Повышение энергоэффективности нагревательной печи
ВВЕДЕНИЕ
В металлургической промышленности широко применяются нагревательные печи, предназначенные для предварительного нагрева металлических заготовок перед их дальнейшей термической обработкой. Целью данной выпускной квалификационной работы является проектирование нагревательной печи с последующей установкой игольчатого рекуператора для повышения энергетической эффективности печи. В настоящее время печи работают с крайне низким коэффициентом полезного действия (КПД – далее), величина которого чаще всего не превышает 20-30%. Такие показатели зачастую обусловлены значительными потерями теплоты с уходящими дымовыми газами. Одним из методов повышения эффективности является частичный возврат тепла дымовых газов в рекуператор. В рекуперативных теплообменниках отходящие газы отдают свое тепло воздуху, идущему на горение. Подогретый воздух обеспечивает не только значительную экономию топлива, но и способствует ускоренному процессу нагрева металла в печи. В данный момент применяются различные виды металлических рекуператоров: пластинчатые, трубчатые и т.д. Наиболее распространенными являются игольчатые рекуператоры, так как использование игл на поверхности труб увеличивает удельную площадь нагрева. Для нагревательной печи и установленного на ней рекуператора был произведено вычисление всех необходимых параметров. Рассчитана экономическая эффективность проекта, спроектирована система автоматического контроля, регулирования и противоаварийной защиты.
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 6
1.1 РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР 6
1.2 ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ 10
1.3 РАСЧЕТ ВНЕШНЕГО ТЕПЛООБМЕНА В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ПЕЧИ 12
1.4 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕЧИ 15
1.5 ПРИХОДНАЯ ЧАСТЬ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА 15
1.5.1 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕПЛОТА ТОПЛИВА 16
1.5.2 ФИЗИЧЕСКАЯ ТЕПЛОТА ВОЗДУХА 16
1.5.3 ТЕПЛОТА ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 16
1.6 РАСХОДНАЯ ЧАСТЬ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА 17
1.6.1 ТЕПЛОТА, ИДУЩАЯ НА НАГРЕВ МЕТАЛЛА 17
1.6.2 ТЕПЛОТА, УНОСИМАЯ С ОТХОДЯЩИМИ ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ 18
1.6.3 ПОТЕРИ ТЕПЛОТЫ ОТ ХИМИЧЕСКОГО НЕДОЖОГА ТОПЛИВА 18
1.6.4 ПОТЕРИ ТЕПЛОТЫ ЧЕРЕЗ КЛАДКУ ЗА СЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ 18
1.6.5 ПОТЕРИ ТЕПЛОТЫ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЧЕРЕЗ ОТКРЫТЫЕ ОКНА И ЩЕЛИ 20
1.6.6 ТЕПЛОТА, РАСХОДУЕМАЯ НА НАГРЕВ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 21
1.6.7 НЕУЧТЕННЫЕ ПОТЕРИ ТЕПЛОТЫ 21
1.7 РАСХОД ТОПЛИВА 22
ГЛАВА 2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВНУТРЕННЕГО ГАЗОПРОВОДА 24
РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДА УЧАСТКА №1 24
РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДА УЧАСТКА №2 26
РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДА УЧАСТКА №3 28
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ИГОЛЬЧАТОГО РЕКУПЕРАТОРА 30
ГЛАВА 4. СПЕЦИФИКАЦИЯ КИП И АВТОМАТИКА 35
4.1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ 35
4.2. ОБОСНОВАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ 35
4.3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ 35
ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 41
5.1. РАСЧЕТ ИНВЕСТИЦИОННЫХ ЗАТРАТ 41
5.2. РАСЧЕТ ТЕКУЩИХ ЗАТРАТ 42
5.3. РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТА 44
ГЛАВА 6. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 45
6.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЗЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ 45
6.2 РАСЧЕТ МАССЫ ОКСИДА УГЛЕРОДА 46
6.3 РАСЧЕТ МАССЫ ОКСИДА АЗОТА 46
6.4 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ 49
ГЛАВА 7. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 51
7.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ 51
7.2. ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА ПЕРЕД НАЧАЛОМ РАБОТЫ 51
7.3. ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ 53
7.4. ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА В АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ 55
7.5. ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА ПО ОКОНЧАНИИ РАБОТЫ 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 58
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ГОСТ 10704-91 «ТРУБЫ СТАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСВАРНЫЕ» от 01.01.1993. – Москва: Издательство стандартов, 1993-12 с.
ГОСТ 34518-2019 «Печи промышленные и агрегаты тепловые. Правила организации и производства работ, контроль выполнения и требования к результатам работ» от 01.05.2019. – Москва: Стандартинформ, 2019.-65 с.
Казанцев Е.И. Промышленные печи. – второе изд. - Москва: «Металлургия», 1975. – 368с.
Каталог продукции компании Calex – Бесконтактные инфракрасные датчики температуры, источники питания // [Электронный ресурс] URL: https://incoll.ru/calex.htm.
Логачев М.В. «Расчеты нагревательных устройств»: учебно-методическое пособие / М.В. Логачев, Н.И. Иваницкий, Л.М. Давидович. – часть 2. – Минск: БНТУ, 2010. – 131 с.
Металлические рекуператоры: назначение устройство, принцип действия // [Электронный ресурс] URL: https://studfile.net/preview/9473109/.
Расчет игольчатого рекуператора // [Электронный ресурс] URL: https://lektsii.org/14-72154.html?ysclid=li49jgku16592634677.
Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / Н.В. Кузнецов, В.В. Митор, Э.С. Карасина [и др.]; - издание 2 (переработанное). – Москва: Энергия, 1973. – 296 с.
Тепловое ограждение нагревательных и термических печей: учебное пособие / А.Г. Попов. – Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 31 с.
«Трудовой кодекс Российской Федерации» от 30.12.2001 №197-ФЗ (ред. от 03.07.2016) (с изм. и доп., вступ., в силу с 01.01.2017).
Щелоков А.И., Горшенин А.С.Т41 Промышленные теплогенерирующие установки и защита атмосферы (часть 1):/учеб. пособ./ Щелоков А.И., Горшенин А.С.- Самара. Самар.гос.техн.ун-т, 2008.
Рабочий, обеспечивающий контроль работы печи, при получении звукового или светового сигнала о нарушениях в работе печи должен проверить срабатывание автоматики безопасности. В случае, если автоматика безопасности не срабатывает, печь следует немедленно отключить вручную, то есть, прекратить подачу топлива к горелкам и приступить к разгрузке заготовок. При возникновении пожара немедленно сообщить о пожаре в ближайшую пожарную часть, руководителю предприятия и приступить к тушению очага возгорания с помощью первичных средств пожаротушения. При несчастных случаях и внезапных заболеваниях принять меры по оказанию первой (доврачебной) помощи. Утилизация теплоты отходящих дымовых газов является обязательным условием повышения эффективности установок. Увеличенный КПД печи достигается путем установки рекуператоров, в которых за счет теплоты дымовых газов происходит нагрев воздуха, идущего на горение топлива. В теплотехническом расчете был составлен тепловой баланс печи с целью определения расхода топлива. Гидравлический расчет позволил определить диаметры газопровода на всех трех участках и рассчитать величину падения давления газа в них. Исходя из параметров печи был выполнен расчет игольчатого рекуператора, его площадь поверхности теплообмена – 2,5м2 и количество труб по ходу. Для более эффективной и безопасной работы установки была разработана система автоматизации, позволяющая контролировать и регулировать различные параметры печи. С точки зрения экономического расчета наблюдается положительный эффект при установке рекуператора. Разработанный проект позволит сократить текущие эксплуатационные затраты на сумму 10,6 млн. рублей в год и окупаемость составит 2,52 месяца. На основании полученного результата можно сделать вывод, что цель дипломной работы по установке рекуператора по повышению энергоэффективности нагревательной печи достигнута и рекомендована для использования на предприятиях.