %; (1)
где Хр – определяемый элемент топлива,%;
Хс – элемент сухого топлива,%;
W – влага топлива,г/нм3.
Н2О = 0.124·W·13 EMBED Equation.3 1415, % (2)
CH13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
C2H13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
C3H13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
C4H13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
CО13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
N 13 EMBED Equation.3 1415= (%);
Н2О = (%).
Проверка:
CH13 EMBED Equation.3 1415 + C2H13 EMBED Equation.3 1415 + C3H13 EMBED Equation.3 1415 + C4H13 EMBED Equation.3 1415 + CО13 EMBED Equation.3 1415 + N13 EMBED Equation.3 1415 +Н2О = 100 %.
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
Таблица 2-Расчёт расхода воздуха и объёма дымовых газов
Состав-
ляющие
Компоненты, участвующие в горении
Продукты сгорания, нм3
Топливо
Воздух, нм3
CO2
H2O
N2
всего
%
нм3
O2
N2
всего
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
CO2
N2
H2O
всего
·
100
100
·, %
100
Воздух, подаваемый на горение, состоит из 79 %N2 и 21% O2, т.е. азота в 3,762 раза больше, чем кислорода (79% : 21% = 3,762). Поэтому для определения количества азота, находящегося в воздухе, необходимо общее количество кислорода умножить на 3,762.
Горение протекает по следующим реакциям:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O;
V(O2) = (нм3);
V(CO2) = (нм3);
V(H2O) = (нм3).
C2H6 + 3.5O2 = 2CO2 + 3H2O;
V(O2) = (нм3);
V(CO2) = (нм3);
V(H2O) = (нм3).
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O;
V(O2) = (нм3);
V(CO2) = (нм3);
V(H2O) = (нм3).
C4H10 + 6.5O2 = 4CO2 + 5H2O;
V(O2) = (нм3);
V(CO2) = (нм3);
V(H2O) = (нм3).
Продукты сгорания:
CO2 = (%);
H2O = (%);
N2 = (%).
Проверка:
CO2 + H2O + N2 = 100 %.
Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива определяется по формуле:
Q13 EMBED Equation.3 1415 = 358.7 · CH4 + 591 · (C2H6 + C3H8 + C4H10), 13 EMBED Equation.3 1415. (3)
РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО ПОТОКА
Влажный гидрат окиси алюминия с температурой 30
·С, проходя через печь, испытывает ряд превращений:
Al(OH)3 + H2O Al(OH)3 AlOOH
· Al2O3
· Al2O3
Пересчет глинозема на сухой гидрат окиси алюминия:
Al2O3
· H2O Al2O3 + 3H2O;
156 кг – 102 кг
PAl (OH) 3 – PAl 2O3
PAl (OH) 3) = 13 EMBED Equation.3 1415PAl2O3, (4)
где PAl 2O3 – производительность по глинозему, (кг/ч).
Влага гидроокиси определяется следующим образом:
PAl (OH) 3 – ( 100 – W );
Р 13 EMBED Equation.3 1415 – W ;
Р 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 , (5)
где Р 13 EMBED Equation.3 1415 – масса внешней влаги, кг/ч.
W – влажность гидрата,%.
Всего влажного гидрата:
Рвл.гидр = PAl (OH) 3 + Р H 2O , кг/ч. (6)
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ
3.1 Статьи прихода тепла
3.1.1 Тепло от сгорания топлива
Расчет ведется по формуле:
Qтопл = 0.278 · Q 13 EMBED Equation.3 1415 · B · 1013 EMBED Equation.3 1415, кВт, (7)
где 0.278 – коэффициент пересчета Дж/ч в Вт;
Q 13 EMBED Equation.3 1415 - теплота сгорания топлива, кДж/нм3;
B – часовой расход топлива, нм3/ч.
3.1.2 Физическое тепло подогретого воздуха
Qфиз возд = 0.278 · LB · tB · C13 EMBED Equation.3 1415 · B · 1013 EMBED Equation.3 1415, кВт, (8)
где LB – расход воздуха на 1 нм3 топлива ,нм3;
C13 EMBED Equation.3 1415– средняя теплоемкость воздуха при tвозд ,кДж/м3 · К.
3.1.3. Физическое тепло гидрата
Физическое тепло гидрата определяется по формуле:
Qфиз гидр = 0.278 · tгидр · 1013 EMBED Equation.3 1415· (P(Al (OH) 3) · С13 EMBED Equation.3 1415+ P13 EMBED Equation.3 1415 · С13 EMBED Equation.3 1415), кВт, (9)
где tгидр– температура гидрата ( 30
·С);
PAl (OH) 3 – масса сухого гидрата, кг/ч;
С13 EMBED Equation.3 1415= 1.238 кДж/кг · К – теплоемкость сухого гидрата;
P13 EMBED Equation.3 1415 – масса внешней влаги , кг/ч;
С13 EMBED Equation.3 1415 = 4.2 кДж/кг · К – теплоемкость влаги.
3.1.4 Приход тепла
Весь приход тепла составляет:
Qприх = Qтопл + Qфиз возд + Qфиз гидр, кВт. (10)
3.2 Статьи расхода теплового баланса
3.2.1 Тепло отходящих газов
Тепло отходящих газов определяют по формуле:
Qотх газов = 0.278 · tотх газов · 1013 EMBED Equation.3 1415·
·[(V13 EMBED Equation.3 1415·C13 EMBED Equation.3 1415+V13 EMBED Equation.3 1415·C13 EMBED Equation.3 1415+V13 EMBED Equation.3 1415·C13 EMBED Equation.3 1415)·B+V13 EMBED Equation.3 1415гидр·C13 EMBED Equation.3 1415 гидр], кВт, (11)
где V13 EMBED Equation.3 1415; V13 EMBED Equation.3 1415; V13 EMBED Equation.3 1415 – объемы CO2; N2; H2O дымового газа при
сжигании 1 нм3 топлива; (из таблицы 2)
C13 EMBED Equation.3 1415; C13 EMBED Equation.3 1415; C13 EMBED Equation.3 1415– средние теплоемкости газов при t дыма, (кДж/м3
·К);
(приложение Х [1] стр. 385);
V13 EMBED Equation.3 1415гидр = 13 EMBED Equation.3 1415
· 22.4, м3/ч; (12)
где P13 EMBED Equation.3 1415гидр = Pвл гидр – PAl 2O3 , кг; (13)
М 13 EMBED Equation.3 1415 – молярная масса воды, г/моль;
22.4 – молярный объем газа, л/моль.
3.2.2 Тепло, уходящее из печи с глиноземом
Тепло, уходящее из печи с глиноземом определяется по формуле:
Qглин = 0.278
· PAl 2O3
· tAl 2O3
· CAl 2O3
· 1013 EMBED Equation.3 1415,кВт , (14)
где CAl 2O3 = 1,26 кДж/кг
· К.
3.2.3 Суммарный эндотермический эффект химических
реакций
Суммарный эндотермический эффект химических реакций определяется по формуле:
Qэнд = 0.278
· qэнд
· PAl 2O3
·1013 EMBED Equation.3 1415, кВт. (15)
По данным, приведенным В.А. Мазелем, суммарный эффект химических реакций кальцинации qэнд = 465.78 кДж/кг.
3.2.4 Тепло, затрачиваемое на испарение воды
Тепло, затрачиваемое на испарение воды, определяется по формуле:
Qисп. = 0.278
· 2516
· 1013 EMBED Equation.3 1415
· (P13 EMBED Equation.3 1415т B + P13 EMBED Equation.3 1415гидр), кВт, (16)
где 2516 кДж/кг – количество тепла, затрачиваемого на испарение 1кг
воды;
P13 EMBED Equation.3 1415т – масса воды топлива;
P13 EMBED Equation.3 1415т = V13 EMBED Equation.3 1415
· М 13 EMBED Equation.3 1415/ 22.4 , кг, (17)
где V13 EMBED Equation.3 1415– объем воды топлива на 1 нм3;
М 13 EMBED Equation.3 1415– молярная масса воды, г/моль;
22.4 – молярный объем газа, л/моль.
3.2.5 Потери тепла через футеровку
1 – стальной кожух; 2 – шамотная футеровка.
Рисунок 2
Потери тепла через футеровку определяются по формуле:
Qфут = 13 EMBED Equation.3 1415, кВт (18)
где li – длина отдельных зон печи, м;
·i – коэффициент теплопроводности отдельных слоев кладки и кожуха
печи, Вт/м
· К;
Di = диаметр отдельных слоев кладки и кожуха печи, м.
· шм = 0.835 + 0.58
· tcp
· 1013 EMBED Equation.3 1415, Вт/м
· К; (19)
tcp = 13 EMBED Equation.3 1415,
·С. (20)
· ст определяется по таблице из приложения III [1].
Расчет ведется по 2, 3 и 4 зонам, определяя Qфут 2, Qфут 3 и Qфут 4.
Qфут = Qфут 2 + Qфут 3 + Qфут 4 ,кВт. (21)
3.2.6 Расход тепла
Весь расход тепла составит:
Qпот = Qотх. г + Qглин + Qэнд + Qисп + Qфут , кВт. (22)
4 УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
На основании расчета статей прихода и расхода теплового баланса составляется уравнение:
Qприх = Qпот.. (23)
Из этого уравнения определяется B – часовой расход топлива, нм3/ч.
5 СОСТАВЛЕНИЕ ТАБЛИЦЫ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
На основании проведенных расчетов составляется таблица теплового баланса трубчатой вращающейся печи.
Таблица 3
Таблица теплового баланса печи
Приход тепла
Расход тепла
Наименование статьи
кВт
%
Наименование статьи
кВт
%
Тепло от сгорания топлива
Тепло отходящих газов
Физическое тепло подогретого воздуха
Тепло, уходящее из печи с глиноземом
Физическое тепло гидрата
Суммарный эндотермический эффект химических реакций
Тепло, затрачиваемое на испарение
воды
Потери тепла через футеровку
Итого:
100
Итого:
100
6 ПРИМЕР РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
Трубчатая вращающаяся печь предназначена для кальцинации гидроокиси алюминия и получения безводного глинозёма.
Корпус печи изготовлен из листовой стали, толщиной 20мм.
По длине печь условно разделена на 4 зоны: 1) сушки; 2) кальцинации; 3) прокалки; 4) охлаждения.
Зона сушки не футерована. Остальные зоны футерованы шамотным кирпичом толщиной 250 мм. Воздух, поступающий на горение, предварительно подогревается, расход воздуха LB и количество и состав дыма принимается в соответствии с расчётом горения топлива.
В процессе расчета необходимо выполнить:
1) расчёт горения топлива;
2) расчёт материального потока;
определить статьи приходной и расходной частей баланса;
4) решить уравнение теплового баланса и определить часовой расход топлива;
5) составить таблицу теплового баланса.
Таблица 1- Таблица исходных данных
Размеры
печи м
Производительность
по глинозему, т/ч
Влажность
гидрата,
%
W/
Температура,
·С
Температура по зонам,
·С
tB – температура внутр. поверхности кладки;
tH – наружная температура кожуха печи
D
L
подогр.
воздуха
матер.
на
выходе
дыма
на
выходе
Зона l1
Зона l2
Зона l3
Зона l4
tB
tH
tB
tH
tB
tH
tB
tH
3.5
75
14.5
12
450
1100
32.5
400
110
725
160
810
215
1220
280
l1 = 40% L; l2 = 20% L; l3 = 30% L; l4 = 10% L.
Состав сухого газа:
CH4 = 90 %;
C2H6 = 4.0 %;
C3H8 = 0.7 %;
C4H10 = 0.6 %;
CO2 = 2.8 %;
N2 = 1.9 %;
W = 110 г/нм3.
Эскиз установки
Рисунок 1
РАСЧЁТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Пересчёт сухого газа во влажный
Расчёт ведётся по формулам:
Хр = Хс
·13 EMBED Equation.3 1415, %; (1)
где Хр – определяемый элемент топлива,%;
Хс – элемент сухого топлива,%;
W – влага топлива,г/нм3.
13 EMBED Equation.3 1415 = 0.8799;
CH13 EMBED Equation.3 1415 = 90
· 0.8799= 79.1910 (%);
C2H13 EMBED Equation.3 1415 =4.0
· 0.8799 = 3.5196 (%);
C3H13 EMBED Equation.3 1415 = 0.7
· 0.8799 = 0.6159 (%);
C4H13 EMBED Equation.3 1415 = 0.6
· 0.8799 = 0.5279 (%);
CО13 EMBED Equation.3 1415 = 2.8
· 0.8799= 2.4637 (%);
N13 EMBED Equation.3 1415= 1.9
· 0.8799= 1.6718 (%);
Н2О = 0.124
·W
·13 EMBED Equation.3 1415; (2)
Н2О = 0.124
·110
·13 EMBED Equation.3 1415 = 12.0018 (%).
Проверка:
CH13 EMBED Equation.3 1415 + C2H13 EMBED Equation.3 1415 + C3H13 EMBED Equation.3 1415 + C4H13 EMBED Equation.3 1415 + CО13 EMBED Equation.3 1415 + N13 EMBED Equation.3 1415 +Н2О = 100 %;
79.1910 + 3.5196 + 0.6159 + 0.5279 + 2.4637 + 1.6718 + 12.0018 = 99.9917
· 100 (%).
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
Таблица 2 - Расчёт расхода воздуха и объёма дымовых газов
Состав-
ляющие
Компоненты, участвующие в горении
Продукты сгорания, нм3
Топливо
Воздух, нм3
CO2
H2O
N2
всего
%
нм3
O2
N2
всего
CH4
79.1910
79.1910
158.3820
177.2115
·3.762
79.1910
158.3820
666.6700
+
C2H6
3.5196
3.5196
12.3186
7.0392
10.5588
C3H8
0.6159
0.6159
3.0795
1.8477
2.4636
C4H10
0.5279
0.5279
3.4314
2.1116
2.6395
CO2
2.4637
2.4637
2.4637
N2
1.6718
1.6718
1.6718
H2O
12.0018
12.0018
12.0018
всего
·
100
100
177.2115
666.6700
843.8815
92.6532
186.0457
668.3418
947.0407
·, %
9.7834
19.6450
70.5716
100
Горение протекает по следующим реакциям:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O;
V(O2) = 79.1910
· 2 = 158.3820 (нм3);
V(CO2) = 79.1910
· 1 = 79.1910 (нм3);
V(H2O) = 79.1910
· 2 = 158.3820 (нм3).
C2H6 + 3.5O2 = 2CO2 + 3H2O;
V(O2) = 3.5196
· 3.5 = 12.3186 (нм3);
V(CO2) = 3.5196
· 2 = 7.0392 (нм3);
V(H2O) = 3.5196
· 3 = 10.5588 (нм3).
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O;
V(O2) = 0.6159
· 5 = 3.0795 (нм3);
V(CO2) = 0.6159
· 3 = 1.8477 (нм3);
V(H2O) = 0.6159
· 4 = 2.4636 (нм3).
C4H10 + 6.5O2 = 4CO2 + 5H2O;
V(O2) = 0.5279
· 6.5 = 3.4314 (нм3);
V(CO2) = 0.5279
· 4 = 2.1116 (нм3);
V(H2O) = 0.5279
· 5 = 2.6395 (нм3).
Продукты сгорания:
CO2 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 9.7834 (%);
H2O = 13 EMBED Equation.3 1415 = 19.6450 (%);
N2 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 70.5718 (%).
Проверка:
CO2 + H2O + N2 = 100 %;
9.7834 + 19.6450 + 70.5718 = 100 (%);
Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива определяется по формуле:
Q13 EMBED Equation.3 1415 = 358.7
· CH4 + 591
· (C2H6 + C3H8 + C4H10), 13 EMBED Equation.3 1415; (3)
Q13 EMBED Equation.3 1415 = 358.7
· 79.1910 + 591
· (3.5196 + 0.6159 + 0.5279) = 31161.869 (13 EMBED Equation.3 1415).
РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО ПОТОКА
Влажный гидрат окиси алюминия с температурой 30
·С проходя через печь испытывает ряд превращений:
Al(OH)3 + H2O Al(OH)3 AlOOH
· Al2O3
· Al2O3
Пересчет глинозема на сухой гидрат окиси алюминия:
Al2O3
· H2O Al2O3 + 3H2O;
156 кг – 102 кг
PAl (OH) 3 – PAl 2O3
P(Al (OH) 3) = 13 EMBED Equation.3 1415PAl2O3, кг/ч, (4)
где PAl 2O3 – производительность по глинозему, 14500 кг/ч.
PAl (OH) 3 = 13 EMBED Equation.3 1415 14500 = 22176.469 (кг/ч).
Влага гидроокиси (масса внешней влаги) определяется следующим образом:
PAl (OH) 3 – ( 100 – W );
Р 13 EMBED Equation.3 1415 – W ;
Р (13 EMBED Equation.3 1415) = 13 EMBED Equation.3 1415 , кг/ч; (5)
где Р 13 EMBED Equation.3 1415 – масса внешней влаги , кг/ч;
W – влажность гидрата,%.
Р 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 3024.064 (кг/ч);
Всего влажного гидрата:
Рвл.гидр = PAl (OH) 3 + Р H 2O), кг/ч; (6)
Рвл.гидр =22176.469 + 3024.0409 = 25200.533 (кг/ч).
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ
3.1 Статьи прихода тепла
3.1.1 Тепло от сгорания топлива
Расчет ведется по формуле:
Qтопл = 0.278
·Q 13 EMBED Equation.3 1415
·B
·1013 EMBED Equation.3 1415, кВт, (7)
где 0.278 – коэффициент пересчета Дж/ч в Вт;
Q 13 EMBED Equation.3 1415 - теплота сгорания топлива, кДж/нм3;
B – часовой расход топлива, нм3/ч.
Qтопл = 0.278
·31161.8696
·B
·1013 EMBED Equation.3 1415 = 8.6640
·B (кВт);
Qтопл = 8.6640
·B (кВт);
Qтопл = 8.6640
·2812.9981 = 24371.816 (кВт).
3.1.2 Физическое тепло подогретого воздуха
Qфиз возд = 0.278
·LB
·tB
·C13 EMBED Equation.3 1415
·B
·1013 EMBED Equation.3 1415, кВт, (8)
где LB – расход воздуха на 1нм3 топлива, нм3/нм3;
tв – температура нагрева воздуха ,
·С ;
C13 EMBED Equation.3 1415– средняя теплоемкость воздуха при tвозд , кДж/м3
· К;
C13 EMBED Equation.3 1415= 1.3371 кДж/м3
·К.
Qфиз возд = 0.278
· 8,4388
· 450
·1.3371
· B
·1013 EMBED Equation.3 1415 = 1.4116
·B (кВт);
Qфиз возд = 1.4116
·2812,9981= 3970,8281 (кВт).
3.1.3 Физическое тепло гидрата
Физическое тепло гидрата определяется по формуле:
Qфиз гидр = 0.278
· tгидр
·1013 EMBED Equation.3 1415
· (P(Al (OH) 3)
· С13 EMBED Equation.3 1415+ P13 EMBED Equation.3 1415
· С13 EMBED Equation.3 1415), кВт, (9)
где PAl (OH) 3 – масса сухого гидрата;
С13 EMBED Equation.3 1415= 1.238 кДж/кг
· К – теплоемкость сухого гидрата;
P13 EMBED Equation.3 1415 – масса внешней влаги ,кг/ч;
С13 EMBED Equation.3 1415 = 4.2 кДж/кг
·К – теплоемкость влаги;
tгидр = 30
·С – температура гидрата.
Qфиз гидр=0.278
·30
·1013 EMBED Equation.3 1415
· (22176.469
·1.238+3024.064
·4.2)=334.9000 (кВт).
3.1.4 Приход тепла
Весь приход тепла составляет:
Qприх = Qтопл + Qфиз возд + Qфиз гидр, кВт; (10)
Qприх = 8.6640
· B + 1.4116
·B + 334.9000 = 10.0756 B + 334.9000 (кВт);
Qприх = 10.0756
· 2812.9981 + 334.9000 = 28677.5440 (кВт).
3.2. Статьи расхода теплового баланса
3.2.1 Тепло отходящих газов
Тепло отходящих газов определяют по формуле:
Qотх газов = 0.278
· tотх газов
·1013 EMBED Equation.3 1415
·
·[(V13 EMBED Equation.3 1415
·C13 EMBED Equation.3 1415+V13 EMBED Equation.3 1415
·C13 EMBED Equation.3 1415+V13 EMBED Equation.3 1415
·C13 EMBED Equation.3 1415)
·B+V13 EMBED Equation.3 1415гидр
·C13 EMBED Equation.3 1415 гидр], кВт, (11)
где V13 EMBED Equation.3 1415; V13 EMBED Equation.3 1415; V13 EMBED Equation.3 1415 – объемы CO2; N2; H2O дымового газа при сжигании 1 нм3 топлива; (из таблицы 2)
C13 EMBED Equation.3 1415; C13 EMBED Equation.3 1415; C13 EMBED Equation.3 1415– средние теплоемкости газов при t дыма = 325
·С (кДж/м3
·К);
V13 EMBED Equation.3 1415гидр = 13 EMBED Equation.3 1415
· 22.4, м3/ч; (12)
где P13 EMBED Equation.3 1415гидр = Pвл гидр – PAl 2O3 , кг; (13)
P13 EMBED Equation.3 1415гидр = 25200.533 – 14500 = 10700.533 (кг);
М 13 EMBED Equation.3 1415 = 18 г/моль ,молярная масса воды;
22.4 – молярный объем газа, л/моль;
V13 EMBED Equation.3 1415гидр = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13316.2180 (м3/ч).
Qотх газов = 0.278
· 325
·1013 EMBED Equation.3 1415
· [(0.92651
· 1.8965 + 1.8605
·1.5432 + 6.6834
·
·1.3103)
· B + 13316.2180
·4.2], кВт;
Qотх газов = 1.2101
·B + 5053.1048 (кВт);
Qотх газов = 1.2101
·2812.9981 + 5053.1048 = 8457.1138 (кВт).
3.2.2 Тепло, уходящее из печи с глиноземом
Тепло, уходящее из печи с глиноземом определяется по формуле:
Qглин = 0.278
· PAl 2O3
· tAl 2O3
·CAl 2O3
·1013 EMBED Equation.3 1415,кВт, (14)
где CAl 2O3 = 1.26 кДж/кг
· К;
Qглин = 0.278
·14500
·1100
·1.26
·1013 EMBED Equation.3 1415= 5586.9660 (кВт).
3.2.3 Суммарный эндотермический эффект химических реакций
Суммарный эндотермический эффект химических реакций определяется по формуле:
Qэнд = 0.278
· qэнд
·PAl 2O3
·1013 EMBED Equation.3 1415, кВт. (15)
По данным, приведенным В.А. Мазелем, суммарный эффект химических реакций кальцинации qэнд = 465.78 кДж/кг.
Qэнд = 0.278
· 465.78
· 22176.469
· 1013 EMBED Equation.3 1415= 2871.5608 (кВт).
3.2.4 Тепло, затрачиваемое на испарение воды
Тепло, затрачиваемое на испарение воды, определяется по формуле:
Qисп. = 0.278
· 2516
·1013 EMBED Equation.3 1415
· (P13 EMBED Equation.3 1415т
·B + P13 EMBED Equation.3 1415гидр), кВт, (16)
где 2516 кДж/кг – количество тепла, затрачиваемое на испарение 1кг воды;
P13 EMBED Equation.3 1415т – масса воды топлива;
P13 EMBED Equation.3 1415т = V13 EMBED Equation.3 1415
· М 13 EMBED Equation.3 1415/ 22.4 , кг; (17)
где V13 EMBED Equation.3 1415– объем воды топлива на 1 нм3;
М 13 EMBED Equation.3 1415– молярная масса воды, г/моль;
22.4 – молярный объем газа, л/моль.
P13 EMBED Equation.3 1415т = 13 EMBED Equation.3 1415 (кг).
Qисп = 0.278
· 2516
·1013 EMBED Equation.3 1415
·(1.4951
· B + 10700.533) = 1.0456
· B + 7488.9527 (кВт);
Qисп = 1.0425
·2812.9981 + 7488.9527 = 10425.505 (кВт).
