Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE




loading...



AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


AGREGATE SI INSTALATII TERMICE - Proiectarea unui cuptor de rafinare termica a cuprului de capacitate 400 t/zi.

Tehnica mecanica

+ Font mai mare | - Font mai mic








DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
Forta de tractiune la carlig
Dictionar – Aliaje
Tehnologia tratamentelor termochimice
Proiectarea de detaliu arborelui cotit
MODELAREA MATEMATICA A MASINII SINCRONE
Siguranta ungerii rotilor dintate
Modelul matematic de faza al transformatorului trifazat functionand in regim permanent
Constructia elementelor componente ale transmisiei hidraulice
Instalatii pentru gaurire si taiere cu ultrasunete
Caracteristici si regimuri de functionare ale masinilor de lucru

STIINTA si INGINERIA MATERIALELOR




Proiect de an la

AGREGATE SI INSTALATII TERMICE

Tema proiectului

Proiectarea unui cuptor de rafinare termica a

cuprului de capacitate 400 t/zi.

Cuprins:

Capitolul I

1. Resursele si productia de metale …………………………………………….……….

1.1..Tehnica extragerii si prelucrarii metalelor………………………………….………

Capitolul II

2.Tehnologii de obtinere a cuprului……………………………………………………….

2.1.Resurse de materii prime si caracteristici……………………………………………..

2.2.Tehnologii metalurgice de obtinere a cuprului……………………………………….

2.3.Rafinarea termica a cuprului……………………………………………………….

Capitolul III

3.Calculul de dimensionare al cuptorului……………………………………………….

3.1.Alegerea materialului……………………………………………………………….

3.2.Partile componente ale cuptorului………………………………………………….

3.2.Vatra cuptorului…………………………………………………………………….

3.2.1.Calculul vetrei cuptorului…………………………………………………………

3.2.2.Calculul baii metalice…………………………………………………………….

3.2.3.Stabilirea tipului de caramida folosit……………………………………………..

3.3.Peretii cuptorului…………………………………………………………………….

3.4.Bolta cuptorului…………………………………………………………………….

3.4.1.Calculul de dimensionare al boltii……………………………………………….

Capitolul IV

4.Procesul de ardere al combustibililor………………………………………………..

4.1.Combustibili……………………………………………………………………….

4.2.Calculul arderii combustibilului…………………………………………………..

4.3.Calculul temperaturii calorimetrice……………………………………………….

Capitolul V

5.Bilantul termic al cuptorului……………………………………………….

5.1.Calculul caldurilor intrate in cuptor…………………………………………………

5.2.Calculul caldurilor iesite din cuptor……………………………………………….

CAPITOLUL I

1. Resursele si productia de metale

Descoperirea metalelor a reprezentat un pas important in istoria civilizatiei umane. De-a lungul anilor tehnologiile de extragere, rafinare si prelucrare a metalelor au cunoscut perfectionari importante reusindu-se astfel valorificarea metalelor din materii prime din ce in ce mai sarace in metal util din punct de vedere al extractiei.

In principal metalele se gasesc in minereurile din scoarta terestra, dar se gasesc si in apa de mare sau in nodulii oceanici sau marini care reprezinta resurse importante de metale pentru viitor.

Spre exemplu, magneziul poate fi extras din apa de mare, iar Mn, Ca, Mo, Fe si Cu pot fi obtinute prin prelucrarea nodulilor oceanici. Cele mai raspandite elemente din scoarta terestra sunt Al, Fe, Ca, Na, Mg si Ti in diferite proportii: Al=7,51%; Fe=4,7%; Ca=3,39%; Na=2.64%; Mg=1.94% etc. In zacamintele naturale metalele se gasesc sub forma de sulfuri sau oxizi si mai rar in forma nativa.

1.1. Tehnica extragerii si prelucrarii metalelor

In tehnologia de extragere a metalelor prima etapa o constituie prepararea minereurilor prin operatiile metalurgice cum sunt: concasarea, clasarea si concentrarea minereurilor prin flotatie pentru obtinerea concentratelor cu un continut ridicat de metale utile. Minereurile cu granulatie fina sunt supuse aglomerarii, brichetarii sau politizarii in vederea cresterii mecanice si porozitatii precum si a maririi granulatiei.

A doua etapa consta in extragerea metalelor sau aliajelor din concentrate prin procedee pirometalurgice sau electrometalurgice urmata de rafinarea acestora.

A treia etapa cuprinde deformarea plastica a acestora prin laminare, forjare si extroziune, precum si turnarea in piese si tratamentul termic sau termochimic al acestora.

