Курсовая работа: Проектирование системы охлаждения кессонов печи взвешенной плавки

где q – тепловая нагрузка (тепловой поток), ккал/(м² *с) ;

F_T – площадь тепловоспринимающей поверхности детали, м² ;

М – расход воды, кг/с ;

С – удельная теплоёмкость воды, ккал/(кг*град) .

Выбор взаимосвязанных величин t_в.вых , t_в и М диктуется рядом факторов.

Во-первых , при охлаждении в условиях теплопередачи от стенки детали к воде конвекцией в сплошном потоке жидкости большое значение для интенсивности отвода тепла имеет скорость воды, определяющая значение коэффициента теплоотдачи. Если площадь поперечного сечения детали задана, например конструктивными соображениями, то увеличение скорости воды приведёт к возрастанию расхода и снижению t _в.вых (расход воды прямо пропорционален скорости, в то время как тепловой поток связан с этой величиной более слабой зависимостью).

Во-вторых , температурный перепад t_в ограничивается из недопущения выпадения карбонатной накипи на стенке детали. Чем выше жёсткость воды (временная и постоянная), тем при более низкой температуре происходит выпадение из неё в виде накипей карбонатов кальция и магния. Накипи ввиду их высокого теплового сопротивления, всегда пагубно сказываются на охлаждении детали. Предельная температура, при которой не происходит ещё выпадение солей карбонатной жёсткости, может быть определена по формулам:

- для прямоточной системы водоснабжения:

;

- для оборотной схемы:

,

где N_к и N_нек - соответственно карбонатная и некарбонатная жёсткости, мг-экв/л;

- окисляемость воды, мг/экв.

Третьим условием является недопущение выпадения в охлаждаемых деталях взвешенных частиц, содержащихся в жидкости (песка, окалин, частиц накипи и пр.). С этой целью необходимо поддерживать скорость воды не менее так называемой самоочищающей скорости w_сам , при которой взвешенные частицы выносятся водой из детали. Величина w_сам зависит от конструкции детали, рода частиц и их крупности. Обычно значения w_сам принимают приближённо, в зависимости от крупности частиц.

Четвёртое условие , которое часто учитывается при проектировании водяного охлаждения, состоит в обеспечении скорости воды, исключающей так называемое местное кипение жидкости, при котором происходит интенсивное накипеобразование, причём, помимо карбонатов, из воды выпадает гипс, образующий стойкие накипи.

Кроме того, приходится учитывать гидравлические показатели. При большой скорости движения воды в охлаждаемых деталях могут возникнуть высокие потери напора, что потребует создания больших давлений в сети и значительно удорожит эксплуатацию системы охлаждения.

На практике, с учётом указанных положений, приходится обычно ограничивать температурный перепад охлаждающей воды, увеличивая её расход.

Несмотря на простоту, система охлаждения холодной водой имеет ряд существенных недостатков:

1. Система требует больших расходов воды. При этом тепловоспринимающая способность воды используется крайне недостаточно: 1 кг воды, подаваемой в деталь, отбирает от неё всего 5 – 30 ккал. Большие расходы воды требуют увеличения диаметра подающих труб и числа насосов, расширения очистных сооружений и т.д. Значительные объёмы воды затрудняют её очистку; это приводит к частому прогоранию охлаждаемых деталей.

2. Невысокая температура нагретой в охлаждаемых деталях воды (20 – 60⁰ С) делает практически невозможным утилизацию уносимого ею тепла. Вместе с тем, доля тепла, отводимого с охлаждающей водой, весьма значительна и достигает 20 – 25 % от общего его прихода в печь.

3. Принудительное движение воды в охлаждаемых деталях с высокими скоростями приводит к большим потерям напора, что требует создания в сети высоких давлений и повышенного расхода электроэнергии.

4. Принудительное движение воды в системе водяного охлаждения, обеспечиваемое насосами, делает систему зависящей от электроэнергии. На случай отключения электропитания предусматривается подача энергии на насосы от различных источников, установка резервных паровых насосов или привода постоянного тока от аккумуляторных батарей, создание значительных запасных ёмкостей для воды и т.д.

Всё это удорожает систему.

1.4 Водоснабжение охлаждаемых деталей холодной водой

Даже кратковременное прекращение или нарушение охлаждения может вызвать крупную аварию печи. Поэтому требованию надёжности подчинено устройство схем питания охлаждаемых деталей.

При охлаждении холодной водой чаще всего применяется индивидуальное питание детали от коллектора (распределительной гребёнки) холодной воды. Коллектор представляет собой отрезок трубы большого диаметра, к которой проведён общий трубопровод холодной воды. В коллектор вварены трубы, подводящие воду к охлаждаемым деталям; каждая труба снабжена вентилем. Над вентилем обычно помещают щит с наименованием охлаждаемых деталей, к которым относится каждый вентиль.

Непосредственно под коллектором расположены открытые концы трубопроводов, отводящих воду от деталей (открытый слив). Сливная и подающая трубы расположены для данной детали одна под другой, что облегчает ориентировку. Иногда каждую пару труб окрашивают в свой цвет. Сливные трубы сбрасывают нагретую воду в открытое сливное корыто, которое сообщается с канализацией.

Обычно стараются сконцентрировать подачу и отвод воды со всех элементов печи на одном коллекторе, чтобы с одного места управлять и следить за всей системой охлаждения. При большом числе охлаждаемых деталей и значительном удалении их друг то друга устраивают несколько коллекторов. При большом количестве сравнительно мелких однотипных деталей и небольших тепловых напряжениях несколько деталей соединяют последовательно; при этом от коллектора на каждое соединение идёт одна линия. Параллельное соединение даже одинаковых деталей (разветвление после регулировочного вентиля на коллекторе) не применяется, так как увеличение гидравлического сопротивления какой-либо ветви вследствие случайных причин приводит к перераспределению потоков и резкому увеличению подачи воды в эту ветвь. Система водяного охлаждения снабжается рядом контрольно–измерительных приборов. Приборы контроля в некоторых случаях дополняются автоматическими регуляторами, изменяющими режим охлаждения (чаще всего расход воды) в зависимости от изменения регулируемого параметра (чаще всего температуры воды на выходе из детали).