3.2.5 Потери тепла через футеровку
Потери тепла через футеровку определяются по формуле:
Qфут = 13 EMBED Equation.3 1415, кВт, (18)
где li – длина отдельных зон печи, м;
·i – коэффициент теплопроводности отдельных слоев кладки и кожуха
печи, Вт/м
· К;
Di = диаметр отдельных слоев кладки и кожуха печи, м.
D3 = 3500 (мм);
D2 = D3 – 20
·2 = 3500 – 40 = 3460 (мм);
D1 = D2 – 250
·2 = 3460 – 500 = 2960 (мм);
l1 = 40
·0.75 = 30 (м);
l2 = 20
· 0,75 = 15 (м);
l3 = 30
·0.75 = 22.5 (м);
l4 = 10
·0.75 = 7.5 (м).
1 – стальной кожух; 2 – шамотная футеровка
Рисунок 2
log 13 EMBED Equation.3 1415 = log 13 EMBED Equation.3 14150.005;
log 13 EMBED Equation.3 1415 = log 13 EMBED Equation.3 14150.068.
· шм = 0.835 + 0.58
· tcp
·1013 EMBED Equation.3 1415, Вт/м
·К; (19)
tcp = 13 EMBED Equation.3 1415,
·С. (20)
· ст 2 = 57 – 13 EMBED Equation.3 1415(Вт/м
· К);
tcp 2 = 13 EMBED Equation.3 1415
·С;
· шм 2 = 0.835 + 0.58
·442.5
· 1013 EMBED Equation.3 1415= 1.0917 (Вт/м
·К);
Qфут 2 = 13 EMBED Equation.3 1415 (кВт).
· ст 3 = 52 – 13 EMBED Equation.3 1415(Вт/м
·К);
tcp 3 = 13 EMBED Equation.3 1415
·С;
· шм 3 = 0.835 + 0.58
· 512.5
·1013 EMBED Equation.3 1415= 1.1323 (Вт/м
·К);
Qфут 3 = 13 EMBED Equation.3 1415 (кВт).
· ст 4 = 52 – 13 EMBED Equation.3 1415(Вт/м
·К);
tcp 4 = 13 EMBED Equation.3 1415
·С;
· шм 4 = 0.835 + 0.58
· 750
·1013 EMBED Equation.3 1415= 1.27 (Вт/м
· К);
Qфут 4 = 13 EMBED Equation.3 1415 (кВт).
Qфут = Qфут 2 + Qфут 3 + Qфут 4 ,кВт; (21)
Qфут = 370.8620 + 607.2040 + 358.615 = 1336.6810 (кВт).
3.2.6 Расход тепла
Весь расход тепла составит:
Qпот = Qотх. г + Qглин + Qэнд + Qисп + Qфут , кВт; (22)
Qпот = 1.2101
· B + 5053.1048 + 5586.966 + 2871.5608 + 1.0456
· B + +7483.9527 + 1336.6810, (кВт);
Qпот = 2.2557
· B + 22332.264, (кВт);
Qпот = 2.2557
· 2812.9981 + 22332.2640 = 28677.5440 (кВт).
4 УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
На основании расчета статей теплового баланса составляется
уравнение:
Qприх = Qпотерь. (23)
Из этого уравнения определяется B – часовой расход топлива, м3/ч.
10.0756
· B + 334.9000 = 2.2557
· B + 22332.264,
7.8199
· B = 21997.3640,
B = 13 EMBED Equation.3 1415 (нм3/ч),
B = 2812.9981 нм3/ч.
5 СОСТАВЛЕНИЕ ТАБЛИЦЫ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
На основании проведенных расчетов составляется таблица теплового баланса трубчатой вращающейся печи.
Таблица 3- Таблица теплового баланса печи
Приход тепла
Расход тепла
Наименова-
ние статьи
кВт
%
Наименова-
ние статьи
кВт
%
Тепло от сгорания топлива
24371.8160
84.9857
Тепло отходящих газов
8457.1138
29.4901
Физическое тепло подогретого воздуха
3970.8281
13.8465
Тепло, уходящее из печи с глиноземом
5586.9660
19.4818
Физическое тепло гидрата
334.9000
1.1678
Суммарный эндотермиче-
ский эффект химических реакций
2871.5608
10.0132
Тепло, затрачиваемое на испарение
воды
10425.5050
36.3539
Потери тепла через футеровку
1336.6810
4.6610
Итого:
28677.5440
100
Итого:
28677.8270
100
ЛИТЕРАТУРА
В.В. Крапухин Печи для цветных и редких металлов, М., Металлургия, 1980.
Л.Б. Самарянова, А.И. Лайнер Технологические расчеты в производстве
глинозема, М., Металлургия, 2008 .
Методические рекомендации для выполнения курсовых и дипломных проектов.
Приложение 1 к курсовой работе
№ вар.
Размеры печи, м
Произ-водит-сть по глино-зёму, т/ч
Вла-жно-сть гид-рата, %
Температура,єС
Температура по зонам, єС tв - tє внутр.пов-ти кладки,
tн - наружная tє кожуха печи
D
L
Подогр.
воздуха
Матер. на выходе
Дыма на выходе
Зона 1
Зона 2
Зона 3
Зона 4
tв
tн
tв
tн
tв
tн
tв
tн
1
3,0
50
9,0
8
250
900
225
300
90
700
150
800
210
1200
230
2
3,5
75
12,0
10
450
1000
350
325
95
725
160
810
215
1210
240
3
3,0
50
9,5
9
275
950
250
350
100
750
170
820
220
1220
250
4
3,5
75
12,5
11
475
1050
400
375
105
775
180
830
225
1230
260
5
3,0
50
10,0
10
300
1000
225
400
110
800
190
840
230
1240
270
6
3,5
75
13,0
12
500
1100
350
450
115
700
150
850
235
1250
280
7
3,0
50
10,5
8
325
900
250
500
120
725
160
860
240
1260
260
8
3,5
75
13,5
10
525
1000
450
300
90
750
170
870
245
1270
260
9
3,0
50
11,0
9
350
950
250
325
95
775
180
880
250
1280
280
10
3,5
75
14,0
11
550
1050
375
350
100
800
190
890
200
1200
260
11
3,0
50
11,5
10
250
1000
225
375
105
700
150
800
210
1210
270
12
3,5
75
14,5
12
450
1100
325
400
110
725
160
810
215
1220
280
13
3,0
50
12,0
8
275
900
200
450
115
750
170
820
220
1230
250
14
3,5
75
15,0
10
375
1000
300
500
120
775
180
830
225
1240
240
15
3,0
50
12,5
9
300
950
225
300
90
800
190
840
230
1250
250
16
3,5
75
15,5
11
325
1050
250
325
95
700
150
850
235
1260
260
17
3,0
50
13,0
10
350
1000
225
350
100
725
160
860
240
1270
270
18
3,5
75
16,0
12
300
1100
200
375
105
750
170
870
245
1280
280
19
3,0
50
13,5
8
400
900
300
400
110
800
180
880
250
1290
290
20
3,5
75
16,5
10
450
1000
350
450
115
700
190
890
255
1300
280
1 = 40 % L;
2 = 20 % L;
3 = 30 % L;
4 = 10 % L.
Приложение 2 к курсовой работе
№ вар
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
CO2
N2
W
1
80
10,2
2,8
1,8
2,2
3,0
60г/нм3
2
84,0
6,1
1,8
1,2
2,9
4,0
65г/нм3
3
84,5
5,8
2,1
1,1
2,8
3,7
70г/нм3
4
85,0
5,3
1,1
1,5
3,2
3,9
75г/нм3
5
85,5
4,0
0,9
0,1
7,3
2,2
100г/нм3
6
87,0
4,8
1,2
1,4
4,8
0,8
80г/нм3
7
87,5
3,0
0,9
1,1
3,6
3,9
85г/нм3
8
88,0
2,1
0,8
1,3
3,0
4,8
90г/нм3
9
88,5
1,9
1,2
1,5
0,8
6,1
95г/нм3
10
89.0
1,8
1,3
1,4
0,9
5,6
100г/нм3
11
89,5
2,0
0,9
0,7
3,2
3,7
105г/нм3
12
90.0
4,0
0,7
0,6
2,8
1,9
110г/нм3
13
90,5
3,8
0,8
0,7
1,2
3,0
90г/нм3
14
91,0
3,7
1,1
0,5
0,9
2,8
85г/нм3
15
91,5
2,9
0,2
0,3
0,4
4,7
80г/нм3
16
92.0
3,8
0,4
0,5
0,8
2,5
75г/нм3
17
92,5
1,8
0,7
0,4
0,3
4,3
70г/нм3
18
80.0
10,2
2,8
1,8
2,2
3,0
60г/нм3
19
84.0
6,1
1,8
1,2
2,9
4,0
65г/нм3
20
84,5
5,8
2,1
1,1
2,8
3,7
70г/нм3
13PAGE \* MERGEFORMAT14415
(220/380
а
2
1
3
4
(220\380
б
5
2
II
I
F2
W1
W2
F1
I
I
Z1
Z2
II
(ср = 0,83
· (max
(ср = 0,5
· (max
Эпюра (усеченная парабола)
Эпюра скорости (парабола)
10
шибер
4
3
9
8
7
6
5
2
топливо
Н
F11
1
F2
печь
котел
Дым.труба
II
(2
F2
F
I
·1
p1
p2
I
II
II
III
I
F2
(2
(3
F3
(1
p1
II
III
I
III
I
p3
(3
III
(1
p1
I
III
II
I
III
II
I
p3
p2
(3
(2
p1
(1
dу
d0 = 1,5dy
dy ( 0,8 м
Н ( 16 м
H
d0
t1
t2
Q
Q
t2
t1
Q
t2
t1
т
Л+К
Л+К
Л+К
Т+К
т
Л+К
Л+К
Л – излучение;
К – конвекция;
Т – теплопроводность.
т
q
t
t1
dx
S
x
t2
t
(3
(2
(1
t1
t4
t3
t2
S3
S2
S1
q
x
QR
Qo
QA
QD
Т, А
Т, Со
АЕо
Е
Ео
Q4
Q3
Q2
Q1
Ме
Q4 = 0
(излучают сами на себя)
Q3
Q1
Q2
Ме
F2
F1
в)
F1
F2
б)
а)
F2
F1
1 э 2
(*)
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
(7)
(6)
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
w1
w2
w3
13 EMBED Equation.3 1415
C
B
A
A
t1
l1
t5
шибер
t3
t2
t4
l2
B
l4
l3
C
13 EMBED Equation.3 1415
Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 515
Ленинградской области
Государственное образовательное профессиональное бюджетное образовательное учреждение Ленинградской области
«ВОЛХОВСКИЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ КОЛЛЕДЖ»
Учебно-методическое пособие
по МДК 2.1
«Теплотехника»
ПМ 2 «Обслуживание основного, вспомогательного технологического оборудования и коммуникаций в производстве цветных металлов и сплавов»
для студентов, обучающихся по специальности
22.02.02«Металлургия цветных металлов»
Волхов
2015
Учебное пособие
рассмотрено и одобрено
цикловой комиссией химико-металлургических дисциплин
Председатель ______ Н.В.Шевчук
Протокол №____ от _________2015 г.
УТВЕРЖДАЮ
Зам.директора по учебной работе
___________ Токаренко В.Ю.
«____» ___________ 2015 г.
Организация – разработчик:
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Волховский алюминиевый колледж»
Разработчик:
Шевчук Н.В., преподаватель высшей категории ГБПОУ ЛО «Волховский алюминиевый колледж»
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
Раздел 1 Источники тепловой энергии. 8
1.1Топливо и его сжигание 8
1.2 Методы определения теплоты сгорания 15
1.3 Основные характеристики твердого, жидкого и газообразного
топлива. Устройства для его сжигания 16
1.4 Горение топлива и его расчет 24
1.5 Электрический нагрев печей . 26
1.5.1 Прямой и косвенный нагревы в печах сопротивления. 27
1.5.2. Металлические и неметаллические нагревательные элементы 28
1.5.3 Индукционный нагрев в печах с железным сердечником и в
тигельных печах (без железного сердечника) 30
1.5.4 Дуговой и плазменный нагревы 30
1.5.5. Электроннолучевой нагрев 32
1.6 Автогенный нагрев 33
Контрольные вопросы по разделу 1 34
Раздел 2 Основы металлургической теплотехники 36
2.1.1 Общие сведения о печных газах 36
2.1.2 Движение газов. Уравнение неразрывности. Уравнение
Бернулли. 37
2.1.3 Ламинарный и турбулентный потоки. Критерий Рейнольдса 38
2.1.4 Сопротивление движению газов 41
2.1.5 Истечение газов через отверстия 43
2.1.6Естественное и принудительное движение газов 46
2.2 Тепло- и масообмен 48
2.2.1 Виды теплопередачи 48
2.2.2 Передача тепла теплопроводностью в стационарных условиях 50
2.2.3Передача тепла теплопроводностью через однослойную
плоскую стенку 51
2.2.4 Передача тепла теплопроводностью через многослойную
плоскую стенку 53
2.2.5 Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую
стенку 54
2.2.6 Конвективный теплообмен 54
2.2.7 Передача тепла излучением 55
2.2.8 Теплообмен излучением между твердыми телами 59
2.2.9. Общее уравнение теплообмена между двумя серыми
поверхностями в замкнутой системе 61
2.2.10 Излучение газов и пламени 63
2.2.11 Сложная теплопередача. Теплообмен между газами через
плоскую стенку 64
2.3Тепловой баланс пирометаллургического процесса 65
2.3.1 Характеристика тепловой работы печей 65
2.3.2 Тепловой баланс 66
2.4 Вторичные энергоресурсы 67
Контрольные вопросы по разделу 2 68
КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Раздел 3 Огнеупорные материалы и изделия 69
3.1.1Назначение и классификация огнеупорных материалов и
изделий 69
3.1.2 Основные свойства огнеупорных материалов 70
3.1.3 Принцип выбора огнеупоров 73
3.2 Основы производства и технология получения основных
огнеупоров 74
3.2.1Теоретические основы производства огнеупоров 74
3.2.2Классификация теплоизоляционных материалов 75
3.2.3Характеристика и область применения печных огнеупоров 75
3.2.4 Теплотехнические характеристики теплоизоляционных
материалов 78
3.2.5 Кладка печи. Конструкции сводов 80
3.2.6 Назначение и устройство основных металлургических печей 82
Контрольные вопросы по разделу 3 82
Экзаменационные вопросы 83
Литература . 85
Приложение 1. Практикум 86
Приложение 2 Курсовая работа 111
ВВЕДЕНИЕ
Теплотехника – это наука, которая занимается исследованием методов использования химической энергии топлива, изучением законов преобразования этой энергии в тепловую и механическую, анализов веществ, участвующих в этих преобразованиях (топливо, продукты сгорания, вода, пар и др.)
В настоящее время работа металлургических и машиностроительных заводов невозможна без использования печных агрегатов.
Выплавка чугуна из стали, цветных металлов, нагрев металла перед прокаткой и ковкой – все эти операции выполняются в металлургических печах.
Металлургические печи – это тепловые устройства, предназначенные для осуществления таких технологических процессов, которые требуют разогревания металла до той или иной температуры.
Основные элементы печи:
- собственно печь – рабочее пространство печи;
- устройство для сжигания топлива (горелки, форсунки) или устройства для превращения электрической энергии в тепло;
- соединительные части - дымоходы, трубопроводы;
- вспомогательные устройства – воздухо- и газонагреватели, вентиляторы, устройства для загрузки, выгрузки материала;
- контрольно измерительная аппаратура.
Краткий исторический обзор развития печной техники. Первые шахтные печи – относятся к IX-Xвв. (высотой до 3 м), в них выплавлялась медь и производилась железная крица.
Первые доменные печи, выплавляющие чугун, были построены в середине XIV в и в 1701 г. в России. В конце XVIII в. Россия обладала самыми крупными доменными печами (высота до 13м, диаметр до 4 м). Производство чугуна было настолько значительно, что его продавали в другие страны (Англия, Швеция). Однако в XIX в Россия уступила в развитии печной техники Германии, США.
После 1917 г. были реконструированы и расширены старые заводы и построены новые мощные предприятия цветной и черной металлургии.
Основные виды металлургических процессов
Все используемые при производстве цветных металлов процессы подразделяются на две группы:
- гидрометаллургические;
- пирометаллургические.
Мировое производство металлов осуществляется, в основном, пирометаллургическим способом, то есть переработкой рудного сырья и полуфабрикатов (концентратов) в различных металлургических печах при температурах до 2000° и более с полным или частичным расплавлением материала.
Гидрометаллургические процессы - это процессы (металлургические), проводимые в водных средах при температурах до 300°.
Пирометаллургические процессы по характеру протекания физико-химических превращений можно разделить на три группы:
- обжиг;
- плавка;
- дистилляция.
Обжиг - это металлургический процесс, проводимый при высоких температурах (500° - 1200°С) с целью изменения минералогического и химического состава, перерабатываемого сырья. Эти процессы являются твёрдофазовыми.
В цветной металлургии применяются следующие виды обжига:
- кальцинирующий;
- окислительный;
- восстановительный;
- хлорирующий.
Плавка - это пирометаллургический процесс, проводимый при температурах, обеспечивающих полное расплавление перерабатываемого материала.
Существует две разновидности плавки:
1. Рудная
2. Рафинировочная
а) восстановительная;
б) плавка на штейн;
в) электротермическая (электролиз);
г) металлотермическая;
д) реакционная.
- проводится с целью отчистки металлов от примесей.
Дистилляция - это процесс испарения вещества при температуре несколько выше точки его кипения, позволяющий возвонкой разделить компоненты обрабатываемого материала, в зависимости от их летучести.
РАЗДЕЛ 1 ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Тема 1.1 Топливо и его сжигание
ТОПЛИВО – это группа веществ, которая при нагревании в присутствии кислорода активно окисляется (сгорает) с выделением значительного количества тепла.
Топливо – это основной источник тепловой энергии для металлургических печей.
Таблица 1-Классификация топлива
Агрегатное состояние
Происхождение
естественное
искусственное
Твёрдое
Дрова, торф, горючие сланцы, каменный уголь
Кокс,
угольная пыль, древесный уголь
Жидкое
Нефть
Бензин, керосин, мазут, каменноугольная смола
Газообразное
Природный газ
Генераторный газ, коксовый газ,
доменный газ
Топливо обычно имеет органическое происхождение, поэтому основными его составляющими являются углерод и водород, которые находятся в топливе в виде различных соединений.
В состав топлива обычно входят кислород, азот, сера. Кроме того, в топливе всегда участвуют зола (А) и вода (W).
Химический состав топлива: C H O N S A W.
C - углерод – наиболее важная составляющая часть топлива.
Основное количество тепла выделяется при сгорании углерода:
C + O2 = CO2.
Углерод в топливе содержится в количестве 80 – 90 % .
H –водород – важная часть топлива, но присутствует в меньшем количестве.Теплота сгорания его больше (выше) чем у углерода.
О – кислород –содержится в твердом и жидком топливе в связанном состоянии (0,5 – 2%)
N – азот – содержится в топливе в незначительном количестве. При горении он не окисляется, а переходит в дымовые газы в виде свободного азота.
S – сера – в топливе находится в виде органических соединений (сульфидов, сульфатов). При горении серы выделяется значительное тепло. Содержание серы в топливе нежелательно вследствие загрязнения атмосферы и изделий сернистыми продуктами.
А – зола – твердый, негорючий остаток, получаемый после полного сжигания топлива. Является баластом, снижает его ценность и качество.
W – влага –является баластом топлива, снижающим качество топлива, поэтому в ряде случаев топливо сушат. Различают внешнюю влагу, которую удаляют при сушке без подогрева (воздушная сушка), и внутреннюю влагу (гигроскопическая), удаляемую при нагреве до 100°. Незначительное количество влаги в топливе полезно – это ускоряет процесс горения.
Технический анализ
При приеме топлива обычно производится его технический анализ на содержание влаги, золы и летучих соединений, а также оценка внешнего вида твердого остатка после проводимой в процессе анализа сухой перегонки топлива.
Сухой перегонкой называется нагрев топлива без доступа воздуха, в результате которого топливо разлагается на летучие и твердый остаток – кокс.
Химический анализ
Химический анализ топлива можно выполнять как по элементарному составу (1 метод) ), так и путем определения содержания в топливе определенных химических соединений (2 метод).
– для твердого и жидкого топлива.
– для газообразного топлива.
1 метод
Элементарным анализом находят содержание основных элементов (C, H, N, S; W, A) в процентах, причём кислород определяют по разности вычитанием из 100% всех основных компонентов :
O = 100 – (C +H + N + S + W + A).
На практике обычно пользуются другим выражением:
C + H +О + N + S + W + A = 100%.
C + H + O + N – органическая масса топлива, обозначается «о».
C + H + O + N + S – горючая масса топлива, обозначается «г».
C + H + O + N + S + A – сухая масса топлива, обозначается «с».
C + H + O + N + S + A + W – рабочая масса топлива, обозначается «р».
Для пересчета состава топлива из одной массы в другую будем пользоваться таблицей 2.
Таблица 2
Заданная масса
Масса топлива, в которую пересчитывают
органическая
горючая
сухая
рабочая
Органическая
1
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Горючая
13 EMBED Equation.3 1415
1
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Сухая
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
1
13 EMBED Equation.3 1415
Рабочая
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
1
Задача.
Определить состав рабочего топлива по заданному его элементарному составу.
Дано: Со = 80% ; Оо = 9% ; Но = 8% ; No = 3% ; Sc = 1,5% ; Ac = 10% ; WP = 2%.
Найти: рабочую массу топлива (р.м.т.).
Решение:
Так как нужно определить состав рабочего топлива определим содержание S и A в р.т.:
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Проверка:
С + H + O + N + S + A + W =100%;
69,384 + 6,9384 + 7,8057 + 2,6019 + 1,47 + 9,8 + 2,0 = 100(%).
Ответ: рабочая масса топлива =100%.
Задача 2.
Дано: Сг = 89% ; Ог = 2% ; Нг = 4% ; Nг = 2% ; Sг = 3% ; Ac = 10% ; WP = 12%.
Найти: р.м.т.
Решение:
Так как нужно определить состав р.т. определим содержание S и A в р.т:
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Проверка:
С + H + O + N + S + A + W =100% ;
70,488 + 3,168 + 1,584 + 1,584 + 2,376 + 8,8 + 12 = 100%.
Ответ: рабочая масса топлива =100%.
2 метод
Второй метод анализа предназначен для газообразного топлива.
Газообразное топливо состоит из смеси газообразных соединений: CO2; H2; CH4; C2H4; CmHn; H2S; CO; H2O; N2 и других.
Содержание перечисленных составляющих в объемных долях процента определяются специальным газовым анализом:
N2 = 100 – (CO2 + CO + H2 + CmHn + ).
Для пересчета рабочего топлива следует содержание влаги (г/см3) пересчитать на объем при нормальных условиях, приходящихся на 100 м3 сухого газа по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415 0, 1242
·W, (м3).
Если состав сухого газа:
COc2 + COc + Hc2 + CHc4 + CmHnc + Nc2 + Oc2 = 100% ,
то состав влажного газа (р.м.т.) в объемных процентах определяется по формулам:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415.
Задача 1.
Дано: 13 EMBED Equation.3 1415.
Найти: р.м.т.
Решение:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Проверка:
13 EMBED Equation.3 1415.
81,45 + 1,81 + 2,715 + 2,2625 + 2,2625 + 9,554 = 100,054 ( 100%.
Ответ: рабочая масса топлива 100%.
Задача 2.
Дано: 13 EMBED Equation.3 1415.
Найти: р.м.т.
Решение:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Проверка:
13 EMBED Equation.3 1415
77,3177 + 2,72886 + 3,63848 + 2,27405 + 5,00291 + 9,04176 = 100,004 ( 100%.
Ответ: рабочая масса топлива 100%.
Тема 1.2 Методы определения теплоты сгорания
Теплота сгорания топлива – это количество тепла, выделяющееся при сжигании одной единицы топлива. [кДж/кг] – твердое, жидкое топливо; [кДж/м3] – газообразное топливо.
Различают высшую и низшую теплоты сгорания топлива:
13 EMBED Equation.3 1415 , 13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 1415– пар конденсируется в жидкость с выделением теплоты парообразования.
