|
|
Химические реакции горения.
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O
C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O
N2 ТОП→N2 ПР ГОР
Расчет ведем на 100 м3 газа
2.1 Расчет количества воздуха, количества продуктов горения и их состав
Таблица 2.2 – Расчет горения топлива
Топливо
Воздух
Продукты горения
Состав-
ляющие
Содер-
жание в %
Коли-
чество
в м3
O2
N2
Всего
CO2
H2O
O2
N2
Всего
CH4
C2H6
C4H10
N2
92,2
0,8
1,0
6,0
92,2
0,8
1,0
6,0
184,4
2,8
6,5
193,7*
*3,76=
=728,3
193,7+
+728,3=
=922
92,2
1,6
4
-
184,4
1,6
5
-
-
-
-
-
728,3+
+6=734,3
97,8+191+
+734,3=
=1023,1
100
100
193,7
728,3
922
97,8
191
-
734,3
1023,1
Коэф-
фициент
расхода
воздуха
n
n=1
состав в %
21
79
100
9,56
18,67
-
71,77
100
n=1,1
количество
в м3
213,07
801,13
1014,2
97,8
191
9,91
807,73
1106,44
n=1,1
состав в %
21
79
100
8,84
17,26
0,90
73
100
2.2 Расчет калориметрической температуры горения
а) определяем низшую теплотворную способность топлива.
Qpн = 358 * СН4 + 640 *С2Н6 + 1180 * С4Н10 кДж/м3
где СН4, С2Н6, С4Н10 – процентное содержание соответствующих составляющих топлива.
Qpн = 358 * 92,2 + 640 * 0,8 + 1180 * 1= 33007,6 + 512 + 1180 = 34699,6 кДж/м3
б) определяем количество образовавшихся продуктов горения.
Vg| = Vg /100 м3/м3
Vg| = 1106,44 / 100 =11,0644 м3/м3
в) Находим теплосодержание продуктов горения.
i0 = Qpн/ Vg| кДж/м3
i0 =34699,6/11,0644=3136,15 кДж/м3
г) По полученному теплосодержанию определяем вероятную температуру горения t1.
t1 = 1900 0C
д) Находим теплосодержание при температуре t1.
i1 = 0,01 * t1 * (CO2 * Ct1CO2 + H2O * Ct1H2O +N2 * Ct1N2) кДж/м3
где СО2, Н2О, N2 – процентное содержание продуктов горения;
Ct1CO2, Ct1H2O, Ct1N2 – теплоемкость соответствующих продуктов горения при температуре t1.
е) Задаем значение температуре t2.
t2 = t1 +100 0C
t2 = 1900 + 100= 2000 0C
ж) Находим теплосодержание продуктов горения при температуре t2 (аналогично i1)
i1 = 0,01 * 1900 * (8,84 * 2,42 + 17,26 * 1,93 + 73 * 1,48) = 3092,2 кДж/м3
i2 = 0,01 * 20000 * (8,84 * 2,43 + 17,26 * 1,94 + 73 * 1,49) = 3274,7 кДж/м3
Поскольку i1<i0>i2 значение калориметрической температуры находим методом интерполяции
tk = t1 + (i0 – i1)/(i2 – i1) = 1900 + (3136,15 - 3092,2)/(3274,7 – 3092,2) = 1900,24 0C
з) Находим tпр при η = 0,62…0,82
tпр = η * tk
tпр = 0,72 * 1900,24 = 1368,2 0С
2.3 Материальный баланс горения
Поступило газа 100 м3, в том числе кг.
Получено продуктов горения
CH4 = 92,2 * 16/22,4 = 65,9
CO2 = 97,8 * 44/22,4 = 192,1
C2H6 = 0,8 * 30/22,4 = 1,07
H2O = 191 * 18/22,4 = 153,5
C4H10 = 1,0 * 58/22,4 = 2,6
O2 = 9,91 *32/22,4 = 14,6
N2 = 6 * 28/22,4 = 7,5
N2 = 807,73 *28/22,4 = 1009,7
77,07
1369,46
Воздуха: О2 = 219,07 * 32/22,4 = 304,39
N2 = 801,13 * 28/22,4 = 1001,41
1305,8
∑прих = 77, + 1305,8 = 1382,87 кг
∑расх = 1369,46 кг
3 РАСЧЕТ НАГРЕВА МЕТАЛЛА
Нагрев металла в печах является очень важной операцией. Металл желательно нагревать быстро, т.к. в этом случае уменьшается его угар, увеличивается производительность печи и уменьшает удельный расход топлива на нагрев. Из этих соображений целесообразно выбирать оптимальный температурный режим печи, обеспечивающий с одной стороны, быстрый нагрев металла, а с другой, не создающий в нагреваемом металле чрезмерных механических напряжений, которые могут привести к образований трещин.
Продолжительность нагрева металла до заданной температуры является важным параметром, определяющим производительность печи и ее габаритные размеры.
Расчет нагрева металла начинается с определения критерия Bi.
Критерий Bi проводит границу «тонких» и «массивных» тел.
Bi ≤ 0,25 - тело «тонкое»
Bi > 0,5 - тело «массивное»
Bi = α∑ * S/λ
где
S – прогреваемая толщина, м. Нагрев односторонний.
S = 0,09 м
λ – средний коэффициент теплопроводности, Вт/(м * оС)
λ20 = 51,9 Вт/(м * оС)
λ800 = 25,9 Вт/(м * оС)
λср = λ20 + λ800/2 = 51,9 +25,9/2 = 38,9 Вт/(м * оС)
α∑ - суммарный коэффициент теплоотдачи от газа к металлу, Вт/(м2 * оС)
α∑ = 0,092 * (Тп/100)3
Тп – температура печи конечная, оС
Тп = tн + 273 +50
Тп = 800 + 273 + 50 = 1123 оС
α∑ = 0,092 * (1123/100)3 =130,3 Вт/(м2 * оС)
Bi = 130,3 * 0,09/38,9 = 0,3 – тело «массивное»
τн =
где
m – коэффициент массивности.
m =
К2 – коэффициент усреднения теплового потока по сечению тела.
К3 – коэффициент усреднения разности температуры в теле.
m =
S – характерный размер тела, м
С – удельная теплоемкость металла, Дж/(кг * оС)
- плотность металла, кг/м3
К1 – коэффициент формы тела К1 = 1,7
α – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 * оС)
tп – температура печи, оС
tн – начальная температура металла, оС
tк – конечная температура металла, оС
τн = с
τн = 2,7 ч
τв – время выдержки, ч
τв = 0,5 ч
τоб – общее время, ч
τоб = τн + τв
τоб = 2,7+ 0,5 = 3,2 ч
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.