Розрахунок горіння палива і динаміка нагріву металу в металургійних печах

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Кафедра «Технічна теплофізика»

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

ПО ТЕПЛОТЕХНІЦІ

«Розрахунок горіння палива і динаміка нагріву металу в металургійних печах»

паливо баланс горіння температура

1. Розрахунок горіння палива

Загальні положення

Розрахунок горіння палива є основою теплового розрахунку при проектуванні печі.

Розрахунком горіння визначаються кількість, склад і густина палива, повітря (кисненосія) і продуктів горіння; температура горіння, коефіцієнт використання тепла палива.

Розрахунок витрати палива, кисненосія і продуктів горіння заснований на рівняннях хімічних реакцій окислювання пальних компонентів:

С+0,5О₂=СО₂;

Н₂+0,5О₂=Н₂О;

СН₄+2О₂=СО₂+2Н₂О;

С₂Н₄+3О₂=2СО₂+2Н₂О.

Горіння палива в металургійних печах відбувається, як правило, в атмосфері газоподібного окислювача (кисненосія), що представляє собою суміш кисню, азоту і водяної пари (змістом інших компонентів, таких як, СО, СО₂ звичайно зневажають). Кількість кисненосія і продуктів горіння залежить за інших рівних умов від співвідношення обсягів азоту і кисню

K_В=N₂/O₂,

де N₂,O₂ ? відповідно зміст азоту і кисню в кисненосії, виражене в об'ємних відсотках. Якщо в сухому кисненосії зміст O₂>21%, він являє собою повітря, збагачене киснем. Збагачення повітря киснем сприяє підвищенню температури горіння і коефіцієнта використання тепла палива (КВП). Розрахунок температури горіння ведеться на основі теплового балансу процесу горіння, розрахунок КВП - на основі теплового балансу печі.

Схема і приклад розрахунку горіння газоподібного палива

Вихідні дані:

Вид палива - суміш коксового і доменного газів з теплотою згoряння

= 10,6 Мдж/м³.

кисненосій: повітря, збагачене киснем O₂ = 36%.

Коефіцієнт витрати повітря = 1,22.

Температура:

газу t_Г = 250С;

кисненосія t_В = 900С;

димових газів t_Д = 1000С.

Склад сухих газів приведений у таблиці 1.1.

Таблиця 1.1- Склад сухих газів, %

Компоненти	Доменний газ	Коксовий газ
СО2 СО О2 СН4 С2Н4 Н2 N2	11,0 27,5 - 0,8 - 3,2 57,2	2,4 5,2 0,9 25,8 1,2 13,5 51,0
	100,0	100,0
W,г/м3	45	35

Потрібно визначити:

1. Склад суміші вологих газів.

2. Кількість кисне носія.

3. Кількість продуктів горіння.

4. Скласти матеріальний баланс горіння.

5. Калориметричну температуру горіння.

6. Коефіцієнт використання тепла палива.

Послідовність розрахунку

2. Визначення складу вологих газів (робочого складу)

(1,1)

де К ? коефіцієнт перерахування на вологий газ

Н₂O=0,1242КW.

Склад вологих газів, обчислений по формулі (1.1), приведений у таблиці 1.2.

Таблиця 4.2 ? Склад вологих газів, %

Компоненти	Домений газ	Коксовий газ
СО2	110,9470=10,41	2,40,9583= 2,3
СО	27,50,9470=26,04	5,20,9583=4,98
СН4	0,80,9470= 0,75	25,80,9583=24,72
С2Н4	-	1,20,9583= 1,15
Н2	3,2*0,9470=3,03	510,9583=48,87
N2	57,50,9470=54,45	13,50,9583=12,93
Н2О	0,1242450,9470= =5,29	0,1242350,9583=5,29
	100	100

Теплота згоряння газів:

, МДж/м³.

=0,01(12,726,04+35,70,75+10,83,03)=3,9;

=0,01(12,74,98+35,724,72+591,15+10,848,87)=15,41.

3. Робочий склад газової суміші

Частка газів у суміші визначається з теплового балансу:

де Х ? частка доменного газу (по теплу) у суміші:

Тоді частка коксового газу:(1 ? X) = 1 - 0,41 = 0,58.

Склад змішаного газу, %:

=4,980,41+26,0,40,58=13,79;

CH₄ = 24,720,41 + 0,750,58 =14,69;

C₂H₄ =1,150,58 = 0,66;

H₂ =48,870,41 + 3,030,58 =29,69;

N₂ = 12,930,41 + 54,450,58 = 30,31;

H₂O = 4,160,41 + 5,290,58 = 4,63;

CO₂ = 2,30,41 + 10,410,58 = 5,69.

= 100%.

4. Теплота згоряння суміші газів

=

=0,01(12,713,79+35,714,69+590,66+10,829,69)=10,6 МДж/м³.

Відхилення від заданої калорійності:

, що припустимо.

5. Густина змішаного газу

,кг/м³(1.2)

де M_i ? молекулярна маса, кг;

r_i ? зміст компонента в суміші, %.

=(229,69+2813,79+1614,69+280,66+445,69+2830,31+184,63)/2240=0,8475кг/м³.

6 Склад і густина кисненосія

Сухий кисненосій містить 36% і 64% . Приймаємо температуру холодного кисненосія =20С, при цьому вологість =18,9 г/м³

.

Склад вологого кисненосія, %:

 =360,9771=35,17;=640,9771=62,53;Н₂О=0,124218,90,9771=2,29.

=100 %.

Густина вологого кисненосія по формулі (1.2)

кг/м³.

7 Кількість кисненосія (на 1 м³ газу)

? теоретично необхідна

? дійсна L_Д=L₀ =1,221,496=1,82 м³/м³.

8 Кількість продуктів горіння (на 1 м³ газу)

.

=0,01(5,69+13,79+14,69+20,66)=0,35;



=0,35+0,68+0,115+1,444=2,6 м³/м³.

9. Склад і густина продуктів горіння, %

Склад продуктів горіння

.

100,00%

Густина продуктів згоряння по формулі (1.2)



10. Матеріальний баланс горіння

Матеріальний баланс горіння складається з метою перевірки правильності і точності розрахунку:m_Г+m_В=m_Дm.

Прихід ? маса газу і кисненосія.

Маса газу (для 1 м³ газу):=10,8475=0,8475 кг.

Маса кисненосія:=1,8251,302=2,378 кг.

Разом прихід: m_Г+m_В=0,8475+2,378=3,225 кг.

Витрата - маса продуктів горіння=2,61,2379=3,219 кг.

Нев'язання балансу=3,219?(0,8475+2,378)=0.

Відносне нев'язання , що припустимо.

Отже, розрахунок горіння палива виконаний вірно.

11. Калориметрична температура

Калориметрична температура розраховується з припущення, що все тепло, що надходить у зону горіння, витрачається тільки на нагрівання продуктів горіння:

,

відкіля

 ,

де і ? тепло, внесене паливом і повітрям, кдж/м³ палива;

? теплоємність продуктів горіння середня для інтервалу температур від 0 до , кдж/(м³К).

,

i_Г ? ентальпія газу, кдж/м³. Визначається по робочому складі газової суміші при 1, с. 25 методом лінійної інтерполяції

кДж/м³,(1.3)

Х ? зміст компонента, %.

При =250С по формулі (4.3)

=0,01(325,7530,31+327,8513,79+324,529,69+458,255,69+383,54,63+

+459,114,69+602,50,66)=355,7 кдж/м³ газу.

=1355,7=355,7 кдж/м³ газу.

.

При =900С 1, с. 25

=

=0,01(1318,835,17+1239,762,53+152612,29)=1589,107

кдж/м³ кисненосія.

Тоді =1,82581589,107=2901,44 кдж/м³ газу.

Ентальпія продуктів згоряння при калориметричній температурі

кДж/м³

продуктів горіння.

Орієнтовну калориметричну температуру визначимо по ентальпії i_к продуктів згоряння по діаграмі 1, рис.60. =2400С.

Обчислимо ентальпію продуктів згоряння при орієнтованій температурі =2400С:

=0,01(3828,44,45+3617,455,55+3667,613,65+4881,826,33)=3966,628 кдж/м³.

Тому що отримане значення (3966,628<5327,952), то в другому наближенні приймаємо 3000С:

=0,01(4911,14,45+4647,355,55+7712,113,65+6380,726,33)=5534,174 кдж/м³.

Тому що отримане значення (5534,174>5327,952), то шукана калориметрична температура горіння палива визначається по формулі:

12. Коефіцієнт використання тепла палива

КВП є теплотехнічною оцінкою палива і являє собою частку тепла, що залишилося в печі:

,(1.4)

де - фізичне тепло продуктів горіння, кдж/м³;

- тепло хімічного недопалу продуктів горіння. Приймаємо =0.

ри t_Д=1000С ентальпія продуктів згоряння 1, с. 25:

=0,01(1477,94,45+139055,55+2202,313,65+175226,33)=1593,093 кдж/м³.

Фізичне тепло продуктів горіння визначається по формулі:

=2,61593,093=4143,382 кдж/м³ газу.

Підставляючи отримані значення у формулу (1.4), одержимо:

,

тобто 91,6 % хімічного тепла палива залишається в печі, інше іде з продуктами горіння.

Таблиця 1.3 - Результати розрахунку горіння палива

№ п/п	Найменування величин	Позначення, розмірність	Значення
	Вихідні дані:
1.	Теплота згоряння палива	,МДж/м3	10,6
2.	Коефіцієнт витрати повітря		1,22
3.	Вміст кисню в кисненосії	О2	36
4.	Температура газа	tг, С	250
5.	Температура кисненосія	tв, С	900
6.	Температура продуктів згоряння	tд, С	1000
	Результати розрахунка:
1.	Кількість кисненосія	L0, Lд, м3/м3	1,496; 1,825
2.	Витрата продуктів згоряння	Vд, м3/м3	2,6
3.	Склад продуктів згоряння:	СО2, %	13,65
		Н2О, %	26,33
		О2, %	4,45
		N2, %	55,55
4.	Невязання балансу	m/m, %	0
5.	Калориметрична температура	tк, С	2921
6.	Коефіцієнт використання тепла палива		0,916

13. Розрахунок динаміки нагрівання металу в печах періодичної дії

Вибір кінцевого температурного стану металу

Температура поверхні наприкінці нагрівання t_ПК вибирається в залежності від марки сталі по 1, с. 351. Вихідні дані приведені в додатку В.

Режим нагрівання металу в нагрівальному колодязі комбінований, що складається звичайно з двох періодів: М = const чи q = const і t_ПЕЧ = const.

Зливок являє собою усічену призму. Поперечні розміри зливка приймають по середньому перетині. Якщо відношення довжин широкої і вузької граней b:а< 1,3, припустима заміна призми циліндром еквівалентного діаметра.

Нижче приведена послідовність розрахунку нагрівання еквівалентного циліндра при комбінованому режимі:

I період - нагрів при постійному тепловому потоці (q = const),

II період - нагрів з постійною температурою (t_ПЕЧ = const).

Розрахунковий радіус зливка

, м

де а і b ? поперечні розміри зливка в середньому по висоті перетині, м.

Перепад температур наприкінці нагрівання, С:

t_К=(120…150)R,

гдe 120…150С/м товщини шару, що прогрівається ? припустимий градієнт температур.

t_К=1400,389=54,46 округляємо до 50 в меншу сторону.

Визначення густини теплового потоку і температури печі наприкінці нагрівання

Коефіцієнт теплопровідності наприкінці нагрівання:

,

де t_ЦК=t_ПК ? t_К.( t_пк рисунок 2а)

Орієнтоване значення коефіцієнта тепловіддачі, Вт/(м² К):

.

Орієнтоване значення критерію

:.

Значенню відповідає для циліндра коефіцієнт усереднення теплових потоків , визначений за графіком. Що дорівнює 1,43.

Орієнтоване значення теплового потоку у кінці нагріву:

, Вт/м².

Температура печі наприкінці нагрівання (чи в II періоді t_печ =const) визначається з формули Стефана-Больцмана:

Размещено на Allbest.ru

...