Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки




НазваМіністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки
Сторінка1/4
Дата конвертації26.03.2013
Розмір0.66 Mb.
ТипДокументы
uchni.com.ua > Математика > Документы
  1   2   3   4


Міністерство освіти і науки України

ДНІПРОДЗЕРЖИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ

ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання курсового проекту

Розрахунок регенератора мартенівської печі”

для студентів 111-го курсу спеціальності “Металургія чорних металів”
Затверджено

редакційно – видавничою секцією

науково – методичної ради ДДТУ

________________, протокол №

Дніпродзержинськ

2002

УДК 669:621.041

Методичні вказівки до виконання курсового проекту “Розрахунок регенератора мартенівської печі” для студентів 3-го курсу спеціальності “Металургія чорних металів”

укл. Горбунов О.Д., Жук С.М. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2002. , стор.


Укладачі: д. т. н., професор Горбунов О.Д.,

к. т. н. , доцент Жук С.М.

Рецензент: к. т. н. , Манусов І.Н.

Відповідальний за випуск: зав. кафедрою

промислової теплоенергетики

професор Яловий М.І.

професор Яловий М.І.
Затверджено на засіданні кафедри

промислової теплоенергетики

Протокол № від ______________

У посібнику розглядаються загальні відомості про регенератори мартенівських печей, загальні положення розрахунку регенераторів та основні розрахункові формули, порядок оформлення розрахунково - пояснювальній записки та графічної частини проекту.

Приводиться примірний розрахунок регенератора та необхідні пояснювання.

Додатки містять ілюстрації та необхідні довідкові дані.

ЗМІСТ

стор.

Вступ..................................................................................................................4

1. Загальні відомості про регенератори....................…………………..........5

2. Загальні положення розрахунку регенераторів..........................................6

3. Розрахунок регенератора мартенівської печі.............................................12

3.1.Розрахунок горіння палива.........................................................................14

3.1.1 Перерахунок складу сухого газу на робочий склад палива...…...........14

3.1.2. Визначення теплоти згоряння палива....................................................15

3.1.3. Визначення складу змішаного газу........................................................15

3.1.4. Розрахунок кількості повітря і продуктів згоряння..............................17

3.2 Визначення витратних характеристик.......................................................19

3.3. Обчислення витрати повітря і димових газів...........................................20

3.4. Вибір регенератора мартенівської печі по дослідним даним..................21

3.5. Теплотехнічний розрахунок регенератора................................................24

3.5.1. Обчислення коефіцієнтів тепловіддачі...................................................24

3.5.2. Визначення коефіцієнтів тепловіддачі і поверхні нагрівання..............27

3.6. Зіставлення з практичними даними............................................................28

3.7. Розміри і маса насадки.................................................................................33

Перелік посилань.................................................................................................35

Додатки.................................................................................................................36


ВСТУП

Курсовий проект, присвячений проектуванню регенераторів, є елементом підготовки студентів для роботи в проектних та науково-дослідних інститутах, розвиває навички конструювання теплових агрегатів, застосовуваних у металургійній промисловості.

Курсовий проект виконується за курсом "Теплотехніка" і складається з двох розділів.

1. Розрахунково-пояснювальної записки

2. Графічної частини.

У цілому курсовий проект повинен являти собою закінчену проектну розробку регенератора, виконану студентом з використанням літератури, методичних вказівок, проектної документації і консультацій кафедри.

Закінчений, цілком оформлений проект не менш чим за тиждень до початку екзаменаційної сесії здається керівнику проекту на перевірку. Курсовий проект захищається перед комісією в присутності керівника проекту. Диференційована оцінка за проект виставляється по 4-х бальній системі.

Даний методичний посібник має на меті забезпечити додаткову консультативну допомогу студентам у процесі курсового проектування.

Основний зміст розрахунково-пояснювальної записки включає наступні розділи:

Вступ.. Призначення і короткий опис проектованого регенератора.

Теплотехнічні, конструктивні й інші розрахунки (до розрахунків записки додаються схеми, ескізи, графіки).

Записка оформлюється на стандартних аркушах папера, на одній стороні листа і переплітається.

Записка компонується в наступній послідовності:

1.Титульний лист.

2. Бланк-завдання з вихідними даними, датою видачі проекту і підписом керівника.

3. Зміст.

4. Вступ і розрахунки.

5.Перелік посилань.

У тексті робляться посилання на використану літературу, список якої приводиться наприкінці розрахунково-пояснювальної записки.

У переліку посилань необхідно вказати прізвища та ініціали авторів, назву видання, найменування видавництва, рік і місце видання за ГОСТ 7.1-69.

Усі розрахункові формули даються спочатку в алгебраїчному вираженні, потім йде підстановка величин у тім порядку, у якому ці величини позначені у формулі, далі йде результат розрахунку і його розмірність. Ескізи і графіки виконуються на міліметровому папері чи кальці. Скорочення слів у тексті не допускається.

