teplota_kursovik


Курсовая работа по дисциплине «Теплотехника»
Копильник расплава заданного состава имеет площадь сечения А*В и высоту Н. Высота уровня расплава в копильнике h.
Для поддержания заданного уровня температур расплава в рабочем пространстве копильника сжигается органическое топливо заданного состава.
Температура продуктов сгорания топлива – ТпсТемпература отходящих из печи газов – Тог
Падение температуры расплава на глубине – 105 град./мТемпература наружной стенки под уровнем расплава – 70 град
Температура наружной стенки над уровнем расплава – 90 град.
Температура наружной поверхности свода – 250 град.
Температура наружной поверхности подины – 110 град.
Режим работы копильника – непрерывный.
Расчетная часть
Разработать конструкцию ограждений копильника.
Рассчитать процесс сжигания топлива для заданных температурных условий в копильнике.
Составить тепловой баланс копильника и определить расход топлива.
Выбрать и рассчитать сожигательные устройства.
Данные: a = 5561 мм
b = 15195 мм
H = 2480 мм
h = 808
Свод – распорный
Тпс = 1437 град
Трп = 1083 град
Тог = 1236 град
Основность расплава – 1,2
Состав топлива
Газообразное топливо, %объем
CO H2 CH4 CnHmH2S CO2 O2 N2
- - 70,8 1,2 0,8 0,2 - 26,0
Расчет многослойного ограждения копильника расплава.
Разделим ограждение на зоны, в пределах каждой из которых можно считать постоянными агрессивное воздействие со стороны рабочего пространства печи на внутреннюю поверхность кладки и температуру наружной поверхности кладки. Такими зонами являются: верхняя часть стен, расположенная над уровнем расплава, нижняя часть стен, расположенная под уровнем расплава, свод и подина. Для каждой зоны расчет выполняет с учетом особенностей ее службы в копильнике.
Расчет верхней части стен.
Определяем материал и толщину рабочего слоя ограждения. Согласно исходным данным рабочий слой в этой в этой зоне имеет температуру внутренней поверхности Твн ≈Тпс = 1437 ˚С, контактирует с кислой (при n = 1,2) газовой средой и работает без теплосмен. По данным табл. 3.7 выбираем периклазохромитоый огнеупор и по приложению 13 определяем его рабочие свойства: температуру начала деформации под нагрузкой Тнд = 1500-1690 ˚С, коэффициент теплопроводности λ1 = 2,58-70*10-5 Вт/(м*К), и предельную рабочую температуру Тпр = 1700 ˚С.
Плотность теплового потока от наружной поверхности кладки (по таблице 3.18): 984 Вт/м2По табл. 3.14 определяем толщину рабочего слоя σ1 = 290 мм
Задаем приближенное значение Т1'=0,8 Tвн=0,8*1437=1149,6 (˚С)
Тогда λ1'=2,58-70*10-5*1437+1149,62= 1,675 [Втм*К]Определяем уточненное значение Т1''= Твн-qо.с.*σ1λ1'=1437-984*0,291,675=1266,6 ˚C
Cопоставляем уточненное значение Т1'' с первоначально принятым Т1' : Т1''-T2'T1''-Tст= 1266,6-1149,61266,6-90=0,1Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (0,05), проводим новую итерацию, положив Т1=Т1'':
λ1''=2,58-70*10-5*1437+1266,62= 1,634 [Втм*К]
Определяем уточненное значение Т1'''= Твн-qо.с.*σ1λ1''=1437-984*0,291,634=1262,3 ˚C
Сопоставляем последующее приближение с предыдущим: Т1'''-T2''T1'''-Tст= 1262,3-1266,61262,3-90=0,003<0,05.
Окончательно получаем Т1 = 1262,3+1266,62 = 1264,5 ˚С;
λ1 = 1,634[Втм*К]σ1 = 0,29 м.
Приступая к конструированию теплоизоляции ограждения, принимаем предварительное решение выполнить ее двухслойной, предусмотрев в качестве материала второго слоя огнеупор-легковес и третьего слоя – теплоизоляционный материал. Для второго слоя ограждения по табл. 3.13 и прил. 14 выбираем динасовый легковес ДЛ-1,2 с коэффициентом теплопроводности λ2 = 0,58+17,4*10-5 Т, Вт/(м*К) и предельной рабочей температурой Тпр =
Задаюсь целью сделать кладку в три слоя, поэтому принимаю температуру на внешней границе второго слоя Т2:
Т2=500 °C;
Коэффициент теплопроводности:


Т.к. 0,38 не кратно 0,23 (стандартный размер о/у кирпича 230х115х65 мм) принимаю δ2=0,46 м
Температура наружной поверхности 2-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Повторяю расчет, приняв для определения , :



Повторяю расчет, приняв для определения , :



Окончательно получаю:

δ2 = 0,46 м
В качестве третьего слоя возьмем легковес ШЛ-0,4 (ГОСТ 5040-78) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1150 °C
Коэффициент теплопроводности:

Толщина 3-го слоя:
Т.к. необходимый размер толщины 3-го слоя меньше любого стандартного кирпича, то в качестве такого слоя принимаю асбозурит мастичный материал марки 600 (ТУ 36-130-69):
Тпр= 900 °C;
Рассчитаю коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Толщина 3-го слоя:

Окончательно получаю:


Для проверки правильности расчёта определяю плотность теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку, и сраниваю её с принятым значением qо.с.:

Проверяю степень расхождения с принятым в расчетах значением qо.с:

Суммарная толщина верхней части стены:
ст.1=+0,29+0,46+0,043 = 0,793 м
Стена под уровнем расплава.
1.2.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя.
Принимая во внимание, что температура внутренней поверхности рабочего слоя равна температуре расплава Тп.р.=1083, а основность расплава О=1,2 , по данным таблицы 3.7, 3.8 устанавливаю, что в данном расплаве при заданной температуре хорошо будет стоять форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79) со следующими параметрами:

Тпр=1450 – 1570 °С;
Учитывая высоту стены Н=2480 мм, по табл. 3.14 выбираю толщину рабочего слоя δ1=0,345м.
В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки под уровнем расплава не должна превышать 70 ºС. По таблице 3.13 [1] определяю плотность теплового потока от вертикальной стенки в окружающую среду: qo.c=641 .
Задаюсь приближённым значением: Т1=0,8* Твн.=0,8*1083=866,4 ºС, тогда:

Уточняю температуру наружной поверхности 1-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Повторяю расчет, приняв для определения , :



Окончательно получаю:


1.2.2 Расчёт 2-го теплоизоляционного слоя.
По приложению 14 и таблице 3.10 [1], выбираю к установке шамотный легковес ШЛ-0.9 (ГОСТ 5040-78) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1270 °C
С целью выполнения стены в три слоя принимаю толщину слоя легковеса: δ2=0,46 м
Задаю приближённое значение наружной поверхности 2-го: Т2=300
Рассчитаю коэффициент теплопроводности 2-го слоя:

Уточняю температуру наружной поверхности 2-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Провожу уточняющий расчет:

Уточняю температуру наружной поверхности 2-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Окончательно принимаю:


1.2.3 Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя.
В качестве третьего слоя по приложению 14 [1] принимаю асбозурит мастичный материал марки 600 (ТУ 36-130-69):
Тпр= 900 °C;
Рассчитаю коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Толщина 3-го слоя:

Окончательно получаю:


Для проверки правильности расчёта определяю плотность теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку, и сраниваю её с принятым значением qо.с.:

Проверяю степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

Суммарная толщина верхней части стены:
ст.2=+0,345+0,46+0,058 = 0,863 м
Выполнено условие:
1.3 Расчёт свода.
1.3.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя.
Т.к. свод копильника распорный, внутренняя поверхность рабочего слоя свода контактирует с кислой средой при температуре газов равной 1437 оС и огнеупор будет испытывать высокие механические нагрузки сжатия, то по таблице 3.7 и приложению 13 [1] принимаю к установке динасовый огнеупор (ГОСТ 4159-79) со следующими рабочими свойствами:
Тпр=1650 – 1700 оСПо таблице 3.14 [1] принимаю толщину 1-го рабочего слоя δ1=0,23 м
Плотность теплового потока через свод в окружающую среду определяю методом экстраполяции при помощи данных из таблицы 3,13:
q170= 2808 Вт/м2
q190= 3381 Вт/м2
q210= 4032 Вт/м2


Задаю приближённое значение наружной поверхности 1-го слоя: Т1=0,8*Твн.=0,8*1437=1150 ºС
Рассчитаю коэффициент теплопроводности 1-го слоя:

Температура наружной поверхности 1-го слоя:


Повторяю расчет, приняв для определения , :



Окончательно получаю:

δ1=0,23 м
1.3.2 Расчёт 2-го теплоизоляционного слоя.
Выбираю в качестве 2-го теплоизоляционного слоя по приложению 9.2 [2] каолиновую вату 2-8мкм со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1100
Рассчитаю коэффициент теплопроводности 2-го слоя:

Рассчитаю толщину 2-го слоя:

Окончательно получаю:

δ2=0,016 м
Для проверки правильности расчёта определяю плотность теплового потока, переносимого через сконструированный многослойный свод, и сраниваю её с принятым значением qо.с.:

Проверяю степень расхождения с принятым в расчетах значением qо.с.:

Суммарная толщина свода:
свод=0,23+0,016 = 0,246 м
1.4 Расчёт подины.
1.4.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя.
Т.к. внутренняя поверхность рабочего слоя подины копильника контактирует с расплавом основностью O=1,3 и при высоте расплава 808мм и падении его температуры равной 105 ºС/м, найду сперва температуру расплава на поверхности рабочего слоя подины:
Твн = ТРП – h*∆TРП = 1083-0,808*105= 998,16 ºСПо приложению 13 и табл. 3.7 [1] выбираю форстеритовый огнеупор (ГОСТ 14832-79) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1450 – 1570 ºС
Принимаю толщину 1-го слоя: δ1=0,23 м
По таблице 13 [1] определяю плотность теплового потока от наружной поверхности подины к слою огнеупорного бетона фундамента при Тн.п.=110 оС:
Принимаю приближённую температуру внешней границы 1-го слоя: Т1=0,8*Твн.=0,8*998,16=798,53 оС;
Рассчитаю коэффициент теплопроводности 1-го слоя:

Температура наружной поверхности 1-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Окончательно получаю:

δ1=0,23 м
1.4.2 Расчёт 2-го огнеупорного слоя.
Для обеспечения механической прочности и герметичности подины в кчестве 2-го слоя по таблице 3.10 и приложению 13 [1] выбираю шамотный огнеупор ШВ (ГОСТ 390-83) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1250 – 1400 оС.
Принимаю толщину слоя шамота: δ2=0,325 м (5 кирпичей на плашку).
Задаю приближённую температуру внешней поверхности 2-го слоя: Т2=500 оС;
Рассчитаю коэффициент теплопроводности 2-го слоя:

Уточняю температуру внешней поверхности 2-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Повторяю расчет, приняв для определения , :



Окончательно получаю:

δ2=0,325 м
1.4.3 Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя.
Для обеспечения заданной температуры наружной поверхности подины Тпод=110 между наружной поверхностью второго слоя подины и поверхностью огнеупорного бетона фундамента необходимо положить дополнительный теплоизоляционный слой. Для этого в качестве 3-го слоя по приложению 15 [1] принимаю диатомитовую обожженную крошку в засыпке:

Тпр=900ºС,
Рассчитаю коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Рассчитаю толщину 3-го слоя:

Окончательно принимаю:
=110 ºСδ3=0,02 м
Для проверки правильности расчёта определяю плотность теплового потока, переносимого через сконструированный многослойный под, и сравниваю её с принятым значением qо.с.:

Ошибка плотности теплового потока:

Суммарная толщина пода:
δпод=δ1+δ2+δ3=0,23+0,325+0,02=0,575 м.
Стена над уровнем расплава Стена под уровнем расплава

слоя Tвн-Tнар,ºС Материал Толщина, м№
слоя Tвн-Tнар,ºС Материал Толщина, м1 1473-1245,3 Форстеритовый
огнеупор
(ГОСТ 14832-79) 0,23 1 1101-964,4 Форстеритовый
огнеупор
(ГОСТ 14832-79) 0,345
2 1245,3-286,3 ШЛ - 0,9
(ГОСТ 5040-78) 0,46 2 964,4-295,6 ШЛ - 0.9
(ГОСТ 5040-78) 0,46
3 286,3-90 Асбозурит мастичный марки 600 (ТУ 36-130-69) 0,038 3
295,6-70 Асбозурит мастичный марки 600 (ТУ 36-130-69) 0,067
Σ, м 0,728 Σ, м 0,872
Свод печи Подина печи
1 1473-
895 Динасовый огнеупор
(ГОСТ 4159-79) 0,23 1 1010,49-824,8 Форстеритовый
огнеупор
(ГОСТ 14832-79) 0,23
2 895-250 Каолиновая вата
2-8 мкм 0,017 2 824,8-469,3 ШВ
(ГОСТ 390-83) 0,325
3 469,3-110 Диатомитовая обожженная крошка в засыпке 0,022
Σ, м 0,247 Σ, м 0,577

Приложенные файлы

  • docx 17931890
    Размер файла: 244 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий