热能转化与利用设计说明书新.doc

热能转换与利用设计说明书学院：能源与环境 专业：热能09-3班 姓名：王晓娟 学号：0962126345目录设计任书3设计方案5设计流程6设计参数7计算部分10火用计算16结论附表17设计感想19内蒙古科技大学课程设计任务书课程名称：热能转换与利用课程设计设计题目：1167吨/日20号钢（钢种）轧钢工艺后续钢材冷却系统能量回收与设备设计指导教师：伍永福时间：2011/2012第二学期18-19周一、教学要求1、提高学生的设计动手和协调共事能力2、掌握能量转换的基本规律3、掌握能量平衡的分析方法4、掌握换热器设计计算的基本步骤和规律，能完成换热规律与工艺匹配的要求。二、设计资料及参数1、冷却线工艺平面布置图2、产量及钢种产量：1167t钢种：含碳量为0.16%的20号钢3、工艺冷却要求：吐丝温度是控制相变开始温度的关键参数。对于斯太尔摩冷却法来说，一般是根据钢种和用途的不同将吐丝温度控制在750900范围内。斯太尔摩冷却法的相变过程中，冷却速度控制靠风机的风量和运输机的速度，而这两个参数的确定依赖于该钢种的CCT曲线。集卷温度取决于相变结束后的冷却过程，为保证产品性能和避免集卷后的高温氧化及劳动环境，一般来说要求在250以下集卷。三、设计要求及成果1、说明书和计算书各一份。1）计算系统各部分能量分布，分析能量利用情况。2）计算系统各部分的用，分析用利用情况。3）根据能量分布和利用分布情况设计一套换热装置，满足换热要求。2、能流总图手绘图（1#图纸一张）图纸包括系统能流图及换热器的结构图。四、进度安排1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（二天）2、初步设计合理的能量转化的热工设备和热力系统，绘出能流图（四天）3、评介热力系统和优化设计方案，选取最佳方案（三天）4、编写技术设计书（一天）五、评分标准1、能按要求及时完成设计任务，工作量饱满，计算详细，说明理由充分条例清晰，绘图层次分明线型合理，手绘图线型一致工整，评分等级为优。2、能按要求及时完成设计任务，计算详细，说明理由基本充分条例基本清晰，绘图层次分明线型合理，手绘图工整，评分等级为良。3、能基本按要求及时完成设计任务，计算完整，说明清楚，绘图基本合理，手绘图工整，评分等级为及格。4、不能按要求及时完成设计任务，工作量任务量特少。评分等级为不及格。六、建议参考资料1热能转换余利用汤学忠冶金工业出版社，2002年3月。2系统节能基础，陆钟武主编，冶金工业出版社，1999年10月；3.冶金热能工程导论，陆钟武主编，东北工学院出版社，1997年3月；4.换热器设计手册，钱颂文等译，中国石化出版社，2004年1月5.轧钢基础知识(,冶金工业出版社)，出版日期：2005-116.实用轧钢技术手册杨宗毅7.高速线材生产,冶金工业出版社,2005-0420#钢轧钢工艺后续钢材冷却系统能量回收与设备设计一、设计方案1、冷却工艺布置图2、设计背景：线材在出吐丝机到集卷筒过程中经过斯太尔摩冷却线进行冷却，其冷却速度按CCT冷却曲线降温，热量散失比较大，现设计一种热能回收装置回收利用。3、设计方案：现选用风罩空冷对其冷却回收热能，线材吐丝温度为865，冷却到常温25，空气从20进入风罩，以700出风罩，高温空气加以利用。二、设计流程1、确定线材冷却前后的温度及空气加热前后的温度2、按等温降将冷却过程分成若干段3、根据线材日产量、冷却温差、平均比容得到日产热量4、依据3得到的热量假设完全被空气换热，算出理论空气量5、从CCT曲线上确定每段降温时间及总时间。6、以冷却线长度和降温时间算得辊道速度和每段长度。7、根据日产量得到每段线材质量及放热量8、已知线材参数得到换热面积A9、假设每段放热量由对流换热吸收，由以下流程计算：有公式：Re=ul/Nu=CRenPr1/3h=Nu/l=hAt否设流速uReNuh=？是流速u正确10、由流量、流速、辊道宽度确定风罩高度。11、确定每段风罩高度。12、计算空气出口温度13、计算总的热损失和火用效率。三、设计参数已知钢材：20#钢线材冷却CCT曲线 冷镦钢丝又称铆螺钢丝或冷顶锻钢丝, 主要用于制造螺栓、螺钉、螺柱、螺母和铆钉等紧固件, 近年来逐步扩大到电器、照相机、纺织器材、冷冻机等领域, 应用范围广。采用冷镦的方法生产标准件, 变形速度快、变形程度大、变形不均匀、尺寸精度要求高, 因此冷镦钢丝用钢材首先必须有良好的塑性、尺寸精度和内在品质, 从冶炼到钢丝生产各环节必须严格控制工艺操作, 才能生产出品质稳定的钢丝。鉴于冷镦钢具有的良好经济效益, 广泛的用途,新钢公司对冷镦钢SWRCH22A 进行了开发生产。表1 SWRCH22A 成分控制w ( C ) w( S i) w(M n) w ( P) w ( S ) w ( A l)0.18-0.23小于0.1 0.7-1.0 小于0.025 小于0.015 大于0.025 一、 设计条件: 钢种 SWRCH22A(R) 二、 冷却分段： 比热容（kj/kg.k） 冷却时间（s）第一段 880 830 50 0.688175 104.16 第二段 830 780 50 0.665975 136.5第三段 780 730 50 0.6364 97.21第四段 730 680 50 0.6058 77.47第五段 680 630 50 0.5837 64.72第六段 630 580 50 0.5668 55.44第七段 580 530 50 0.5502 48.18 第八段 530 480 50 0.5353 42.22第九段 480 430 50 0.5244 37.16第十段 430 380 50 0.5157 32.74总的冷却时间 t=695.78s三、 计算产量 、速度、风速等设管道长度：L=146.1138m速度 ：v= Lt=146.1138695.78=0.21ms设钢筋直径：d=6mm管道宽：b=2m钢筋之间的距离：l=4cm圈数：n=(146.1138-2)0.04=3603圈线材密度：7850 kg日产量：2*3.14*（0.0062）*3.14*3603*3600*24695.78=623314.92kg风量：q=cmt(ct-ct)=0.587225*623314.92*(880-380)(668.4-30.15)=286741.9537m每秒风量：286741.95373600*24=3.412kgs第一段的计算长度：l=vt=0.21*32.74=6.8754m圈数：n=ll*n=6.8754146.1138*3603=169.539换热面积：A=dnD=3.14*2*169.539*3.14*0.006=20.059m对钢锭：m=7.214*32.74=236.186kgE=mct=236.186*0.51565*50*1000=6089474.8E=Et=6089.474832.74=185.995对空气：进口温度：t=30 p=0.703E=hAH=185.99563.8166(380+430)2-30=7.57019线材直径设为d=6mm , 线圈直径 D=2m=(t+t)2 +202=212.5查附录5得出：=4.015N=hd=7.57019*0.0064.015*0.01=1.131Re=(N0.664)=3.67469u=Revl=3.67469*63.80821.8736=10.7203ms空气出口温度：t=mCp+30=+30=3.31877*1000236.186*1.06695+30=44线材总的放热量=日产量*线材平均比容*（880-830）=183013051949j第一段：第一段质量=冷却时间*每秒产量=32.74*7.214=236.196kg第一段的段长=32.74*0.21=6.875m第一段线材质量=线材密度*线材体积=236.196kg第一段线材体积=1064.169*（0.0062）*2*3.14159=0.03m第一段线材理论放热量=每段线材的质量*线材比容*t=236.196*515.65*50=6089722.200j第一段线材理论热流量=第一段线材放热量冷却时间=6089722.20032.74=186002.511jh =线材直径*Nu*=0.006*Nu*=37.157=h*每段线材面积*（347.5-30）=37.157*20.095*317.5=236645.675空气总质量=每秒供风量*32.74=2.843*32.74=93.087kg空气总流量=总质量密度=93.0871.0165=91.576ms空气每秒流量=91.57632.74=2.797ms空气换热后的温度：=30+236645.675（2.843+780）=136.707三、计算热损失及火用效率1、选用硅藻土转作为绝热材料体积密度：=0.55g/cm3允许工作温度900导热系数=0.093+0.2410-3t2、热损失计算(1)分段均温第一段tpj=(25+85)2=55(2)外部温度设为20(3)内外温差t=55-20=35(4)=0.093+0.2410-335=0.1062W/(m2k)(5)材料厚度设=0.2m(6)热流密度q=t/q=0.1062550.2=18.585w/m2(7)风罩表面积A=(2H+B)lA=(20.029+4)2.617=5.387m2(8)每段散热流量=Aq=5.38718.585=100.122W(9)总热损失损=1损+2损+3损+13损损=1479664.782w(10)总热流量热=1热+2热+3热+13热热=2099465.417w(10)损失率损=损/热100损=1479664.7826133516.979100=24.12五、火用计算将风罩出口的热空气把吹入热风炉的空气预热，热风炉进口风温为300，风罩出口风温为699.89。如果不考虑热损失，则假设热风能将一定质量的冷风加热到300，最终与其一起吹入热风炉。c=1-(To/T)c=1-(300+273)/(699.89+273)=41.109初步计算得出热风的火用效率大致为41.109，该热能回收装置将线材冷却放出的热量回收利用到加热冷空气并一起吹入热风炉中。 七、设计感想 经过十余天的奋战，终于完成了一个还算可以的设计，这几天我过的很充实，是我大学生活里继两次实习后又一次最充实的生活，看着自己的劳动成果，心里有种说不出的感觉。毕竟自己的努力还算有所回报，我为自己的努力感到自豪，当然我也认识到了自己学习中的不足，看到了自己在运用知识方面欠缺。课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。本次课程设计是理论联系实际的桥梁。是我们学习热能回收装置设计的初步尝试。通过课程设计是我们能综合运用专业课程的基本知识，并进行融会贯通的独立思考能力。在规定的时间内完成了指定的设计任务，从而得到了换热器设计的初步训练，通过课程设计是我们更加深刻的了解了换热器设计的基本内容，掌握了换热器设计的程序和方法。培养了我们分析和解决工程实际问题的能力，同时通过课程设计还可以使我们树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真的工作态度，此外，通过本次课程设计提高了我们一下方面的能力：1、熟悉查阅文献资料，搜索有关数据，正确选用公式。当缺乏必要数据时，可自己通过假设和校核得到。2、综合分析设计任务要求，确定工艺流程，用精炼的语言简洁的文字，清晰的图表来表达自己的设计思想和计算结果，在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步，是我们认识到合作的重要性。在设计过程中，我通过查阅有关资料又与同学交流经验并向老师请教等方式是自己学到了不少知识，知道了延迟型斯太尔摩控冷线可以较灵活的控制冷却工艺，根据各钢种的用途和性能要求，进行最佳的工艺配合，特别适用于要求轧后缓慢冷却的低合金