13 EMBED Equation.3 1415– влага остается в виде пара. Низшая теплота сгорания больше соответствует действительному положению, так как практически при сжигании топлива пары воды в газообразном состоянии уносятся с продуктами сгорания.
Для нагрева 1кг воды требуется 2516 кДж.
Разность между высшей теплотой сгорания 13 EMBED Equation.3 1415и нижней теплотой сгорания 13 EMBED Equation.3 1415 сгорания на 1кг рабочего топлива составляет:
13 EMBED Equation.3 1415 - 13 EMBED Equation.3 1415 = 2516(13 EMBED Equation.3 1415.
Если W1 и H выражены в процентах, то уравнение принимает вид:
13 EMBED Equation.3 1415 - 13 EMBED Equation.3 1415 = 25,16(13 EMBED Equation.3 1415.
При расчете теплоты сгорания топлива наилучшие результаты дает формула Д.И.Менделеева, принятая для всех видов твердого и жидкого топлива:
13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415
Теплоту сгорания газа можно определить по следующей формуле:
13 EMBED Equation.3 1415=13 EMBED Equation.3 1415
Для сравнения различных видов топлива введено понятие условного топлива.
Условное топливо – топливо, теплота сгорания которого 29,3МДж/кг (это теплота сгорания донецкого каменного угля).
Тепловой эквивалент топлива – это величина, полученная в результате деления низшей теплоты сгорания топлива на теплоту сгорания условного топлива.
13 EMBED Equation.3 1415.
Тема 1.3 Основные характеристики твердого, жидкого и газообразного
топлива. Устройства для его сжигания
Твердое топливо
Естественное топливо - это древесное топливо и все виды ископаемого твердого топлива.
- торф;
- бурый уголь;
- каменный уголь;
- антрацит;
- горючие сланцы.
Древесное топливо. В настоящее время в промышленности не используется.
Ископаемое топливо. Ископаемое топливо образовалось из продуктов разложения растительных остатков и различается по химическому составу (он определяется степенью минерализации исходного материала).
Чем «старше» топливо, тем больше в нем С, меньше О2 меньше выход летучих и ниже гигроскопичность.
Торф - самое молодое ископаемое топливо.
Важность свежедобытого торфа очень велика, 80 – 90%. Зольность торфа 3 – 14%, содержит S незначительно (не более 2%). Торф используется как сырье для газификации и как топливо на мелких предприятиях.
Бурый уголь. Важность свежедобытых углей также велика (до 60%). Зональность в пределах 0,5 – 50 % от сухой массы, содержание S до 5%. Обладают механической прочностью. Бурые угли используются как местное топливо на электростанциях и сырьё для газификации.
Каменный уголь – представляет собой продукт дальнейшей минерализации органических остатков. Каменный уголь обладает большой прочностью и плотностью, небольшой важностью и малым выходом летучих. Спекаемость углей обусловлена присутствием органических соединений, которые при нагреве разлагаются с образованием газов и плавких смолообразующих веществ – битумов.
Зональность в среднем составляет 10 – 12%. Содержание S лежит в пределах 0,6 – 3%. Каменный уголь является самым ценным видом естественного твердого топлива, т.к. из него получают кокс.
Антрациты – самое древнее топливо:
- имеют наибольшую степень минерализации. Для них характерна блестящая черная поверхность кусков. Трудно воспламеняются и горят без пламени (малая термостойкость)
Используются для газификации и в котельных установках. В некоторых случаях ими заменяют металлургический кокс.
Горючие сланцы:
- содержат водород в горючей массе (до 90%) и золу (
·60%), высокий выход летучих (до 81%), является ценным сырьём для химической промышленности.
Искусственное топливо:
- кокс, угольная пыль, древесный уголь
Сортировка угля по крупности кусков имеет большое значение при сжигании кускового топлива и его газификации.
Обогащение – это отделение от угля минеральных примесей.
Брикетирование – применяется для топливной мелочи. Производится с применением связующих веществ в количестве 6 – 9%.
Пылеприготовление – измельчение угля до пылеобразного состояния, обеспечивающее полное сгорание топлива с получением высоких температур.
Для получения пыли, уголь дробят и размалывают на шаровых мельницах с одновременной сушкой воздухом температурой 250 – 3500С. Процесс в мельнице отлаживают так, чтобы температура на выходе не превышала 70 – 1000С во избежание самовозгорания. Поэтому приготовленную пыль в смеси с воздухом должна быть использована по мере получения. Пыль подают к бункерам, затем пыль поступает к горелкам на сжигание.
Коксование – основной метод физико-химической переработки твердого топлива.
Получаемый металлургический кокс обладает большой механической прочностью и большой прочностью на истирание. Коксование осуществляется в специальных печах. При коксовании измельченный каменный уголь нагревают до температуры 900 -11000С без доступа воздуха. Выход кокса зависит от содержание летучих и обычно составляет 70 – 80%.
При коксовании уголь претерпевает изменения:
а) – при нагреве до 100-1500С происходит испарение гигроскопической влаги топлива;
б) – при нагреве до 2000С выделяется углекислота, адсорбированная углем, и начинается процесс взаимодействия элементов, входящих в состав угля (C, H, O) с образованием H2O и CO2; при дальнейшем нагреве начинается выделение смолы;
в) – при температуре 400 -5000С уголь переходит в пластичное состояние, смола также выделяется, увеличивается выход газов, в составе которых содержится Н2, СН4, тяжелые углеводороды, N2;
г) – при температуре выше 5000С пластичная масса снова отвердевает, выделение смолы прекращается, выделяющиеся газы содержат Н2, СН4, N2;
д) – при температуре 11000С процесс выделения летучих заканчивается, полученный пористый остаток – кокс – при повторном нагреве в пластичное состояние не переходит.
Сжигание твердого топлива
Кусковое топливо для нагрева в металлургических печах не применяется, т.к. оно используется для нагрева печей небольшой мощности.
Широко используется пылевидное топливо. Пылевидное топливо обычно сжигается в рабочем пространстве печи, когда нежелательна высокая температура, сжигание производится в специальной камере. Пылевоздушная смесь вдувается через горелку в камеру или рабочее пространство печи с таким расчетом, чтобы горение частицы полностью закончилось во взвешенном состоянии. Скорость пылевоздушного потока на выходе из горелки должна быть больше скорости воспламенения во избежание втягивания пламени в горелку. Часто она равна 15-20 м/с. Скорость воспламенения угольной пыли 1-13 м/с. Для аэрирования пыли достаточно небольшого количества воздуха (25-50% от общего количества), остальной воздух, подогретый до температуры 300 - 4000С для ускорения воспламенения, со скоростью не менее 30 м/с.
Простейшая горелка применяется при очень тонком помоле (размер частицы
· 50мкм) и топлива с высоким выходом летучих (35%).
Ещё существует вихревая горелка конструкции Гинцветмета. Эта горелка даёт более короткий факел и повышает производительность.
Жидкое топливо
Естественное топливо.
Нефть – единственное естественное жидкое топливо органического происхождения.
Она образовалась в местах скопления растительных и животных остатков. Нефть представляет собой смесь различных углеводородов с небольшой примесью кислородных, азотистых и сернистых органических соединений.
Себестоимость добычи нефти ниже себестоимости добычи каменного угля в несколько раз.
Искусственное топливо
- бензин, керосин, мазут, солярка, каменноугольная смола.
Крекинг-процесс – переработка мазута под давлением с нагревом до 7000С.
Этот процесс позволяет увеличить выход наиболее ценных светлых фракций нефти до 40-70%. Остаток (керосин, мазут) используется как топливо.
Мазут – является распространенным топливом для металлургических печей. Состав мазута близок к составу сырой нефти, однако влага W мазута может колебаться в широких пределах:
Wp = 0,5 – 10%.
13 EMBED Equation.3 1415 = 36000 – 40800кДж/кг.
По содержанию серы S мазуты подразделяются на 3 группы:
- малосернистые (Sr
· 0,5%);
- сернистые (Sr = 0,5 – 1,0%);
- высокосернистые (Sr
· 1%).
Присутствие серы ухудшает качество нагреваемого металла, применение сернистых и высокосернистых мазутов ограничено. Эксплуатационными характеристиками мазута является вязкость и температуры вспышки и застывания.
Вязкость – или внутреннее трение, измеряется вискозиметрами.
Зависит от состава мазута и температуры. Для облегчения транспортировки по трубам и лучшего распыления мазута его подогревают до 70 - 80єС
Температура вспышки нефтяного топлива – это температура, при которой пары его с воздухом дают вспышку при соприкосновении с пламенем.
Эта температура значительно ниже температуры воспламенения.
Температура застывания – температура, при которой нефтяное топливо теряет свою подвижность и переходит в твердое состояние.
Температура застывания тем выше, чем больше в топливе парафина, и лежит в пределах 5-36єС.
Сжигание жидкого топлива
Сжигание жидкого топлива происходит в распыленном состоянии, виде мелких капель. Распыление осуществляется с помощью форсунок, в которых для распыления топлива используется подаваемый под давлением воздух и водяной пар.
По характеру распыления форсунки делятся на две группы:
Форсунки низкого давления – работают при малых скоростях распыления (70 – 75 м/с) и большом его объеме.
Форсунки высокого давления, в которых в качестве распылителя используется водяной пар под избыточным давлением 600 – 2500кПа или компрессорный воздух под избыточным давлением 600 – 800 кПа.
Наиболее распространенной форсункой высокого давления является форсунка В. Г. Шухова. В этой форсунке скорость истечения распылителя не превышает скорости звука, т.е. 330 м/с. Форсунки Шухова характеризуются узким и длинным факелом, что ограничивает их применение в печах длиною более 4-5 м.
Большей производительностью обладают форсунки Днепровского металлургического института. Скорость истечения распылителя в данном случае превышает скорость звука, достигая 750 – 1000 м/с. Это обеспечивает хорошее распыление.
Газообразное топливо
Естественное топливо.
Природный газ – добывается на многих газовых месторождениях, а также при добыче нефти, как сопутствующий.
Состав природного газа различный для различных месторождений, однако всегда в его составе преобладает СН4 (более 90%).
Происхождение природного газа в настоящее время рассматривается как результат бактериального разложения органических остатков в толще осадочных пород.
Искусственное топливо:
Коксовый и доменный газы – являются побочным продуктом соответствующих процессов и, как топливо, используется у мест их получения.
Генераторный газ – получается в результате превращения горючей массы твердого топлива в газообразном состоянии под воздействием О2. Процесс газификации происходит в специальных установках – газогенераторах.
Воздушный газ – получают при дутье воздухом. Процесс газификации в конечном итоге представляет реакцию:
2С + О2 + 3,76N2 = 2CO + 3,76 N2 + 246450кДж.
Теплота сгорания воздушного газа невелика:
13 EMBED Equation.3 1415 = 4,39МДж/м3.
Водяной газ – получается при пропускании водяного пара через раскаленный кокс.
Водяной пар взаимодействует с углеродом кокса по реакции:
H2O + C = CO + H2 – 118827 кДж.
Над слоем топлива получается газ, состоящий из 50% окиси С и 50% H2, теплота сгорания которого 11,7 МДж/ м3.
Смешанный газ – имеющий наибольшее применение получается при одновременном введении под колосники воздуха и водяного пара.
Теплота сжигания смешенного газа выше, чем теплота сгорания воздушного газа, поскольку в нем меньше содержание азота N2, т.к. часть необходимого для горения кислорода О2 поступает с водяным паром.
Сжигание газообразного топлива
Для сжигания газообразного топлива используют горелки. Они делятся на три типа:
горелки с полным предварительным смешением;
горелки с частичным предварительным смешением;
горелки с внешним смешением.
Горелки с полным предварительным смешением. В горелках такого типа смешение газа с воздухом обеспечивается до выхода его в печь при малом коэффициенте избытка воздуха. Эти горелки также называют беспламенными. Такие горелки с успехом используются для сжигания малокалорийного топлива.
Горелки с частичным предварительным смешением. В горелках этого типа процесс перемешивания газа с воздухом осуществляется в рабочем пространстве печи. Эти горелки также называют пламенными. Распространены два типа пламенных горелок:
- «труба в трубе»
- турбулентные.
Горелки типа «труба в трубе» могут работать на всех видах газообразного топлива при небольших давлениях газа. Они могут работать при подогретом газе и воздухе. В таких горелках смешение газа с воздухом недостаточное, и факел получается длинным.
Турбулентные горелки отличаются от других тем, что воздух поступает тангенциально по отношению к газовой струе. Турбулентные горелки широко применяются в нагревательных и термических печах.
Тема 1.4 Горение топлива и его расчет
Горение – это процесс взаимодействия с окислителем, сопровождающийся выделением тепла.
Процесс горения состоит из двух стадий:
Смешение топлива с воздухом;
Горение топлива в воздушной смеси.
Любое горение начинается с воспламенения; температура воспламенения зависит от состава топлива. Инертные примеси повышают температуру воспламенения (W, A, CO2, N2)
Температура воспламенения – это температура, при которой образуется смесь, способная гореть при соприкосновении с открытым пламенем.
Температура воспламенения:
для газообразного топлива: tєвоспл. = 500 - 600єС;
для твердого топлива: tєвоспл. = 700єС;
для жидкого топлива: tєвоспл. = 500 - 700єС (при температуре выше точки кипения).
Различают калориметрическую, теоретическую и действительную температуры.
Калориметрическая температура – это температура, которую бы имели дымовые газы при полном сгорании топлива и отсутствии теплообмена с окружающей средой.
Теоретическая температура – это температура, учитывающая потери тепла, связанные с диссоциацией молекул CO2 и Н2О при температуре сгорания.
Действительная температура – всегда ниже теоретической, т.к. тепло от дымовых газов переходит к стенкам топки и различным конструкциям печи.
Различают гомогенное и гетерогенное горение.
Гомогенное горение – это горение, когда топливо и воздух находятся в одном агрегатном состоянии.
Гетерогенное горение – это горение, когда топливо и воздух находятся в разных агрегатных состояниях.
При сжигании твердого и жидкого топлива протекают следующие реакции горения:
C + O2 = CO2 + 34070кДж/кг;
H2 + ЅO2 = H2O + 14311кДж/кг
и т.д.
Температура горения – это температура, которую приобретают продукты горения, в результате передачи им тепла, образующегося в результате сгорания топлива.
Тема 1.5 Электрический нагрев печей
Электрические печи широко применяются во многих отраслях промышленности, особенно в металлургии и машиностроении.
Электрический нагрев используется для:
- расплавления металла и сплавов;
- восстановления металла из руд;
- для нагрева различных изделий и заготовок с целью термической обработки или последующей пластической деформации (ковка, прокат).
Основные преимущества
(по сравнению с топливным нагревом)
получение неограниченно высокой температуры в объеме печи (в топливных 2000(С – предел);
легкость регулирования теплового режима (в том числе и автоматически);
минимальный угар дорогих легирующих элементов;
проведение процессов нагрева в любой среде и в вакууме;
более высокий КПД печей из-за отсутствия дымовых газов и потерь тепла с ними;
лучшие условия труда.
Недостатки электрического нагрева:
более высокая стоимость электрической энергии по сравнению с топливом;
менее надежный, долговечный и менее ремонтопригодный.
Классификация методов преобразования электрической энергии в тепловую:
по способу теплогенерации, то есть по способу преобразования электрической энергии в тепловую:
нагрев проводящего тела при прохождении через него электрического тока (индукционные, печи сопротивления);
нагрев газовой среды в электрической дуге и у ее электродов (плазменные и дуговые печи);
нагрев тела при бомбардировке его потоком электронов с большой скоростью (электроннолучевые печи).
по способу передачи тепловой энергии нагреваемому металлу:
а) печи прямого нагрева (преобразование электрической энергии в тепловую происходит в нагреваемом теле);
b) печи косвенного нагрева (преобразование электрической энергии в тепловую происходит вне нагреваемого тела);
с) печи смешанного нагрева.
Тема 1.5.1 Прямой и косвенный нагрев в печах сопротивления
Печи сопротивления – это печи, в которых используется нагрев проводников при прохождении через них электрического тока, который определяется по закону Джоуля – Ленца:
13 EMBED Equation.3 1415
где Q – количество тепла, выделяющееся в проводнике, Дж;
I – сила тока, А;
R – сопротивление проводника, Ом;
( - время, сек.
Рассмотрим печи сопротивления прямого и косвенного нагрева.
Печи прямого нагрева
а – контактный нагрев;
1 – нагреваемый материал;
2 – выключатель или магнитный пускатель;
3 – печной трансформатор;
4 – контактные устройства.
Прямой нагрев самый эффективный нагрев, так как достигается большая скорость нагрева, а быстрый нагрев уменьшает тепловые потери в окружающую среду, увеличивая КПД печей, поэтому их делают без футеровки. Для плавки эти печи не пригодны. Применяются для нагрева изделий с постоянным по длине сечением (трубы, проволока, прутки и др.).
Печи косвенного нагрева
б – косвенный нагрев;
2 - выключатель или магнитный пускатель;
5 – электронагревательный элемент.
Наиболее распространенные печи. Внутри печи расположены нагревательные элементы, по которым проходит ток. Тепло от нагревателей передается излучением и конвекцией.
Преимущества печей:
- простота регулирования температуры;
- высокий КПД;
- малый угар;
- малое насыщение металла газами.
Рисунок 1
Тема 1.5.2 Металлические и неметаллические нагревательные элементы
Материал для изготовления нагревательных элементов должен обладать следующими свойствами:
высоким удельным электросопротивлением;
малым температурным коэффициентом удельного электросопротивления;
высокой температурой плавления и жаростойкостью;
стойкостью к химическому воздействию атмосферы печи;
низкой стоимостью.
Металлические нагревательные элементы изготавливаются из сплавов сопротивления: никельхромовые (нихром), железохромоникелевые, железохромалюминиевые (фехраль), и из тугоплавких металлов и сплавов (молибден, вольфрам, тантал), но все они окисляются на воздухе и стоимость их высока.
Сплавы сопротивления используются в виде:
проволоки холоднонатянутой и горячекатаной;
в виде ленты.
Из проволоки нагреватели делают в виде цилиндрической спирали или зигзагов. Из ленты – зигзагообразные нагреватели. Целесообразно навешивать спирали на керамические трубки.
Крепление нагревателей осуществляется:
на вертикальных стенках (подвеска на металлических крючках, укладка на керамических полочках);
над подом (укладка на керамических гребенках или на специальной фасонной керамике);
под сводом (подвеска на металлических крючках или на керамических трубках).
Неметаллические нагревательные элементы изготавливаются в виде специальных нагревательных элементов из:
1) карбида кремния (карборунда);
2) дисцилицида молибдена, из графита, из угольной крошки (криптол);
3) в виде жидких нагревательных элементов (расплав солей).
Тема 1.3.3 Индукционный нагрев в печах с железным сердечником и в тигельных печах (без железного сердечника)
Принцип действия индукционных печей заключается в выделении джоулевого тепла при протекании по проводнику индуктированного (наведенного) в нем тока.
Индукционные печи можно рассматривать как трансформатор (либо воздушный – тигельный, либо с железным сердечником). Его первичной обмоткой является индуктор, внутри которого помещен нагреваемый или расплавляемый металл, играющий роль вторичной обмотки и одновременно нагрузки. Через индуктор пропускают переменный ток, создающий переменное магнитное поле. Это поле наводит (индуктирует) в нагреваемом металле вихревые токи, вследствие чего в нем выделяется тепло.
Преимущества:
- в отличие от дуговой печи, отсутствуют такие источники загрязнения, как электроды;
- можно осуществлять нагрев металла на любую глубину, а также осуществлять местный нагрев деталей;
- высокая производительность, вследствие небольшой продолжительности нагрева;
-индукционные печи могут быть полностью автоматизированны.
Недостатки:
- высокая стоимость печей;
- низкая температура шлака, затрудняющая процесс рафинирования металла в печи.
Канальные печи
Канальные печи с железным сердечником применяются для плавки цветных тяжелых и легких металлов и сплавов с низкой температурой плавления.
В этих печах вокруг индуктора с замкнутым магнитопроводом (сердечником) выкладывают концентрический узкий кольцевой канал из огнеупорного материала. Канал должен быть заполнен расплавленным металлом, чтобы образовать замкнутое электропроводное кольцо. Сердечник обеспечивает большой магнитный поток, что позволяет на таких печах работать с промышленной частотой 50 Гц.
Тигельные печи
Тигельные печи без сердечника. Расплавляемый или подогреваемый металл находится в керамическом тигле, помещенном внутри многовиткового цилиндрического индуктора. В этом случае применять сердечник невозможно, что увеличивает магнитный поток и требует соответствующего увеличения частоты электромагнитного поля, поэтому эти печи работают на токах высокой частоты до 440 тыс. Гц, что удорожает печную установку.
Эти индукционные печи применяются для плавки легированных и низколегированных сталей и чугунов. Емкость от 6 кг по стали и до 600 т по чугуну.
Тема 1.3.4 Дуговой и плазменный нагревы
В дуговых и плазменных электрических печах источником тепла служит электрическая дуга, представляющая собой один из видов газообразного разряда. Необходимое условие возникновения и горения дуги – частичная ионизация газа в пространстве между электродами.
В дуговых печах применяют электроды следующего типа: угольные обожженные, угольные самоспекающиеся, графитированные, вольфрамовые.
Плазма – это электропроводящая среда из смеси электронов, нейтральных и ионизированных атомов и молекул газа, образующаяся в промежутке между электродами, в зоне дуги.
Основная характеристика плазмы – степень ее ионизации, то есть отношение числа заряженных частиц к их общему количеству. В зависимости от степени ионизации различают:
«холодную» (низкотемпературную. Применяется в дуговых печах и для нагрева с температурой до 50000 К) плазму со степенью ионизации около 1(;
«горячую» (высокотемпературную. Температура плазмы составляет сотни тысяч градусов) плазму со степенью ионизации близкой к 100(.
В плазменных установках используют различного типа плазматроны, в которых нагреваемый газ проходит через промежуток между электродами и превращается в плазму. Плазма с высокой температурой используется для плавления металлов и для осуществления химических реакций (восстановление, окисление).
Тема 1.3.5 Электроннолучевой нагрев
При электроннолучевом нагреве мощный направленный пучок электронов, излучаемый специальной электронной пушкой, разогнанный в вакууме до большой скорости, бомбардирует нагреваемый металл. При соударении с металлом кинетическая энергия электронов переходит в тепловую.
Электроннолучевой нагрев – сравнительно новый вид нагрева. Он применяется для плавки высокореакционных, тугоплавких металлов. Электроннолучевой нагрев создает также все условия для получения высокочистых металлов. В электроннолучевых печах необходимо поддерживать вакуум 10-2 Па.
Электронные пушки
Радиальные пушки.
Для ускорения электронов используют отдельный электрод – анод, не соединяющийся с нагреваемым металлом. Преимущество: катод может быть удален от нагреваемого металла, что позволяет увеличить срок его службы.
Аксианальные пушки.
В верхней камере пушки размещен катод, нагрев которого в пушках большой мощности может осуществляться с помощью вспомогательного электронно-лучевого нагревателя. Аксианальная пушка может работать при остаточном давлении в рабочей камере печи 0,1 – 0,5 Па, что особенно ценно при плавке цветных и редких металлов с большой упругостью пара и большим газоотделением.
Магнетронные пушки.
Магнетронные пушки используют наложением магнитного поля на поток электронов, что приводит к движению электрона по спирали.
Кольцевые пушки.
Кольцевые пушки являются простейшим устройством. Имеют высокий КПД. Применяются для плавки слитка металла и нагрева металла перед кристаллизацией.
Тема 1.4 Автогенный нагрев печей
Автогенные процессы – это технологические процессы, которые осуществляется полностью за счет внутренних энергетических ресурсов, без затрат посторонних источников тепловой энергии.
Плавке в автогенном режиме подвергается железосодержащее сульфидное сырье.
Основная доля тепла в автогенных процессах выделяется при окислении сульфида железа. В качестве окислителя могут использовать воздух (обогащенный кислородом – дутье) или технологический кислород (98 – 99 ( О2).