CAPITOLUL II

2. Tehnologii de obtinere a cuprului

2.1. Resurse de materii prime si caracteristici

Principalele tari cu rezerve insemnate de minereuri cuprifere sunt:

- S.U.A.: 2600 mil. tone minereu cu 0,25-11,5% Cu;

- Canada : 100 mil. tone minereu cu 0,5-9% Cu;

- Chile: 300 mil. tone minereu cu 1,35-3,5% Cu;

- Polonia: 200 mil. tone minereu cu 2% Cu.

In tara noastra rezervele importante de cupru se gasesc in bazinul Maramuresului, in Moldova Noua, Rosia Poienii, Lesu Ursului etc.

Cuprul este un metal care cristalizeaza in sistem CFC si care are urmatoarele proprietati:

- greutate atomica 63,57;

- densitatea la 20o C 8,94 kg/dm3;

- temperatura de topire 1083o C;

- temperatura de fierbere 2325o C

- vascozitatea la 1145o C - 0,0341 p;

- conductibilitatea termica la 20o C 3,87/cm∙sec∙grad C;

- conductibilitatea electrica la 20o C 0,594∙10-6-1∙cm-1.

2.2.Tehnologii metalurgice de obtinere a cuprului

Cele mai raspandite tehnologii de obtinere a cuprului din minereuri sulfuroase sunt:

a) Topirea in cuptor cu reverberatie (adica in cuptoare cu vatra si flacara);

b) Topirea in suspensie (tehnologia AUTOKUMPU si INCO);

c) Lesierea acida si amoniacala.

In practica prelucrarea concentratelor sulfuroase de cupru se realizeaza conform schemei tehnologice din figura 2.2.1.

La topirea pentru mata in prealabil concentratele de cupru se supun operatiei de uscare in doua trepte: dupa prima uscare rezulta un concentrat cu 5-6% apa, iar dupa treapta a doua de uscare rezulta un concentrat cu 0,1-0,2% apa care este apoi supus operatiei de topire cand rezulta:

- mata cu un continut de 40-70% Cu;

- zgura formata din oxizi cum sunt: FeO, SiO2, CaO, Al2O3, MgO etc.

Fig.2.2.1. Fluxul tehnologic de prelucrare a concentratelor

de cupru

Mata este un amestec de sulfuri de Cu2S si FeS in proportie de 80-90%, restul fiind PbS, ZnS, Ar2S3, Sb2S3 si mici cantitati de oxizi. Continutul de cupru din mata atinge 30-70% Cu.

Zgura este un amestec de oxizi de FeO, Fe3O4, SiO2, CaO in proportii de 80-90% restul fiind Al2O3, MgO, PbO, ZnO, Cu2O si mici cantitati de sulfuri. Convertizarea consta in insuflarea aerului sau a oxigenului in mata lichida pentru oxidarea totala sau partiala a sulfurilor de cupru in vederea realizarii conditiilor optime a operatiei de topire cu reactie in urma careia rezulta cupru lichid sau cupru negru de convertizor. Produsele convertizarii sunt: cupru de convertizor, zgura, gazele tehnologice si prafurile volatile. Cuprul de convertizor contine 97 - 98% Cu si Pb, Zn, Ar, Sb ca impuritati. Rafinarea electrolitica are ca scop obtinerea cuprului electrolitic de puritate ridicata 99,999% Cu si recuperarea metalelor nobile si rare (Au, Ag, Se, Te, In, Pd etc).

Produsele rezultate din operatii de rafinare electrolitica sunt cuprul electrolitic si namolul anodic, acesta din urma fiind prelucrat prin operatia de afinare in vederea extragerii aurului si argintului.

2.3. Rafinarea termica a cuprului

Cuprul negru de convertizor contine o serie de impuritati care influenteaza negativ proprietatile fizico-mecanice si electrice ale acestuia. Dintre aceste impuritati se remarca Ar, Sb, Fe, Bi, Zn, Pb precum si metale nobile si rare (Au, Ag, Se, Te, Pd, Pt, In etc). Rafinarea termica se desfasoara in cuptoare cu vatra sau rotative si procesul are la baza doua operatii respectiv topirea oxidanta a cuprului prin insuflarea aerului tehnologic in baia metalica urmata de procesul de dezoxidare (persaj). Schema tehnologica de rafinare termica a cuprului este redata in figura 2.3.1.

Fig.2.3.1 Schema tehnologica de rafinare termica a cuprului

Cuptoarele cu vatra pentru rafinarea termica a cuprului au capacitati de prelucrare care pot ajunge pana la 400t/zi si durate ale procesului de rafinare de 12 pana la 20 ore. Temperatura procesului in perioada de topire poate atinge 1500o C, iar in perioada de dezoxidare si turnare anozi este cuprinsa in intervalul 1250-1350o C. La insuflarea aerului in baia metalica prin intermediul lancilor de insuflare din otel au loc urmatoarele reactii:

2Cu+½O2=Cu2O

Cu2O+Me'=2Cu+Me'O

in care, Me' reprezinta impuritatile cu afinitate mai mare fata de oxigen decat cuprul (Ar, Sb, Fe, Zn, Pb, Bi etc.). Continutul de O2 la sfarsitul operatiei de oxidare este practic de 0,9 – 1%. La temperatura de 1150 – 1200o C o parte din impuritati se zgurifica prin adaos de fondanti cum este cuartul sau calcarul, iar o parte trece in prafuri volatile in special Ar2O3 si Sb2O3. Dupa evacuarea zgurii are loc operatia de dezoxidare cu lemn de mesteacan sau gaze reducatoare (CH4, NH3, propan, butan). Cuprul astfel obtinut este evacuat printr-un orificiu situat in peretele longitudinal al cuptorului opus peretelui in care se afla usa de alimentare a cuptorului.

Turnarea cuprului in anozi se realizeaza prin intermediul unui jgheab de turnare, iar de aici pe masa de turnare tip carusel care dupa solidificare sunt preluati de un mecanism extractor si se introduc in bazinul de racire (cu apa).

Compozitia chimica a cuprului rafinat termic are la baza cuprul 99,96%; Se 0,05%; Te 0,1%; Ar 0,08%; Sb 0,01%; Bi 0,008%; Pb 0,1%; Fe 0,07%.

Anozii turnati din cupru au caracteristicile din tabelul urmator:

Tabelul 1

Dimensiuni [mm]

Suprafata

[m2]

Greutatea

[kg]

L

l

g

Zgura de rafinare termica reprezinta 2 – 3% din greutatea cuprului si contine aproximativ 20 – 40% Cu, fiind ulterior recirculata in procesul de convertizare, iar gazele care rezulta de aici sunt supuse desprafuirii in camera de desprafuire (cicloane montate in amonte de filtrele electrice), iar apoi trec in filtrele electrice iar gazele desprafuite trec mai departe la cosul de dispersie.

CAPITOLUL III

3. Calculul de dimensionare al cuptorului

Cuptorul de rafinare termica cu vatra este un agregat termic in care au loc operatiile metalurgice respectiv operatia de oxidare a baii metalice cu ajutorul aerului tehnologic si operatia de reducere cu ajutorul lemnului de mesteacan, CH4, NH3, propan, butan.

Elementele constructive de baza ale cuptorului sunt:

1) Fundatia cu rol de a prelua fortele de greutate ale intregii constructii a carui forma este in functie de constructia si dimensiunile cuptorului ;

2) Armatura sau constructia metalica se sprijina pe fundatie si este realizata din profile metalice si tabla. Rolul acesteia este de a prelua eforturile care apar la dilatarea captuselii refractare si rol de suport pentru instalatiile auxiliare ale cuptorului.

3) Captuseala cuptorului este formata din vatra, pereti si bolta si se executa din caramida refractara asezata in diferite pozitii si anumite succesiuni.

3.1. Alegerea materialului

La constructia cuptorului un punct cheie il constituie materialele refractare si folosirea rationala a acestora.

La alegerea materialului trebuie sa se tina cont de urmatoarele aspecte :

a) Conditiile la care sunt supuse materialele refractare: rezistenta la temperaturi inalte, rezistenta la compresiune, inmagazinarea caldurii, rezistenta la soc termic, uzura mecanica, durata de viata;

b) Se recomanda pe cat posibil folosirea caramizilor standardizate;

c) Materialele refractare nu se depoziteaza in aer liber si se procura de la acelasi producator;

d) Caramizile nu trebuie sa fie lovite si cioplite.

*

* 3.2. Partile componente ale cuptorului

3.2.A. Vatra cuptorului

Vatra se executa direct pe fundatie sau se interpune intre vatra si fundatie, profile laminate peste care se aseaza tabla din otel pentru a preveni supraancalzirea partii superioare a fundatiei. La constructia vetrei se folosesc materiale din cromomagnezit si samota foarte densa deoarece au rezistenta la compresiune buna, refractaritate mare si reactioneaza foarte slab intre ele la contactul direct.

3.2.1. Calculul vetrei cuptorului

Cuptoarele cu vatra pentru rafinare termica au capacitati de prelucrare care pot ajunge pana la 700t/zi.

Aria vetrei (A) respectiv latimea (B) si lungimea (L) se determina in functie de capacitatea cuptorului (C):

A=LxB=, [m2](1)

in care, C este capacitatea de prelucrare a cuptorului;

- densitatea topiturii;

k - coeficient care tine seama de abaterea spatiului de lucru = 0,80,87;

hm – inaltimea medie =0,40,8m;

=1,53,5 (2)

Densitatea topiturii () este in functie de temperatura si este redata in tabelul urmator:

Tabelul 2

[t/m3]

T,[OC]

Pentru calcule am ales k=0,85, =7,78 la temperatura de 1400o C, hm=0,8 m , C=400t/zi. ffff

Durata unui ciclu de rafinare termica este de 15 ore si prin urmare capacitatea va fi:

C==16,66 t/h

iar capacitatea reala va fi:

Cr=C, x15

Cr=16,6x15=249,9 t/h

Revenind la relatia (2) avem:

=2 L=2B

A=LxB A=2B2B=

L=2

A= =34,12 m2

A=34,12 m2

L=2B; L=2x4,13=8,26 m   

L=8,26 m

B===4,13 m

B=4,13 m

3.2.2. Calculul baii metalice

Adancimea maxima a baii metalice se stabileste in functie de forma acesteia. Baia metalica este formata dintr-un ansamblu de 3 sau 5 corpuri geometrice in functie de capacitatea cuptorului, de conditiile de amplasare in sectie etc. Baia metalica este construita dintr-un paralelipiped, doua prisme si doi segmenti de cilindru.

Volumul total va fi:

Vt=V1+2V2+2V3, [m3]

iar inaltimea maxima:

hmax=h1+h2+h3, [m]

Calculul paralelipipedului

Vt = L∙B∙hm, [m3]

Vt = 8.26 x 4.13 x 0.8=27.29 m3

Vt = m3

V1 = L·B·h1 h1 = , [m]

Calculul prismei



Unghiul are valori intre 1,2 2o.

Am ales pentru calcul =1,5o.

tg 1,5o=0,026

tg = h2 = ∙tg

h2 = m

h2 = 0,10 m

V2 = ∙B

V2 = m3

V2 = 1,70 m3


Calculul segmentului de cilindru

h3 = r-a [m]

V3=L′· ; [m3]

L′=h22+

n - numặrul de laturi

n=3

sin

sin30o=

2r=2B

r=B

r=4,13 m

a2=r2-

a2=4.132 - =17.05 – 4.26 = 12.79 a=3,57 m

h3=r-a

h3=4,13-3,57=0,56 m

h3=0,56 m

L′2=

L′=4,13 m

V3=L′, [m3]

V3=

V3=4.13 x 1.55

V3=6,40 m3

Vt=V1+2V2+2V3

V1=V-2V2-2V3

V1=27.29 – (2 x 1.7 + 2 x 6.40) = 27.29 – 16.2

V1=11,09 m3

h1=

h1=

h1=0,32 m

Vt=11.09 + 2 x 1.7 + 2 x 6.4 =11.09+3.4+12.8 m3

hmax=h1+h2+h3

hmax= m

3.2.3.Stabilirea tipului de caramida folosit

Pentru constructia vetrei cuptorului am ales caramida de cromomagnezita tip pana pentru primele doua straturi si caramida de samota pentru cele doua straturi din mijloc, iar pentru stratul din exterior material izolator si anume diatomit.

Caramida tip pana are formatul de baza conform STAS-131/91 L6 cu urmatoarele caracteristici:

l=230 mm

b=114 mm

g=67 mm

g1=61 mm

R=2415 mm

V=1,68 dm3

g


gr


b L6

l

g1

Fig.4

 
R

g1

 


R – raza cercului interior prin inzidirea cu un rost de 2 mm pentru obtinerea unei curburi corespunzatoare a vetrei

1o. Calculul arcului interior al vetrei

a=

a= = m

a=4,32 m

2o. Calculul arcului mediu al vetrei

am=

am=m

am=4,56 m

rm=r+0,23m= m

3o. Calculul arcului exterior al vetrei

ae=

re=r+0,46=4.13 +2 x 0.23 = 4.59 m

ae=m

ae=4,80 m

r – raza exterioara (a se vedea calculul elementului de cilindru)

rm=r+0,23m

re=r+0,46m

4o. Calculul numarului de caramizi din primul strat al vetrei

n1=

in care a este arcul interior al vetrei

d – dimensionarea rostului, d=0,002 m=2 mm

g1 – piciorul caramizii, g1=0,061 m=61 mm

n1=bucati

5o. Calculul numarului de caramizi din al doilea strat al vetrei

n2=

n2=bucati

   

3.3. Peretii cuptorului

La construirea peretilor cuptorului se acorda o atentie deosebita rostului de dilatatie. Distanta intre aceste rosturi nu trebuie sa depaseasca 4 – 6 mm. Latimea rostului se calculeaza pe baza coeficientului de dilatatie si a temperaturii care exista in cuptor.

In cazul cuptoarelor cu dimensiuni mari trebuie prevazute rosturi de dilatare care se pot executa usor prin practicarea din 3 in 3 m a unui strat de 5mm din polistiren expandat care la incalzirea cuptorului arde si se creeaza astfel rostul.

La constructia peretilor trebuie avute in vedere caracteristicile materialelor refractare utilizate la constructia vetrei fapt pentru care am optat pentru folosirea caramizilor de cromomagnezita, samota si diatomit.

Ordinea de inzidire este redata in figura de mai jos:

 

Conform STAS 131/91 caramida de samota are forma rectangulara cu urmatoarele dimensiuni:

d=2 mm

l=250 mm

g=64 mm

b=124 mm

V=1,98 dm3; V=l·b·g

Latimea peretelui va fi:

lt= l+g+b+2d

lt=250+64+124+2∙2=442mm

3.4. Bolta cuptorului

Bolta este partea cea mai importanta si cea mai expusa la coroziune chimica si socuri termice. Bolta se sprijina pe caramizile de reazem, iar acestea pe constructia metalica constituita din tiranti legati intre ei prin ancore. La alegerea caramizilor pentru bolta, trebuie avut in vedere inaltimea H a spatiului de lucru.

H==

Vt= Vmat= m3

H=m

La constructia boltii se recomanda folosirea caramizilor de silica bine arse care formeaza o glazura de cristobalit ceea ce confera o rezistenta pana la temperatura de 1700o C.

Din standard am ales caramida de silica 2LG.

g


gr


b L6

l

g1

R

Fig.7

 

d=2 mm – rost de inzidire

l=250 mm

b=124 mm

g=67 mm

g1=61 mm

R=2625 mm

V=1,98 dm3

3.4.1. Calculul de dimensionare al boltii

1o.Calculul sagetii boltii

f=(0,0080,12) B

f – sageata boltii

B – latimea spatiului de lucru (egala cu diametrul)

Am ales f=0,10 B

f=0.10 x 4.13 = 0.413 m

Fig.8

 


2o. Calculul razei interioare a boltii

ri=

ri= m

ri= m

Fig.9

 




g1 – grosimea boltii

g1=61mm=0,061m

3o. Calculul razei medii

rm=ri+

rm=m

rm=5,39 m

4o. Calculul razei exterioare

re=ri+g1

re= m

re=5,421 m

5o. Calculul unghiului de racordare

sin

φ = 2arcsin ; 2arcsin 22.50

6o. Calculul arcului interior al boltii

ai=

ai = = m

ai=4,2 m

7o. Calculul arcului mediu al boltii

=

am = = m

am=4,23 m

8o. Calculul arcului exterior al boltii

ae=m

ae=4,25 m

9o. Calculul numarului de caramizi dintr-un sir al boltii

n=

n=bucati

10o. Dimensionarea umerilor pentru bolta (caramizile de reazem)

64

 

cos a=0,92·250=230 mm; a=230 mm

sin b=0,38∙250=95 mm; b=95 mm

sin; cos

c=lt-b; c= mm;

c= mm

lt – latimea peretelui

11o. Calculul greutatii unui sir de caramizi al boltii

G=am·l·b··g [kg m/s2]

in care am este arcul mediu al boltii

l – latimea caramizii (l=250 mm)

b – lungimea caramizii (b=124 mm)

g – acceleratia gravitationala (g=9,8m/s2)

- densitatea caramizii de silica (1800kg/m3)

G=4.23 x 0.25 x 0.124 x 1800 x 9.8 = 2313 kg/s2; G=231,3 daN

12o. Calculul efortului de impingere laterala

H= [daN]

in care G este greutatea unui sir de caramizi al boltii .

Se calculeaza H′-efortul luat in calcul cu relatia:

H′=k·H

in care k este coeficient de siguranta care depinde de temperatura de lucru din cuptor, respectiv, pentru: t=10001100oC k=2,5

t=11001200oC k=3

t=13001400oC k=3,5

Intru-cat temperatura de rafinare termica a cuprului este de 1350o C am ales k=3,5.

H= daN

H′=k∙H

H′ - efortul luat in calcul

H′=3.5 x 282.05= 987.175 daN

H daN

G

 

Fig.11

 

13o. Calculul tirantilor si a stalpilor de sustinere

 

c=f-sageata boltii

 


cos

x=250 x 0.92mm

x= mm

h=h1+h2

h1=a+b+c-x

h1= =508 mm

h2=h-h1

h2= m

14o. Calculul reactiunilor si a momentului incovoietor

Pentru calculul reactiunilor se calculeaza eforturile unitare si forta taietoare.

 


1o.Calculul reactiunilor

VA·h-H'·h2=0 VA=

VA= daN

-VB·h+H'·h1=0    VB=

VB= daN

2o. Calculul fortelor taietoare

TA=VA= daN

TB=VA-H'+VB

TB=

3o. Calculul momentului incovoietor.

MA=0

MB=0

MC=VA·h1

MC=475.45 x 0.508 = 241.52daN/m

Mmax=MC

Obs. : tebuie sa fie mai mare decat eforturile unitare care iau nastere in piesa pe care o dimensionam. Valoarea sa de multe ori este mai mica decat valoarea limita ceea ce conduce la pericolul de incovoiere a grinzii care ar scoate grinda din uz. Pentru aceasta se ia in considerare un coeficient de siguranta care se determina cu relatia :

c=

in care este limita de rupere sau limita de curgere

In acest caz reprezinta limita de rupere si are valori intre 5070 daN/mm2.

c=3-4 (la incovoiere)

=5070daN/mm2 pentru OL60

Luam cel mai mare=70 daN/mm2 si c=4.

daN/mm2=1750 daN/cm2

Wnec=

Wnec=cm

15o. Calculul tirantilor

Tirantii sunt confectionati din OL60 si pot fi bare pline cu sectiune circulara filetate la ambele capete pentru prindere cu filet.

Pentru dimensionarea tirantilor pentru OL60 rezistenta la intindere, incovoiere si compresiune este cuprinsa intre 12001800 daN/cm2.

Pentru calcul am ales =1750 daN/cm2.

= 

in care As este aria sectiunii barei

d=cm

d=8,35 cm

Capitolul IV

4.Procesul de ardere a combustibililor in cuptorul de rafinare termica a cuprului

4.1.Combustibili

Cu exceptia agregatelor si instalatiilor de incalzire electrice, producerea caldurii necesare pentru preancalzirea, incalzirea si topirea metalelor se efectueaza prin arderea combustibililor.

In functie de tipul cuptorului acestia pot fi: solizi, lichizi si gazosi.

In practica se utilizeaza combustibili gazosi si lichizi cu urmatoarele avantaje:

- transport comod pe conducte sub presiune;

- permit o ardere cu exces scazut de aer deoarece aerul si gazul se pot amesteca foarte bine;

- posibilitatea repartizarii degajarii de caldura pe mai multe arzatoare;

- posibilitatea reglarii formei flacarii dupa geometria cuptorului;

- reglarea comoda a procesului de ardere;

- lipsa totala de cenusa in cazul combustibililor gazosi.

Datorita acestor avantaje am optat pentru folosirea gazului metan.

Puterea calorica inferioara a gazului metan este :

Hi=8000 kcal/Nm3

4.2.Calculul arderii combustibilului

Calculul procesului de ardere a combustibililor in cuptoare consta in determinarea cantitatii de aer necesar intretinerii arderii, a cantitatii si compozitiei gazelor rezultate in urma arderii, a caldurii degajate si a temperaturii de ardere.

Arderea gazului metan are loc conform reactiei :

CH4+2CO2CO2+2H2Ov

Conform acestei reactii la 1 m3 de CH4 folosim 2 m3 de oxigen din care rezulta 1 m3 de CO2 si 2 m3 de H2Ov.

1o. Calculul volumului de aer necesar:

Vaer=VN2+VO2

Conform reactiei de ardere a gazului metan VO2=2m3

Aerul contine 21% oxigen, 78% azot si 1% alte gaze.

VN2 = = ;

Vaer = 7.52 + 2 = 9.52 ;

2o. Calculul volumului real de aer:

Va.r=Vaerα

in care α este coeficient de exces de aer ; α

Pentru calcul am ales α

Var=9.52 X 1.12 = 10.66 m3N

3o. Calculul volumului real de oxigen:

VO2.r= VO2α

VO2.r=2x1,12=2,24 Nm3

4o. Calculul volumului real de azot:

VN2.r=VN2=7,52 Nm3

5o. Calculul volumului real de dioxid de carbon:

VCO2.r=VCO2

VCO2.r=1,12 Nm3

6o. Calculul volumului real de vapori de apa:

VH2O.v.r=VH2O

VH2O.v.r =2x1,12=2,24 Nm3

7o. Cantitatea teoretica de gaze de ardere:

Vg.t.=VN2+VCO2+VH2O(V)+VO2

Vg.t.=7,52+1+2+2=12,52 Nm3

Vg.t.= 12,52 Nm3

8o. Cantitatea reala de gaze rezultate in urma arderii:

Vg.r.=VN2r+VCO2r+VH2O(V)

Vg.r.=7,52+1,12+2,24=10,88Nm3

9o. Compozitia procentuala a gazelor de ardere:

CO2 = = %

O2 = = %

H2O(V) = = %

N2 =

Volumul total de gaze de ardere este de 99,98 % restul de 0,02 fiind alte gaze de ardere.

10o. Compozitia procentuala a gazelor rezultate in urma arderii:

N2 = ;

CO2 = ;

H2O(V) = ;

Volumul total de gaze este de 99,98 % restul de 0,02% fiind alte gaze de ardere.

4.3. Calculul temperaturii calorimetrice

Se numeste temperatura calorimetrica (temperatura teoretica de ardere) temperatura pe care o au produsele arderii cand ele dezvolta caldura totala de ardere.

Puterea calorifica inferioara a gazului metan: Hi=33488 KJ/Nm3

1kcal=4,186 KJ    Hi=8000 kcal/Nm3

110. Calculul temperaturi calorimetrice:

tC= tC=oC

unde:

tc este temperatura calorimetrica

Hi este puterea calorifica inferioara a combustibilului

Vg.t. - volumul teoretic al gazelor de ardere

Θp este caldura specifica medie

La temperatura t>1500o C apare in mod intens fenomenul de disociere a continuturilor de dioxid de carbon in monoxid de carbon si oxigen si a vaporilor de apa in hidrogen si oxigen din gazele de ardere, prin aceasta disociere scade temperatura de lucru in cuptor.

Pentru intervalul de temperatura 1200 - 1500o C caracteristic procesului de rafinare termica a cuprului si un exces de aer =1,12 vom avea :

Tabelul 3

t

[0C]

[Kcal/molxgrad]

tc



tr

1200

1.15

0.37

1726

638.97

1300

1.15

0.374

638.975

1400

1.15

0.377

1694

638.977

1500

1.15

0.381

1677

638.575

unde tr este temperatura reala de ardere

η - indice pirometric cu valori inte 0,7-0,75

Capitolul V

5.Bilantul termic al cuptorului

5.1.Calculul caldurilor intrate in cuptor

1o. Caldura produsa de arderea combustibilului.

Q1==BxHi [Kcal/h]

in care Hi este puterea calorifca inferioara a combustibilului

B - consumul orar de combustibil

Q1=8000·B kcal/h

B se determina din bilantul termic al cuptorului

Qi=Ql Qi=Q1+Q2+

Ql=Q1+Q2+

2o. Caldura produsa de aerul preincalzit

Q2=ca·t·vaer·α·B [Kcal/h]

in care ca este caldura specifica a aerului 1310 KJ/Nm3·gradK=0.312 Kcal/Nm3·0K=

=313 Kcal/Nm3·0K

va este volumul de aer teoretic necesar Vaer=9052 Nm3

t este temperatura aerului preancalzit 2000c

α este coeficientul de exces de aer (α

Q2= B x 313 x 200 x 9.52 x 1.12 = B x 666064

Q2= B x 666064 kcal/h

3o. Caldura rezultata din reactiile exoterme

Q3=qex·a·P [Kcal/h]

in care qex este caldura specifica de oxidare a Cu

qex=643 Kcal/Kg

a este procentul de metal oxidat y =2% ; y=0.02Kg oxid de Cu/Kg metal

P este productia orara a cuptorului

P=p·A [t/m2·24h]

p este productivitatea cuptorului 7t/m2·24ore

A este aria vetrei cuptorului A= m2    P=7000 x 34.12 = 238840

Q3=643 x 0.02 x 238840=3071482 kcal/h

4o. Caldura introdusa de cuprul lichid

Q4=C·cp·t [ Kcal/h]

in care C este cantitatea de Cu introdusa in cuptor C= t/h [kg/h] C=34666t/h

cp este caldura specifica a Cu lichid la 11000C cp=0.102 Kcal/Kg·grad

Q4=26666 x 0.102 x 1100=2991925 [kcal/h]

Cantitatea de caldura introdusa in cuptor va fi Qi=Q1+Q2+Q3+Q4.

5.2. Calculul caldurilor iesite din cuptor

1o. Caldura necesara incalzirii cuprului lichid de la 11000C la 13000C

Q5= [Kcal/h]

in care ∆t este diferenta intre t2 si t1

C este capacitatea cuptorului

cP este caldura specifica a cuprului la 11000C cP=0,1002 Kcal/kgּgrad

este timpul de incalzire al materialului si se determina cu formula lui Nait

=(7+0,05S)S

S reprezinta grosimea statului de metal exprimata in cm, adica S=hmax

=(7 + 0.05 x 98) x 98 = 1166 min = 19.4 h ;

Q5= [kcal/h]

2o. Caldura antrenata de gazele arse

Q6=B∙Vgr ∙t∙ [kcal/h]

in care Vgr este volumul de gaze rezultate Vgr=10,78 Nm3

t este temperatura de evacuare a gazelor t=10000 C

este caldura specifica medie a gazelor evacuate

=++ [ kcal/Nm3 k]

=0,53 kcal/Nm3 k

=0,4 kcal/Nm3 k

==0,33 kcal/Nm3 k

=1,26 kcal/Nm3 k

Q6= B x 10.88 x 1000 x 1.26 kcal/h]

3o. Caldura evacuata prin zidaria cuptorului

Q7=QV+QP+Qb

V- vatra

P – perete

b-bolta

QV=A [kcal/h]

A este aria vetrei cuptorului

TI este temperatura suprafetei interioare a cuptorului

Te este temperatura suprafetei exterioare

t este durata unui ciclu de functionare    t=15 h

-grosimea fiecarui strat de caramida din vatra [m]

=0,46m -grosimea caramizii de cromomagnezita

=0,192m -grosimea caramizii de samota

=0,128m -grosimea caramizii de diatomita

este conductibilitatea termica

=1,86 kcal/m h grad

=1,09 kcal/m h grad

=0,1 kcal/m h grad

tI=14800C=17530K

te=600C=3330K

QV=34.12 x =846681[kcal/h]

QP=S [kcal/h]

S este aria peretelui

TI este temperatupa interioara a peretelui

Te este temperatura exterioara a peretelui

S=

h=H-(h2+f)

h=2,40-(0,14+0,54)=1,72 m

S=5,43x1,72=9,33m2

H este inaltimea spatiului de ardere

f este sageata boltii

h2=0,14 m

QP=14.8 x [kcal/h]

Qb=Sb [kcal/h]

Sb este aria boltii

Sb= Sb=8.26 x 4.2 = 34.7 m2

a este arcul interior al boltii

L este lungimea boltii

este grosimea boltii

=1,68 kcal/m h grad pentru caramida de silica

Qb=34.7 x= [kcal/h]

Q7= [kcal/h]

4o. Caldura antrenata de zgura

Q8=Gzg czg tzg [kcal/h]

in care Gzg este greutatea zgurii

czg =0,3 kcal/kg grad

tzg =11000C

-zgura reprezinta 3% din greutatea cuprului Gzg=7.78 x 27,29 x 0.03 = 6.37 N

m=

Q8=6370 x 0.3 x 1100

Q8 = 212100 Kcal/h

5o. Pierderi de caldura prin radiatie

Q9=c0S ф [kcal/h]

in care c0 este coeficient de radiatie c0 =4,96 la 1400oC

ф este coeficient de diafragmare ф

este fractiunea de timp cat este deschis orificiul (ore) =2,5 h

S este suprafata orificiilor de evacuare a topiturilor

Pe peretele frontal al cuptorului exista orificii de evacuare a zgurii, iar pe peretele longitudinal exista orificii de evacuare a topiturii.

Avem 3 orificii:

-Sev zg=0,5x0,4=0,2 m2

Forma dreptunghiulara L=0,5 m

B=0,4 m

S sarja= m2

Spersaj=3,2 m2

S= Sev zg + Spersaj + Salim sarja = m2

T este temperatura spatiului de lucru 0K T=1300+273=15730K

Q9=c0( Sev zg + Spersaj + Salim sarja [kcal/h]

Q9=4.96 x x 3.76 x 0.7 x 2.5 [kcal/h]

Qi=Qe

Qe=Q5+Q6+Q7+Q8+Q9

Qe=

Qi=

B=6.5 Nm3/h CH4 (gaz metan)

NR. CRT.

Qi , [Kcal/h]

NR. CRT.

Qe , [Kcal/h]

Q1

52000

Q5

262780

Q2

4329416

Q6

89109

Q3

3071482

Q7

6038163

Q4

2991925

Q8

2102100

Q9

1998124

TOTAL

10444824

TOTAL

10490276

%Q1= Q5=2,5 %

Q1=0,49 % Q6= 0,84 %

Q2=41,45 %    Q7=57,55 %

Q3=29,4 %    Q8=20,03 %

Q4=28,6 %    Q9=19,04 %

 

Fig.18. Diagrama SANKEY



loading...






Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1531
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2020 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site