Топливо
|
Воздух, м3
|
Образование
продуктов сгорания
|
состав
|
содерж. %
|
O2
|
N2
|
Всего
|
CO2
|
H2O
|
O2
|
N2
|
SO2
|
всего
|
CO2
CO O2 CH4 H2 N2 H2S
C3H8 H2O
|
4,72
21,63 0,28 7,13 24,43 38,61 0,15 0,61 2,44
|
-
10,82 -0,28 14,26 12,22 - 0,225 3,05 -
|
40,3
* 3,762
|
|
4,72
21,63 7,13 - 1,83
|
14,26 24,43 0,15 2,44 2,44
|
|
38,61
|
0,15
|
|
|
n=1
%
|
100
|
40,3
21%
|
151,61
79%
|
35,31
13,11%
|
43,72
16,23%
|
- -
|
190,22*
70,61%
|
0,15
0,05%
|
269,4
100%
|
n=1,05
%
|
|
42,32
21%
|
159,19
79%
|
201,51
100%
|
35,31
12,66%
|
43,72
15,67%
|
2,02
0,72%
|
197,8**
70,9%
|
0,15
0,05%
|
279
100%
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*N2(при n=1)= 38.61 + 151.61 = 190.22
**N2(при n=1.05) = 38.61 + 159.19 = 197.8
CO + 0.5O2 = CO22 + 0.5O2 = H2O4
+ 2O2 = CO2 + 2H2O3H8 +
5O2 = 3CO2 + 4H2O2S + 1.5O2 = H2O
+ SO2
Находим плотность компонентов, составляющих смешанный газ,
продуктов сгорания и воздуха:
ρi =
ρCO2 = =
1.964 кг/м3 ρH2O = =
0.804 кг/м3
ρCO = = 1.25 кг/м3 ρO2 = = 1.428
кг/м3
ρCH4 = = 0.714
кг/м3 ρN2 =
= 1.25 кг/м3
ρC3H8 =
= 1.964
кг/м3 ρH2S = = 1.518 кг/м3
ρH2 = = 0.09
кг/м3 ρSO2 = = 2.857 кг/м3
Правильность расчета горения топлива проверяется составлением
материального баланса горения:
А. Поступило
а) 100 м3 топлива
CO2
4,72*1,964 = 9.27 кг O2 0.28*1.428 = 0.40 кг
CO 21,63*1,25 = 27.04 кг H2 24.43*0.09 = 2.20 кг4 7,13*0,714 = 5.09 кг N2 38.61*1.25 = 48.26 кг
С3H8 0,61*1,964 = 1.20
кг H2S 0.15*1.518 = 0.23 кг2O 2,44*0,804 = 1.96 кг
∑ = 95.65 кг
б) воздух для горения 200.71 м3
O2
42.32*1.428 = 60.43 кг
N2
159.19*1.25 = 198.99 кг
∑ = 259.42 кг
Итого: топливо + воздух = 95.65 + 259.42 = 355.07 кг
Б. Получено продуктов сгорания 278.35 ,в т.ч.
CO2 35.31*1.964 = 69.35 кг SO2 0.15*2.857 = 0.43 кг2 2.02*1.428 = 2.88 кг H2O 43.72*0.804 = 35.15 кг2 197.8*1.25 = 247.25 кг
∑ = 355.06 кг
Невязка баланса: δ = *100% = 0.0028%
Определение калориметрической температуры горения топлив с
подогревом топлива и воздуха:
д =
m: (до 300°С)
iCO2 = 0.0472*564.24 = 26.63 кДж/м3 iC3H8 =
0.0061*758.68 = 4.63 кДж/м3
iCO = 0.2163*395.67 = 85.58 кДж/м3
iO2 = 0.0028*407.48 = 1.14 кДж/м3
iH2O = 0.0244*461.36 = 11.26 кДж/м3 iN2 = 0.3861*392.41 = 151.51 кДж/м3
iCH4 = 0.0713*567.75 = 40.48 кДж/м3 iH2 = 0.2443*390.65 = 95.44 кДж/м3
iCO2 = 0.0015*482.34 = 0.72 кДж/м3
im = 417.39 кДж/м3
iд = = 3580.48
t = 2100°C t = 2200°C
iCO2 = 0.1266*5186.81 = 656.65 кДж/м3 iCO2 = 0.1266*5464.20 = 691.77 кДж/м3
iH2O = 0.1567*4121.79 = 645.88 кДж/м3 iH2O = 0.1567*4358.83 = 683.03 кДж/м3
iO2 = 0.0072*3314.85 = 23.87 кДж/м3 iCO2 = 0.0072*3487.44 = 25.11 кДж/м3
iN2 = 0.709*3131.96 = 2220.56 кДж/м3 iCO2 =
0.709*3295.84 = 2336.75 кДж/м3
∑ = i1 = 3546.96 кДж/м3 ∑ = i2 =
3736.66 кДж/м3
Ткал = Т1 + = 2100 + = 2118°C
. Определение основных размеров печи
При однорядном расположении заготовок:
Длина печи:
.
Ширина печи:
Высота печи:
; A = 0.65
= (0.65+0.05*1.1)*1310*10-3 = 0.924 м
3. Определение коэффициента теплоотдачи излучением от печи газов к
металлу.