Основное требование к сырью: наличие в нем компонентов, выделяющих тепло, достаточное для расплавления продуктов плавки.
Основное условие автогенности: тепло, выделяемое при окислении сульфидов, должно быть больше тепла, расходуемого на нагрев и плавление продуктов реакции:
13 EMBED Equation.3 1415
Все автогенные процессы являются совмещенными. Они объединяют в одном металлургическом агрегате обжиг, плавку на штейн и частичное или полное конвертирование. Это позволяет наиболее рационально переводить серу из исходной шихты в газы (постепенно).
Технологически эти процессы различаются методом сжигания сульфидов, который проводится в факеле (во взвешенном состоянии) и в расплаве.
Оборудование (в расплаве):
по методу фирмы «Норанда» (Канада);
по методу «Мицубиси» (Япония);
печи Ванюкова - наиболее производительные (Россия).
Контрольные вопросы по разделу 1
1. Общая характеристика топлива. Классификация топлива
2. Элементарный и технический анализ топлива
3. Теплота сгорания топлива. Условное топливо и тепловой эквивалент
4. Естественное твердое топливо
5. Искусственное твердое топливо.
6. Технология приготовления угольной пыли
7. Коксование каменного угля
8. Устройства для сжигания твердого топлива
9. Жидкое топливо-нефть, продукты ее переработки. Сжигание мазута в печах
10. Устройства для сжигания жидкого топлива в печах
11. Газообразное топливо.
12. Устройства для сжигания газообразного топлива
13. Основы теории горения топлива
14. Преимущества и недостатки электронагрева.. Классификация электрических печей в зависимости от вида электронагрева
15. Электронагрев в печах сопротивления
16. Металлические и неметаллические нагревательные элементы
17. Индукционный электронагрев
18. Дуговой и плазменный нагревы
19. Электроннолучевой нагрев
20. Автогенный нагрев печей
РАЗДЕЛ 2 ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Тема 2.1.1 Общие сведения о печных газах
Печные газы – это газы, выделяющиеся при проведении металлургических процессов.
Механика газов – это наука о законах равновесия и движения газа.
Механика газов широко использует многие понятия, аналогии, уравнения механики жидкости (гидравлика, т.к. газы можно рассматривать как сжимаемые, упругие жидкости).
Для того, чтобы правильно рассчитать конструкцию печи, нужно знать законы движения и равновесия газов.
Состояние газов зависит от температуры T, объема V, давления P.
Различают идеальные и реальные газы.
Идеальные – это совокупность молекул, лишенных сил взаимодействия.
Реальные – молекулы в газе подвержены силам взаимодействия. Эти газы обладают вязкостью, т.е. свойством оказывать сопротивление перемещению частиц.
Некоторые газы в парообразном состоянии мало отличаются от идеальных (O2, N2, CO и CO2) и к ним при обычных условиях применимы законы идеальных газов (к др. газам эти законы не применимы).
Из уравнения состояния идеальных газов (Клайперона) для одного и того же количества газа следует:
13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 = const. (1)
Из уравнения (1) =>
V = V0 (1+(
·T) 13 EMBED Equation.3 1415,
где ( = 13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент объёмного расширения.
Вводим понятие плотности газа (
·=кг/м3) – это величина, обратная удельному объёму.
13 EMBED Equation.3 1415,
При Р =Р0, т.е. при постоянном давлении =>
13 EMBED Equation.3 1415; (2)
V = V0 (1+
·T). (3)
Для вакуумных печей этого делать нельзя, т.к. давление там сильно изменяется.
Вводим понятие скорости движения газов:
·13 EMBED Equation.3 1415 (м/с), (4)
где
· – скорость, м/с;
F – площадь поперечного сечения, м2;
V – расход газа в секунду, м3/с.
При постоянном сечении канала и постоянном давлении, скорость будет изменяться от температуры так же, как и объем:
·=
·0(1+
·T). (5)
Тема 2.1.2 Движение газов. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли
Если рассмотреть участок канала переменного сечения, по которому движется газ, то по закону сохранения материи, количество газа на входе и выходе должно быть одинаково: Q1 = Q2.
Рисунок 2
Количество газа Q можно найти как произведение скорости на площадь поперечного сечения и плотности в сечениях I и II.
·1
· F1
·
·1 =
·2
· F2
·
·2 = const – уравнение неразрывности потока для сжимаемой жидкости или газа.
·1
· F1 =
·2
· F2 = const – уравнение неразрывности потока для несжимаемой жидкости или газа.
Закон сохранения энергии на рассматриваемом участке канала может быть представлен уравнением Бернулли:
13 EMBED Equation.3 1415 (6)
Движение газа в печи происходит под действием энергии, которой он располагает. Эта энергия может быть потенциальной и кинетической.
В механике эту энергию выражают избыточным давлением или напором, т.е. разностью между давлением в каком либо сосуде и атмосферным:
hг + hст + hд = const. (7)
Уравнение Бернулли: В условиях установившегося движения для идеального газа сумма геометрического, статистического и динамического напоров – есть величина постоянная.
13 EMBED Equation.3 1415 (8,9,10)
Тема 2.1.3 Ламинарный и турбулентный потоки. Критерий Рейнольдса
Движение газов в печах и газоходах может иметь двоякий характер.
Наблюдается ламинарное (слоистое) и турбулентное (вихреобразное) движение.
а) ламинарный поток б) турбулентный поток
Рисунок 3
Ламинарное движение характеризуется спокойным перемещением газа параллельными слоями, без взаимных пересечений и завихрений. Максимальная скорость – по геометрической оси, у стенок скорость падает до 0. При этом движении у стенок канала образуется неподвижный, прилипающий к стенкам слой газа, так называемый – пограничный слой (слой Прандтля). Этот слой оказывает большое влияние на процесс термо- и газообмена между движущимися потоками газа и материалом стенок.
При увеличении скорости ламинарное движение переходит в турбулентное.
Движение газа становится неспокойным с большим числом мелких вихрей. У стенок скорость также равна 0, но с увеличением скорости пограничный слой резко уменьшается, т.к. его сдувают газовые вихри, что благотворно влияет на теплообмен между потоком газа и материалом стенок.
Характер движения газов в печах оказывает решающее влияние на развитие теплообменного процесса, на сопротивление движения газов и на физико-химические преобразования материала. Поэтому необходимо уметь определять характер движения газа и знать, от чего он зависит.
В 1863 году английский физик и инженер Рейнольдс для определения характера движения газов предложил принять безразмерную величину, называемую критерием Рейнольдса:
13 EMBED Equation.3 1415
Турбулентное движение наблюдается, если критерий Рейнольдса больше 2300.
Ламинарное движение наблюдается, если критерий Рейнольдса меньше 2300.
Существует переходный режим, когда критерий Рейнольдса меньше 2300, но больше 2100, т.е. когда появляются редкие первые завихрения и нарушается траектория.
Движение газов в печах и газоходах в большинстве случаев имеет турбулентный характер, и поэтому, подставляя критическое значение равное 2300 в формулу (*), можно получить выражение для критической скорости, определяющей переход от одного движения к другому:
13 EMBED Equation.3 1415 (11)
Для большинства металлургических печей критерий Рейнольдса достигает пределов от 10 000 до 100 000.
Вместе с тем, в отдельных печах иногда наблюдается и ламинарное движение (например, на поворотах, в углах).
Задача.
Определить критическую скорость для дымовых газов, если:
t=1500(С,
(=224(10-6 м2/с,
F=0,8(0,8 м2..
Решение:
13 EMBED Equation.3 1415
Тема 2.1.4 Сопротивление движению газов
Газы, как и всякая реальная материя, при движении встречают на своем пути различные сопротивления, на преодоление которых расходуется энергия в виде напора.
Разновидности сопротивлений газовому потоку можно уяснить при помощи схемы газоходной системы отражательной печи (см.рис.4).
Рисунок 4
В этой печной системе, состоящей из отражательной печи, котлов - утилизаторов, дымовой трубы, имеются следующие разновидности сопротивлений движению газов:
1) повсеместное сопротивление, т.е. имеющееся на любом участке газохода. Оно представляет собой сопротивление от трения газов о поверхность футеровки и шихты на всем протяжении, начиная с головы печи до выхода газа из дымовой трубы в атмосферу. Напор, расходуемый на преодоление сопротивления трения, называется – потерянным напором на трение.
2) местное сопротивление, т.е. которое находится на определенном участке газохода. Представляет собой сопротивление от поворотов газа, сужения или расширения потока газа, сопротивление отдельных устройств (например, котла - утилизатора или пылеулавливающих устройств). Напоры, расходуемые на преодоление местных сопротивлений, называются напорами, потерянными от местных сопротивлений.
В печной системе отражательной печи эти напоры находятся на участках 1-10.
На участках 1, 2, 7, 9 потеря напора зависит от резких поворотов газа.
На участках 3, 5, 10 напор меняется от расширения или сжатия потока.
На участках 4,6 потеря напора зависит от сопротивления котла и шибера.
На участке 8 преодолевается противодействие геометрического напора опусканию горячего газа на высоту Н.
С учетом потерь напора уравнение Бернулли для реальных газов примет вид:
13 EMBED Equation.3 1415. (12)
Потери напора от трения газа рассчитываются, как и др. виды потерь напора, в функциональной зависимости от динамического напора:
13 EMBED Equation.3 1415, (13)
где k – коэффициент, характеризующий данное сопротивление.
13 EMBED Equation.3 1415, (14)
где ( – коэффициент трения (для кирпичных кладок равен 0,05, для металлических труб равен 0,04);
l – длина канала, м;
dг – диаметр гидравлический, м.
Таким образом:
13 EMBED Equation.3 1415. (15)
13 EMBED Equation.3 1415(1+
·t) . (16)
Тема 2.1.5 Истечение газов через отверстия
Истечение газа через отверстие имеет место при работе форсунок, при выбивании газа через отверстия в стенках печи и в др. случаях.
Количество газа, вытекающего через отверстия, зависит от площади поперечного сечения и формы отверстия и давления, под которым происходит истечение.
Отверстие с острыми краями
Рисунок 6
Уравнение Бернулли для сечения I-I и II-II примет вид:
13 EMBED Equation.3 1415 (17)
Т.к. размер сосуда большой, можно принять, что скорость газа в 1 сечении равна 0, тогда:
13 EMBED Equation.3 1415 (18)
откуда скорость газа во II сечении:
13 EMBED Equation.3 1415 (19)
13 EMBED Equation.3 1415, (20)
где F2 – самое узкое сечение струи;
F – сечение струи;
( ( коэффициент сужения струи.
Для тонких стенок ( = 0,63.
Для определения расхода газа V (м3/с) через отверстие сечением F найдем произведение:
V = F2 ( (2 = ( ( F ( (1, то есть 13 EMBED Equation.3 1415 (21)
Отверстие с цилиндрической насадкой с острыми краями
При вытекании газа из сосуда больших размеров с p1 и (1 = 0 через короткую цилиндрическую насадку сечением F3 в среду с p3 = p0 уравнение Бернулли для сечения I-I и III-III примет вид:
Рисунок 7
13 EMBED Equation.3 1415 (22)
где 13 EMBED Equation.3 1415 ( потери напора при сжатии струи.
По уравнению неразрывности движения для сечений II-II и III-III:
F2 ( (2 = F3 ( (3.
Принимая во внимание сжатие струи, то есть F2 = ( ( F3, получим:
( ( F2 ( (2 = F3 ( (3, откуда (2 = (3/(.
Уравнение Бернулли запишется как:
13 EMBED Equation.3 1415 или 13 EMBED Equation.3 1415 (23)
Принимая ( = 0,63 и p1 – p3 = h, получим скорость истечения 13 EMBED Equation.3 1415 и расход газа 13 EMBED Equation.3 1415. (24)
Отверстие с цилиндрической насадкой с закругленными краями на входе
При закруглении краев насадки так, что форма закругления соответствует форме струи, потери напора при сжатии струи отсутствуют и уравнение Бернулли для сечения I-I и III-III примет вид:
Рисунок 8
13 EMBED Equation.3 1415 (25)
но p1 – p3 = (, откуда 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415. (26)
Отверстие с конической насадкой с закругленными краями на входе
Для этого случая уравнение Бернулли для сечения I-I и III-III запишется в виде:
13 EMBED Equation.3 1415 (27)
но p1 – p3 = h, откуда (3 и V находятся по формулам:
Рисунок 9 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415. (28)
Тема 2.1.6 Естественное и принудительное движение газа
Естественное движение газа обеспечивается движением газов за счет разряжения, создаваемого дымовой трубой.
Рисунок 10
Находящийся внутри трубы столб горячих газов создает геометрический напор у ее основания, который расходуется на создание разряжения у основания трубы. Он необходим для преодоления всех сопротивлений на пути движения дымовых газов.
Высота трубы должна быть больше на 3(5 м самого высокого здания.
Если в дымовых газах содержится сернистый газ SO2, то высота трубы Нтр должна быть ( 40(70 м.
Скорость дыма Vдыма = 2,5(3 м/с.
Так как разряжение, создаваемое дымовой трубой, зависит от плотности атмосферы, расчеты ведутся на самое неблагоприятное время года – лето.
Для регулирования давления печи устанавливают шибер у основания трубы. В большинстве плавильных печей цветной металлургии применяется естественная тяга, а когда отходящие газы имеют низкую температуру, возникает необходимость в искусственной тяге.
Принудительное движение.
Принцип эжекции: струя инжектируемого газа, выходя с большой скоростью из сопла, создает разряжение и увлекает за собой эжектируемый газ из окружающего пространства. Эжекция производится вентеляторным или компрессорным воздухом или газом под давлением.
Газовый тракт металлургической печи состоит из:
газоходов;
дымовой трубы;
воздухо- и газопровода;
пылеулавливающих устройств;
котлов-утилизаторов;
и др.
Тема 2.2 Тепло- и массообмен
Тема 2.2.1 Виды теплопередачи
Учение о теплообмене – это учение о процессах распространения тепла.
Процесс передачи тепла происходит тогда, когда одно более нагретое тело обменивается теплом с другим менее нагретым телом.
Степень нагретости тела, называется его температурой, характеризует тепловое состояние тела, а поток энергии от одного тела к другому – тепловым потоком (Q).
t( – величина скалярная и изменяется в Т (К и t (С;
Q – величина векторная и изменяется: Дж/с, Вт. Тепловой поток Q направлен в сторону низких температур.
Плотность теплового потока:
13 EMBED Equation.3 1415, Вт/м2. (29)
Совокупность значений температуры для всех точек, рассматриваемого тела в данный момент времени, называется температурным полем.
При изменении температурного поля (ТП) в пространстве и во времени, температура будет функцией не только координат, но и времени: 13 EMBED Equation.3 1415
Если ТП не изменяется со временем, то тепловое состояние называется стационарным , а производная от температуры по времени равна нулю: 13 EMBED Equation.3 1415
При теплообмене всегда предполагается наличие системы тел, имеющих различную температуру.
Когда система состоит из двух тел, процесс называется ТЕПЛООТДАЧА.
Когда система состоит из трех и более тел, процесс называется ТЕПЛОПЕРЕДАЧА.
Теплообмен может осуществляется тремя способами:
теплопроводностью;
конвекцией;
излучением.
Теплопроводность – это процесс последовательного распространения тепла, обусловленный тепловым движением молекул и свободных электронов в теле.
Рисунок 10
Теплопроводность присуща всем твердым телам, в газах и жидкостях наблюдается лишь в очень тонких слоях. В твердых телах и жидкостях тело переносится упругими волнами. В металле – диффузией электронов. В газах – диффузией атомов или молекул.
Конвекция – происходит лишь в жидкостях, расплавах и газах переносом тепла движущимися частицами жидкости или газа (от точки к точке).
Рисунок 11
Излучение – процесс теплообмена, связанный с двойным взаимным превращением энергии (тепло – излучение – тепло). При этом энергия от нагревателя передается в виде электромагнитных волн, которые воздействуя на нагреваемое тело, преобразуются в его поверхностных слоях в тепло.
Рисунок 12
В металлургических печах встречаются обычно все виды теплопередачи.
Рисунок 13
Тема 2.2.2 Передача тепла теплопроводностью в стационарных условиях
Теплопроводность связана с колебательным движением молекул и движением свободных электронов:
13 EMBED Equation.3 1415
( – коэффициент теплопроводности, Вт/м(К – показывает какое количество тепла передается с поверхности площадью в 1м2 на глубину 1м в единицу времени при разности температур в 1(С.
По величине ( все материалы делятся на три группы:
с высокой проводимостью (металлы и их сплавы):
( = 360(5;
с малой проводимостью (огнеупорные и керамические материалы):
( = 5(0,6;
с очень малой проводимостью (газы):
( = 0,6(0,01.
При стационарном тепловом состоянии температура не меняется во времени, а изменяется только по оси х: Т = ((х).
Фурье установил зависимость между q и (t по координате:
13 EMBED Equation.3 1415 (30)
« – » показывает, что тепловой поток направлен в сторону, противоположную градиенту температуры.
Тема 2.2.3 Передача тепла теплопроводностью через однослойную
плоскую стенку
Рисунок 14
Выделим внутри стенки слой толщиной dx, ограниченный двумя изотермическими поверхностями, и напишем для него уравнение, выражающее закон Фурье:
13 EMBED Equation.3 1415 (31)
Разделяем переменные:
13 EMBED Equation.3 1415
Интегрируем:
13 EMBED Equation.3 1415 (*) (32)
Для определения С (постоянная интегрирования) запишем граничные условия:
t = t1 при х = 0;
t = t2 при x = S.
Подставляем 1) граничное условие в (*):
13 EMBED Equation.3 1415( t1 = C.
Подставляем 2) граничное условие в (*):
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415
Плотность ТП через однослойную плоскую стенку при известных t1 и t2.
13 EMBED Equation.3 1415. (33)
Общее количество тепла для стенки с поверхностью F за время ( будет:
13 EMBED Equation.3 1415 (34)
Тема 2.2.4 Передача тепла теплопроводностью через многослойную
плоскую стенку
Для каждого из слоев можно записать:
для первого 13 EMBED Equation.3 1415
для второго 13 EMBED Equation.3 1415
для третьего 13 EMBED Equation.3 1415
Рисунок 15
Решая эти уравнения относительно t, получим:
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415.
Просуммировав все эти уравнения, получим:
13 EMBED Equation.3 1415 ( 13 EMBED Equation.3 1415 .
Для стенки, состоящей из n-слоев:
13 EMBED Equation.3 1415 . (35)
Общее количество тепла, проходящее через многослойную стенку:
13 EMBED Equation.3 1415 . (36)
Тема 2.2.5 Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую
стенку
13 EMBED Equation.3 1415. (37)
Самостоятельная работа. Нарисовать рисунок 14, стр.37 (1(
.
Тема 2.2.6 Конвективный теплообмен
Конвективный теплообмен происходит между газом или жидкостью и твердым телом при прикосновении.
Конвекция – сложный процесс, зависящий от большого числа факторов таких как:
- условия движения жидкости или газа;
- их теплопроводность;
- форма поверхности нагрева;
- и др,
то есть коэффициент передачи тепла конвекцией (к есть функция:
(к = ((
·t, t1, t2, (, c, (, (, l1, l2, l3, ф).
Часто для расчета теплообмена конвекцией применяют уравнение Ньютона:
q = (к (t1 – t2), (38)
где q – плотность теплового потока;
(к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2(с.
Чем энергичнее происходит движение газа или жидкости около нагреваемой (охлаждаемой) поверхности, тем больше скорость движения и трения газовых потоков о нагреваемую поверхность, и тем больше (к.
Тема 2.2.7 Передача тепла излучением
Тепловое излучение – одна из немногих лучистых разновидностей энергии, передаваемое посредством электромагнитных колебаний.
Тепловые лучи характеризуются длиной волны (() от 0,4(400 мкм, причем, видимые световые лучи имеют длину волны 0,4(0,8 мкм, а тепловые инфракрасные 0,8(400.
Рисунок 16
Каждое тело непрерывно излучает и непрерывно поглощает лучистую энергию, которая возникает в результате тепловой энергии.
Количество лучистой энергии Q, поступающей на единицу поверхности в единицу времени называется плотностью лучистого потока:
13 EMBED Equation.3 1415. (39)
Если на поверхность тела приходит общее количество тепла Qо, то часть его:
- QА – поглощается;
- QR – отражается;
- QD – проходит сквозь тело;
тогда:
QA + QR + QD = QO /: QO
13 EMBED Equation.3 1415. (40)
Обозначаем:
13 EMBED Equation.3 1415 – поглощательная способность тела;
13 EMBED Equation.3 1415 – отражательная способность тела;
13 EMBED Equation.3 1415 – пропускательная способность тела.
Тогда: A + R + D = 1. (41)
Частные случаи:
Если А=1, то R=D=0 – полное поглощение падающей лучистой энергии и характеризует тело как абсолютно черное тело (а.ч.т.). Когда А(1, тела называют серыми телами (с.т.).
Если R=1, то A=D=0 – полное отражение падающей лучистой энергии и характеризует тело как зеркальное или абсолютно белое тело.
Если D=1, то A=R=0 – полное прохождение лучистой энергии сквозь тело и характеризует его как абсолютно прозрачное тело (чистый воздух в верхних слоях атмосферы).
Абсолютно черных, прозрачных и белых тел в природе не существует. Но есть тела приближенные к ним по своим свойствам.
Излучение абсолютно черного тела
(закон Стефана - Больцмана)
Закон устанавливает, что плотность теплового излучения а.ч.т. (Ео) прямопропорциональна четвертой степени абсолютной температуры:
Е0 = (0(Т4 , (42)
где (0 – коэффициент излучения а.ч.т. и равен: (0 = 5,7(10-8 Вт/м2(К4.
Закон С.-Б. записывается следующим образом:
13 EMBED Equation.3 1415 (*),
где Со = 5,7 Вт/м2(К4 – коэффициент лучеиспускания тела.
Излучение серого тела
Для характеристики излучающей способности тел используют так же другую величину: ( - степень черноты тела.
Например: серое тело имеет спектр излучения с интенсивностью в ( раз меньший, чем у а.ч.т., то есть:
13 EMBED Equation.3 1415 ( Е=((Ео.
Подставляем в (*):
13 EMBED Equation.3 1415, (43)
где С – коэффициент излучения серого тела.
Закон Кирхгофа
Закон устанавливает, что отношение излучательной способности Е к поглощательной А для всех серых телодинаково и равно Ео – излучательной способности а.ч.т. при той же температуре и зависит только от температуры:
13 EMBED Equation.3 1415. (44)
Закон Кирхгофа выводится на рассмотрении лучистого теплообмена между двумя параллельными близкорасположенными поверхностями.
Рисунок 17
Одна излучает тепловой поток с плотностью Ео (а.ч.т.), а другая (с.т.) с коэффициентом поглощения А излучает тепловой поток Е. А так как температуры тел одинаковые или изменяются со временем, плотность потока излучения с.т. должна быть равна приходу энергии, то есть поглощенному им теплу:
Е=А(Ео ( 13 EMBED Equation.3 1415; Ео = ((Т).
Следствие: всякое тело при определенной температуре может испускать только лучи тех длин волн, которые оно способно поглотить при той же температуре, то есть степень черноты с.т. тождественно равна его коэффициенту поглощения:
( ( А. (45)
Тема 2.2.8 Теплообмен излучением между твердыми телами
Рисунок 18
Дана электрическая печь, электрические нагревательные элементы расположены на своде, и они излучают тепловую энергию Q во всех направлениях. Нетрудно определить, какую часть всей излучаемой энергии Q свод будет излучать на стенки и лежащей на поде металл:
- на левую стенку: 13 EMBED Equation.3 1415;
- на правую стенку: 13 EMBED Equation.3 1415;
- на металл: 13 EMBED Equation.3 1415.
Каждое из этих отношений называется угловым коэффициентом (, который показывает, какая часть всей излучательной тепловой энергии одного тела или поверхности попадает на другое тело или поверхность.
Угловые коэффициенты связаны между собой определенными соотношениями.
Правило замыкаемости.
Очевидно, что для замкнутой системы:
Q1 + Q2 + Q3 = Q.
Разделим все на Q:
13 EMBED Equation.3 1415
Отсюда:
(1.1 + (1.2 + (1.3 = 1,
то есть сумма ( для замкнутой системы равна 1, то есть:
13 EMBED Equation.3 1415. (46)
Правило взаимности.
Рисунок 19
Установлено что если две поверхности F1 и F2 лучеиспускают друг на друга, то будет справедливо равенство:
F1 ( (1.2 = F2 ( (2.1. (47)
Частные случаи:
а) две большие близкорасположенные друг к другу плоскости:
(1.1 = (2.1 = 1. (48)
Вывод:
(1.1 + (1.2 = 1,
(2.2 + (2.1 = 1.
Но для плоскости:
(1.1 = 0 и (2.2 = 0.
Тогда:
(1.1 = (2.1 = 1.
б) две концентрические шаровые поверхности или два одноосных цилиндра:
(1.2 = 1; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415. (49)
в) внутренняя поверхность F2 сегмента длинного цилиндра и плоскость F1, являющаяся основанием сегмента:
(1.2 = 1; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415. (50)
Тема 2.2.9 Общее уравнение теплообмена между двумя серыми поверхностями в замкнутой системе
Количество тепла, передаваемое излучением между двумя поверхностями, пропорционально разности температур тел в четвертой степени и зависит от геометрических форм, взаимного расположения поверхностей и степени их черноты.
Количество тепла получаемое первой поверхностью при Т2(Т1:
13 EMBED Equation.3 1415, (51)
где Спр – приведенный коэффициент излучения обеих поверхностей.
13 EMBED Equation.3 1415. (52)
Теплообмен при наличии экрана
Для того, чтобы ослабить лучистый поток, падающий на обслуживающий печь персонал, применяют тепловые экраны, выполняемые обычно из стального тонкого листа.
Примем, что степень черноты (1 = (2 = (э. Применяя общее уравнение теплообмена, определим, что плотность теплового потока от поверхности к экрану равна:
Рисунок 20
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
q2-э = qэ-1 ;(
13 EMBED Equation.3 1415. (53)
Подставим в любое уравнение из (*) найденное значение Тэ, получим:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415. (54)
При отсутствии экрана:
13 EMBED Equation.3 1415. (55)
Отсюда следует, что применение экрана уменьшает лучистый поток в 2 раза.
Тема 2.2.10 Излучение газов и пламени
В металлургических печах решающее значение имеет тепловое излучение газов, образующихся от горения топлива и от физико-химических превращений перерабатываемых материалов.
Наибольшей поглощательной и излучательной способностью обладают многоатомные газы (СО2, Н2О, SО2); двухатомные газы (N2, H2, O2) имеют ничтожно малые способности излучательной и поглощательной лучистой энергии и могут считаться практически теплопрозрачными. Твердые непрозрачные тела поглощают и излучают тепловые лучи с поверхности, а газы по всей толщине слоя.
Плотность лучистого потока газа рассчитывается по закону Стефана- Больцмана с поправкой – коэффициентом, называемым степенью черноты газа:
13 EMBED Equation.3 1415. (56)
Излучающие тепло газы металлургических печей (МП) могут быть светящиеся и несветящиеся.
Светящиеся – содержат твердые частицы (пыль, зола, уголь); обладают наиболее интенсивным излучением; ( = 0,4(0,8.
Несветящиеся – не содержат твердых взвешенных частиц; ( = 0,1(0,4.
В печной технике часто прибегают к искусственному увеличению степени черноты газов введением в них сажистого углерода (подсвечивание или карбюризация пламени).
Количество тепла передаваемое излучением от газа к стенке и наоборот при Тг(Тст, определяется по формуле Поляка:
13 EMBED Equation.3 1415. (57)
Тема 2.2.11 Сложная теплопередача. Теплообмен между двумя газами через плоскую стенку
В металлургических печах обычно теплообмен между факелом, кладкой и металлом происходит в результате конвекции и излучения. Поэтому при расчетах необходимо учитывать оба вида теплоотдачи. Для этого вводят понятие суммарного коэффициента теплоотдачи:
(( = (изл + (конв. (57)
По формуле Ньютона плотность теплового потока:
q = ( (tг + tст),
а так как ( = ((, то
q( = (( (tг + tст) (
q( = ((изл + (конв)(tг + tст). (58)
Тема 2.3 Тепловой баланс пирометаллургического процесса
Тема 2.3.1Характеристика тепловой работы печи
Работа каждой печи характеризуется рядом показателей, наиболее важными из которых являются: температурный и тепловой режимы, коэффициент полезного теплоиспользования, производительность.
Количество тепла, подаваемое в печь в каждый данный момент времени, называется ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКОЙ.
То наибольшее количество тепла, которое печь может нормально усвоить, называют ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТЬЮ.
КПД показывает, какая часть подведенной энергии используется на проведение технологического процесса.
ТЕМПЕРАТУРА – важный теплотехнический показатель работы печи. Представляет собой какую-то усредненную величину. Эту температуру измеряют термопарой, расположенной над нагреваемым материалом в средней части печи.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ печи – количество готовой продукции, получаемой за единицу времени (т/ч, кг/сутки и т.п.).
Тема 2.3.2 Тепловой баланс
Тепловой баланс состоит из равных между собой приходной и расходной частей, каждая из которых складывается из ряда статей.
Статьи прихода:
тепло от горения топлива;
физическое тепло топлива;
физическое тепло воздуха;
тепло, вносимое паром.
Статьи расхода:
расход тепла на технологические нужды;
физическое тепло отходящих газов;
потери тепла от химической неполноты горения;
потери тепла от механической неполноты горения;
потери тепла через кладку печи;
потери тепла через окна (отверстия);
потери тепла с охлаждающей водой;
расход тепла на нагрев тары и транспортных устройств;
тепло, аккумулированное кладкой;
электрические потери;
неучтенные потери.
Тема 2.4 Вторичные энергоресурсы
Для уменьшения потерь тепла СТЕНКАМИ ПЕЧИ (до 0,4( от общего расхода тепла) необходимо:
применять в кладке эффективные теплоизоляционные материалы;
толщина стенок должна быть оптимальной;
снизить потери за счет выбивания горячих газов через неплотности в кладке и отверстиях (обмазка кладки, плотное закрытие окон, применение металлического кожуха печи и другое).
Для уменьшения потерь тепла с продуктами горения топлива (20-60%) необходимо:
понизить температуру отходящих газов;
уменьшить избыток воздуха при сжигании топлива;
использовать тепло отходящих газов.
Тепло отходящих дымовых газов может быть использовано в его утилизации в теплообменных устройствах – рекуператорах, регенераторах и котлах-утилизаторах.
Рекуператоры и регенераторы служат для подогрева воздуха отходящими газами.
В рекуператорах происходит постоянный во времени процесс передачи тепла от дымовых газов к воздуху или газу.
Воздух (газы) и дымовые газы могут иметь различные направления движения. Возможны три основных схемы движения:
противоток;
перекрестный ток;
прямоток.
Теплоотдача в рекуператорах состоит из трех основных стадий:
из передачи тепла от дымовых газов к стенкам (рекуператорные элементы);
из передачи тепла через разделительную стенку;
от стенки к нагреваемому воздуху или газу.
Рекуператор бывает керамический и металлический.
В регенераторах происходит нестационарный процесс передачи тепла (изменяется во времени). Они представляют собой теплообменный аппарат, в котором горячие дымовые газы проходят через керамическую насадку и нагревают ее. В следующий период черед эту нагретую насадку проходит холодный воздух и нагревается за счет тепла. Обычно применяют 2 регенератора (для непрерывной работы печи) для попеременной подачи в них дымовых газов с помощью перекидного клапанного устройства. Используются в цветной металлургии мало, так как в момент перекидывания клапана объем горючего газа теряется с отходящими газами, а также они занимают много места и работают периодически.
В плавильных печах цветной металлургии применение рекуператоров и регенераторов практически исключено, так как отходящие газы имеют большую запыленность, поэтому тепло отходящих газов используется для обогрева котлов-утилизаторов (паровых котлов), что позволяет получать пар без затрат топлива.
Контрольные вопросы по разделу 2
Общие сведения о печных газах
Движение газов. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли
Режимы движения газов. Критерий Рейнольдса
Сопротивление движению газов
Истечение газов через отверстия
Естественное и принудительное движение газов
Виды теплопередачи
Передача тепла теплопроводностью, ее коэффициенты
Передача тепла теплопроводностью через однослойную плоскую стенку
Передача тепла теплопроводностью через многослойную плоскую стенку
Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую плоскую стенку
Конвективный теплообмен
Передача тепла излучением. Физическая сущность передачи тепла. Закон Кирхгофа
Закон Стефана-Больцмана
Теплообмен излучением между двумя серыми поверхностями в замкнутой системе
Теплообмен при наличии экранов
Излучение газов и пламени
Сложная теплопередача. Теплообмен между двумя газами через плоскую стенку
Характеристика тепловой работы печей. Тепловой баланс печи
Основные статьи прихода тепла в тепловой баланс
Статьи расхода на технологические нужды, с отходящими газами, на химическую и механическую неполноту горения
Потери тепла через кладку печи
Потери тепла через окна открытые и закрытые. Потери с охлаждающей водой.
Пути снижения расхода тепла в печах
Рекуператоры, регенераторы, котлы-утилизаторы
КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Выполнение курсовой работы на тему «Расчет теплового баланса трубчатой вращающейся печи» (см. Приложение 2)
РАЗДЕЛ 3 ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
Тема 3.1.1 Назначение и классификация огнеупорных материалов и
изделий
ОГНЕУПОРАМИ называются строительные материалы, служащие для сооружения тепловых агрегатов и способные противостоять действию высоких температур (не ниже 1580(С), а также физическим и физико-химическим процессам, происходящим в тепловых агрегатах при высоких температурах.
Классификация огнеупоров:
По химико-минералогическому составу:
кремнеземистые (динасовые – более 92% SiO2);
алюмосиликатные (шамот – до 45% Al2O3);
магнезиальные (изготавливают из минерала, содержащего магнезит);
хромистые;
углеродистые (графитовые, коксовые);
цирконистые;
окисные (окиси бериллия, тория, церия);
карбидные и нитридные.
По степени огнеупорности:
огнеупорные (t = 1580(1750(С);
высокоогнеупорные (t = 1770(2000(С);
высшей степени огнеупорности (выше 2000(С).
По термической обработке:
обжиговые;
безобжиговые;
литые плавленые.
По способу изготовления:
формованные;
неформованные;
огнеупорные растворы.
По сложности формы и размерам:
нормальный кирпич;
фасонные изделия;
крупные блоки;
специальные изделия (тигли, трубки, ).
Тема 3.1.2 Основные свойства огнеупорных материалов
ОГНЕУПОРНОСТЬ – это свойство материалов противостоять действию высоких температур.
Наиболее распространенным методом определения огнеупорности является стандартный метод, согласно которому из огнеупорного материала, подлежащего испытанию, следует изготовить усеченные трехгранные пирамидки (пироскопы), высотой до 6см. Изготовленные образцы высушиваются и устанавливаются на огнеупорную подставку вместе со стандартными пироскопами определенной огнеупорности. Подставка вместе с пироскопами помещается в электрическую печь. Огнеупорность материала обозначается номером того пироскопа, с которым образец упал одновременно.
Маркировка: температура падения – 10.
ПК173 – пироскоп керамический с огнеупорностью 1730(С.
ДЕФОРМАЦИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ. Находясь в кладке, огнеупорные материалы подвергают различным механическим воздействиям: сжатию, растяжению, изгибу, истиранию. Чаще всего, огнеупоры в условиях службы испытывают нагрузку – сжатие. Их прочность на сжатие определяют в холодном состоянии и при высоких температурах. При испытании пользуются стандартным образцом: d = 36мм, h = 50мм; помещенным в криптолитовую печь. По стандарту удельную нагрузку принимают равной 19,6 Н/см2. Нагрев ведут постепенно (до 800(С V = 10(/мин, свыше 800(С V = 4(5(/мин). В процессе нагревания по дилатометру наблюдают сжатие образца и строят диаграмму. Температуру, при которой отмечается четырехпроцентная усадка, считают температурой начала размягчения (начало деформации), а температуру, при которой происходит сорокапроцентная усадка – температурой конца размягчения.
ПОСТОЯНСТВО ФОРМЫ И ОБЪЕМА. При нагревании и охлаждении в результате термических разложений и усадок огнеупор может изменять свою форму и размеры. Большим непостоянством размеров отличается динос, более постоянные по размерам – углеродистые огнеупоры. Каждый огнеупорный материал характеризуется значением линейного расширения. При кладке печи и свода иногда делают температурные швы. Их делают из дерева на определенных промежутках. Испытания проводят на образцах при нагревании, оценивается изменение объема.
ТЕРМОСТОЙКОСТЬ – проявляется в способности материала, не разрушаясь, выдерживать резкие изменения температуры. Обычно термостойкость определяется методом сравнения, основанном на чередующихся нагреве и охлаждении (1 цикл – теплосмена). Термическая стойкость оценивается количеством выдержанных теплосмен. Метод заключается в том, что кирпич торцевой стороной укладывается в электрическую печь сопротивления и нагревается до 850(С в течение 40 минут. Затем охлаждают в течение 8(15 минут (воздух, вода). И так до тех пор, пока потеря массы не составит 20% (из отколовшихся кусков).
ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ. Огнеупоры при работе в печи должны обладать химической стойкостью. В печах образуются различные агрессивные среды, к которым относятся газы, расплавленные материалы. Сильное разрушающее действие на кладку оказывают шлаки. По отношению к действию шлаков, огнеупоры делятся на:
кислые (динос);
основные (шамот);
нейтральные (хромистый железняк).
Кислые огнеупоры стойки к кислым шлакам.
ШЛАКОУСТОЙЧИВОСТЬ определяется двумя способами: статическим и динамическим.
При статическом способе в огнеупоре высверливается отверстие, в которое засыпается молотый шлак, затем огнеупор устанавливают в печь и подогревают (не менее 1450(С и выдерживают 3(4 часа). После испытания кирпич разрезают и визуально определяют глубину проникновения шлака в материал.
При динамическом способе на помещенный в печь огнеупор капают расплавленным шлаком в течение ограниченного времени, а затем разрезают и устанавливают его шлакоустойчивость.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ. В зависимости от условий работы, огнеупоры могут обладать большей или меньшей теплопроводностью. Чем выше пористость огнеупора, тем ниже его теплопроводность (до 800(900(С).
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ – имеет значение при футеровке электрических печей. При нормальных условиях все огнеупоры хорошие диэлектрики. При высоких температурах их электропроводность быстро возрастает. Хорошей электропроводностью обладают углеродистые огнеупоры, остальные – плохой.
ПОРИСТОСТЬ – ее обладают все огнеупоры. Различают пористость:
1) открытую (есть сообщение с атмосферой) – на основе данных измерения водопоглащения;
2) закрытую (нет выхода наружу);
3) истинная (суммарная, общая).
ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ. С повышением температуры газопроницаемость понижается, т.к объем газа возрастает и увеличивается его вязкость. Наибольшая газопроницаемость у шамота, наименьшая у диноса.
Тема 3.1.3 Принцип выбора огнеупоров
Для стенок и свода огнеупор должен обладать высокой механической прочностью. Для откосов печи применяют огнеупоры, стойкие к действию шлаков.
В изломе хороший огнеупор имеет однородное строение. Все огнеупоры делятся на сорта по стандарту. Сорт учитывает все отклонения от нормы (размеры, отбитость углов, кривизна, трещины, притупленность ребер и другое).
При выборе огнеупорного материала учитывают его стоимость (наиболее дорогие – высокоглиноземистые, дешевые – шамот).
Транспортировка должна обеспечивать сохранность огнеупоров (предпочтительнее укладывать рядами с расклиниванием между рядов – стружка, солома, пенопласт), а лучший способ – перевозка в контейнерах. Склады для хранения должны быть закрытыми.
Тема 3.2 Основы производства и технология получения основных
огнеупоров
Тема 3.2.1 Теоретические основы производства огнеупоров
Производство огнеупоров складывается из следующих процессов:
ОБРАБОТКА СЫРЬЯ – которая может включать обогащение, дробление, помол, предварительную сушку или обжиг или последовательно все эти стадии.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФОРМОВОЧНОЙ МАССЫ – заключается в смешивании огнеупорного сырья со связующими (клеящими) веществами с целью получения плотной массы, удобной для формования кирпича-сырца (огнеупорная глина – шамот, остальное сырье со связующим).
ФОРМОВАНИЕ – выполняется на специальных формовочных прессах. Изделия сложной формы – вручную трамбованием, для каждого случая выбирают оптимальное прессовое давление (может быть расслаивание массы ( брак).
СУШКА КИРПИЧА-СЫРЦА. С уменьшением влаги механическая прочность сырца повышается, но вместе с тем повышается и его хрупкость. Поэтому при сушке в сырце оставляют часть влаги, чтобы избежать отбитости углов и ребер кирпича при его транспортировке.
ОБЖИГ является самой главной операцией в технологическом процессе изготовления огнеупоров. Изделия обжигают в специальных обжиговых печах при строго ограниченных температурах. Сначала удаляется оставшаяся влага, затем, начиная с 200(С, начинают разлагаться карбонаты и гидраты. При температуре выше 800(С в массе появляется жидкая фаза, и начинается процесс перекристаллизации.
В результате обжига образуется кристаллический сросток огнеупорного компонента, придающий изделию механическую прочность при высоких температурах.
Тема 3.2.2 Классификация теплоизоляционных материалов
Теплоизоляционные материалы делят по ряду признаков на следующие группы:
по огнеупорности – на огнеупорные, выдерживающие рабочую температуру 800 (С, и неогнеупорные, которые могут быть использованы только при температурах ниже 800 (С;
по происхождению – на естественные и искусственные;
по форме и способу применения – теплоизоляционные материалы выполняются в виде изделий (кирпичей, листов и т.д.) или в виде неформованных материалов (засыпки, ваты, волокон и др.).
К огнеупорным естественным теплоизоляционным материалам относятся: диатомит, инфузорная земля, трепел и вермикулит.
К искусственным теплоизоляционным материалам относятся пористые легковесные огнеупоры и изделия из различных волокон. Легковесные изделия могут изготавливаться из шамота, динаса, диатомита, высокоглиноземистого сырья и т.п. Для получения легковесных огнеупоров с высоким процентом равномерно распределенной пористости применяют три различных способа: 1) выгорающих добавок; 2) пеноспособ; 3) химический.
Тема 3.2.3 Характеристики и область применения печных огнеупоров
Динас содержит более 93% SiO2 и относится к кремнеземистым, кислым огнеупорам. Обладает высокой строительной прочностью, высокой температурой начала деформации под нагрузкой и соответственно рабочей температурой службы 1650–1700 (С. Устойчив к воздействию кислых расплавов и газовых сред, но не выдерживает контакта с основными расплавами металлов и их оксидов. Термостойкость динаса по стандартной методике не превышает 1-2 водяных теплосмен. Однако, если колебания температуры происходят в области значений выше 300 (С и особенно выше 600 (С, то термостойкость динаса исключительно высока. Динас широко применяют для изготовления высокотемпературной части насадки доменных воздухонагревателей и регенераторов нагревательных колодцев, которая не охлаждается ниже 600 (С, для кладки распорных сводов.
Шамот относится к алюмосиликатным огнеупорам, содержащим кроме SiO2 до 45% Al2O3. Обладает более высокой термостойкостью (10-20 водяных теплосмен), но низкой шлакоустойчивостью. Наиболее широко применяется в печестроении при температурах до 1350 (С для строительства стен, сводов, не контактирующих с оксидами металлов, для низкотемпературной части регенеративной насадки. Не выдерживает истирающего действия при высоких температурах.
Муллит и корунд относятся к высокоглиноземистым алюмосиликатным огнеупорам. По мере увеличения содержания Al2O3 повышается их рабочая температура службы, прочность и постоянство объема при разогреве. Термостойкость превышает 150 водяных теплосмен. Применяются вместо шамота в условиях более высоких температур: муллит – до 1650 (С, корунд – до 1800 (С. Плавленые корундовые изделия обладают высокой шлакоустойчивостью и выдерживают давление и истирающее действие металла и шихты. Применяются в установках внепечной обработки стали, в монолитных подинах методических нагревательных печей, в качестве насадки шариковых регенераторов.
Периклаз (или магнезит) содержит не менее 85% MgO. Температура начала размягчения под нагрузкой значительно ниже огнеупорности. Максимальная рабочая температура 1700 (С. Термостойкость изделий невысока и составляет 1-2 водяных теплосмены. Шлакоустойчивость по отношению. к основным расплавам – металлам и шлакам, богатым оксидами металлов и известью, исключительно высока. Поэтому магнезитовые кирпичи используются для кладки элементов печей черной и цветной металлургии, которые контактируют с расплавами металлов и основных шлаков. Магнезитовый порошок используют для заполнения швов при кладке подин плавильных печей.
Углеродистые огнеупоры изготавливаются из доступного сырья – графита, кокса – с высокой температурой плавления ( 3500 (С. Они не смачиваются расплавами и поэтому устойчивы против них, имеют высокую термостойкость, но начинают окисляться в продуктах горения топлива при температуре ( 600 (С. Поэтому их используют для службы в восстановительной среде: в электрических печах для производства ферросплавов, алюминия, свинца, в лещади доменных печей, в качестве припаса для разливки металлов, для изготовления электродов дуговых плавильных печей.
Карбидкремниевые огнеупоры содержат в качестве главного компонента SiC – карборунд. Они покрыты защитной плёнкой SiO2, поэтому не окисляются как углеродистые. Имеют высокую прочность, износоустойчивость, термостойкость. Устойчивы против нейтральных и кислых расплавов, нестойки против основных. Применяются для изготовления трубок керамических рекуператоров, огнеупорных муфелей.
Неформованные огнеупоры применяют для изготовления монолитных футеровок из огнеупорного бетона и набивных масс. Огнеупорный бетон представляет собой смесь огнеупорного наполнителя (бой огнеупорных изделий) с размером частиц от 0,5 до 70 мм, вяжущего и добавок. В качестве вяжущего используют твердеющие в холодном состоянии огнеупорные цементы (глиноземистый, магнезиальный), жидкое стекло, фосфатные связки на основе ортофосфорной кислоты Н3РО4. Добавки могут регулировать скорость схватывания и твердения, улучшать пластические свойства, уменьшать усадку.
Широко распространены динасовые бетонные блоки и панели для стен нагревательных колодцев, глинистокварцитовые массы для набивной футеровки ковшей. Применяют монолитную футеровку стен и сводов нагревательных печей из жидкого (литого) бетона с креплением её к металлическому каркасу печи с помощью анкерных кирпичей, распределенных по площади стен и свода. Защитные гарниссажи образуются на рабочей поверхности ограждения плавильных, шахтных и дуговых печей из спекающихся или расплавленных материалов при интенсивном охлаждении стен печи водой или воздухом. В плавильных печах цветной металлургии гарниссаж является эффективным средством защиты, а иногда и замены футеровки.
Тема 3.2.4 Теплотехнические характеристики теплоизоляционных
материалов
Для тепловой изоляции металлургических печей применяются три вида изделий:
1) легковесные пористые огнеупорные кирпичи: шамот-легковес, динас-легковес, диатомитовый и другие;
2) теплоизоляционные засыпки;
3) изделия в виде плит, ваты, войлока, картона, изготовленные на основе керамического волокна в смеси со связующим материалом, так называемые волокнистые огнеупоры. Волокнистые огнеупоры являются относительно новыми теплоизоляционными материалами.
Легковесные огнеупорные кирпичи обладают большой пористостью и поэтому меньшей плотностью и теплопроводностью, чем обычные огнеупорные кирпичи. Марка кирпича расшифровывается так: Д – динас, Ш – шамот, Л – легковес, числа после тире означают плотность. Чем меньше плотность кирпича, тем лучше его теплоизоляционные свойства, но ниже максимальная рабочая температура. По сравнению с обычными огнеупорами шамот-легковес и другие легковесы имеют более низкую прочность, шлакоустойчивость и термостойкость. Их можно применять не только для теплоизоляционного слоя футеровки, но и для рабочего слоя, в термических печах.
Диатомитовый кирпич применяют только для наружного слоя тепловой изоляции стен и свода нагревательных печей.
