Расчет горения топлива, действительной температуры факела и минимальной температуры подогрева воздуха.

Теплоту сгорания топлива определяют по егосоставу:

Q н =358CH₄+637C₂H₆+912C₃H₈+1186C₄H₁₀;

Q н=358*93,2+637*0,7+912*0,6+1186*0,6=35200 кДж/м³

Уравнения реакций горения составных частей топлива:

CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O+Q;

C ₂ H ₆ +3,5О₂=2СО₂+3Н₂О+ Q ;

C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O+Q;

C₄H₁₀+6,5O₂=4CO₂+5H₂O+Q.

Коэффициент избытка воздуха L =1,1.

Расчет горения сводим в таблицу:

Состав топлива, %	Содержание газа, м3/м3	Расход воздуха на 1м3 топлива, м3				Выход продуктов горения на 1 м3 топлива,м3
		О 2Т	О 2Д	N 2 Д	V L	CO 2	H 2 O	N 2	O 2	V Д
CH 4 -93,2	0,932	1,8 6 4	1,96х1,1	2,16х х3,76	2,16+ +8,10	0,932	1,864	-	-	2,796
С 2 Р 6 -0,7	0,007	0,025				0,014	0,021	Из воздуха	Из воздуха	0,035
С 3 H 8 -0,6	0,006	0,030				0,018	0,024	8,1	0,2	8,142
C 4 H 10 -0,6	0,006	0,039				0,024	0,030	-	-	0,054
N 2 -4,4	0,044	-	-	-	-	-	-	0,044	-	0,044
СО 2 -0,5	0,005	-	-	-	-	0,005	-	-	-	0,205
Сумма-100	1	1,96	2,16	8,1	10,26	0,993	1,939	8,144	0,2	11,276

О_2ТиО_2Д-расход кислорода соответственно теоретический и действительный, при L =1,1; N _2Д - действительный объем азота из воздуха; V_L -действительный расход воздуха для горения 1 м³ газа; V _Д -объем продуктов горения на 1 м³ газа.

Объемный состав продуктов горения, %:

CO2=0,993*100/11,28=8,80

H2O=1,939*100/11,28=17,20

N 2=8,144*100/11,28=72,23

O 2=0,2*100/11,28=1,77

_________________________

Сумма-100

Определим расход топлива:

Составим тепловой баланс варочной части печи.

Приходная часть

1.Тепловой поток ,поступающий при сгорании топлива, кВт:

Ф₁= Q нХ,

где Q н-теплота сгорания топлива,кДж/м³;

Х- секундный расход топлива, м³/с.

Ф₁=35200Х кВт.

2. Поток физической теплоты, поступающий с воздухом, кВт:

Ф2= V_Lc _в t _в Х,

где V_L -расход воздуха для горения 1 м² топлива,м³;

t _в - температура нагрева воздуха в регенераторе-горелке˚,С;

с_в-удельная теплоемкость воздуха при температуре нагрева(данные взяты из приложения), кДж/(м³˚С).

Принимаем температуру подогрева воздуха в регенераторе1100˚С и повышение температуры в горелкена 50˚С. Тогда Ф₂=10,26*1150*1,455=17150Х кВт.

Потоками физической теплоты топлива, шихты и боя пренебрегаем ввиду их незначительности.

Общий тепловой поток будет равен:

Ф_прих.=35200Х+17150Х=52350Х кВт.

Расходная часть

1.На процессы стеклообразования, кВт:

Ф₁= ng ,

где п- теоретический расход теплоты на варку 1 кг стекломассы, кДж/кг;

g - съем стекломассы, кг/с.

Так как состав стекла и шихты в расчете не учитываются, то по данным Крегера, можно принять расход теплоты на получение 1 кг стекломассы и продуктов дегазации равным 2930 кДж/кг:

g =70*1000/24*3600=0,81 кг/с;

Ф₁=2930*0,81=2373 кВт ,

2.Тепловой поток, теряемый с отходящими из печи дымовыми газами, кВт:

Ф₂= V _Д t _Д C _Д X ,

Где V _Д -объем дымовых газов на 1м³ топлива, м³;

T Д-температура уходящих из рабочей камеры дымовых газов, ˚С; принимается равной температуре варки

1500˚ С;

C _Д –удельная теплоемкость дымовых газов при их температуре, кДж/(м³*˚С).

Удельную теплоемкость продуктов горения подсчитывают как теплоемкость смеси газов:

с_Д =c _{СО 2} r_CO2+c_H2O r_H2O+c_N2 r_N2+c_O2r_O2,

где r -объемная доля компонентов газовой смеси;

с-теплоемкость газов, кДж/(м3*˚С);

С_Д¹⁵⁰⁰=2,335*0,0880+1,853*0,172+1,444*0,722+ +1,529*0,0177=1,6 кДж/(м³*˚С).

Определяем тепловой поток:

Ф₂=11,28*1500*1,6Х=27072Х кВт.

 

3. Тепловой поток, теряемый излучением, кВт:

Ф3= ( С_о φ F (Т1/100)⁴-(Т2/100)⁴)/1000.

Где С_о- коэффициент излучения, равный 5,7 Вт/(м²*К⁴);

φ - коэффициент диафрагмирования;

F - площадь поверхности излучения, м²;

Т₁иТ₂- абсолютная температура соответственно                                                      излучающей среды и среды, воспринимающей излучение, К

а ) Излучение через загрузочный карман. Для расчета коэффициента диафрагмирования φ принимаем отверстие за прямоугольную щель высотой Н=0,2м, шириной равной ширине загрузочного кармана –1,7 м, толщиной арки δ=0,5 м.

Тогда

Н/δ=0,2/0,5; φ=0,4.

Рассчитаем площадь излучения:

F =1,7*0,2*2=0,68 м² (так как загрузочных карманов два).

Принимаем температуру в зоне засыпки шихты t ₁ =1400˚ C ,а температуру окружающего воздуха t ₂ =20˚С.

Тогда

                (Т₁/100)⁴=78340   (Т₂/100)⁴=73,7

Находим тепловой поток

Ф_а=(5,7*0,4*0,68(78340-73,7))/1000=121кВт.

б) Излучение во влеты горелок. Принимаем суммарную площадь влетов равной 3% площади варочной части:

F =50,68*0,03=1,5 м2.

Высоту влетов предварительно принимаем равной 0,4м; форма отверстия – вытянутый прямоугольник, размеры которого Н=0,4; δ=0,5:

Н/δ=0,8(φ).

Принимаем среднюю температуру в пламенном пространстве варочной части t ₁ =1450˚С, а температуру внутренних стенок горелок t ₂ =1350˚С. Тогда(Т₁/100)⁴=44205 и (Т₂/100)⁴=33215.

Определяем тепловой поток:

Ф_б=5,7*0,8*1,5(44205-33215)/1000=75,2кВт.

Общий тепловой поток излучением

Ф₃=Ф_а+Ф_б=121+75,2=196,2кВт.

4. Тепловой поток, теряемый на нагрев обратных потоков стекломассы, кВт:

Ф₄=(п-1) gc _ст ( t ₁ - t ₂ ),

где п- коэффициент потока, представляющий собой отношение количества стекломассы, поступающей в выработочную часть, к вырабатываемой; п= 3,5;

с_ст-удельная теплоемкость стекломассы, кДж/(кг*˚С);

t 1 и t 2 –температура соответственно прямого и обратного потоков стекломассы 1350 и 1250˚ С;

с_ст=0,1605+0,00011 t _ст =0,3ккал/(кг*град)*4,19=1,26кДж/ /(кг*˚С);

Ф₄=(3,5-1) 0 ,81*1,26*100=255,15 кВт.

5.Тепловой поток, теряемый в окружающую среду через огнеупорную кладку, кВт:

Ф₅=( t вн - t в/∑ δ/λ+1/α₂)* F ,

где t _вн - температура внутренней поверхности кладки, ˚С

   t _в - температура окружающего воздуха,˚ С;

  δ-толщина кладки, м;

  λ-теплопроводность огнеупора данного участка, Вт/(м*˚С);

α₂-коэффициент теплоотдачи от наружной стенки окружающему воздуху, Вт/(м₂*˚С).

Если принять

                    ( t вн - t в/∑ δ/λ+1/α₂= q ,

то формула теплопередачи примет вид, кВт:

                            Ф₅= qF .

Плотность теплового потока выбираем по таблице, в зависимости от температуры внутренней поверхности кладки и термического сопротивления ее r =Σδ/λ;   при двуххслойной стенке

                  r =δ₁/ λ ₁ + δ ₂ / λ ₂ ,

Рассчитываем площади поверхностей, ограждающих печь. Принимаем средние размеры варочной части:

по длине бассейна

7,8+0,12=7,92м;

^{по ширине бассейна}

^{6,5+0,4=6,9м,}

^{по длине пламенного пространства}

^{8+0,4/2=8,2м;}

^{по ширине пламенного пространства}

^{6,62+0,4=7,02м,}

^{где 0,4м – торцовой и боковых стен пламенного пространства.}

^{1) Площадь дна}

                           F дна= F в.ч.+ F з.к. ,

К площади варочной части добавляют площадь дна загрузочного кармана, т.е.

                               F в.ч.=7,92*6,9=54,6м² ;

                               F з.к.=6,9*1,6=11,04м^{2 ;}

                              F дна=54,6+11,04=65,64м².

2) Площадь стен бассейна. Верхний F ₁ и средний F ₂ ряды имеют одну и ту же площадь:

F₁, F₂ =(7,92+1,6)*0,6*2+6,9*0,6=11,42+4,14=15,56 м ² .

Складываем площади двух продольных и поперечной стены с учетом площади продольных стен загрузочного кармана.

Нижний ряд F ₃

                 F ₃ =( 7,92+1)*0,4*2+6,9*0,4=9,89 м².

3) Площадь стен пламенного пространства

            F _п.п. =2 F _прод .+ F _торц .- F _вл.

Принимаем предварительно высоту стены пламенного пространства равной 1 м.

               F _прод .=8,2*1=8,2 м².

Площадь F _торц . Определяют по эскизу.

Определяем площади F ₁ , F ₂ , F _к : при этом F _торц. = F ₁ + F ₂ -2 F _к.

Где F ₁ , F ₂ и F _к – площадь сегмента, прямоугольника и под арками загрузочных карманов.

Для определения площади сегмента применяем упрощенную формулу:

F _сегм. =2/3 bf ,

где b -длина хорды;

f -стрела подъема свода, равная 1,02м.

Тогда

          F _сегм. = F 1=2/3*7,02*1,2 =5,76м²;