Спр = 5.7*εме*К; εме = 0.8
Fкл = BL + 2BH + 2LH = 1.1*1.2 + 2*1.1*0.924+2*1.2*0.924 =
5.57
Fме =
6 = 2BL + 2BH + 2LH = 2*1.1*1.2 + 2*1.1*0.924 + 2*1.2*0.924 =
6.89
Определим эффективную длину луча:
эф = 3.6*V/F6 = 3.6*L*B*H/F6 = (3.6*1.2*1.1*0.924)/6.89 = 0.64
Находим степень черноты дымовых газов при температуре газа. Парциальное
давления и равно:
Температура газа t = 1310:
.
Тогда степень черноты дымовых газов:
Подсчитаем К:
Спр = 5.7*0.8*0.52 = 2,46
Теперь можно подсчитать коэффициент теплоотдачи излучением:
(Вт/К)
. Определение температуры печи и температуры кладки
Теперь можно найти температуру печи и клади:
Тпечи = 1537.43 К = 1264.43 °С
Ткладки = 1527.41 К=1254.41 °С
. Расчёт времени нагрева металла.
По приложению находим
. S = d = 0.04
- термически-тонкое тело
δрасч=µ*d; ; δрасч = 0.6*0.04=0.024
ρ=7800 кг/м3 ; Сме
(615°С) = 0.595 кДж/(кг К)
Теперь рассчитаем время нагрева:
6. Определение производительности печи
. Тепловой баланс
При проектировании печи, тепловой баланс составляется с целью
определения расхода топлива. Просуммировав отдельные статьи прихода и расхода
тепла и приравняв , получим уравнение с одним неизвестным,
которым будет величина расхода топлива .
Приход тепла:
Тепло
от горения топлива
,
где - расход топлива, , при нормальных условиях. .
Тепло, вносимое
подогретым воздухом
.
Тепло
экзотермических реакций (принимая, что угар металла составляет 1%),
,
где G - производительность, , - угар металла. .
кВт
Расход тепла:
.Тепло, затрачиваемое на нагрев металла
. . Расход тепла, вследствие потерь через футеровку печи
; Sвнутр = 5.65
Найдем наружные размеры:
нар = Ввн + 2*(0.116 + 0.232) = 1.796 м
Lнар = Lвн + 2*(0.116 + 0.232) = 1.896 м
hнар = hвн + 2*(0.116 + 0.232) = 1.62 м
Sнар = BL + 2BH + 2LH = 1.796*1.896 + 2*1.796*1.62 +
2*1.896*1.62 = 15.37
;
Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от
температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев.
,
где - температура на границе раздел слоев, - температура наружной поверхности
кладки, которую можно принять равной .
Коэффициент теплопроводности шамота
.
Коэффициент теплопроводности диатомита
.
В стационарном режиме
.
Подставив значения коэффициентов теплопроводности получим:
Решение этого квадратного уравнения дает значение . Тогда , . Окончательно получим , .
Количество тепла, теряемого теплопроводностью через кладку печи,
равно
. Потери тепла излучением, через открытые окна и щели печи
Со = 5,7
fокн = 0.06 * 0.696 = 0.042
. Тепло, теряемое в результате выбивания газов из окон и дверей
СГ=1.535 кДж/(м3 К)
ТГ=1310 °С
Нокн = 1.5*0.04 = 0.06 м
bокн = 0.696 м
tгаз = 1310
.Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами
.
Найдем энтальпию продуктов сгорания при температуре
Ico2 = 0.1266*3037.2 = 384.51
IH2O = 0.1567*2354.63 = 368.97
Io2 = 0.0072*1992.67 = 14.35
IN2 = 0.709*1884.36 = 1336.01
. Потери из-за химических неполностей
7. Потери тепла из-за мех. потерь топлива
,
где d= 2% (газообразное топливо)
. Неучтенные потери
Уравнение теплового баланса:
.19*B + 4.58 = 57.35 + 9.7 + 1.07 + 3.73
+5919.93*В - 1.804 + 502.898*B - 0.153 + 170*B + 547.84*В - 7.65
Откуда
В = 0.02372
Приход
|
кВт
|
%
|
Расход
|
кВт
|
%
|
Qхим
|
201.58
|
87.04
|
Qме
|
57.35
|
24.76
|
Qфиз
|
25.43
|
10.98
|
Qкл
|
4.19
|
Qэкз
|
4.58
|
1.98
|
Q излокн
|
1.07
|
0.46
|
|
|
|
Qокнгаз
|
3.73
|
1.61
|
231.59100Qпр.сг138.659.85
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qхим.
|
11.77
|
5.08
|
|
|
|
Qмех.
|
4.03
|
1.74
|
|
|
|
Qпотер.
|
5.34
|
2.31
|
|
|
|
∑Qрасх.
|
231.59
|
100
|
Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла
.
. Расчет и выбор горелки
выбираем горелку типа «Труба в трубе»
Так как теплота сгорания низкая, выбираем горелку типа ДНС
1 Расчетное количество воздуха
, где
в- пропускная способность горелки по воздуху, м3 / с
Тв - температура нагрева воздуха, К
2 Расчетное количество газа
, где
г- пропускная способность горелки по газу, м3 / с
Тв - температура газа, К
r - плотность газа кг/м3
Выбираем горелку ДНС70
Список используемой литературы
1.
Мастрюков Б.С. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей;
Металлургия, 1978
..
Герцык С.И. Курс лекций по предмету «Теплотехника», 2010