В качестве засыпок используются, в основном, естественные теплоизоляционные материалы: диатомит, инфузорная земля, трепел и вермикулит. Первые три материала имеют состав SiO2(nH2O.
Диатомит – продукт разложения водорослей, имеет рыхлую землистую структуру. Применяют в виде порошка или изделий, изготовленных на глинистой связке. Предельная температура применения диатомитовых изделий 1000 °С, засыпки 900 °С.
Инфузорная земля является продуктом разложения животных организмов; применяют чаще в виде порошка. Трепел – продукт выветривания горных пород, пористый материал с низкой теплопроводностью; применяют в виде порошка или изделий. По свойствам изделия из трепела близки к диатомитовым.
Вермикулит это разновидность слюды, имеющая способность при нагреве значительно увеличивать свой объем. Используют вермикулит в виде засыпки или в виде плит. Применяется до температуры 700-900 °С. В обожженном виде носит название – зонолит. Предельная температура применения зонолита 1000-1100 °С. Коэффициент теплопроводности вермикулита и зонолита 0,1 Вт/(м(К).
К неогнеупорным изоляционным материалам относится асбест. Асбест является водным силикатом магния состава 3MgO(2SiO2(2H2O, имеет волокнистое строение, пористый. Применяют в виде крошки для засыпки или в виде изделий – шнура, картона, плит, ткани и ваты.
Новые материалы, используемые в металлургических печах Волокнистые плиты, как и шамот-легковес, применяют для изготовления не только изоляционного, но и рабочего слоя футеровки термических печей с целью снижения потерь теплоты в рабочем пространстве печи. При этом уменьшаются два вида потерь: на аккумуляцию теплоты футеровкой и теплопроводностью через футеровку в окружающую среду.
Тема 3.2.5 Кладка печи. Конструкции сводов
Ограждение печей из огнеупорных и теплоизоляционных материалов называется кладкой или футеровкой.
Футеровка является ответственной частью всех промышленных печей. От ее службы зависит надежность работы печи и длительность кампании. Элементами футеровки являются под, стены и свод. Кладка должна быть, по возможности, непроницаемой для расплавленных металлов и шлаков, а также для печных газов.
В зависимости от требуемой тщательности работы кладку разделяют на категории, для каждой из которых допустимая толщина шва строго регламентирована:
а) особо тщательная, со швами толщиной не более 1 мм – для футеровки плавильных печей в местах возможного контакта с жидкой средой;
б) тщательная, со швами толщиной не более 2 мм – для футеровки, подвергающейся истирающему воздействию и для нагревательных печей с температурой до 1400 °С;
в) обыкновенная, со швами толщиной не более 3 мм – для футеровки, неконтактирующей с жидким металлом и шлаком, и для нагревательных печей с температурой до 1200 °С; г) простая, со швами толщиной до 4 мм – для выполнения нижних слоев пода. Рабочий слой футеровки в местах, где требуется наибольшая плотность, выкладывают особенно тщательно со швами не более 0,5 мм.
Для компенсации термического расширения кладки в ней предусматривают температурные швы, размеры которых зависят от рабочей температуры и от применяемого для кладки материала. Ширина термических швов колеблется в пределах от 5 до 15 мм на 1 м кладки.
Под печи выкладывают или прямо на фундамент или на стальные листы, опирающиеся на балки. Воздушный зазор, образующийся при этом между подом и фундаментом, предохраняет последний от перегрева. Под печи часто подвергается механическим ударам загружаемых материалов и химическому действию окалины или жидкого металла, поэтому его всегда выполняют многослойным
Стены печи. Кладку стен ведут, как и пода, с перевязкой швов, для чего меняют положение кирпича, чередуя тычковые и ложковые ряды (кирпич, уложенный длиной стороной параллельно плоскости стены, называется ложковым, а уложений перпендикулярно – тычковым). Кладку стен нагревательных печей ведут строго вертикально, а стены плавильных печей, с целью повышения их стойкости, часто делают наклонными с толщиной, уменьшающейся кверху. Стены выполняют двух- или трехслойными.
Своды печей выполняют арочными, купольными или подвесными. Арочные своды применяют при ширине пролета до 3 м. Для металлургических печей преимущественно применяют арочные своды с центральным углом 60, 90, 120 и 180° (соответственно рис. 1.4 а-г). Купольными сводами называются своды круглых печей. Их выполняют целиком из фасонного кирпича. Подвесные своды нагревательных печей применяют при ширине пролета более 3 м. Для их выполнения используют фасонные кирпичи из шамота класса А и каолина, в местах пережимов (криволинейные участки сводов методических печей) применяют высокоглиноземистые кирпичи.
Своды плавильных печей очень массивны, поэтому их выполняют распорно-подвесными, при этом часть веса свода передается через подпятовые балки на стойки каркаса. Часто, во избежание перегрева сводов плавильных печей, устраивается принудительное воздушное охлаждение наружной поверхности свода с использованием вентилятора. Съемные своды электрических печей или крышки нагревательных колодцев монтируют в специальных металлических рамах, воспринимающих все нагрузки и обеспечивающих их длительную службу.
Тема 3.2.5. Назначение и устройство основных металлургических печей дана на самостоятельное изучение - подготовить доклады, сообщения, презентации, видеофильмы по предложенным темам:
Отражательные печи
Пламенные нагревательные печи
Трубчатые вращающиеся печи
Печи кипящего слоя
КИВЦЭТ-агрегат
Индукционные печи.
Дуговые печи
Электрические печи сопротивления
Контрольные вопросы по разделу 3
Назначение и классификация огнеупорных материалов
Основные свойства огнеупорных материалов
Принцип выбора огнеупоров
Из каких процессов складывается производство огнеупоров?
Классификация теплоизоляционных материалов
Алюмосиликатные огнеупоры и их применение
Высокоглиноземистые огнеупоры и их применение
Магнезитовые огнеупоры и их применение
Углеродистые огнеупоры и их применение
Карборундовые изделия и их применение
Неформованные огнеупоры и их применение
Теплотехнические характеристики теплоизоляционных материалов
Кладка печи (футеровка)
Элементы конструкций печей
Отражательные печи, их устройство и назначение
Пламенные нагревательные печи, их устройство и назначение
Трубчатые вращающиеся печи, их устройство и назначение
Печи кипящего слоя, их устройство и назначение
КИВЦЭТ-агрегат, устройство и назначение
Индукционные печи, их устройство и назначение
Дуговые печи, их устройство и назначение
Электрические печи сопротивления, их устройство и назначение
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
Общая характеристика топлива. Классификация топлива
Элементарный и технический анализ топлива
Теплота сгорания топлива. Условное топливо и тепловой эквивалент
Естественное твердое топливо. Его происхождение, химический состав, теплотворность
Искусственное твердое топливо. Методы переработки
Технология приготовления угольной пыли
Брикетирование и коксование каменного угля
Устройства для сжигания твердого топлива
Жидкое топливо-нефть, продукты ее переработки. Сжигание мазута в печах
Устройство для сжигания жидкого топлива в печах
Газообразное топливо. Природный газ
Генераторный газ
Устройства для сжигания газообразного топлива
Основы теории горения топлива
Преимущества и недостатки электронагрева. Применение его в цветной металлургии. Классификация электрических печей в зависимости от вида электронагрева
Электронагрев в печах сопротивления
Металлические и неметаллические нагревательные элементы
Индукционный электронагрев
Дуговой и плазменный нагревы
Электроннолучевой нагрев
Автогенный нагрев печей
Общие сведения о печных газах
Движение газов. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли
Режимы движения газов. Критерий Рейнольдса
Сопротивление движению газов
Истечение газов через отверстия
Естественное и принудительное движение газов
Виды теплопередачи
Передача тепла теплопроводностью, ее коэффициенты
Передача тепла теплопроводностью через однослойную плоскую стенку
Передача тепла теплопроводностью через многослойную плоскую стенку
Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую плоскую стенку
Конвективный теплообмен
Передача тепла излучением. Физическая сущность передачи тепла. Закон Кирхгофа
Закон Стефана-Больцмана
Теплообмен излучением между двумя серыми поверхностями в замкнутой системе
Теплообмен при наличии экранов
Излучение газов и пламени
Сложная теплопередача. Теплообмен между двумя газами через плоскую стенку
Характеристика тепловой работы печей. Тепловой баланс печи
Основные статьи прихода тепла в тепловой баланс
Статьи расхода на технологические нужды, с отходящими газами, на химическую и механическую неполноту горения
Потери тепла через кладку печи
Потери тепла через окна открытые и закрытые. Потери с охлаждающей водой.
Пути снижения расхода тепла в печах
Рекуператоры, регенераторы, котлы-утилизаторы
Назначение и классификация огнеупорных материалов
Основные свойства огнеупорных материалов
Принцип выбора огнеупоров
Из каких процессов складывается производство огнеупоров?
Классификация теплоизоляционных материалов
Алюмосиликатные огнеупоры
Высокоглиноземистые огнеупоры
Магнезитовые огнеупоры
Углеродистые огнеупоры
Карборундовые изделия
Неформованные огнеупоры
Теплотехнические характеристики теплоизоляционных материалов
Кладка печи (футеровка)
Элементы конструкций печей
Отражательные печи
Пламенные нагревательные печи
Трубчатые вращающиеся печи
Печи кипящего слоя
КИВЦЭТ-агрегат
Индукционные печи.
Дуговые печи
Электрические печи сопротивления
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Крапухин В.В. Печи для цветных и редких металлов М., Металлургия,1986.
2.Прибытков И.А. Теоретические основы теплотехники. Академия.2004
3.Тимофеев А.С. Теплофизика металлургических процессов. Горная книга. 2014.
Дополнительная:
Смирнова М.В. Теоретические основы теплотехники М., 2010.
Ерохин В.Г, Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники М., 2014.
Лариков Н.Н. Теплотехника. М.; Стройиздат, 1985.
Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М. и др. Теплотехника.М.,1999.
Исаченко В.М., Осипова В.А., Сухомел А.С. Теплопередача. М.; Энергоиздат, 1981.
Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. -М.; Энергия, 1977.
Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике. М.; Высш. шк., 1986.
Сб. задач по технической термодинамике /Андрианов Т.А., Дзампов Б.В. и др. М.; 1971.
А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.;Теплотехника М.: Энергоиздат, 2002.
А.М. Архаров, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др. Теплотехника М.: Машиностроение, 2006.
Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника. М.: Высшая школа, 2006.
Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент.
Справочник./ Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина, книга 2. М.: Энергоатомиздат, 2000.
Целиков А.И. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. Учебник для вузов. М., Металлургия, 1992.
Целиков А.И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. М., Металлургия, 1998.
Интернет-ресурсы: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Практикум по МДК 2.1«Теплотехника» выполняется после сдачи теоретических основ по соответствующим темам курса.
Практическая работа №1
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ТОПЛИВА И ТЕПЛОТЫ ЕГО СГОРАНИЯ»
Цель работы: научиться делать пересчет состава топлива из одного
состояния в другое, определять рабочую массу топлива,
низшую и высшую теплоту сгорания топлива.
Для твердого и жидкого топлива пересчет из горючего, сухого или органического состояния в рабочее осуществляется по следующим формулам [1] ( стр.98) :
13 EMBED Equation.3 1415=13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (1)
(2)
(3)
где Х – процентное содержание элементов в топливе (C,H,O,N,S,A,W).
Для газообразного топлива пересчет сухого газа во влажный осуществляется по следующим формулам:
(4)
(5)
Для определения теплоты сгорания твердого и жидкого топлива пользуются следующими формулами:
13 EMBED Equation.3 1415
Для газов:
13 EMBED Equation.3 1415 (8)
Задача №1
Дан состав топлива (см. таблицу 1),%. Определить рабочую массу топлива. Осуществить проверку по формуле:
(9) Таблица 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Cг
89
87
80
85
88
90
91
86
92
93
89
87
80
85
88
90
91
86
Нг
4
6
5
6
4
3
4
5
4
3
3
6
7
6
5
4
3
6
Ог
2
3
4
3
5
2
3
4
2
2
2
2
4
2
4
1
2
4
Sг
3
2
7
4
1
4
1
2
1
1
4
3
5
3
2
3
3
3
Nг
2
2
4
2
2
1
1
3
1
1
2
2
4
4
1
2
1
1
Ас
10
9
8
12
10
12
8
13
11
14
12
8
11
10
12
9
6
7
Wр
12
13
14
10
12
10
14
9
11
8
10
14
11
12
10
13
16
15
Задача №2
Дан состав топлива (см. таблицу 2),%. Определить рабочую массу топлива и сделать проверку.
Таблица 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Cо
92
91
93
90
89
92
91
93
90
89
92
91
93
90
89
92
91
93
Но
3,0
2,0
4,0
3,5
3,5
4,0
4,0
3,0
4,0
6,0
2,5
3,0
4,0
3,5
4,5
4,0
3,0
3,0
Оо
3,5
4,5
2,5
3,5
5,5
2,5
2,5
1,5
3,5
3,5
3,5
4,5
2,5
2,5
5,5
2,5
2,5
1,5
Nо
1,5
2,5
0,5
3,0
2,0
1,5
2,5
2,5
2,5
1,5
2,0
1,5
0,5
4,0
1,0
1,5
3,5
2,5
Sс
2,0
1,5
0,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
3,0
1,5
2,5
0,5
3,0
0,5
2,5
1,5
3,0
Ас
15
12
10
13
10
15
10
13
15
10
20
15
20
15
10
15
13
20
Wр
20
15
20
15
15
20
15
20
20
20
15
12
10
13
15
20
15
10
Задача №3
Дан состав сухого газообразного топлива (см. таблицу 3),%. Определить состав влажного газа и сделать проверку по формуле:
СH4вл.+C2H6вл.+COвл.+СО2вл.+ N2вл.+ Н2Овл=100%. (10)
Таблица 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
СH4c
90
75
80
85
92
83
78
90
75
80
90
75
80
85
92
83
78
79
C2H6c
3
5
4
6
3
6
10
2
10
5
2
10
5
5
2
5
4
3
COc
2
10
5
5
2
5
4
3
5
4
3
5
4
6
3
6
10
2
СО2с
1,5
6
6
2
2
4
5
4
4
5
2,5
4
5
2
1
2
3
1
N2c
3,5
4
5
2
1
2
3
1
6
6
2,5
6
6
2
2
4
5
5
W,г/м3
83
80
75
84
80
75
82
81
72
86
76
74
81
75
82
87
88
84
Задача №4
Дан состав топлива (см. таблицу 4),%.Определить низшую Qнр и высшую Qвр теплоту сгорания топлива (Дж/кг).
Таблица 4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Ср
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
70
71
72
73
74
75
76
Нр
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
8
9
Ор
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
Sр
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
2,5
2,0
Ар
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Wр
6
7
8
6
7
8
6
7
8
6
7
8
6
7
8
6
7
8
Задача №5
Дан состав топлива (см. таблицу 5),%. Определить низшую Qнс теплоту сгорания газообразного топлива (Дж/кг).
Таблица 5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
CH4с
90
91
92
93
94
95
85
86
87
88
89
80
81
82
83
84
79
78
C2H6с
2.5
2.4
2.3
2.2
2.1
2.0
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
4.0
4.5
C3H8с
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.1
0.2
0.1
C4H10с
0.4
0.5
0.6
0.7
0.4
0.3
0.1
0.2
0.1
0.2
0.1
0.2
0.1
0.2
0.1
0.2
0.1
0.2
CO2с
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.0
1.1
N2с
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
Практическая работа №2
«РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА»
Цель работы: научиться производить расчет необходимого количества
воздуха, подаваемого для сжигания топлива.
В расчетах горения топлива принимают следующий по объему состав сухого воздуха:
N2 = 79 %;
O2 = 21 %,
т.е. на 1 единицу объема кислорода приходится: 13 EMBED Equation.3 1415объемных единиц азота.
Задача №1
Определить объем воздуха, необходимый для сжигания mc топлива (мазут) (см. таблицу 1).
Таблица 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
mc
72
84
96
120
48
36
24
108
132
72
84
96
120
48
36
24
108
132
Пример решения
mc =60 кг
Vв = ?
C + O2 = CO2 ;
· =13 EMBED Equation.3 1415 , (1)
где
· – количество киломолей вещества, кмоль ;
mc – масса топлива, кг ;
Мс – молекулярная масса углерода, кг.
Тогда: 13 EMBED Equation.3 1415
· = 13 EMBED Equation.3 1415
· = 5 (кмоль).
Таким образом, 60 кг углерода соответствуют 5 кмолям . Для горения 5 киломолей углерода требуется 5 киломолей кислорода:
5C + 5O2 = 5CO2 .
Вместе с 5 киломолями кислорода поступит 53,762 кмоля азота:
13 EMBED Equation.3 14155C + 5O2 + 5 · 3,762 N2= 5CO2 + 5·3,762N2.
воздух дымовые газы
Тогда, количество киломолей воздуха, подаваемого на горение:
·в = 5+5·3,762;
·в = 23,81 кмоль.
Объем воздуха (м3), подаваемого на горение:
Vв =
·в· 22.4, (2)
где 22,4 – объем, занимаемый 1 кмолем воздуха.
Vв = 23,81·22.4;
Vв = 533 м3.
Таким образом определяется теоретически необходимое количество воздуха.
На практике, чтобы обеспечить полноту горения топлива, воздуха расходуют больше, чем теоретически необходимого.
Отношение практического расхода воздуха Vп к теоретическому Vт называется коэффициентом избытка воздуха
· :
· = 13 EMBED Equation.3 1415 (3)
При сжигании твердого топлива
· = 1,2 – 1,25;
при сжигании жидкого топлива
· = 1,08 – 1,2;
при сжигании газообразного топлива
· = 1,05 – 1,1.
Задача №2
Определить при заданном
· (см. таблицу 2) практически необходимое количество воздуха Vп для сжигания того же количества топлива.
Таблица 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
·
1,2
1,11
1,12
1,13
1,14
1,15
1,16
1,17
1,18
1,19
1,10
1,09
1,08
1,11
1,12
1,13
1,14
1,15
Иногда на практике, для повышения эффективности горения, используют воздух, обогащенный кислородом (дутье). В этом случае расчет ведется аналогично предыдущим расчетам, но соотношение О2 и N2 в составе подаваемой смеси будет другим.
Задача №3
Определить объем воздуха (дутья) для сжигания того же количества топлива, если содержание кислорода в дутье 25% (по массе).
Задача №4
Определить расход воздуха для сжигания газообразного топлива заданного состава (см. таблицу 3).Объем топлива Vтопл. = 1м3.
Таблица 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
СH4
90
91
92
93
94
95
89
97
81
82
83
84
85
86
87
88
89
98
СО2
6
5
5
4
3
2
7
2
16
14
12
11
10
12
9
8
6
1
N2
4
4
3
3
3
3
4
1
3
4
5
5
5
2
4
4
5
1
Пример решения
CH4 = 96%;
CO2 = 3% ;
N2 = 1% ;
Vтопл.= 1м3.
Vв. – ?
Vтопл. = 0,96 + 0,03 + 0,01 = 1 (м3).
CH4 + 2O2 = СО2 + 2Н2О.
0,96СН4 + 2·0,96О2 + 2 · 0,96 3,762N2 = 0,96CO2 + 2·0,96Н2О + 2· 0,96 3,762N2 ;
воздух дымовые газы
Vв. = 2· 0,96 + 2· 0,96· 3,762 ;
Vв.= 9,14 м3 .
Задача №5
Определить расход воздуха для сжигания 1м3 газообразного топлива следующего состава:
СН4 = 93,2 %;
С2Н6 = 0,7 % ;
С3Н8 = 0,8 % ;
С4Н10= 0,6 %;
N2 = 4,7 %.
Для решения необходимо написать реакции горения для СН4, С2Н6, С3Н8, С4Н10 и определить необходимый расход воздуха по каждой реакции, затем найти общий объем расходуемого воздуха для сжигания данного топлива.
Практическая работа №3
«РАСЧЕТ ОБЪЕМА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ И РАСХОДА ВОЗДУХА ПРИ ГОРЕНИИ ТОПЛИВА»
Цель работы: научиться применять полученные знания при проведении
расчетов по определению состава влажного газа, объема
воздуха при сжигании определенного количества
газообразного топлива, объема и состава дымовых газов.
Проведение данной работы имеет также своей целью подготовку студентов к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теплотехника».
В процессе работы необходимо:
1) определить состав влажного газа;
2) определить объем воздуха при сжигании 100 м3 газа;
3) определить объем и состав дымовых газов.
Таблица 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
CH4с
90
91
92
93
94
95
85
86
87
88
89
80
81
82
83
84
93
94
C2H6с
2.5
2.4
2.3
2..2
2.1
2.0
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
3.8
2.9
C3H8с
1.3
1.4
0.4
0.6
0.8
0.3
3.1
3.2
3.3
2.4
2.6
4.6
4.7
4.8
4.9
5.1
0.4
0.7
C4H10с
1.7
0.6
0.6
0.4
0.2
0.6
3.7
2.4
1.1
0.8
0.5
4.2
4.3
4.2
4.1
3.2
0.6
0.3
N2
4,5
4,6
4,7
3,8
2,9
2,1
5,2
5,3
5,4
5,5
4,5
5,7
4,4
3,3
2,2
1,8
2.2
2.1
W,г/м3
60
70
80
65
75
85
60
70
80
65
75
85
60
70
80
65
75
85
Пример расчета
Определение состава влажного газа
Дано: Решение
CH4c = 93.2% ;
C2H6c = 0,7 % ;
C3H8c = 0,6 % ;
C4H10c = 0,6 % ;
N2c = 4,9 % ;
W = 60 г/м3.
Опр. состав
влажного газа
Применяя формулы (4) и (5) из практической работы №1 производится следующий расчет:
СН4вл =13 EMBED Equation.3 1415
СН4вл = 13 EMBED Equation.3 1415
С2Н6вл = 13 EMBED Equation.3 1415
С3Н8вл = 13 EMBED Equation.3 1415
С4Н10вл = 13 EMBED Equation.3 1415
N2вл =13 EMBED Equation.3 1415
Н2Овл = 13 EMBED Equation.3 1415 Проверка: СН4вл + С2Н6вл + С3Н8вл + С4Н10вл + N2вл + Н2Овл = 100%;
86,77 + 0,652 + 0,559 + 0,559 + 4,562 + 6,938 = 100,04 (%)
· 100%.
Результаты расчетов используют для определения объема воздуха.
2. Определение объема воздуха при сжигании 100 м3 газа
Дано:
CH4вл = 86,77% ;
C2H6вл = 0,652 % ;
C3H8вл = 0,559 % ;
C4H10вл = 0,559 %;
N2вл = 4,562%;
Н2Овл = 6,938%;
Vтопл. = 100 м3 .
Vв – ?
Применяя пример расчета объема воздуха, подаваемого на сжигание газообразного топлива ( см. практическую работу №2), производятся соответствующие расчеты:
Vтопл.= 86,77+ 0,652+ 0,559+ 0,559+4,562+6,938 =100(м3).
CH4 + 2O2 = СО2 + 2Н2О. 13 EMBED Equation.3 1415
C2H6 + 3.5O2 = 2CO2 + 3H2O.
13 EMBED Equation.3 1415
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O.
13 EMBED Equation.3 1415
C4H10 + 6.5O2 = 4CO2 + 5H2O.
13 EMBED Equation.3 1415
Полученные данные заносятся в таблицу расхода воздуха и объема дымовых газов (см. табл.2).
Определяется суммарное (
· ) количество воздуха, подаваемого на горение, и объема дымовых газов. Процентное (%) содержание отдельных компонентов дымового газа ( СО2 , Н2О, N2) определяется следующим образом. Например, количество СО2 от общего объема продуктов сгорания :13 EMBED Equation.3 1415и т.д.
Таблица 2-Расход воздуха и объема дымовых газов
Компоненты, участвующие в горении
Продукты сгорания,м3
топливо
воздух,м3
СО2
Н2О
N2
всего
составля-
ющие
содержа-
ние, %
количест-
во, м3
О2
N2
всего
СН4
86,77
86,77
173,54
182,251· 3,762
86,77
173,54
685,63
+
С2Н6
0,652
0,652
2,282
1,304
1,956
С3Н8
0,559
0,559
2,795
1,677
2,236
С4Н10
0,559
0,559
3,634
2,236
2,795
N2
4,562
4,562
4,562
H2O
6,938
6,938
6,938
·
100
100
182,251
685,63
867,881
91,987
187,465
690,192
969,644
·, %
9,5
19,3
71,2
100
Практическая работа №4
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ»
Цель работы: научиться определять калориметрическую температуру
дымовых газов как одну из основных характеристик
топлива.
Калориметрическая температура – температура, которую имели бы дымовые газы при полном сгорании топлива и отсутствии теплообмена с окружающей средой.
tк = 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (1)
где Qнр – теплота сгорания топлива, кДж /м3 ;
Vi – объемы составляющих дымовых газов на 1 м3 топлива, м3/м3 ;
ci – средние объемные теплоемкости составляющих дымовых газов,
кДж /(м3 · К).
Сложность расчета калориметрической температуры заключается в том, что теплоемкость каждой составляющей дымовых газов зависит от температуры, т.е. для определения теплоемкости нужно знать искомую температуру tк . Поэтому расчет калориметрической температуры проводится методом последовательного приближения – задаются примерной температурой дымовых газов.
Для этой температуры берут из таблиц (приложение X [1]) значения теплоемкостей и проводят расчет теплоты сгорания по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415 (2)
При несовпадении вычисленной теплоты сгорания с теплотой сгорания сжигаемого топлива задаются другой температурой, на 100°С большей или меньшей, в зависимости от того, в какую сторону получилось отклонение, и снова проводят расчет. В полученном диапазоне температуру определяют интерполяцией.
Пример расчета
Исходными данными для дальнейших вычислений служат результаты расчетов практической работы №3 (табл.2).
Для определения калориметрической температуры вычисляется теплота сгорания газа по формуле (2) :
Qнр = 358,7·СН4 + 591,0·(С2Н6 + С3Н8 + С4Н10);
Qнр = 358,7·86,77 + 591,0·(0,652 + 0,559 + 0,559) = 32170,4 (кДж/м3).
При
· = 1 на 1м3 продуктов сгорания выделяется тепла:
iо = 13 EMBED Equation.3 1415 (3)
где iо – удельная энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3;
Qнр – теплота сгорания топлива, кДж/м3;
М – масса сгоревшего топлива, м3 ;
Vд.г.– объем дымовых газов, м3 (см. табл. 2 практ.раб.№3).
В данном случае:
iо =13 EMBED Equation.3 1415(кДж/м3).
По расчету 1 м3 продуктов сгорания содержит, м 3:
СО2 = 13 EMBED Equation.3 1415;
Н2О = 13 EMBED Equation.3 1415;
N2 = 13 EMBED Equation.3 1415
Энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:
i = V · c · tк , (4)
где i – удельная энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3 ;
V– объем продуктов сгорания, м3 ;
с – теплоемкость продуктов сгорания (прил. Х [1]), кДж/(м3·К) ;
tк – заданная калориметрическая температура горения, оС.
Задаются возможной калориметрической температурой горения tк1 = 1900 оС и определяют удельную энтальпию продуктов сгорания по формуле (4):
13 EMBED Equation.3 1415= 0,095 · 2,4393 · 1900 = 440,2936 (кДж/м3);
13 EMBED Equation.3 1415= 0,193 · 1,9252 · 1900 = 705,9708 (кДж/м3);
13 EMBED Equation.3 1415 = 0,712 · 1,478 · 1900 = 1999,4384 (кДж/м3).
_________________________________________
i1 = 3145.7028 (кДж/м3).
Так как энтальпия i1 получилась меньше io, увеличивают температуру на 100оС, и снова проводят расчет.
Для температуры tк2 = 2000 оС определяют i2.
Энтальпия продуктов сгорания для этой температуры будет:
13 EMBED Equation.3 1415= 0,095 · 2,4552 · 2000 = 466,488 (кДж/м3);
13 EMBED Equation.3 1415= 0,193 · 1,9449 · 2000 = 750,7314 (кДж/м3);
13 EMBED Equation.3 1415 = 0,712 · 1,4851 · 2000 = 2114,7824 (кДж/м3).
_________________________________________
i2 = 3332,0018(кДж/м3).
Поскольку i1 < io < i2 : 3145.7028 < 3317.7537 < 3332.0018, действительная калориметрическая температура лежит в пределах 1900-2000о С и может быть найдена методом интерполяции по формуле:
tк = tк1 + 13 EMBED Equation.3 1415 (5)
Подставляя значения в формулу (5) :
tк = 1900 + 13 EMBED Equation.3 1415;
tк = 1992,35 оС.
Практическая работа №5
«МЕХАНИКА ПЕЧНЫХ ГАЗОВ»
Цель работы: изучить закономерности поведения газов,
научиться определять объем, удельный вес
печного газа, скорость газового потока и
величины напоров в газовом канале.
Печные газы – атмосфера печи, состоящая из продуктов горения топлива, газов, выделяющихся в ходе металлургических процессов или подаваемых в печь для создания необходимой газовой среды, и, наконец, газов, попадающих в печь через неплотности при наличии в печи разрежения.
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (1)
где p, V и T – давление, объем и температура газа в заданных условиях;
p0, V0 и T0 – давление, объем и температура газа в нормальных условиях (p0 = 101.3 кПа, Т0 = 273 К).
При постоянном и равном атмосферному давлению газа ( р = р0 ):
(2)
(3)
При постоянном сечении канала и постоянном давлении скорость будет изменяться от температуры так же, как и объем газа:
13 EMBED Equation.3 1415. (4)
Под скоростью движения газа w (м/с) понимается отношение расхода газа в секунду V (м3/с) к площади поперечного сечения канала F (м2), по которому протекает газ:
13 EMBED Equation.3 1415. (5)
При расчете скоростей движения газа на различных участках газоходов широко применяются уравнения неразрывности потока для сжимаемой (6) и несжимаемой жидкости (7):
w1
·F1
·
·1 = w2
·F2
·
·2 = сonst; (6)
w1
·F1 = w2
·F2 = сonst. (7)
В применении к движению газов в печах и газоходах часто пользуются не абсолютными значениями давлений, а избыточным давлением, т.е. разностью давлений между атмосферным и давлением в данной точке, называемой напором (h).
Закон сохранения энергии при установившемся движении идеального газа может быть представлен уравнением Бернулли :
hг + hcт + hд =const, (8)
где hг = g
·z
·(
·в –
·г) – геометрический напор, Па;
hcт = рг– рв – статический напор, Па:
hд = 13 EMBED Equation.3 1415 – динамический напор, Па.
Задача №1
Определить объем газа (Vг), удельный вес газа (
·г) и скорость газового потока (wг) при известных : t (0C), V0 (нм3),
·0 (кг/нм3), w0 (м/с) и при р = const (см. табл.1).
Таблица 1
Таблица 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
t
400
350
410
360
420
425
365
415
355
430
370
435
375
440
380
385
390
395
V0
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
·0
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
w0
4
5
6
4
5
6
4
5
6
4
5
6
4
5
6
4
5
6
Задача №2
Газ перемещается по каналу переменного сечения при t=const. Определить скорость газа во втором и третьем сечении при известных площадях поперечного сечения канала F1, F2 ,F3 (м2) и скорости газового потока в первом сечении w1(м/с).
F1 F2 F3
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рисунок 1
Таблица 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
F1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
F2
0,6
0,5
0,7
0,5
0,8
0,6
0,9
0,9
0,8
0,5
0,4
0,7
0,6
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
F3
0,25
0,2
0,3
0,25
0,3
0,2
0,4
0,3
0,4
0,25
0,2
0,25
0,3
0,2
0,25
0,4
0,4
0,3
w1
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
Задача №3
Газ движется по каналу диаметром d (м). Секундный объем газа при н.у. V0=8000 нм3/ч. Диаметр (d) и температура (t, 0С) указаны в табл.3. Определить скорость газового потока.
Таблица 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
d
0.9
0.8
0.7
0.9
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.7
0.8
0.9
t
300
350
400
250
330
310
420
410
360
370
380
390
270
280
290
430
440
450
Задача № 4
Определить геометрический напор в канале высотой (z) 6 м, если удельный вес газа при н.у.
·0г=1,3 кг/нм3, температура газа в начале канала tг1= 4500С, в конце tг2=4000С. Температура воздуха tв= 200С. Удельный вес воздуха при н.у
·0в= 1,29кг/нм3.
Практическая работа №6
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА»
Цель работы: изучить закономерности поведения газов с
учетом потерь напора, научиться определять
величины напоров в газовом канале.
Наличие сил трения у газов приводит к расходу энергии на преодоление трения и местных сопротивлений, к которым относятся резкие изменения скорости или направления движения (повороты, изменения сечения канала) и др. Расходуемая энергия переходит в тепловую и рассеивается. Затраты энергии определяются скоростью движения газа, т.е. величиной динамического напора, но происходят они за счет статического напора, величина которого по направлению движения газа будет при этом убывать. С учетом потерь напора уравнение Бернулли для реальных газов имеет вид:
13 EMBED Equation.3 1415, (1)
где hг – геометрический напор, Па;
hст – статический напор, Па;
hд – динамический напор, Па;
hпот – потери напора, Па.
Так как потери напора возникают лишь при движении газа, значение его принято выражать в долях динамического напора:
(2)
где k – коэффициент, характеризующий данное сопротивление.
13 EMBED Equation.3 1415 (3)
где 13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент трения (для кирпичных кладок равен 0,05);
13 EMBED Equation.3 1415 – длина канала, м;
13 EMBED Equation.3 1415– гидравлический диаметр канала, м.
13 EMBED Equation.3 1415 (4)
где F – площадь поперечного сечения канала, м;
П – периметр сечения, м.
При движении газа по вертикальному каналу необходимо преодолеть геометрический напор:
13 EMBED Equation.3 1415 (5)
где z – высота (длина канала), м.
Задача
Определить потери напора при движении газа по каналу переменного сечения, если V0 = 3 нм3/ с; 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415tв = 150С. Шибер открыт на 20%. Температуры и длины зон даны в таблице.
0,5 0,5 0,7
0,5 0,6 0,7
А-А В-В С-С
Рисунок 1
Таблица
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
t1
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
400
500
t2
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
300
400
t3
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
200
300
t4
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
150
200
t5
120
100
120
100
120
120
100
120
100
120
100
120
100
120
100
120
100
120
l1
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
4
5
l2
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
l3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
l4
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
Решение
Потери напора будут складываться из:
- потерь напора на трение на участках l1, l2, l3, l4 ;
- потерь на преодоление геометрического напора на участке l1;
- потерь напора при движении газа из вертикального канала в горизонтальный – поворот под прямым углом (стр.376, прилож.2 [1] );
- потерь напора при расширении и сужении канала (стр.376, прилож.2 [1] ).
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по МДК 2.1 «Теплотехника» для студентов специальности 150402 «Металлургия цветных металлов»
Выполнение курсовой работы по ПМ.02 ПМ 2 «Обслуживание основного, вспомогательного технологического оборудования и коммуникаций в производстве цветных металлов и сплавов» направлено на приобретение практического опыта по систематизации полученных знаний и практических умений, формированию профессиональных и общих компетенций , приобретение навыков самостоятельной работы.
В методических указаниях представлен порядок и пример расчета теплового баланса трубчатой вращающейся печи при кальцинации глинозема. Выполнение курсовой работы осуществляется по индивидуальному заданию и под руководством преподавателя профессионального модуля ПМ 02. Курсовая работа должна быть выполнена в соответствии с требованиями «Методических рекомендаций по оформлению курсовых и дипломных проектов»
Курсовая работа подлежит обязательной защите. Внимательное изучение рекомендаций, следование им и своевременное консультирование у руководителя поможет без проблем подготовить, защитить курсовую работу и получить положительную оценку. Консультации по выполнению курсовой работы проводятся как в рамках учебных часов в ходе изучения профессионального модуля, так и по индивидуальному графику.
ВВЕДЕНИЕ
Трубчатая вращающаяся печь предназначена для кальцинации гидроокиси алюминия и получения безводного глинозёма.
Корпус печи изготовлен из листовой стали, толщиной 20мм.
По длине печь условно разделена на 4 зоны: 1) сушки; 2)кальцинации; 3) прокалки; 4) охлаждения.
Зона сушки не футерована. Остальные зоны футерованы шамотным кирпичом, толщиной 250 мм. Воздух, поступающий на горение, предварительно подогревается.
Расход воздуха LB и количество и состав дыма принять в соответствии с расчётом горения топлива.
В процессе расчета необходимо выполнить:
расчёт горения топлива;
расчёт материального потока;
определить статьи приходной и расходной частей баланса;
решить уравнение теплового баланса и определить часовой расход топлива;
составить таблицу теплового баланса.
Таблица исходных данных заполняется в соответствии с вариантом (см. приложение 1 данных методических указаний).
Таблица 1 - Таблица исходных данных
Размеры
печи м
Производительность
по глинозему, т/ч
Влажность
гидрата,
%
W'
Температура,
·С
Температура по зонам,
·С
tB – температура внутр. поверхности кладки;
tH – наружная температура кожуха печи
D
L
подогр.
воздуха
матер.
на
выходе
дыма
на
выходе
Зона l1
Зона l2
Зона l3
Зона l4
tB
tH
tB
tH
tB
tH
tB
tH
l1 = 40% L; l2 = 20% L; l3 = 30% L; l4 = 10% L.
Состав сухого газа принимается в соответствии с вариантом (приложение 2 данных методических указаний):
CH4 = %;
C2H6 = %;
C3H8 = %;
C4H10 = %;
CO2 = %;
N2 = %;
W = г/нм3.
Эскиз установки
Рисунок 1
РАСЧЁТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Пересчёт сухого газа во влажный
Расчёт ведётся по формулам:
Хр = Хс · 13 EMBED Equation.3 1415, %; (1)
где Хр – определяемый элемент топлива,%;
Хс – элемент сухого топлива,%;
W – влага топлива,г/нм3.
Н2О = 0.124·W·13 EMBED Equation.3 1415, % (2)
CH13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
C2H13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
C3H13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
C4H13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
CО13 EMBED Equation.3 1415 = (%);
N 13 EMBED Equation.3 1415= (%);
Н2О = (%).
Проверка:
CH13 EMBED Equation.3 1415 + C2H13 EMBED Equation.3 1415 + C3H13 EMBED Equation.3 1415 + C4H13 EMBED Equation.3 1415 + CО13 EMBED Equation.3 1415 + N13 EMBED Equation.3 1415 +Н2О = 100 %.
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
Таблица 2-Расчёт расхода воздуха и объёма дымовых газов
Состав-
ляющие
Компоненты, участвующие в горении
Продукты сгорания, нм3
Топливо
Воздух, нм3
CO2
H2O
N2
всего
%
нм3
O2
N2
всего
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
CO2
N2
H2O
всего
·
100
100
·, %
100
Воздух, подаваемый на горение, состоит из 79 %N2 и 21% O2, т.е. азота в 3,762 раза больше, чем кислорода (79% : 21% = 3,762). Поэтому для определения количества азота, находящегося в воздухе, необходимо общее количество кислорода умножить на 3,762.
Горение протекает по следующим реакциям:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O;
V(O2) = (нм3);
V(CO2) = (нм3);
V(H2O) = (нм3).
C2H6 + 3.5O2 = 2CO2 + 3H2O;
V(O2) = (нм3);
V(CO2) = (нм3);
V(H2O) = (нм3).
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O;
V(O2) = (нм3);
V(CO2) = (нм3);
V(H2O) = (нм3).
C4H10 + 6.5O2 = 4CO2 + 5H2O;
V(O2) = (нм3);
V(CO2) = (нм3);
V(H2O) = (нм3).
Продукты сгорания:
CO2 = (%);
H2O = (%);
N2 = (%).
Проверка:
CO2 + H2O + N2 = 100 %.
Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива определяется по формуле:
Q13 EMBED Equation.3 1415 = 358.7 · CH4 + 591 · (C2H6 + C3H8 + C4H10), 13 EMBED Equation.3 1415. (3)
РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО ПОТОКА
Влажный гидрат окиси алюминия с температурой 30
·С, проходя через печь, испытывает ряд превращений:
Al(OH)3 + H2O Al(OH)3 AlOOH
· Al2O3
· Al2O3
Пересчет глинозема на сухой гидрат окиси алюминия:
Al2O3
· H2O Al2O3 + 3H2O;
156 кг – 102 кг
PAl (OH) 3 – PAl 2O3
PAl (OH) 3) = 13 EMBED Equation.3 1415PAl2O3, (4)
где PAl 2O3 – производительность по глинозему, (кг/ч).
Влага гидроокиси определяется следующим образом:
PAl (OH) 3 – ( 100 – W );
Р 13 EMBED Equation.3 1415 – W ;
Р 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 , (5)
где Р 13 EMBED Equation.3 1415 – масса внешней влаги, кг/ч.
W – влажность гидрата,%.
Всего влажного гидрата:
Рвл.гидр = PAl (OH) 3 + Р H 2O , кг/ч. (6)
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ
3.1 Статьи прихода тепла
3.1.1 Тепло от сгорания топлива
Расчет ведется по формуле:
Qтопл = 0.278 · Q 13 EMBED Equation.3 1415 · B · 1013 EMBED Equation.3 1415, кВт, (7)
где 0.278 – коэффициент пересчета Дж/ч в Вт;
Q 13 EMBED Equation.3 1415 - теплота сгорания топлива, кДж/нм3;
B – часовой расход топлива, нм3/ч.
3.1.2 Физическое тепло подогретого воздуха
Qфиз возд = 0.278 · LB · tB · C13 EMBED Equation.3 1415 · B · 1013 EMBED Equation.3 1415, кВт, (8)
где LB – расход воздуха на 1 нм3 топлива ,нм3;
C13 EMBED Equation.3 1415– средняя теплоемкость воздуха при tвозд ,кДж/м3 · К.
3.1.3. Физическое тепло гидрата
Физическое тепло гидрата определяется по формуле:
Qфиз гидр = 0.278 · tгидр · 1013 EMBED Equation.3 1415· (P(Al (OH) 3) · С13 EMBED Equation.3 1415+ P13 EMBED Equation.3 1415 · С13 EMBED Equation.3 1415), кВт, (9)
где tгидр– температура гидрата ( 30
·С);
PAl (OH) 3 – масса сухого гидрата, кг/ч;
С13 EMBED Equation.3 1415= 1.238 кДж/кг · К – теплоемкость сухого гидрата;
P13 EMBED Equation.3 1415 – масса внешней влаги , кг/ч;
С13 EMBED Equation.3 1415 = 4.2 кДж/кг · К – теплоемкость влаги.
3.1.4 Приход тепла
Весь приход тепла составляет:
Qприх = Qтопл + Qфиз возд + Qфиз гидр, кВт. (10)
3.2 Статьи расхода теплового баланса
3.2.1 Тепло отходящих газов
Тепло отходящих газов определяют по формуле:
Qотх газов = 0.278 · tотх газов · 1013 EMBED Equation.3 1415·
·[(V13 EMBED Equation.3 1415·C13 EMBED Equation.3 1415+V13 EMBED Equation.3 1415·C13 EMBED Equation.3 1415+V13 EMBED Equation.3 1415·C13 EMBED Equation.3 1415)·B+V13 EMBED Equation.3 1415гидр·C13 EMBED Equation.3 1415 гидр], кВт, (11)
где V13 EMBED Equation.3 1415; V13 EMBED Equation.3 1415; V13 EMBED Equation.3 1415 – объемы CO2; N2; H2O дымового газа при
сжигании 1 нм3 топлива; (из таблицы 2)
C13 EMBED Equation.3 1415; C13 EMBED Equation.3 1415; C13 EMBED Equation.3 1415– средние теплоемкости газов при t дыма, (кДж/м3
·К);
(приложение Х [1] стр. 385);
V13 EMBED Equation.3 1415гидр = 13 EMBED Equation.3 1415
· 22.4, м3/ч; (12)
где P13 EMBED Equation.3 1415гидр = Pвл гидр – PAl 2O3 , кг; (13)
М 13 EMBED Equation.3 1415 – молярная масса воды, г/моль;
22.4 – молярный объем газа, л/моль.
3.2.2 Тепло, уходящее из печи с глиноземом
Тепло, уходящее из печи с глиноземом определяется по формуле:
Qглин = 0.278
· PAl 2O3
· tAl 2O3
· CAl 2O3
· 1013 EMBED Equation.3 1415,кВт , (14)
где CAl 2O3 = 1,26 кДж/кг
· К.
3.2.3 Суммарный эндотермический эффект химических
реакций
Суммарный эндотермический эффект химических реакций определяется по формуле:
Qэнд = 0.278
· qэнд
· PAl 2O3
·1013 EMBED Equation.3 1415, кВт. (15)
По данным, приведенным В.А. Мазелем, суммарный эффект химических реакций кальцинации qэнд = 465.78 кДж/кг.
3.2.4 Тепло, затрачиваемое на испарение воды
Тепло, затрачиваемое на испарение воды, определяется по формуле:
Qисп. = 0.278
· 2516
· 1013 EMBED Equation.3 1415
· (P13 EMBED Equation.3 1415т B + P13 EMBED Equation.3 1415гидр), кВт, (16)
где 2516 кДж/кг – количество тепла, затрачиваемого на испарение 1кг
воды;
P13 EMBED Equation.3 1415т – масса воды топлива;
P13 EMBED Equation.3 1415т = V13 EMBED Equation.3 1415
· М 13 EMBED Equation.3 1415/ 22.4 , кг, (17)
где V13 EMBED Equation.3 1415– объем воды топлива на 1 нм3;
М 13 EMBED Equation.3 1415– молярная масса воды, г/моль;
22.4 – молярный объем газа, л/моль.
3.2.5 Потери тепла через футеровку
1 – стальной кожух; 2 – шамотная футеровка.
Рисунок 2
Потери тепла через футеровку определяются по формуле:
Qфут = 13 EMBED Equation.3 1415, кВт (18)
где li – длина отдельных зон печи, м;
·i – коэффициент теплопроводности отдельных слоев кладки и кожуха
печи, Вт/м
· К;
Di = диаметр отдельных слоев кладки и кожуха печи, м.
· шм = 0.835 + 0.58
· tcp
· 1013 EMBED Equation.3 1415, Вт/м
· К; (19)
tcp = 13 EMBED Equation.3 1415,
·С. (20)
· ст определяется по таблице из приложения III [1].
Расчет ведется по 2, 3 и 4 зонам, определяя Qфут 2, Qфут 3 и Qфут 4.
Qфут = Qфут 2 + Qфут 3 + Qфут 4 ,кВт. (21)
3.2.6 Расход тепла
Весь расход тепла составит:
Qпот = Qотх. г + Qглин + Qэнд + Qисп + Qфут , кВт. (22)
4 УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
На основании расчета статей прихода и расхода теплового баланса составляется уравнение:
Qприх = Qпот.. (23)
Из этого уравнения определяется B – часовой расход топлива, нм3/ч.
5 СОСТАВЛЕНИЕ ТАБЛИЦЫ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
На основании проведенных расчетов составляется таблица теплового баланса трубчатой вращающейся печи.
Таблица 3
Таблица теплового баланса печи
Приход тепла
Расход тепла
Наименование статьи
кВт
%
Наименование статьи
кВт
%
Тепло от сгорания топлива
Тепло отходящих газов
Физическое тепло подогретого воздуха
Тепло, уходящее из печи с глиноземом
Физическое тепло гидрата
Суммарный эндотермический эффект химических реакций
Тепло, затрачиваемое на испарение
воды
Потери тепла через футеровку
Итого:
100
Итого:
100
6 ПРИМЕР РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
Трубчатая вращающаяся печь предназначена для кальцинации гидроокиси алюминия и получения безводного глинозёма.
Корпус печи изготовлен из листовой стали, толщиной 20мм.
По длине печь условно разделена на 4 зоны: 1) сушки; 2) кальцинации; 3) прокалки; 4) охлаждения.
Зона сушки не футерована. Остальные зоны футерованы шамотным кирпичом толщиной 250 мм. Воздух, поступающий на горение, предварительно подогревается, расход воздуха LB и количество и состав дыма принимается в соответствии с расчётом горения топлива.
