Введение.
Нагревательные печи в кузнечных цехах используют для нагрева под пластическую деформацию и под термическую обработку. Нагревательные печи для нагрева заготовок, слитков или блюмсов из черных и цветных металлов под ковку, прессование, штамповку, высадку, гибка и печи для термической обработки деталей, улучшающей их свойства, работают при 150-1300 С. Требования, к нагревательным современным печам:
1)обеспечение необходимой температуры и заданного режима нагрева;
2)высокая тепловая экономичность с полным сжиганием топлива и максимальным к.п.д.;
3)простота конструкции и минимальные габаритные размеры, обеспечивающие нагрев большого ассортимента изделий при различных режимах и с высокой производительностью;
4)механизация и автоматизация загрузки и выгрузки изделий, а также их продвижение в печи, что увеличивает её производительность, облегчает обслуживание и позволяет устанавливать в общем производственном потоке цеха или в поточных автоматических линиях;
5)автоматическое регулирование теплового режима, обеспечивающее более точное соблюдение заданного режима по сравнению с ручным регулированием; В результате этого повышается качество нагреваемых изделий;
6)удобство обслуживания при эксплуатациях и ремонтах;
7)возможность применения защитной контролируемой атмосферы для получения без окислительного нагрева метала.
Всем этим требованиям в первую очередь удовлетворяют электрические и газовые печи, работающие на природном газе и получающие преимущественное применение в кузнечно-термических печах. При нагреве стали под пластическую деформацию температура печи должна быть не ниже 1250 С. В кузнечных печах эту температуру наиболее просто достигнуть при использовании высоко калорийного топлива с высокой теоретической температурой горения.
Для получения рабочей температуры 1200-1250 С теоретическая температура горения топлива должна быть для камерных и щелевых печей не ниже 1850 С, для методических толкательных – не ниже 1700С,Такие температуры можно получить и при сжигании низкокалорийного топлива, используя для горения подогретый воздух.
В печах с интенсивной циркуляцией газов изделия нагреваются равномерно. Более высокие требования по равномерности нагрева предъявляют к печам для нагрева изделий и заготовок из лёгких сплавов и к термическим печам. В этих случаях максимальная разность температур в различных точках изделия не должна превышать 10С. Перепад температур определяют термопарами, помещёнными в нескольких точках нагреваемого изделия. Чем совершеннее конструкция печи, тем меньше перепад.
1 Назначение и принцип работы печи
Назначение и область применения. Печи нагревательные камерные с выдвижным подом применяются для нагрева слитков или крупных заготовок под ковку с конечной температурой нагрева 1100 – 1300 С. Загрузка на под и съем заготовок с пода осуществляются с помощью средств цеховой механизации (обычно мостовыми кранами).
Производительность печей может изменяться в зависимости от марки стали, размеров заготовок или слитков, вида топлива и должна уточняться в каждом конкретном случае.
Состав установки печи. В комплект установки печи входят рельсовые пути как в печи, так и внешние, механизмы выкатки пода и подъема заслонок, а также приборы теплового контроля и автоматики.
Основные технические решения. Печи этого типа отапливаются природным газом или жидким нефтяным топливом (мазутом), сжигаемым с помощью типовых горелок или форсунок. Применение для печей с выдвижным подом газовых горелок среднего давления (инжекционных) не рекомендуется.
Для подогрева воздуха, идущего на горение, печи этого типа оборудуются рекуператорами (трубчатыми, игольчатыми или радиационными).
Продукты горения отводятся в боров и дымовую трубу или вверх под зонт и далее в систему цеховых дымопроводов.
Тепловой режим и режим давлений в печах поддерживаются автоматически.
Кладка печей выполняется из шамотного, шамотного легковесного, диатомового и глиняного (красного) кирпича и заключается в сварной металлический каркас с обшивкой из листовой стали. Печи устанавливаются на специальный фундамент, общий для печи и для рельсовых путей выдвижного пода (внутри печи и вне ее).
В фундаменте предусматриваются приямки для размещения механизмов выкатки пода и для механизмов подъема заслонки.
