Расчет горения топлива

Содержание

Введение

1. Расчет горения топлива

2. Расчет нагрева металла

3. Позонный расчет внешней и внутренней задачи теплообмена

3.1 Расчет методической зоны печи:

Расчет сварочной зоны печи

3.3 Расчет томильной зоны печи

4. Основные размеры печи

Заключение

Введение

 

Основной задачей управления процессом нагрева металла в методической печи является выбор и поддержание такого теплового режима, чтобы получить металл, прогретый равномерно по сечению до заданной температуры, с заданной кристаллической структурой и обладающий заданными не химическими свойствами, а также обеспечить нужный процесс и до минимума уменьшить угар (окисление) металла, создать экономичную, безопасную и безаварийную работу печи. Система регулирования температуры предназначена для поддержания заданной температуры в каждой зоне печи в отдельности, с учетом изменения производительности. Поддержание температуры в каждой зоне производится изменением подачи газа в каждую зону. Температура в печи должна поддерживаться с высокой точностью.

При увеличении температуры металл теряет свою кристаллическую решетку, она начинает распадаться, будет происходить оплавление слитков, они становятся мягкими и теряют свои характеристики. Так же будет увеличиваться количество угара. Кроме получения бракованных слитков идет перерасход топлива, что ведет к неэкономной работе печи.

При уменьшении температуры в рабочем пространстве печи, слиток не равномерно прогревается по сечению. Непрогретый металл имеет жесткую форму и происходит коррозия металла, что приводит к невыполнению дальнейшей обработки.

В период нагрева металла, когда его температура и температура в печи ниже заданной, в печь подается максимально допустимое количество топлива. В период выдержки в верхней зоне регулятор обеспечивает необходимую температуру, изменяя расход газа. По мере прогрева металла тепловая нагрузка в печи снижается тогда, когда температура в печи становится меньше заданной. Величина максимальной тепловой нагрузки определяется стойкостью конструктивных элементов кладки, свода. При нагреве холодных заготовок из высокоуглеродистой и легированных сталей необходимо ограничивать скорость подъема температуры и тепловой нагрузки, чтобы избежать расстрескивание заготовок из-за возникновения больших термических напряжений.

На температуру и на ее изменения влияют:

· изменение марки, размера заготовки;

· изменение производительности печи;

· открытие окон при загрузке, выгрузке заготовок и контроля параметров печи;

· изменения параметров топлива (состав, давление, температура, теплота сгорания);

· изменение параметров воздуха (давление, температура, влажность);

· изменение соотношения “газ-воздух”;

· изменение тяги дымовой трубы.

Методическая печь, как объект регулирования является объектом статистическим, т.е. имеет самовыравнивание. Это объект большой емкости и обдает большим запаздыванием. В процессе нагрева изменяются динамические параметры, коэффициент передачи и постоянная времени, что требует перенастройки средств регулирования в процессе работы.

Методические печи применяются, для нагрева металла перед прокаткой на сортовых и листовых прокатных станах.

Методическая печь разделена на зоны. Металл нагревается непрерывно, постепенно перемещаясь из одной зоны в другую. В каждой зоне поддерживается заданная для нее температура. Зоны имеют разное назначение:

а) методическая зона или зона предварительного нагрева:

Как правило, эта зона не отапливается. Нагрев металла осуществляется за счет тепла отходящих дымовых газов, поступающих из других зон.

б) сварочная зона:

Металл нагревается интенсивно за счет подачи тепла от теплоносителя.

в) томильная зона:

Происходит полный нагрев заготовки. Чем толще заготовка, тем больше температура и тепла необходимо для ее нагрева.

г) нижняя сварочная зона:

Служит для интенсивного нагрева металла снизу.

В методические печи загружают холодные или горячие (600-800⁰С) заготовки. Заготовки подаются в печь через окно посада наиболее холодную часть печи, т.е. со стороны методической зоны так, чтобы их продольные оси были перпендикулярны продольной оси печи, а боковые грани соприкасались по всей длине. Уложенные таким образом заготовки занимают всю активную площадь печи. Когда очередная заготовка подается в печь, толкатель продвигает все заготовки вдоль печи в более горячую часть - к окну выдачи и выдается одна нагретая заготовка. Продвигаясь в печи, металл нагревается постепенно до определенной температуры за счет сгорания топлива, поступающего через инжекционные горелки, которые устанавливаются по шесть штук в верхней и нижней зонах по ширине печи. Для наилучшего горения в горелки поступает воздух из атмосферы. Перед тем, как топливо поступает в горелки, его подогревают в рекуператоре. Рекуператор нагревается с помощью отходящих дымовых газов. Температура нагрева воздуха должна быть не менее 300⁰С. Это придает топливу эффективное и экономическое горение при нагреве металла.

Нагрев каждой марки стали, осуществляется по специальной инструкции.

При нагреве металла в сварочной зоне температура поверхности заготовки приближается к заданной, т.е. 1200⁰С, в то время температура середины заготовки может быть еще низкой. Для ускорения нагрева заготовки служит нижняя сварочная зона, при наличии этой зоны в методической и сварочной зонах, заготовка лежит на водоохлаждаемых трубах. По ним слябы продвигаются в печи. А в области контакта с этими трубами на заготовки образуются холодные пятна. С целью выравнивания температуры по сечению заготовки и устранения холодных пятен предусматривается часть печи, где заготовку выдерживают на томильном огнеупорном поде. Эту часть печи конструктивно оформляют, как отдельную зону - томильная, с индивидуальным отоплением.

Продукты сгорания топлива, сжигаемого в томильной и сварочной зонах, отводятся через методическую зону, таким образом, в печи заготовка и продукты сгорания движутся противоточно.

После того, как металл нагрели до определенной температуры, его при помощи все тех же толкателей выталкивают из печи и по рольгангам он поступает на многоклетьевой стан.

Достоинства печи:

· непрерывный характер работы и относительно стабильный тепловой режим;

· методический, постепенный нагрев, что имеет большое значение для легированных сталей;

· относительно небольшой удельный расход топлива на нагрев металла.

Недостаток печи - большое время нагрева заготовок вследствие того, что металл в печи греют лишь с двух сторон

 

Расчет горения топлива

 

В начале необходимо пересчитать состав сухого газа на влажный. Для этого нужно определить содержание водяного пара в газах

 

Кокосовый газ

Определяем объем Н₂О смеси газов:

 

где W - влажность газа в г/м³

 

 

Находим коэффициент перерасчета на влажный газ:

 

K_п.г.=(100-4,174)/100=0,958

 

Определяем состав влажного газа:

 

 

х^вл_i и х_i - объемные доли компонента соответственно во влажных и сухих газах

 

 

СО₂^вл=K_п.г∙СО₂=0,958∙1,9=1,82%

СH₄^вл=К_п.г∙CH₄=0,958∙24,5=23,48 %

N₂^вл=К_п.г∙N₂=0,958∙7,8=7,47 %

H₂^вл=К_к.г∙H₂=0,958∙57,5=55,1 %

CО^вл=К_к.г∙СО=0,958∙7,5=1,82%

O₂^вл=К_к.г∙О₂=0,958∙0,8=0,76 %

 

Доменный газ

Содержание водяного пара в газе

H₂O_д.г=

К_д.г.=(100-3,59)/100=0,96

Определяем состав влажного газа:

 

СО₂^вл=К_к.г∙СО₂=0,96∙12,5=12,05 %

Co^вл=К_к.г∙СО=0,96∙27=26,03 %

H₂^вл=К_к.г∙H₂=0,96∙5=4,82 %

СH₄^вл=К_к.г∙СH₄=0,96∙0,5=0,48 %

N₂^вл=К_к.г∙N₂=0,96∙55=53,03 %

 

Для определения состава смеси газа вычислим доли газов

Из условия дано, что доля доменного газа Х_д.г=10%, а коксового Х_к.г=90%

Q_H^p=15631.941*0.85+31056.46*0.15=17945.618 [кДж/м³]

Состав смешанного газа:

 

 

Рассчитав состав смешанного газа составим таблицу:

 

Вещества	Доменный газ, %	Коксовый газ, %	Вл. Дом. газ, %	Вл. Кокс. газ, %	Смешанный газ, %
СH4	0,5	24,5	0,48	23,48	21,18
СO2	12,5	1,9	12,05	1,82	2,84
O2	0	0,8	0	0,76	0,69
CO	27	7,5	26,03	1,82	9,07
H2	5	57,5	4,82	55,1	50,07
N2	55	7,8	53,03	7,45	12,02
H2O	-	-	3,59	4,174	4,12

 

Вычислим теплоту сгорания:

 

 

Расход кислорода на горение смеси газа:

V_O2=0,01∙[(0,5·(CO+H₂))+(m+0,25∙n)∙ΣC_mH_n -O₂]=

=0,01[0,5∙(9,07+50,07)+2*21,18-0,069]=0,71 м³/м³

Теоретически необходимое количество воздуха:

 

V_В= α (1+К)∙ V_О2,

 

при α=1,1 и К=3,762

Расчет теоретического расхода воздуха для горения газа:

V_B=1,1*(1+79/21)*0,71=3,73 м³/м³

Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания:

 

=0,97 м3/м3

 

Определение объемов дымовых газов:

 

 

Состав продуктов сгорания:

 

 

Компоненты				Сумма
СO2	H2O	N2	О2	%
7,46	21,76	69,17	1,61	100