В процессе расчета необходимо выполнить:
1) расчёт горения топлива;
2) расчёт материального потока;
определить статьи приходной и расходной частей баланса;
4) решить уравнение теплового баланса и определить часовой расход топлива;
5) составить таблицу теплового баланса.
Таблица 1- Таблица исходных данных
Размеры
печи м
Производительность
по глинозему, т/ч
Влажность
гидрата,
%
W/
Температура,
·С
Температура по зонам,
·С
tB – температура внутр. поверхности кладки;
tH – наружная температура кожуха печи
D
L
подогр.
воздуха
матер.
на
выходе
дыма
на
выходе
Зона l1
Зона l2
Зона l3
Зона l4
tB
tH
tB
tH
tB
tH
tB
tH
3.5
75
14.5
12
450
1100
32.5
400
110
725
160
810
215
1220
280
l1 = 40% L; l2 = 20% L; l3 = 30% L; l4 = 10% L.
Состав сухого газа:
CH4 = 90 %;
C2H6 = 4.0 %;
C3H8 = 0.7 %;
C4H10 = 0.6 %;
CO2 = 2.8 %;
N2 = 1.9 %;
W = 110 г/нм3.
Эскиз установки
Рисунок 1
РАСЧЁТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Пересчёт сухого газа во влажный
Расчёт ведётся по формулам:
Хр = Хс
·13 EMBED Equation.3 1415, %; (1)
где Хр – определяемый элемент топлива,%;
Хс – элемент сухого топлива,%;
W – влага топлива,г/нм3.
13 EMBED Equation.3 1415 = 0.8799;
CH13 EMBED Equation.3 1415 = 90
· 0.8799= 79.1910 (%);
C2H13 EMBED Equation.3 1415 =4.0
· 0.8799 = 3.5196 (%);
C3H13 EMBED Equation.3 1415 = 0.7
· 0.8799 = 0.6159 (%);
C4H13 EMBED Equation.3 1415 = 0.6
· 0.8799 = 0.5279 (%);
CО13 EMBED Equation.3 1415 = 2.8
· 0.8799= 2.4637 (%);
N13 EMBED Equation.3 1415= 1.9
· 0.8799= 1.6718 (%);
Н2О = 0.124
·W
·13 EMBED Equation.3 1415; (2)
Н2О = 0.124
·110
·13 EMBED Equation.3 1415 = 12.0018 (%).
Проверка:
CH13 EMBED Equation.3 1415 + C2H13 EMBED Equation.3 1415 + C3H13 EMBED Equation.3 1415 + C4H13 EMBED Equation.3 1415 + CО13 EMBED Equation.3 1415 + N13 EMBED Equation.3 1415 +Н2О = 100 %;
79.1910 + 3.5196 + 0.6159 + 0.5279 + 2.4637 + 1.6718 + 12.0018 = 99.9917
· 100 (%).
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
Таблица 2 - Расчёт расхода воздуха и объёма дымовых газов
Состав-
ляющие
Компоненты, участвующие в горении
Продукты сгорания, нм3
Топливо
Воздух, нм3
CO2
H2O
N2
всего
%
нм3
O2
N2
всего
CH4
79.1910
79.1910
158.3820
177.2115
·3.762
79.1910
158.3820
666.6700
+
C2H6
3.5196
3.5196
12.3186
7.0392
10.5588
C3H8
0.6159
0.6159
3.0795
1.8477
2.4636
C4H10
0.5279
0.5279
3.4314
2.1116
2.6395
CO2
2.4637
2.4637
2.4637
N2
1.6718
1.6718
1.6718
H2O
12.0018
12.0018
12.0018
всего
·
100
100
177.2115
666.6700
843.8815
92.6532
186.0457
668.3418
947.0407
·, %
9.7834
19.6450
70.5716
100
Горение протекает по следующим реакциям:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O;
V(O2) = 79.1910
· 2 = 158.3820 (нм3);
V(CO2) = 79.1910
· 1 = 79.1910 (нм3);
V(H2O) = 79.1910
· 2 = 158.3820 (нм3).
C2H6 + 3.5O2 = 2CO2 + 3H2O;
V(O2) = 3.5196
· 3.5 = 12.3186 (нм3);
V(CO2) = 3.5196
· 2 = 7.0392 (нм3);
V(H2O) = 3.5196
· 3 = 10.5588 (нм3).
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O;
V(O2) = 0.6159
· 5 = 3.0795 (нм3);
V(CO2) = 0.6159
· 3 = 1.8477 (нм3);
V(H2O) = 0.6159
· 4 = 2.4636 (нм3).
C4H10 + 6.5O2 = 4CO2 + 5H2O;
V(O2) = 0.5279
· 6.5 = 3.4314 (нм3);
V(CO2) = 0.5279
· 4 = 2.1116 (нм3);
V(H2O) = 0.5279
· 5 = 2.6395 (нм3).
Продукты сгорания:
CO2 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 9.7834 (%);
H2O = 13 EMBED Equation.3 1415 = 19.6450 (%);
N2 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 70.5718 (%).
Проверка:
CO2 + H2O + N2 = 100 %;
9.7834 + 19.6450 + 70.5718 = 100 (%);
Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива определяется по формуле:
Q13 EMBED Equation.3 1415 = 358.7
· CH4 + 591
· (C2H6 + C3H8 + C4H10), 13 EMBED Equation.3 1415; (3)
Q13 EMBED Equation.3 1415 = 358.7
· 79.1910 + 591
· (3.5196 + 0.6159 + 0.5279) = 31161.869 (13 EMBED Equation.3 1415).
РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО ПОТОКА
Влажный гидрат окиси алюминия с температурой 30
·С проходя через печь испытывает ряд превращений:
Al(OH)3 + H2O Al(OH)3 AlOOH
· Al2O3
· Al2O3
Пересчет глинозема на сухой гидрат окиси алюминия:
Al2O3
· H2O Al2O3 + 3H2O;
156 кг – 102 кг
PAl (OH) 3 – PAl 2O3
P(Al (OH) 3) = 13 EMBED Equation.3 1415PAl2O3, кг/ч, (4)
где PAl 2O3 – производительность по глинозему, 14500 кг/ч.
PAl (OH) 3 = 13 EMBED Equation.3 1415 14500 = 22176.469 (кг/ч).
Влага гидроокиси (масса внешней влаги) определяется следующим образом:
PAl (OH) 3 – ( 100 – W );
Р 13 EMBED Equation.3 1415 – W ;
Р (13 EMBED Equation.3 1415) = 13 EMBED Equation.3 1415 , кг/ч; (5)
где Р 13 EMBED Equation.3 1415 – масса внешней влаги , кг/ч;
W – влажность гидрата,%.
Р 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 3024.064 (кг/ч);
Всего влажного гидрата:
Рвл.гидр = PAl (OH) 3 + Р H 2O), кг/ч; (6)
Рвл.гидр =22176.469 + 3024.0409 = 25200.533 (кг/ч).
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ
3.1 Статьи прихода тепла
3.1.1 Тепло от сгорания топлива
Расчет ведется по формуле:
Qтопл = 0.278
·Q 13 EMBED Equation.3 1415
·B
·1013 EMBED Equation.3 1415, кВт, (7)
где 0.278 – коэффициент пересчета Дж/ч в Вт;
Q 13 EMBED Equation.3 1415 - теплота сгорания топлива, кДж/нм3;
B – часовой расход топлива, нм3/ч.
Qтопл = 0.278
·31161.8696
·B
·1013 EMBED Equation.3 1415 = 8.6640
·B (кВт);
Qтопл = 8.6640
·B (кВт);
Qтопл = 8.6640
·2812.9981 = 24371.816 (кВт).
3.1.2 Физическое тепло подогретого воздуха
Qфиз возд = 0.278
·LB
·tB
·C13 EMBED Equation.3 1415
·B
·1013 EMBED Equation.3 1415, кВт, (8)
где LB – расход воздуха на 1нм3 топлива, нм3/нм3;
tв – температура нагрева воздуха ,
·С ;
C13 EMBED Equation.3 1415– средняя теплоемкость воздуха при tвозд , кДж/м3
· К;
C13 EMBED Equation.3 1415= 1.3371 кДж/м3
·К.
Qфиз возд = 0.278
· 8,4388
· 450
·1.3371
· B
·1013 EMBED Equation.3 1415 = 1.4116
·B (кВт);
Qфиз возд = 1.4116
·2812,9981= 3970,8281 (кВт).
3.1.3 Физическое тепло гидрата
Физическое тепло гидрата определяется по формуле:
Qфиз гидр = 0.278
· tгидр
·1013 EMBED Equation.3 1415
· (P(Al (OH) 3)
· С13 EMBED Equation.3 1415+ P13 EMBED Equation.3 1415
· С13 EMBED Equation.3 1415), кВт, (9)
где PAl (OH) 3 – масса сухого гидрата;
С13 EMBED Equation.3 1415= 1.238 кДж/кг
· К – теплоемкость сухого гидрата;
P13 EMBED Equation.3 1415 – масса внешней влаги ,кг/ч;
С13 EMBED Equation.3 1415 = 4.2 кДж/кг
·К – теплоемкость влаги;
tгидр = 30
·С – температура гидрата.
Qфиз гидр=0.278
·30
·1013 EMBED Equation.3 1415
· (22176.469
·1.238+3024.064
·4.2)=334.9000 (кВт).
3.1.4 Приход тепла
Весь приход тепла составляет:
Qприх = Qтопл + Qфиз возд + Qфиз гидр, кВт; (10)
Qприх = 8.6640
· B + 1.4116
·B + 334.9000 = 10.0756 B + 334.9000 (кВт);
Qприх = 10.0756
· 2812.9981 + 334.9000 = 28677.5440 (кВт).
3.2. Статьи расхода теплового баланса
3.2.1 Тепло отходящих газов
Тепло отходящих газов определяют по формуле:
Qотх газов = 0.278
· tотх газов
·1013 EMBED Equation.3 1415
·
·[(V13 EMBED Equation.3 1415
·C13 EMBED Equation.3 1415+V13 EMBED Equation.3 1415
·C13 EMBED Equation.3 1415+V13 EMBED Equation.3 1415
·C13 EMBED Equation.3 1415)
·B+V13 EMBED Equation.3 1415гидр
·C13 EMBED Equation.3 1415 гидр], кВт, (11)
где V13 EMBED Equation.3 1415; V13 EMBED Equation.3 1415; V13 EMBED Equation.3 1415 – объемы CO2; N2; H2O дымового газа при сжигании 1 нм3 топлива; (из таблицы 2)
C13 EMBED Equation.3 1415; C13 EMBED Equation.3 1415; C13 EMBED Equation.3 1415– средние теплоемкости газов при t дыма = 325
·С (кДж/м3
·К);
V13 EMBED Equation.3 1415гидр = 13 EMBED Equation.3 1415
· 22.4, м3/ч; (12)
где P13 EMBED Equation.3 1415гидр = Pвл гидр – PAl 2O3 , кг; (13)
P13 EMBED Equation.3 1415гидр = 25200.533 – 14500 = 10700.533 (кг);
М 13 EMBED Equation.3 1415 = 18 г/моль ,молярная масса воды;
22.4 – молярный объем газа, л/моль;
V13 EMBED Equation.3 1415гидр = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13316.2180 (м3/ч).
Qотх газов = 0.278
· 325
·1013 EMBED Equation.3 1415
· [(0.92651
· 1.8965 + 1.8605
·1.5432 + 6.6834
·
·1.3103)
· B + 13316.2180
·4.2], кВт;
Qотх газов = 1.2101
·B + 5053.1048 (кВт);
Qотх газов = 1.2101
·2812.9981 + 5053.1048 = 8457.1138 (кВт).
3.2.2 Тепло, уходящее из печи с глиноземом
Тепло, уходящее из печи с глиноземом определяется по формуле:
Qглин = 0.278
· PAl 2O3
· tAl 2O3
·CAl 2O3
·1013 EMBED Equation.3 1415,кВт, (14)
где CAl 2O3 = 1.26 кДж/кг
· К;
Qглин = 0.278
·14500
·1100
·1.26
·1013 EMBED Equation.3 1415= 5586.9660 (кВт).
3.2.3 Суммарный эндотермический эффект химических реакций
Суммарный эндотермический эффект химических реакций определяется по формуле:
Qэнд = 0.278
· qэнд
·PAl 2O3
·1013 EMBED Equation.3 1415, кВт. (15)
По данным, приведенным В.А. Мазелем, суммарный эффект химических реакций кальцинации qэнд = 465.78 кДж/кг.
Qэнд = 0.278
· 465.78
· 22176.469
· 1013 EMBED Equation.3 1415= 2871.5608 (кВт).
3.2.4 Тепло, затрачиваемое на испарение воды
Тепло, затрачиваемое на испарение воды, определяется по формуле:
Qисп. = 0.278
· 2516
·1013 EMBED Equation.3 1415
· (P13 EMBED Equation.3 1415т
·B + P13 EMBED Equation.3 1415гидр), кВт, (16)
где 2516 кДж/кг – количество тепла, затрачиваемое на испарение 1кг воды;
P13 EMBED Equation.3 1415т – масса воды топлива;
P13 EMBED Equation.3 1415т = V13 EMBED Equation.3 1415
· М 13 EMBED Equation.3 1415/ 22.4 , кг; (17)
где V13 EMBED Equation.3 1415– объем воды топлива на 1 нм3;
М 13 EMBED Equation.3 1415– молярная масса воды, г/моль;
22.4 – молярный объем газа, л/моль.
P13 EMBED Equation.3 1415т = 13 EMBED Equation.3 1415 (кг).
Qисп = 0.278
· 2516
·1013 EMBED Equation.3 1415
·(1.4951
· B + 10700.533) = 1.0456
· B + 7488.9527 (кВт);
Qисп = 1.0425
·2812.9981 + 7488.9527 = 10425.505 (кВт).
3.2.5 Потери тепла через футеровку
Потери тепла через футеровку определяются по формуле:
Qфут = 13 EMBED Equation.3 1415, кВт, (18)
где li – длина отдельных зон печи, м;
·i – коэффициент теплопроводности отдельных слоев кладки и кожуха
печи, Вт/м
· К;
Di = диаметр отдельных слоев кладки и кожуха печи, м.
D3 = 3500 (мм);
D2 = D3 – 20
·2 = 3500 – 40 = 3460 (мм);
D1 = D2 – 250
·2 = 3460 – 500 = 2960 (мм);
l1 = 40
·0.75 = 30 (м);
l2 = 20
· 0,75 = 15 (м);
l3 = 30
·0.75 = 22.5 (м);
l4 = 10
·0.75 = 7.5 (м).
1 – стальной кожух; 2 – шамотная футеровка
Рисунок 2
log 13 EMBED Equation.3 1415 = log 13 EMBED Equation.3 14150.005;
log 13 EMBED Equation.3 1415 = log 13 EMBED Equation.3 14150.068.
· шм = 0.835 + 0.58
· tcp
·1013 EMBED Equation.3 1415, Вт/м
·К; (19)
tcp = 13 EMBED Equation.3 1415,
·С. (20)
· ст 2 = 57 – 13 EMBED Equation.3 1415(Вт/м
· К);
tcp 2 = 13 EMBED Equation.3 1415
·С;
· шм 2 = 0.835 + 0.58
·442.5
· 1013 EMBED Equation.3 1415= 1.0917 (Вт/м
·К);
Qфут 2 = 13 EMBED Equation.3 1415 (кВт).
· ст 3 = 52 – 13 EMBED Equation.3 1415(Вт/м
·К);
tcp 3 = 13 EMBED Equation.3 1415
·С;
· шм 3 = 0.835 + 0.58
· 512.5
·1013 EMBED Equation.3 1415= 1.1323 (Вт/м
·К);
Qфут 3 = 13 EMBED Equation.3 1415 (кВт).
· ст 4 = 52 – 13 EMBED Equation.3 1415(Вт/м
·К);
tcp 4 = 13 EMBED Equation.3 1415
·С;
· шм 4 = 0.835 + 0.58
· 750
·1013 EMBED Equation.3 1415= 1.27 (Вт/м
· К);
Qфут 4 = 13 EMBED Equation.3 1415 (кВт).
Qфут = Qфут 2 + Qфут 3 + Qфут 4 ,кВт; (21)
Qфут = 370.8620 + 607.2040 + 358.615 = 1336.6810 (кВт).
3.2.6 Расход тепла
Весь расход тепла составит:
Qпот = Qотх. г + Qглин + Qэнд + Qисп + Qфут , кВт; (22)
Qпот = 1.2101
· B + 5053.1048 + 5586.966 + 2871.5608 + 1.0456
· B + +7483.9527 + 1336.6810, (кВт);
Qпот = 2.2557
· B + 22332.264, (кВт);
Qпот = 2.2557
· 2812.9981 + 22332.2640 = 28677.5440 (кВт).
4 УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
На основании расчета статей теплового баланса составляется
уравнение:
Qприх = Qпотерь. (23)
Из этого уравнения определяется B – часовой расход топлива, м3/ч.
10.0756
· B + 334.9000 = 2.2557
· B + 22332.264,
7.8199
· B = 21997.3640,
B = 13 EMBED Equation.3 1415 (нм3/ч),
B = 2812.9981 нм3/ч.
5 СОСТАВЛЕНИЕ ТАБЛИЦЫ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
На основании проведенных расчетов составляется таблица теплового баланса трубчатой вращающейся печи.
Таблица 3- Таблица теплового баланса печи
Приход тепла
Расход тепла
Наименова-
ние статьи
кВт
%
Наименова-
ние статьи
кВт
%
Тепло от сгорания топлива
24371.8160
84.9857
Тепло отходящих газов
8457.1138
29.4901
Физическое тепло подогретого воздуха
3970.8281
13.8465
Тепло, уходящее из печи с глиноземом
5586.9660
19.4818
Физическое тепло гидрата
334.9000
1.1678
Суммарный эндотермиче-
ский эффект химических реакций
2871.5608
10.0132
Тепло, затрачиваемое на испарение
воды
10425.5050
36.3539
Потери тепла через футеровку
1336.6810
4.6610
Итого:
28677.5440
100
Итого:
28677.8270
100
ЛИТЕРАТУРА
В.В. Крапухин Печи для цветных и редких металлов, М., Металлургия, 1980.
Л.Б. Самарянова, А.И. Лайнер Технологические расчеты в производстве
глинозема, М., Металлургия, 2008 .
Методические рекомендации для выполнения курсовых и дипломных проектов.
Приложение 1 к курсовой работе
№ вар.
Размеры печи, м
Произ-водит-сть по глино-зёму, т/ч
Вла-жно-сть гид-рата, %
Температура,єС
Температура по зонам, єС tв - tє внутр.пов-ти кладки,
tн - наружная tє кожуха печи
D
L
Подогр.
воздуха
Матер. на выходе
Дыма на выходе
Зона 1
Зона 2
Зона 3
Зона 4
tв
tн
tв
tн
tв
tн
tв
tн
1
3,0
50
9,0
8
250
900
225
300
90
700
150
800
210
1200
230
2
3,5
75
12,0
10
450
1000
350
325
95
725
160
810
215
1210
240
3
3,0
50
9,5
9
275
950
250
350
100
750
170
820
220
1220
250
4
3,5
75
12,5
11
475
1050
400
375
105
775
180
830
225
1230
260
5
3,0
50
10,0
10
300
1000
225
400
110
800
190
840
230
1240
270
6
3,5
75
13,0
12
500
1100
350
450
115
700
150
850
235
1250
280
7
3,0
50
10,5
8
325
900
250
500
120
725
160
860
240
1260
260
8
3,5
75
13,5
10
525
1000
450
300
90
750
170
870
245
1270
260
9
3,0
50
11,0
9
350
950
250
325
95
775
180
880
250
1280
280
10
3,5
75
14,0
11
550
1050
375
350
100
800
190
890
200
1200
260
11
3,0
50
11,5
10
250
1000
225
375
105
700
150
800
210
1210
270
12
3,5
75
14,5
12
450
1100
325
400
110
725
160
810
215
1220
280
13
3,0
50
12,0
8
275
900
200
450
115
750
170
820
220
1230
250
14
3,5
75
15,0
10
375
1000
300
500
120
775
180
830
225
1240
240
15
3,0
50
12,5
9
300
950
225
300
90
800
190
840
230
1250
250
16
3,5
75
15,5
11
325
1050
250
325
95
700
150
850
235
1260
260
17
3,0
50
13,0
10
350
1000
225
350
100
725
160
860
240
1270
270
18
3,5
75
16,0
12
300
1100
200
375
105
750
170
870
245
1280
280
19
3,0
50
13,5
8
400
900
300
400
110
800
180
880
250
1290
290
20
3,5
75
16,5
10
450
1000
350
450
115
700
190
890
255
1300
280
1 = 40 % L;
2 = 20 % L;
3 = 30 % L;
4 = 10 % L.
Приложение 2 к курсовой работе
№ вар
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
CO2
N2
W
1
80
10,2
2,8
1,8
2,2
3,0
60г/нм3
2
84,0
6,1
1,8
1,2
2,9
4,0
65г/нм3
3
84,5
5,8
2,1
1,1
2,8
3,7
70г/нм3
4
85,0
5,3
1,1
1,5
3,2
3,9
75г/нм3
5
85,5
4,0
0,9
0,1
7,3
2,2
100г/нм3
6
87,0
4,8
1,2
1,4
4,8
0,8
80г/нм3
7
87,5
3,0
0,9
1,1
3,6
3,9
85г/нм3
8
88,0
2,1
0,8
1,3
3,0
4,8
90г/нм3
9
88,5
1,9
1,2
1,5
0,8
6,1
95г/нм3
10
89.0
1,8
1,3
1,4
0,9
5,6
100г/нм3
11
89,5
2,0
0,9
0,7
3,2
3,7
105г/нм3
12
90.0
4,0
0,7
0,6
2,8
1,9
110г/нм3
13
90,5
3,8
0,8
0,7
1,2
3,0
90г/нм3
14
91,0
3,7
1,1
0,5
0,9
2,8
85г/нм3
15
91,5
2,9
0,2
0,3
0,4
4,7
80г/нм3
16
92.0
3,8
0,4
0,5
0,8
2,5
75г/нм3
17
92,5
1,8
0,7
0,4
0,3
4,3
70г/нм3
18
80.0
10,2
2,8
1,8
2,2
3,0
60г/нм3
19
84.0
6,1
1,8
1,2
2,9
4,0
65г/нм3
20
84,5
5,8
2,1
1,1
2,8
3,7
70г/нм3
13PAGE \* MERGEFORMAT14415
(220/380
а
2
1
3
4
(220\380
б
5
2
II
I
F2
W1
W2
F1
I
I
Z1
Z2
II
(ср = 0,83
· (max
(ср = 0,5
· (max
Эпюра (усеченная парабола)
Эпюра скорости (парабола)
10
шибер
4
3
9
8
7
6
5
2
топливо
Н
F11
1
F2
печь
котел
Дым.труба
II
(2
F2
F
I
·1
p1
p2
I
II
II
III
I
F2
(2
(3
F3
(1
p1
II
III
I
III
I
p3
(3
III
(1
p1
I
III
II
I
III
II
I
p3
p2
(3
(2
p1
(1
dу
d0 = 1,5dy
dy ( 0,8 м
Н ( 16 м
H
d0
t1
t2
Q
Q
t2
t1
Q
t2
t1
т
Л+К
Л+К
Л+К
Т+К
т
Л+К
Л+К
Л – излучение;
К – конвекция;
Т – теплопроводность.
т
q
t
t1
dx
S
x
t2
t
(3
(2
(1
t1
t4
t3
t2
S3
S2
S1
q
x
QR
Qo
QA
QD
Т, А
Т, Со
АЕо
Е
Ео
Q4
Q3
Q2
Q1
Ме
Q4 = 0
(излучают сами на себя)
Q3
Q1
Q2
Ме
F2
F1
в)
F1
F2
б)
а)
F2
F1
1 э 2
(*)
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
(7)
(6)
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
w1
w2
w3
13 EMBED Equation.3 1415
C
B
A
A
t1
l1
t5
шибер
t3
t2
t4
l2
B
l4
l3
C
13 EMBED Equation.3 1415
Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 515
Приложенные файлы