Подины печей состоят из рамы, сваренной из проката, литой гарнитуры и футеровки из шамотного нормального и легковесного кирпича. Рама подины перемещается на цепях катков.
Механизмы выкатки пода применяются с рейками цевочного типа. В качестве механизмов подъема заслонок используются типизированные электрические лебедки или гидравлические подъемники.
Расположение механизмов может быть как правым, так и левым.
В случае необходимости выкатки пода на трансбордер подина устанавливается на колесах и выкатки ее осуществляется с помощью механизма трансбордера.
Рисунок 1 Печь с выкатным подом
1- Путь роликовый;
2- Механизм выкатного пода;
3- Под выкатной;
4- Дверце;
5- Механизм подъема дверцы;
6- Каркас;
7- Футеровка;
8- Горелка;
9- Дымоход;
10- Рекуператор;
11- Дымоход.
2 Расчет горения топлива
2.1 Расчет количества воздуха
Печь отапливается природным газом месторождение “Елшанское” при n = 1,07
Состав газа
Таблица 1.1
СН4
С2Н6
С2Н8
С4Н10
N2
СО2
93,7
0,7
0,6
4,4
-
Химические реакции горения
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О
С2Н6 + 3,5О2 = 2СО2 + 3Н2О
С2Н8 + 4О2 = 2СО2 + 4Н2О
С4Н10 + 6,5О2 = 4СО2 + 5Н2О
N2т N2п.г.
Расчет ведем на 100м3 газа.
2.2 Расчет количества и состава продуктов горения
Таблица1.2 Расчет горения топлива
Топливо
Воздух,м3
Продукты горения,м3
Составляющие
Содержание,%
Количество,м3
О2
Всего
Н2О
187,4
196,15*3,76 = 737,52
196,15+737,52 = 933,67
737,52+4,4 = 741,92
98,7+194,9+741,92 = 1035,52
2,45
1,4
2,1
2,4
1,2
3,9
3
100
196,15
737,52
933,67
98,7
194,9
741,92
1035,52
Коэффициент расхода воздуха,n
n = 1,0 состав,%
21
79
9,53
18,82
71,65
100,00
n = 1,07 количества,%
209,88
789,15
999,02
13,73
793,55
1100,88
n = 1,07 состав,%
8,97
17,70
1,22
72,11
2.3 Расчет температуры горения
Температура горения топлива – важный показатель при расчете горения топлива. Различают температуры калориметрическую, теоретическую и практическую.
Калориметрической температурой tк горения называют температуру, которую имели бы продукты горения при отсутствии потерь теплоты в окружающее пространство и на диссоциацию. В этом случае подразумевают, что вся теплота, выделяемая при сгорании, идет только на нагрев продуктов горения. Калориметрическая температура является расчетной величиной.
1. Определяют состав продуктов горения топлива, Qн и объем продуктов горения единицы топлива Vп.г.пр. при заданном коэффициенте расхода воздуха n.
2. Определяют действительное удельное количество теплоты 1 м3 продуктов горения (кДж/м3):
iп.г. = Qн/V,п.г.пр.
iп.г. – действительное удельное количество теплоты
Qн – теплота сгорания газообразного топлива
V,п.г.пр. – объем продуктов горения практический
V,п.г.пр. = 1100,88 : 100 = 11,0088 м3
Qн = 358*СН4 + 638*С2Н6 + 913*С2Н8 + 1187*С4Н10 = 358*93,7 + 638*0,7 + 913*0,6 + 1187*0,6 = 5051,2 кДж/м3
iп.г.пр. = 5051,2/ 11,0088 = 458,833 кДж/м3
3. По значению полученного удельного количества теплоты продуктов горения iп.г. приблизительно определяют соответствующую ему температуру продуктов горения t1.
