 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Перспективы развития воздухонагревателей
Содержание Лист 1 Теоретическая часть 1 1.1 Перспективы развития воздухонагревателей 3 2 Специальная часть 2.1 Расчет горения топлива 6 2.2 Расчет геометрических размеров воздухонагревателя 10 3 Охрана окружающей среды 23 Список используемых источников 25
1.
Перспективы развития воздухонагревателей Воздухонагреватели необходимы для подачи горячего воздуха в доменную печь . Эти регенеративные теплообменники впервые были использованы в ХIХ в.: Эдуард Альфред Каупер В 1857 г. Представил заявку на патент дутья , прототип воздухонагревателя. С того времени система горячего дутья подвергалась многочисленным усовершенствованиям и превратилась в систему горячего дутья, характеризующуюся высокой эффективностью . Новые конструкции воздухонагревателей постоянно совершенствуются , и поиски возможностей снизить капитальные и эксплуатационные расходы и сократить выброс СО в наших конкурентных областях промышленности и в связи с ужесточением законов об окружающей среде будет продолжаться. Современные исследования и разработки также включают оптимизацию систем рекупераций тепла от ходящего газа и связанные с этим более высокие температуры отходящего газа . Критичные компоненты конструкции воздухонагревателей включают керамическую горелку, поднасадочное устройство и насадку. Насадки сохраняет тепло временно, в период фазы “газовый цикл”, и высвобождает тепло в холодном дутье во время фазы “ цикл дутья”. Выполняется из высокоглиноземистого или динасового футеровочного материала для противостояния высоким температурам, ползучести, цикличным температурным воздействиям и так далия. Раньше отверстия для выхода газа засорялась отложениями и сажей, при этом снижалось эффективность насадок. В настоящее время применяют отверстия меньшего диаметра, поскольку газоочистительные установки гарантируют чистые газовые горючие вещества. Однако для насадок с более мелкими отверстиями для прохождения газов приходится принимать во внимание более высокий перепад температуры. Меньшая толщина стенок достигается за счет усовершенствований процесса изготовления.
Керамическая горелка.Воздухонагреватель можно разделить на три группы в зависимости от типа конструкции горелки: встроенная , выносная и в куполе. В прошлом использовались механические горелки, но большинство из них было заменено на современные керамические. Новые воздухонагреватели всегда включают керамические горелки вместо механических, что обеспечивает их долгий срок службы. К характерным свойствам горелок относятся мощность, стабильность, выброс СО и чувствительность к пульсациям. Для определения и оптимизации характеристик сгорания проводится многочисленные серьезные исследования: компьютерное моделирование, лабораторных и промышленные эксперименты и измерения. Срок службы керамических горелок сегодня составляет как правило, больше 15 лет, что возможно также и благодаря использованию более высококачественных футировочных материалов и улучшенному контролю технологического процесса. Более того, пульсации и вибрации были устранены, и современная керамическая горелка позволяет использовать различные составы газов обогащение кислородом. В перспективе керамические горелки должны справляться с газами любого состава при разных скоростях и температурах, поскольку предварительный нагрев газа и воздуха будет общепринятой практикой и количество обогащающего газа сократиться. Это окажет влияние на скорости газа и воздуха и эксплуатационные качества керамических горелок. Будущие конструкции должны также гарантировать минимальные выбросы СО. Поднасадочные устройство– один из критичных (механических) компонентов воздухонагревателя – выдерживает высокие температуры, большие перепады температур и значительные механические нагрузки в верхней части устройства насадок. Обычно состоит из колонн, балок и решеток и выполнено из чугуна, имеющего более высокую прочность на растяжение, чем футеровочный материал. Недавние и современные исследования в перовую очередь концентрируются на уменьшение массы и сокращении себестоимости. Это может быть достигнуто путем изменения проекта и применения альтернативных материалов с улучшенными механическими свойствами и
Высокотемпературные материалы для поднасадочного устройства в наличии имеются, но механические свойства, позволяющие достичь высокого экономического эффекта, на всегда легко доступна. Особенно это касается высокотемпературных характеристик ползучести экономического чугуна, которые доступны редко из-за долгосрочных испытаний. Системы утилизации тепла отходящего газа улучшают общую эффективность системы горячего дутья и следовательно, энергетическую эффективность, поскольку тепло отходящего газа частично используется теплообменниками. Если температура на выходе из воздухонагревателя увеличивается, то возврат и вклад системы утилизации тепла отходящих газов. Это позволяет проектировать воздухонагреватели меньшего размера и внешние системы теплообмена большего размера. При этом если относительная себестоимость теплообменника ниже, относительная себестоимость воздухонагревателя, то капитальные затраты сократятся. Иногда тепло сгорания доменного газа оказывается слишком низкой, чтобы полностью отказаться от применения газа обогащения даже при использовании внешней системы утилизации тепла отходящего газа. Тогда можно воспользоваться дополнительной наружной горелкой доменного газа ( дополнительный нагреватель ) для создания дополнительного отходящего газа, необходимого для подогрева газа сгорания и воздуха до более высокой температуры. Возможно, что со временем воздухонагреватели будут оснащены внешними системами утилизации тепла отходящего газа, а существующие системы будут оснащены такими внешними системами утилизации отходящего газа, которые повышали бы эффективность системы в целом и исключали пременение газа обогощения.
