Стена над уровнем расплава

Задание

Вариант № 53

Копильник расплава заданного состава имеет площадь сечения A B и высоту в свету H. Высота уровня расплава h.

Для поддержания заданного уровня температуры расплава в рабочем пространстве копильника сжигается органическое топливо заданного состава.

Расчетная часть.

1. Разработать конструкцию ограждений печи.

2. Рассчитать процесс сжигания топлива при заданных температурных условиях печи.

3. Составить тепловой баланс копильника и определить расход топлива.

4. Выбрать и рассчитать сожигательные устройства.

Графическая часть.

1. Чертеж узла установки горелочного устройства на печи.

2. Чертеж узла стыковки свода печи со стеной.

3. Чертеж элемента подины печи.

4. Чертеж элемента кладки вертикальной стены.

Ширина копильника А = 6499 мм

Длина копильника В = 18975 мм

Высота копильника в свету Н = 2760 мм

Высота уровня расплава h = 892 мм

Свод печи – распорный

Температура продуктов сгорания = 1493

Температура расплава на поверхности – = 1111

Температура отходящих газов = 1264

Основность расплава О = 2.6

Падение температуры расплава по глубине 105 /м

Температура наружной стенки под уровнем расплава Т_ст.1= 70

Температура наружной стенки над уровнем расплава Т_ст.2 = 90

Температура наружной поверхности свода Т_св.= 250

Температура наружной поверхности подины Т_под.= 110

Режим работы копильника – непрерывный.

Состав газообразного топлива:

Компонент	CO	H2	CH4	C2H6	H2S	N2
Содержание, % об.	10.4	9.3	17.0	1.7	59.7	1.9

Часть 1. Конструирование ограждений печи.

Стена над уровнем расплава.

1.1.1 Расчёт 1-го огнеупорного слоя.

Выбор огнеупора для рабочего слоя: футеровка работает без теплосмен т.к. режим работы отстойника непрерывный, тогда по таблице 3.7 и приложению 13 [1] выбираем для надслоенного пространства динасовый огнеупор(ГОСТ 4159-79), т.к.: Тпс=1493 °С;

Продукты сгорания содержат окислительные реагенты, т.к. коэффициент расхода воздуха n=1,1-1,3 (таблица 4.1 [1]), среда кислая;

Тпр=1650-1700 °С; λ₁=1,23+70*10^-5Т, Вт/м*К;

Высота надслоевого пространства H-h=2,58-0,838 м

По таблице 3.14 [1] выбираю толщину рабочего слоя: δ₁=0,23 м.

В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки над уровнем расплава не должна превышать Т_нар=90 ºС. По таблице 3.13 [1] определяю плотность теплового потока от вертикальной стенки: qoc=984 Вт/м².

Температура внешней поверхности стенки равна температуре продуктов сгорания: Твн=Тпс=1457 ºС.

Для определения λ₁ задаёмся предварительно значением:

Т'₁=0,8*Твн=0,8*1457=1165,6 ºС;

Тогда:

Определяем уточнённое значение Т’’₁:

Относительная погрешность расчёта:

Повторяем расчет, приняв для определения λ₁ Т₁=Т''₁:

Сопоставляем расчетное значение Т'''₁ с принятым значением Т''₁:

Окончательно получаем:

Принимаем:Т₁=1356,18 ⁰С, λ₁=2,21 Вт/м*К, δ₁=0,23 м.

1.1.2 Расчёт 2-го теплоизоляционного слоя.

По приложению 14 с учетом таблицы 3.10 [1], принимаем к установке во втором ряду шамотный легковес ШКЛ 1,0(ГОСТ 5040-78) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=1400 °C; λ=0,33+35*10^-5T Вт/м*К;

Принимаем температуру на внешней границе второго слоя Т₂:

Т'₂=1150-50=1100 °C;

Коэффициент теплопроводности:

Толщина 2-го слоя:

Т.к. 0,195 не кратно 0,115 (стандартный размер о/у кирпича 230х115х65 мм) принимаем δ₂=0,23 м

Температура наружной поверхности 2-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Окончательно получаем:

Принимаем: Т₂=1077,56 ⁰С, δ₂=0,23 м, λ₂=0,76 Вт/м*К.

1.1.3 Расчёт 3-го теплоизоляционного слоя.

В качестве теплоизоляционного материала для третьего слоя по приложению 14 [1] принимаем шамотный ультралегковес ШЛ-0,4(ГОСТ 5040-78):

Тпр= 1150 °C; λ= 0,058+17,4*10^-5T Вт/м*К;

Рассчитаем коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Толщина 3-го слоя:

Т.к. 0,16 не кратно 0,115 принимаем δ₂=0,115 м

Температура наружной поверхности 3-го слоя:

Уточняем коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Уточняем температуру наружной поверхности 3-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Повторяем расчет:

Уточняем коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Уточняем температуру наружной поверхности 3-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Повторяем расчет:

Уточняем коэффициент теплопроводности 3-го слоя:

Уточняем температуру наружной поверхности 3-го слоя:

Относительная погрешность расчёта:

Окончательно получаем:

Принимаем: Т₃=491,42 ⁰С, δ₃=0,115 м, λ₃=0,1942 Вт/м*К.

1.1.4 Расчёт 4-го теплоизоляционного слоя.

Так как Т₃≠Тст₁(491,42≠90 ºС), принимаем решение использовать обмазку. По приложению 15 [1] выбираю в качестве обмазки перлитоцементные изделия марки 250(ГОСТ 21521-80) со следующими рабочими свойствами:

Тпр=600 ºС,λ₄ =0,087 Вт/мК

Принимаем: δ₄=0,0355 м

Для проверки правильности расчёта определяем плотность теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку, q и сраниваем её с принятым значением q:

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

Суммарная толщина верхней части стены:

dст₁= d₁+ d₂ +d₃ +d₄=0,23+0,23+0,115+0,0355=0,61 м