Графічна частина проекту складається з одного креслення загального виду регенератора печі. Загальний вид печі зображується в двох проекціях з виносними елементами вузлів конструкції відповідно до вимог ЄСКД. Розміри повинні відповідати розрахунковим.

Метою курсового проекту є визначення основних проектних розмірів і теплового режиму роботи регенератора.

^ 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО РЕГЕНЕРАТОРИ

Регенератори є теплообмінними апаратами періодичної дії, що служать для попереднього підігріву газу чи повітря, або одного повітря перед подачею в піч.

При розрахунку регенератора, так само як і при теплотехнічному розрахунку будь-якого теплообмінного апарата, основною задачею конструкторського розрахунку є визначення необхідної поверхні нагрівання для забезпечення заданого технологією підігріву газу чи повітря. Іноді треба вирішувати і зворотну задачу, так званий перевірочний розрахунок, тобто визначати, який підігрів може забезпечити вже існуючий регенератор із заданою поверхнею нагрівання, але при змінених стосовно первісних умов проектування даним (переходу на інше паливо, видатність і т.д.).

Регенератор, звичайно застосований у металургійних печах, являє собою камеру, заповнену цегельною багаторядною решіткою (насадкою), викладеною з вогнетривких цеглин, додаток 1. Спочатку через регенератор пропускають гарячий дим, а потім у зворотному напрямку - холодне газоподібне паливо чи повітря. У цей період регенеративна насадка віддає повітрю (газу) раніше акумульовану теплоту. Існує оптимальний в теплотехнічному відношенні час між перекиданням клапанів, тобто між наступними друг за другом змінами надходження газоподібних середовищ.

На початку димового періоду температура насадки відносно мала і перепад температур між димовими газами і цеглинами насадки значний. Поступово насадка нагрівається, перепад температур зменшується і настає такий момент, коли необхідне перекидання клапанів. До цього часу насадка настільки нагрівається, що температура її може знаходитися на межі вогнетривкості цегли. Зміна температур підігріву повітря (газу) викликається поступовим охолодженням насадки протягом повітряного (газового) періоду. Найбільш висока температура підігріву повітря спостерігається на початку періоду, коли температура насадки максимальна.

До насадки пред'являють наступні вимоги, що визначають її економічність і експлуатаційні якості: високий загальний коефіцієнт теплопередачі; мінімальний аеродинамічний опір; максимальна питома поверхня нагрівання; мінімальна небезпека засмічення; необхідна будівельна стійкість.

Матеріал, з якого виконують насадку, повинен характеризуватися відповідною вогнетривкістю, термостійкістю і мати визначений опір деформації з навантаженням при підвищених температурах. У мартенівських печах важливе значення має здатність цегли насадки витримувати вплив залозистих шлаків.

Чарункою регенеративної насадки називається переріз , вільний для проходу газів і укладений між чотирма цеглинами регенератора. Розмір чарунки визначається видом і призначенням насадки. Найбільше поширення для мартенівських печей одержали насадки: Сименса , у клітку; брускова; Петерсена, додаток 2, представлені в [1,с.171-177]. Їхні порівняльні характеристики приведені в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 Характеристика різних типів регенеративних насадок

ПОКАЗНИКИ


^ ТИП НАСАДКИ

Блокова,

Гипромеза

Каупера


Сименса


Брускова


Петерсена


Питома поверхня нагрівання, f1, м2/ м3

38,1

36,8

13,5

13,5


16,5

14,5

Об'єм цегли насадки,

v, м3/ м3

0,7

0,58

0,54

0,31

0,31

0,39

Живий переріз насадки,

f2, м2/ м2

0,29

0,39

0,48

0,42

0,42

0,46


^ 2 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ РОЗРАХУНКУ РЕГЕНЕРАТОРІВ

Точна теорія теплових регенераторів ще не створена. Утруднення викликає нестаціонарність і складність процесу, невивченість характеру розподілу швидкостей газів, що охолоджуються і нагріваються у поперечному перерізі регенератора і наявність додаткових поверхонь нагрівання (у лежаках, шлаковиках, вертикальних каналах і прольотах головок мартенівської печі). У зв'язку з цим більш надійним способом є вибір регенератора по дослідним даним, а потім перевірка поверхні нагріву по наближених теоретичних формулах.

У цьому випадку схема розрахунку регенератора зводиться до наступного.

1. Розрахунок горіння палива і кількості димових газів.

2. Вибір об’єму насадки регенератора і його основних розмірів по дослідним даним.

3. Перевірка правильності вибору поверхні нагріву регенератора по формулах теплопередачі

Розрахунок регенераторів проводять на цикл їхньої роботи. Основною метою розрахунку є визначення загальної поверхні нагрівання (і загального об’єму насадки) регенератора:

м2, (2.1.)

м3, (2.2.)

де Qтепловий потік від продуктів згоряння до повітря (газу), Вт;

F – загальна поверхня нагрівання регенератора, м2;

- сумарний коефіцієнт теплопередачі від продуктів згоряння до повітря (газу), Вт/(м2 град).

f1питома поверхня нагріву, м23;

tсередня різниця температур продуктів згоряння і повітря.

(2.3.)

де - сумарний коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згоряння до стінки і від стінки до повітря (газу), Вт/(м2 град);

- тривалість димового і повітряного (газового) періодів, с.;

ξ – коефіцієнт гістерезису температури насадки середньої по масі в димовий і повітряний періоди [2];

Ψ – коефіцієнт, що коректує внутрішній тепловий опір насадки при реальних циклічних умовах її роботи;

Sекв – еквівалентна півтовщина цегли, м;

– коефіцієнт теплопровідності матеріалу цегли, Вт/(м·град);

- густина цегли насадки, кг/ м3;

С – теплоємкість цегли насадки, Дж/(кг·град).

Значення обчислюють окремо для верха і низу насадки, а потім отримані значення усереднюють.

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі αд від продуктів горіння (диму) до цегли визначаємо по формулі:

Вт/(м2 К), (2.4)

тобто він складається з променистої і конвекційної складових.

Коефіцієнт променистої тепловіддачі [З]

, (2.5)

де Tд, tд і Tcm, tcm – температура продуктів згоряння (диму) і поверхні (стінки) насадки в К і в 0С, відповідно.

Температуру поверхні насадочної цегли приблизно обчислюють як середньоарифметичну між температурою продуктів згоряння tд і повітря tв , тобто

tcm =0,5(tд + tв ).

Приведена міра чорноти



де - ст, д – міра чорноти стінки насадки при температурі tст і продуктів згоряння при температурі tд.

Звичайно приймають у розрахунках εcm =0,8, а міру чорноти диму знаходять по графіках [3, с.156-157], або [4, c.358-361] чи по формулах

Гурвича A.M. [12] при відповідному складі продуктів згоряння (СО2 і Н2O) і ефективній довжині променя, визначеній по формулі

, (2.6.)

де і дані приведені в табл.1.1.

Для квадратної чарунки Sєф = 0,9 d, де d – еквівалентний (гідравлічний) діаметр поперечного перерізу цегли, що дорівнює стороні (розміру) квадратної чарунки.

Випромінюванням повітря зневажаємо через малий зміст в ньому трьохатомних газів (СО2 і Н2О), тому



Для визначення теплопередачі конвекцією і слугує розрахункова формула

(2.7.)

Значення і приведені в табл.2.1.

Таблиця 2.1 - Значення коефіцієнтів А і n

Тип насадки

Розмір чарунки,

мм



n

Значення числа



Сименса суцільними каналами

165х165

120х120

50х50

0,2

0,193

0,045

0,61

0,62

0,78

600-13500

650-15000

900-18000

Петерсена I (нормальний варіант, полиця 20 мм.)

Петерсена II (з великою полицею 40мм і зменшеною висотою)

120х120

120х120

0,034

0,025

0,79

0,8

650-17000

2000-17000

Брускова

120х120

0,072

0,74

550-14000

Сименса, шахова

насадка

120х120

0,149

0,68

650-16500

Каупера

Любого розміру при >80

0,024-0,018

0,0465

0,8

0,8

2500-4500

4500

З блочної цегли з горизонтальними проходами і вертикальними виступами

D = 0,031 м


45 х 45


0,0346



0,8



2240-18000**



З блочної цегли з щілинними каналами і горизонтальними проходами

D = 0,043 м

125 х 25


0,024


0,8



4000-14000**





*Н - висота насадки

** При менших значеннях значення для блокової насадки може бути знайдене по рис.59 [1].

Як визначальний розмір d для насадки Каупера приймаємо розмір чарунки, а для насадок Сименса, Петерсена і брускової еквівалентний діаметр поперечного перерізу цегли

, м, (2.8.)

де - площа найменшого поперечного переріза цегли, м2;

Пк - периметр того ж перерізу цегли, м.

Для насадки Каупера при відношенні < 80 замість формули (2.7) використовуємо формулу

, (2.9.)

де Н - висота насадки, м.

Для насадок мартенівських печей швидкість продуктів згоряння при нормальних умовах приймаємо в межах wд0=0,7 – 0,8 м/с. Деяке підвищення (але не більш, 1-1,5 м/с) може бути припустимо для мартенівських печей, які обладнані котлами-утилізаторами, де допускається деяке збільшення тяги, створюваної димососами котлів.

Бажано, щоб коефіцієнт стрункості насадок був у межах наступних величин:

, (2.10.)

де ^ Н - висота насадки, м ;

Ω - площа поперечного перерізу насадки, м2.

При меншому значенні не забезпечується досить рівномірна робота об’єму насадки, що приводить до зниження підігріву повітря (газу).

Теплофізичні та робочі властивості цеглин з вогнетривких матеріалів приведені в [1,3, 5-7].

Теплоємкість, густину, і коефіцієнт теплопровідності вогнетривких матеріалів для цеглин насадки можна розрахувати по наступним формулам [I], таблиця 2.2.

Таблиця 2.2. Теплофізичні властивості вогнетривів.

Матеріал

С, кДж/(кг К)

ρ, кг/м3

λ, Вт/(м К)

Динас

0,875+38,5·10-5t

1980

1.58+38.4·10-5t

Шамот

0,869+41,9·10-5t

1860

1,04+15,1·10-5t

Звичайно застосовувані в практиці товщини цеглин: для насадок мартенівських і нагрівальних печей 2S=65-75мм.

У теплотехнічному відношенні доцільно, щоб уся товщина цегли брала участь у процесі акумуляції теплоти. Для цього необхідно, щоб коефіцієнт акумуляції теплоти в цеглі насадки [2]. Значення по І.Д.Семікіну, знаходять з виразу

, (2.11)

де - число Фур'є;

- сумарна тривалість циклу, с.

Якщо при розрахунку виявиться , то доцільно зменшити товщину цегли. Навіть у практиці мартенівських печей відомі випадки, коли товщина цегли зменшувалася до 2S=40 - 50мм.

Значення Sе (еквівалентна півтовщина цегли) може бути обчислене за формулою [6]

. (2.12.)

У випадку - для всіх насадок рекомендується приймати значення , крім брускової, для якої [2].

Наближене значення [2] може бути прийнятно для регенераторів мартенівських і нагрівальних печей.

Існує оптимальний в теплотехнічному відношенні час між перекиданням клапанів [2].

Для мартенівських і нагрівальних печей =. Величина може складати для періодів, хв:

Таблиця 2.3 - Тривалість циклів.

Завалка ..................................................10 - 16

Плавлення ...............................................6 - 12

Доведення ................................................5 - 10

Приведемо приклад розрахунку регенератора мартенівської печі.

Для опалення мартенівської печі прийнята суміш природного і доменного газів.

Склади природного та доменного газів приведені у таблицях 2.4.,2.5.

Вихідні дані для розрахунку приведені в таблиці 2.6.

Таблиця 2.4 - Склад сухого природного газу, % об’єму [11]

СН4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

СО2

О2

N2

Вологість

W, г/м3

89.9

3.1

0.9

0.4

0.3

0.2

5.6

0


Таблиця 2.5 - Склад сухого доменного газу , % об’єму [11].

СО2

CO

H2

N2

CH4

C2H6

O2

Вологість

W, г/м3

10,7

28,5

2,5

58,2

0,1

--

--

35
  1   2   3   4

Схожі:

Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки україни дніпродзержинський державний...
Методичні вказівки для самостійної роботи з дисципліни «Управління проектами енерговикористання» для студентів за напрямом 0000 -«Специфічні...
Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки україни дніпродзержинський державний технічний університет
Методичні вказівки "Збірник задач до практичних занять з дисципліни "Теплотехніка" для студентів спеціальності мч, мс, лв, лвп, омт...
Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки україни дніпродзержинський державний...
Розрахунок камерної термічної печі з нерухомим подом з дисципліни “Теплотехніка” для студентів спеціальності 09. 04. – ливарне виробництво...
Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки україни дніпродзержинський державний...
Спеціальні питання гідрогазодинаміки ” для студентів за фахом 090510 -«Теплоенергетика» / Укл. О. Д. Горбунов. Дніпродзержинськ,...
Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Основи автоматизованого проектування радіоелектронної апаратури» для студентів...
Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки України Вінницький державний технічний...
Методичні вказівки до виконання дипломних проектів (робіт) для студентів всіх спеціальностей / В. В. Кухарчук, Вінниця, 2002. с....
Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки України Національний технічний університет України
Методичні вказівки з виконання лабораторних робіт з дисципліни “Теорія автоматичного управління ” для студентів напрямку 0906 Електротехніка....
Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки україни Донецький Національний Технічний Університет
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт та самостійної роботи по курсу "Web-технології" (для студентів спеціальності 091502)....
Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки україни національний технічний університет україни
Методичні вказівки до лабораторних робіт із дисципліни “Аудит І фінансово-управлінський облік (з використанням комп’ютерних технологій)”...
Міністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний технічний університет методичні вказівки iconМіністерство освіти І науки україни гуманітарний університет
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “системи штучного інтелекту”
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка