Теплотехнический расчет энерготехнологического агрегата для печи по выплавке медных анодов

скачать (3836 kb.)

  1   2   3
Введение
В металлургии находят применение промышленные печи, являющимися одними из основных потребителей топлива в стране. Поэтому одной из главных задач технологии является изыскание возможностей наиболее полного использования энергии сжигаемого в печах топлива при минимальных затратах, всемирного использования вторичных топливо-энергетических ресурсов. Существенная роль в этом плане отводятся теплообменным аппаратам, устанавливаемым на промышленных печах. В этих устройствах за счет физического тепла газов, покидающих рабочее пространство, осуществляется нагрев воздуха, подаваемого в печь на горение, а в отдельных случаях и газообразного топлива.

При сжигании топлива в металлургической печи, образуются дымовые газы, которые необходимо отводить из рабочего пространства, до теплообменных аппаратов, и далее. Для этой цели служат специальные дымовые каналы.

В зависимости от конструкции печи каналы для отвода продуктов горения могут проходить непосредственно по цеху, над печью (в этом случае они называются газоходами) или ниже уровня пола цеха, под печью (в таком случае их называют боровами). Борова и газоходы должны иметь необходимую пропускную способность, быть долговечными в работе, надежными и удобными в эксплуатации. По форме поперечного сечения каналы для отвода продуктов горения могут быть прямоугольными, круглыми, овальными и т.д.

Газоходы и борова должны быть достаточно плотными, чтобы при работе с положительным давлением продуктов горения не пропускать в окружающую среду газы, содержащие токсичные элементы, а при работе с отрицательным давлением - не пропускать воздух из окружающей атмосферы, который, добавляясь к продуктам горения, снижает их температуру и увеличивает общий расход газов, что приводит к ухудшению работы тяговых устройств (дымовых труб и дымососов) и, как результат, к ухудшению тепловой работы печи. Газоходы и борова должны быть достаточно хорошо теплоизолированы с целью предотвращения нагревания оборудования и фундаментов, вблизи которых они проходят, а также с целью снижения общего теплового фона в цехе, для создания нормальных условий труда обслуживающего персонала.
1. Описание конструкции проектируемого агрегата
.1 Описание газохода
Количество отходящих газов, образующихся при работе металлургических печей, весьма велико и значительно превосходит по весу количество твердых и жидких материалов и продуктов, проходящих через печи. Например, одна обжиговая печь, перерабатывая в течение суток 150-250 т твердой шихты, выдает 300 - 500 т (или 200-400 тыс. мг) отходящих газов.


Рисунок 1. Газоходы металлургических печей: а - круглые; б - прямоугольные
Отходящие газы печей цветной металлургии характеризуются:

) высокой запыленностью: от 1 до 400 г./ж3, что соответствует уносу шихты в виде пыли от 0,5 до 50%;

) повышенным содержанием сернистого и серного ангидрида, составляющим 0,5 - 10%;

) высокой температурой (300-1300° С), что соответствует уносу тепла в количестве 20-70% от общего его расхода в печах.

Такая характеристика отходящих газов требует, чтобы они по соображениям экономического и санитарно-технического порядка были очищены от пыли и сернистых составляющих, а тепло, содержащееся в них, полезно использовалось. Все эти требования выполняются в газоходной системе металлургических печей.

Газоходная система имеет задачу - собрать отходящие газы от всех работающих печей, утилизировать тепло газов, очистить их от пыли и вредных газовых составляющих и выбросить охлажденные и очищенные газы на возможно большую высоту от земной поверхности. Для выполнения этой задачи в современные газоходные системы включен большой комплекс различных сооружений и устройств, к которым относятся: 1) собственно газоходы; 2) дымовые трубы и дымососные установки; 3) устройства для очистки газов; 4) устройства для утилизации тепла.

Газоходы металлургических печей обычно круглые и прямоугольные (рис. 1). Круглые газоходы состоят из железного кожуха толщиной 3-7 мм, футерованного шамотным или полукислым кирпичом в половину кирпича или в целый кирпич. Диаметр круглых газоходов от 1 до 6 ж. По длине газоходов устраивают бункера с воронками для сбора и выпуска пыли. Круглые газоходы обычно подвешивают на консольные крепления к колоннам цеха или специальным колоннам. Прямоугольные газоходы (борова) по своей конструкции и креплению напоминают пламенные печи. Их выкладывают из комбинации шамотного или полукислого кирпича и строительного кирпича, идущего в наружный слой кладки. Для герметизации прямоугольных газоходов их наружную поверхность покрывают слоем штукатурки или обмазки. Размеры прямоугольных газоходов колеблются в широких пределах: ширина от 0,5 до 8 ж, высота от 1 до 4 м. Прямоугольные газоходы устанавливают на железобетонные или металлические эстакады или иногда укладывают в землю.

Прямоугольные газоходы обычно применяют для газов с высокой температурой (выше 1000° С), в то время как круглые предпочтительнее для более холодных газов.

Для регулирования движения газов в газоходах устанавливают дымовые шиберы, рассчитанные на устойчивую работу при высоких температурах. Шиберы чаще всего делают металлическими с водным охлаждением самого шибера и направляющей рамы. Водоохлаждаемые шиберы работают длительный срок и обеспечивают плавное и надежное регулирование движения газов. При установке шиберов в конце газоходного тракта, где газы уже сильно охлаждены, могут применяться металлические неохлаждаемые шиберы, отлитые из чугуна или из жаропрочной стали. В некоторых печах применялись шиберы, набранные из огнеупорных материалов (кирпичей, блоков) в металлическом каркасе. Однако такие шиберы при высокой температуре газов сильно деформируются и движение их в направляющих становится затруднительным.
.2 Описание рекуператора
Рекуператоры - это теплообменные аппараты, предназначенные для нагрева воздуха или газа за счет тепла продуктов сгорания, в которых теплопередача осуществляется через газонепроницаемую стенку. Процесс теплопередачи непрерывный, стационарный.

Конструкция рекуператора должна обеспечивать его длительную службу на печи без ремонта в течение нескольких лет. Эффективность тепловой работы и высокая стойкость рекуператора возможна при соблюдении следующих условий:

Применение жаростойких материалов для изготовления элементов конструкции рекуператоров;

Материал должен быть достаточно теплопроводным;

Обеспечение минимально возможной температуры элементов конструкции, предотвращение местных перегревов;

Обеспечение герметичности (газоплотности) всей конструкции;

Создание условий, обеспечивающих возможность чистки труб рекуператоров в процессе его эксплуатации.

Очень удобным материалом для изготовления рекуператоров является металл. Наиболее часто используется чугун, а так же различные стали, имеющие высокую теплопроводность. При этом весьма легко обеспечивается герметичность конструкции, особенно при применении мягких углеродистых и слабо легированных сталей, позволяющих использовать сварку. Высокая герметичность допускает высокие скорости движущихся газов, что в свою очередь обеспечивает более эффективный теплообмен между газовой средой и поверхностью разделенной стенки рекуператора, а следовательно, более низкую температуру стенки.

Недостатком металлических рекуператоров является малая жаропрочность дешевых сортов стали, в результате чего эти рекуператоры не позволяют нагревать воздух до очень высоких температур. Так, в случае использования простых сталей и чугуна температура подогрева воздуха не превышает 300-3500С, а температура стенки приблизительно равна 8000С. При использовании легированных марок стали возможно увеличение температуры подогрева воздуха до 7000С при температуре стенки примерно 11000С.
2. Описание тепловой работы проектируемого агрегата
При сжигании топлива в печи развивается высокая температура. Постепенно по мере прохождения печных газов к дымовой трубе температура их понижается, а загруженный в печь металл нагревается. Происходит передача тепла раскаленных печных газов холодному металлу. Одновременно некоторая часть тепла расходуется на нагрев кладки, на потери тепла в окружающую атмосферу и теряется с уходящими дымовыми газами. Таким образом, работа пламенней печи неразрывно связана с движением печных газов и заключается в том, что горячие печные газы, передав часть своего тепла нагреваемому металлу, удаляются из печи и заменяются газами, поступающими из топки.

В нагревательных печах на подине поддерживается, как правило, нулевое или небольшое положительное давление печных газов. При отрицательном давлении холодный воздух, проникая в печь через неплотности в заслонке или кладке, подстуживает и окисляет металл, а при чрезмерно высоком давлении увеличивается выбивание газов и ухудшаются условия труда обслуживающего персонала. Как показывают опыты и исследования, многие законы гидравлики - науки о движении жидкостей - могут быть применимы к печным газам; знание этих законов и правильное их применение позволяют определять размеры печей, дымоходов и трубопроводов.

Многочисленными опытами установлено, что более легкие газы стремятся подняться вверх, а наиболее тяжелые опуститься вниз. Если движение газа осуществляется вследствие разности удельного веса различных его слоев, то такое движение называется свободным, или естественным. Если движение газов происходит под действием разности давлений, вызванной внешними причинами, например вентиляторами, горелками, форсунками, то такое движение называется принудительным.

3. Расчет процесса горения природного газа
3.1 Исходные данные
Сжигается природный газ, элементарный состав которого на сухую массу, %:

CH4С.Г = 95,0; C2H6С.Г = 2; C3H8С.Г = 1; N2С.Г = 2;

Влагосодержание газа составляет q= 10,0 г/м3 сухого газа.

Температура подогрева газа tT=200c.

Коэффициент избытка воздуха =I, I.
3.2 Пересчет состава газа на рабочую (влажную) массу
Рассчитаем процентное содержание водяных паров в 1 м3 природного газа при влагосодержание qс.г = 10,0 г/м3 сухого газа.
H2OВ.Г=== 1,23%
Пересчитаем состав газа на рабочую массу:
CH4 в.г =CH4 С.Г *

C2H6в.г = 2 * 0,987= 1,974%;

C3H8в.г = 1 * 0,987= 0,987%;

N2в.г = 2 * 0,987= 1,974%;
Для проверки правильности расчета суммируем полученные данные по влажному составу газа:
CH4в.г + C2H6в.г + C3H8в.г + N2в.г = + 1,974 + 0,987 + 1,974 = 100%,

следовательно, пересчет на влажную массу произведен верно.
3.3 Расчет количества кислорода и воздуха для сжигания 1 м3 газа
Найдем объем кислорода, необходимый для окисления горючих составляющих природного газа (в формулу подставляем только те химические элементы, которые даны в задание; остальные, отсутствующие в газе, приравниваем нулю):
V02 = 0,01 (2 CH4 в.г +3,5 C2H6в.г + 5 C3H8в.г) = 0,01 (2* + 3,5 * 1,974 + 5*0,987) = =1,99507 м3/м3.
Далее находим количество воздуха при ? = 1, необходимое для сжигания 1 м3 природного газа. Используя соотношение азота и кислорода в воздухе K = 3,76

L0 = (1 + 3,76) * 1,99507= 9,49 м3/м3.

Практически введенное количество воздуха при ? = 1,1 составит

L?= 1,1 * 9,49 = 10,44 м3/м3.
  1   2   3



Рефераты Практические задания Лекции
Учебный контент

© ref.rushkolnik.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации