Proiectarea Asistată de Calculator a Sistemelor Recuperative Metalice

Memoriu justificativ

Cuptoarele industriale reprezintă, pentru inginerii din sectoarele de prelucrări la cald, utilajul de bază care determină consumurile energetice şi calitatea produselor obţinute.

Nu se poate concepe o industrie competitivă fără cuptoare şi instalaţii de încălzire de un înalt nivel tehnic şi cu un grad mare de flexibilitate deoarece construcţia de maşini şi aparete necesită pentru realizarea produselor, prelucrări la cald (turnare, deformare plastică, tratemente termice) în proporţie de peste 70% din totalul acestora.

Utilizarea raţională şi eficientă a energiei termice, dezvoltă prin arderea combustibililor sau rezultată în instalaţii electrotehnice, reprezintă principalul indicator de proiectare a cuptoarelor industriale.

Lucrarea de faţă se referă la următorul aspect constructiv şi funcţional al cuptoarelor industriale: recuperarea căldurii.

În lucrare se tratează proiectarea asistată de calculator a sistemelor recuperative metalice.

Scopul lucrării este abordarea modernă a aspectelor constructive funcţionale şi de proiectare prin intermediul asistării de calculator.

I. Notiuni teoretice

1.1. Noţiuni introductive

Pentru realizarea procesului de încălzire a semifabricatelor în incinta cuptoarelor industriale se utilizează, drept sursă caldă, gaze de ardere dezvoltate în urma proceselor de ardere, gaze ce sunt eliminate din cuptor cu un important conţinut de căldură.

O cale eficientă de exploatare a cuptoarelor industriale, în condiţii de consum energetic minim, o constituie recuperarea şi regenerarea căldurii din aceste gaze evacuate din cuptor prin intermediul schimbătoarelor de căldură.

Clasificarea schimbătoarelor de căldură:

1. Schimbătoare de căldură prin suprafaţă:

- recuperative;

- regenerative;

2. Schimbătoare de căldură prin amestec:

- prin amestec;

- prin barbotare;

1.2. Posibilităţi de recuperare şi regenerare

Există în linii mari, trei surse din care poate fi recuperată şi regenerată căldură prin instalaţii de schimb de căldură şi anume:

- conţinutul de căldură al produsului după terminarea ciclului termic de încălzire;

- conţinutul de căldură din gazele de ardere evacuate din cuptor;

- conţinutul de căldură din fluidele de răcire utilizate pentru răcirea uşilor metalice, a şinelor de glisare metalice etc;

Principalele procedee constructive de recuperare a căldurii din gazele de ardere sunt:

- reutilizarea căldurii pentru încălzirea cazanelor de abur;

- reutilizarea căldurii în cuptoarele cu cameră de preîncălzire;

- reutilizarea căldurii în cuptoarele cu cameră dublă;

- reutilizarea căldurii în cuptoarele cu propulsie în contracurent;

- reutilizarea căldurii în cuptoarele cu vatră;

Din punct de vedere contructiv, instalaţiile de reutilizare a căldurii gazelor arse pot fi:

- recuperatoare când gazele calde eliminate din cuptorul industrial sunt utilizate direct pentru preîncălzirea aerului sau a gazului combustibil în mod continu.

- regeneratoare cînd gazele arse cedează căldură înmagazinată unor zidării ceramice refractare, care la rîndul ei va ceda căldură înmagazinată.

În prezent principalul material din care sunt confecţionate recuperatoarele de căldură este oţelul refractar, care înlocuieşte materialele ceramice datorită unor avantaje cum at fi:

- posibilitatea la presiuni ridicate;

- etanşeităţi optime;

- transfer de căldură mai bun;

- greutate redusă;

- acumularea de căldură în pereţi mică;

Oţelul refractar prezintă însă şi o serie de dezavantaje în raport cu materialele ceramice:

- limitarea la anumite valori maxime a temperaturii gazelor arse;

- imposibilitatea preâncălzirii aerului la temperaturi ridicate;

1.3. Recuperatoare de caldură

Principalele caracteristici constructive şi funcţionale a recuperatoarelor de căldură sunt:

- schema de circulaţie a agenţilor termici;

- agenţii termici utilizaţi;

- materialul suprafeţei de schimb de căldură;

- tipul de transfer termic;

Agenţii termici utilizaţi sunt:

- gazele arse evacuate din cuptor;

- aer de combustie necesar procesului de ardere;

- apă sau abur necesar tehnologic sau pentru instalaţiile de încălzire;

Mecanismul principal de transfer termic (convecţie, radiaţie) condiţionează materialul suprafeţei de schimb de căldură.

Eficientă constructiv-funcţională a recuperatoarelor este determinată în primul rînd de:

- suprafaţa specifică de încălzire pe unitatea de volum m2/m3;

- coeficientul global de transfer termic prin intermediul peretelui solid despărţitor K, KV/m2f;

1.3.1. Tipuri constructive de recuperatoare metalice.

Recuperatoare de metal convective

La aceste recuperatoare aerul trece prin ţevi netede de oţel (fig. 1.1). Se construiesc funcţie de destinaţie în forme diferite.