4. По температуре t1 рассчитывают удельное количество теплоты 1 м3 продуктов горения данного состава (кДж/м3):
при 1900С
i1 = 0,01* t1( СО2*Ссо2 + Н2О*Сн2о + N2*СN2 + О2*Со2) i1 = 0,01*1900(8,97*2,42 + 17,70*1,93 + 72,11*1,48 + 1,22*1,57) = 3125,69 кДж / м3
при 2000С
i2 = 0,01* t2( СО2*Ссо2 + Н2О*Сн2о + N2*СN2 + О2*Со2) i2 = 0,01*2000( 8,97*2,43 + 17,70*1,94 + 72,11*1,49 + 1,22*1,58) = 3310,2 кДж/м3
5. По значениям температур t1и t2 и удельным количествам теплоты i1п.г. и i2п.г, соответствующим этим температурам, находят tк.
i0-i1
tк = t1 + ───
i2-i1
458,833 – 3125,69
tк = t1 + ─────────── = 1885,55 С
3310,2 – 3125,69
tпр. = η* tк, где η = 0,62…..0,82 tпр. = 0,62*1885,55 = 1169,041
2.4 Материальный баланс горения
Поступило: Получено:
газа в 100м3, в том числе в кг: продуктов горения в кг:
СН4 = 93,7*16 / 22,4 = 66,929 СО2 = 98,7*44 / 22,4 = 193,875
С2Н6 = 0,7*30 / 22,4 = 0,938 Н2О = 194,9*18 / 22,4 = 156,616
С2Н8 = 0,6*32 / 22,4 = 0,857 N2 = 793,55*28 / 22,4 = 991,938
С4Н10 = 0,6*58 / 22,4 = 1,554 О2 = 13,73*32 / 22,4 = 19,614
N2 = 4,4*28 / 22,4 = 5,5
75,778 1362,043
Воздуха: О2 = 209,88*32 / 22,4 = 299,829
N2 = 789,15*28 / 22,4 = 986,438
1286,267
∑прих = 75,778 + 1286,267 = 1362,045кг
∑расх = 1362,043кг
3 Расчет нагрева металла
3.1 Расчет нагрева металла в I интервале
Температура металла
tмн + tмIк
tмI = ,С где tмIк – примите 600 С.
2
tмн – температура металла начальная, С
tмIк – температура металла конечная, С
20 + 600
tмI = = 310 С
Температура газа
tгIн + tгIк
tгI = 2 , С где tгIк – примите 1150 С.
tгIн – температура газа начальная, С
tгIк – температура газа конечная, С
800 + 1150
tгI = = 975 С
Температура кладки
tмI + tгI
tклI = ,С
310 + 975
tклI = = 642,5 С
Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания
Vсо2
Рсо2 = Рат , кПа,
Vсм
где Рат = 98,1 кПа;
Vсо2 – процентное содержание СО2 в продуктах сгорания топлива, %;
Vсм = 100%.
Рсо2 = 98,1 = 8,8 кПа
Vн2о
Рн2о = Рат , кПа,
где Vн2о – процентное содержание Н2О в продуктах сгорания, %.
Рн2о = 98,1 = 17,4 кПа
Эффективная длина луча
V ВНL - hbl
Sэф = 3,6 = , м,
F Fк + Fм
где В – ширина рабочего пространства печи, м
(В = b + 2а, где а = 0,5м); В = 0,7 + 2*0,5 = 1,7м
Н – высота рабочего пространства (примите Н = 1,8м);
L - длина рабочего пространства, м (L = l + 0,5); L = 2,4 + 0,5 = 2,9м
Fк – площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади занятой металлом), м2
(Fк = 2ВН + 2НL + 2ВL – bl); Fк = 2*1,7*1,8 + 2*1,8*2,9 +2*1,7*2,9 – 0,7*2,4 = 24,74м2
Fм – площадь тепловоспринимающей поверхности металла, м2
( Fм = 2bh + 2hl + bl). Fм = 2*0,7*0,8 = 2*0,8*2,4 + 0,7*2,4 = 6,64м2
1,7*1,8*2,9 – 0,8*0,7*2,4
Sэф = 3,6 = 0,864м
24,74 + 6,64
Определим произведение
Рсо2 * Sэф, кПа*м; 8,8*0,864 = 7,6
Рн2о * Sэф,кПа*м; 17,4*0,864 = 15
Выполним номограммы
εсо2 = 0,09, где εсо2 – степень черноты углекислого газа, содержащегося в продуктах сгорания;
ε,н2о = 0,13, где εн2о – степень черноты водяных паров;
Страницы: 1, 2
