Расчет рабочей массы топлива

ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ РАБОТУ

Тема:	Тепловой и аэродинамический расчёт методической толкательной печи с вращающимся подом
Студенту	Березанской К.А.

Исходные данные:

 

№ варианта

СОСТАВ СУХОГО ГАЗА, объемные %

Коэф-ент расхода воздуха,n

Температура подогрева воздуха,0С

СО2

СО

Н2

СН4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

Н2S

О2

N2

5,5

20,2

0,2

0,2

15,9

1,1

 

Марка стали	Размер заготовки, δxbxl,мм		Р, т/ч	dв, г/м3	dг, г/м3	tме, 0С	Тип печи
Ст.40	D300х800						МВР

Руководитель:		Сеничкин Б.К.
Задание получил:		Березанская К.А.

 

Магнитогорск, 2014

Расчет горения топлива

 

Расчет рабочей массы топлива

 

Рассчитать расход воздуха, количество и состав продуктов горения природного газа следующего состава:

Влагосодержание сухого газа d_Г = 15 г/м³, температура t_В = 30°С.

Пересчет состава сухого газа на влажный проводится по формулам:

=1,832%

=0,982%

Аналогично рассчитываем:

 

CO₂ =5,5*0,982=5,401%;

 

CO=28*0,982=27,496%;

 

H₂=30*0,982=29,46%;

 

CH₄=20,2*0,982=19,8364%;

 

N₂=15,9*0,982=15,6138%;

 

H₂S=0,2*0,982=0,1964%;

 

O₂=0,2*0,982=0,1964%.

 

 

1.2. Теплота сгорания топлива

 

В практических расчетах обычно пользуются величиной , поскольку в тепловых устройствах пары воды, содержащиеся в продуктах горения, удаляются из рабочего пространства в газообразном состоянии.

Низшая теплота сгорания газового топлива определяется как сумма тепловых эффектов реакции горения каждого компонента, содержащегося в одном кубическом метре топлива:

 

Q ₌ 127,7*27,496+108*29,46+358*19,8364+234*0,1964=3511,2392+3181,68+7101,4312+45,9576=13840,308 кДж/кг

 

1.3. Определение расхода воздуха

 

Количество окислителя (кислорода), необходимого для полного горения единицы топлива, определяется на основе стехиометрических соотношений горючих компонентов и окислителя. Рассчитанное количество окислителя по стехиометрическим уравнениям представляет собой теоретически необходимое количество кислорода (Vо₂) для полного сжигания единицы топлива до СО₂ и Н₂О.

Для сжигания 1 м³ газового топлива требуется кислорода

Vo₂­­­­­­­­­­­­= 0.01· [0.5(H₂+CO) + Σ (m + n/4) ·2Cm Hn ]=[0,01(0,5(27,496+29,46)+(3*0,1964)]= =0,01(28,7726+39,4764)=0,68249 %

В атмосферном воздухе содержится 79% N₂ и 21% O₂. Таким образом, азота по объему в 79/21 = 3,762 раза больше, чем кислорода. Учитывая это, теоретически необходимый расход атмосферного воздуха (L_o) можно определить из выражения

=(1+3,762)0,68249=3,24995 м³/ м³

Принимаем, что газ сжигается горелками внешнего смешивания . Тогда коэффициент расхода воздуха принимаем равным n = 1,1. Фактический расход воздуха L_n составит

L_n=n*L_o=1,1*3,24995=3,57495м/м³

1.4. Определение выхода и состава продуктов горения

Количество составляющих продуктов горения топлива рассчитывается в соответствии с формулами

 

V_RO2= 0,01( CO+ H₂+Σm C_mH_n)= 0,01[5,401+0,1964+27,496+(1*19,8364)]=0,5293%

V_H2O= 0,01(H₂O+ H₂+Σn/2 C_mH_n)+0,001244d_BL_n=0,01[1,832+29,46+0,1964+(2*19,8364) +0,001244*32*3,57495= 0,85392161%

=0,01*15,6138+1.1*3,76*0,68249=2,97892%

=(1,1-1)0,68249=0,06825%

Объем продуктов полного горения единицы топлива представляет собой сумму всех четырех составляющих

V_­­­_n = V_RO2 + V_N2 + V_H2O +V_O2изб =0,5293+0,85392161+2,97892+0,06825=4,43039161%

 

 

Состав продуктов горения определяется как отношение содержания каждого компонента к объему продуктов полного горения единицы топлива, выраженное в процентах:

 

Состав влажных продуктов горения определяется по формуле :

 

CO₂=11,94%

N₂₌ 67,23%

H₂O= 19,27%

O_2изб= 1,54%

 

 

Плотность рассчитывается по правилу аддитивности в соответствии с составом продуктов горения

=1,25кг/м³

 

Исходя из величины общей теплоты продуктов горения, отнесенного к 1м³ их объема i_общ, тогда:

где q_B, q_T - физическая теплота подогретых, соответственно,

воздуха и топлива.

Расчет физической теплоты, вносимой влажным воздухом, расходуемым на окисление единицы топлива, проводится по формуле (20). Данная величина определяется по фактическому расходу L_n, энтальпии при соответствующей температуре его подогрева i_B и влажности d_B

 

=0,039808%

t_{B =}400°

= 537,9624602кДж/м³

 

 

При нагреве газа свыше 500°С расчет физической теплоты газа q_Т может быть выполнен по выражению

q_T =1788,054кДж/кг

Теплота, вносимая в зону горения твердым и жидким топливом, весьма мала и ею можно пренебречь.

Содержание свободного воздуха в продуктах горения при n = 1,1 составит

=7,335694643%

 

Рассчитать теоретическую температуру горения Т_т, в зависимости от сорта топлива, можно по формулам:

T_m=1999,501295K

 

По it–диаграмме, при i = 3767,68 кДж/м³ и t^T_a = 1474,75°C.

 

 

Время нагрева металла

Температуру уходящих из печи дымовых газов принимаем равной t_ух=1050°С; температуру печи в томильной зоне на 50° выше температуры нагрева металла, т.е. 1300°С. Распределение температур по длине печи представлено на рис. 1

Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядка 400-500°С.

Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять (формула 88) равной (700-800) S, где S- прогреваемая (расчетная) толщина. В рассматриваемом случае двухстороннего нагрева S=0,55S=0.6·0.1=0,066 м. и, следовательно, ∆t=700·0,055=38,5°С, т.е. следует принять температуру поверхности сляба в конце методической зоны равной 500°С.

Определим ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении заготовок ширина печи будет равна

B_печи=L+2α=3+4·0,2=3,8 м.

Здесь α=0,2 м – зазоры между слябами и стенками печи.

В соответствии с рекомендациями высоту печи принимаем равной: в томильной зоне 1,4 м, в сварочной 1,4 м, в методической 1,4 м.

Находим степени развития кладки (на 1 м длины печи) для:

Методической зоны ω_м = (2·1,4+3,8)/0,8=8,25;

Сварочной зоны ω_м = (2·1,4+3,8)/0,8=8,25;

Томильной зоны ω_м = (2·1,4+3,8)/0,8=8,25.

Определим эффективную длину луча, м:

S_эф=(4*h*B)/(2*h+2*B)=1,2