Расчет горения топлива Исходные данные: W=25г/м3 Состав газа приведен в таблице 1 таблица 1 – Состав сухих газов в процентах, %
Решение: СН4 = 90,8 С2Н6 = 5,4 С3Н8 = 1,2 С4Н10 = 0,3 С5Н12 = 0,7 СО2 = 0,6 N2 = 1 Хн2о = 0,1242 * 25* Н2О = 0,1242* 25*0,97=3,03 Q = 127,7 Q=39798,1 кДж/м3
Определяем количество воздуха, необходимого для жигания топлива, по реакции горения состовляющих газов. СН4+2О2
 2СО2+3Н2О С3Н8+5О2 С4Н10+6,5О2 С5Н12+8О2 Таблица 3 – Расход воздуха и количества продуктов сгорания м3/м3
Материальный баланс СН4=16 С2Н6=30 С3Н8=44 С4н10=58
 0,58=26 N2=28 Н2О=18 Воздух О2=32 N2=28 Итого: 31778,5 кг Получено СО2=44 Н2О=18 О2=32 N2=28 Итого: 31778,5 кг
где – энтальпия,
Где
Итого: 3865,17
- Итого: 4053,2 Находим калориметрическую температуру при горении: tk = tk =2300+
2.2 Расчёт геометрических размеров воздухонагревателя
Исходные данные:
насадка выполнена из блочного кирпича со щелевыми каналами и горизонтальными проходами. Решение: Так как для топочных камер
Где
Принимая снижение температуры продуктов сгорания до поступления в насадку равным 3% от
Среднюю за период температуру дыма на входе из насадки примем равной
При начальной и конечной температурах энтальпия продуктов сгорания равна:
 =  2245,6=1595,72 Иного: 2532,34
Иного: 325,75 Согласно приложению Зададим величину падения температуры воздуха в течение воздушного периода
При котором энтальпия воздуха будет равна:
Расход продуктов сгорания находим из уравнения теплового баланса насадки: 0,95 Где 0,95 – коэффициент, учитывающий потери тепла в насадке.
Предварительно необходимо задаться временем между перекидками в дымовой трубе периоде Находится длительность воздушного периода по формуле:
Общая продолжительность цикла равна
Теперь определяем расход продуктов сгорания (
 = 74,04  Находим расход смешенного коксодоменного газа на воздухонагреватель:
Где
 - объём продуктов сгорания образующихся при сжигании единицы топлива, 
Расход воздуха на горение смешенного газа
Где
Предварительное определение поверхности нагрева насадки Тепло, затраченное на нагрев воздуха:
Среднелогарифмическая разность температуры:
Где
Примем скорость дыма равной
где
Средние за период температуры дыма и воздуха:
 = 750  Средние температуры верха и низа насадки в дымовом и воздушном периоде и за весь цикл:
По формулам
где
 =101,3кПа
Действительная скорость дыма находим по формуле:
где
Определяем коэффициент теплопроводности кирпича насадки: λ = 1,58+0,00038 где t– средняя температура верха и низа насадки, λ = 1,58+0,00038 λ =1,04+0,00015 λ =1,04+0,00015 данные значения приведены в таблице 5
Заимствуя значения коэффициента теплопроводности
где
 - живое сечение
Эквивалентная полутолщина кирпича находится по формуле:
Коэффициент аккумуляции находится по формуле:
где
Поскольку полученные значения коэффициента аккумуляции тепла Теперь можно найти значения суммарных коэффициентов теплоотдачи от дыма к воздуху по формуле:
где χ – суммарный коэффициент теплоотдачи для дыма и воздуха насадки,
Ş – толщина кирпича Для верха насадки:
61,67 Средний для всей насадки:
Поверхность нагрева находим по формуле: F = где F= Объём насадки: V =
V =
Общая площадь поперечного сечения насадки:
|
= 88,06 % [ 1 ]
= 3,02
[2]
кДж/м3
- физическая теплота сгорания, кДж/м3
– объём продуктов сгорания образующихся при сжигании единицы топлива, м3/м3
[3]
теплоёмкость воздуха 
- температура подогрева воздуха, 0C
= 
= 3988.6 
= 2300 0C
= 5746.39 
=4485,34 
= 3662,33 
= 2400 0С
3620,58 
- 
= 250 0С
= 1200 0С
=1.46
= 2,34
= 0,95 действительная температура продуктов сгорания равна:
= 
действительная температура продуктов сгорания, 0С
= 0,95 
=0,97 
= 250 0С
=3545,36 
=462,7 
=250 0С
энтальпия воздуха на входе в насадку при 
=250 равна 
=328,68 
= 100 0С Тогда средняя температура дутья на выходе из насадки в течение периода будет равна:
= 0,5 
- 
) 
= 
( 
- 
- время между перекидами в дымовой трубе (сек.)
= 360 сек (0,1ч).
= 
= 
= 2520 сек (0,7ч)
= 7200+360+2520 = 10080 (2,8ч)
)выраженный из формулы
= 
или 
= 
= 29,93 
= 
- объём воздуха образующейся при сжигании единицы топлива, 
29,93 
1,46 = 43,69 
= 
(1800,4 – 328,68) 
= 
– разница между температурами дымовых газов на входе и выходе в насадку, 
- разница средних температур на выходе из насадки дыма и дутья, 
= 
= 45,57 
=2,0 
. Скорость воздуха при нормальных условий будет равна:
- скорость дыма и воздуха соответственно, 
= 2,7 
= 
= 876 
= 
=1189 
= 
= 1000 
= 
= 1095 
= 
= 563 
= 
= 500 
= 
= 531 
= 
+ 
и 
+ 
= 
температуры верха и низа насадки в воздушном периоде, к
=273 к
= 8,5 
= 7 
= 8,5 
= 30,2 
= 
- температуры верха и низа насадки в дымовом периоде, к
= 
= 8,7
= 2 
=4,2
10 
к
и 
106 
конв
изл
и кинематический коэффициент вязкости 
воздуха из приложения 
необходимо учесть, что вязкость газов обратно пропорциональна давлению. Заимствовав из приложения 
вязкости необходимо разделить на: 354,5/101,3=3,5
, 
10-7
=34.69 
=0,3429 
= 0,43 
- удельная поверхность нагрева
- удельный объём
= 
= 
= 0,012
= 
- безразмерный критерий Фурье
= 
= 0,96 
= 
= 0,94
вся масса кирпича принимает участие в процессе аккумуляции тепла. В этом случае нет необходимости уменьшать его толщину и можно принять Ş=5,1 для низа насадки и Ş= 2,3 для верха.
= 
-гидравлическое сопротивление отверстия
- объёмная плотность верха и низа насадки, 
– теплоемкость, 
= = 45,78 
= 
=0,5 
+ 
)
(61,67+45,78)=53,7 
- тепло затраченное на нагрев воздуха, 
= 15152,74 
=436.8 
= 
=37,02 
= 
[28]
= 
= 107.9