Расчет топливосжигающих устройств

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Расстояние между осями топливосжигающих устройств принимается 0, 85 – 1, 25 м. Производительность одной форсунки (горелки):

G_т = B/n, кг/с (м³/с), (117)

где n - количество форсунок (горелок).

Расчет пневматических форсунок низкого давления

Принимая скорость истечения топлива (мазута) ω _т = 2 - 5 м/с, определяем площадь сечения для прохода топлива:

F_т = G_т/ (ρ _т · ω _т), м², (118)

где ρ _т – плотность мазута, ρ _т = 960 кг/м^3.

Диаметр отверстия топливной трубки:

d_т= (4·F_т/π )^{0, 5}, м.

Избыточное давление топлива перед форсункой:

P_т = (G_т/(μ ·F_т))²/(2·ρ _т), Па,

где μ – коэффициент расхода (0, 2 – 0, 4).

Приведенная скорость воздуха в выходном сечении форсунки:

ω _в = (2·P_в /(ξ _в·ρ _в))^{0, 5}, м/с,

где P_в – избыточное давление воздуха перед форсункой (1 – 10 кПа);

ρ _в – плотность воздуха при 0°C, кг/м³;

ξ _в – коэффициент сопротивления форсунки по воздуху, ξ _в = 1, 1.

Площадь сечения для прохода воздуха:

F_в = G_т·V_в/ ω _в, м². (120)

Диаметр воздушного сопла:

d_в = (4· (F_в+ F_г)/π )^{0, 5}, м.

Расчет диффузионных горелок низкого давления (121)

Принимаем скорости выхода из горелок (приведенные к нормальным условиям): газа ω _г = 25 м/с; воздуха ω _в = 30 м/с.

Площадь сечения для прохода газа:

F_т = G_т/ ω _г, м².

Диаметр газового сопла:

d_г= (4·F_г/π )^{0, 5}, м.

Площадь сечения для прохода воздуха:

F_в = G_т·V_в/ ω _в, м².

Диаметр воздушного сопла:

d_в= (4·( F_в+ F_г)/π )^{0, 5}, м.

Избыточное давление газа перед горелкой:

Р_г = _г· (ω _г²/2) ·ρ _г· (l + β ·t_г), Па. (122)

Избыточное давление воздуха перед горелкой:

Р_в = _в· (ω _в²/2) ·ρ _в· (l + β ·t_в), Па. (123)

Принять _г =1, 5, _в =1, 0.

Длина факела:

, м, (124)

где К - коэффициент (для природного газа K= 1, 5 для коксового К = 0, 6).

ЛИТЕРАТУРА

1. Кривандин В. А., Егоров А. В. Тепловая работа и, конструкции печей черной металлургии. М., Металлургия, 1989.

2. Тайц Н. Ю., Розенгарт Ю. И. Методические нагревательные печи. М., Металлургиздат, 1964.

3. Теплотехнические расчеты металлургических печей. Зобнин Б. Ф., Казяев М. Д., Китаев Б. И. и др. М., Металлургия, 1982.

4. Теплотехнические расчеты металлургических печей. Под ред. А. С. Телегина. М., Металлургия, 1970.

5. Филимонов Ю. П., Старк С. Б., Морозов В. А. Металлургическая теплотехника. Т. 2. Под ред. М. А. Глинкова. М., Металлургия, 1974.

Основные обозначения

- коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·К;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);

δ - угар металла, %;

ρ - плотность, кг/м³;

- общее время нагрева металла, час;

ξ - коэффициент местного сопротивления;

- время нагрева металла в методической зоне, на участке сварочной зоны с двухсторонним обогревом, на участке сварочной зоны с монолитным подом, час;

- изменение теплосодержания металла в печи вместе с образовавшейся окалиной;

- приращение теплосодержания металла в методической зоне, в сварочной зоне, на участке сварочной зоны с двухсторонним обогревом, на участке сварочной зоны с монолитным подом, кДж/кг;

- расстояние между рядами заготовок, м;

- перепад температур в заготовке, °С;

ρ _г- плотность продуктов сгорания, кг/ м³_;

, - общая степень черноты системы " газ-кладка-металл" в сварочной и методической зонах соответственно;

- степень черноты продуктов сгорания в сварочной и методической зонах соответственно;

- угловые коэффициенты излучения кладки на металл в сварочной и методической; зонах соответственно;

- коэффициент использования химической энергии топлива в печи;

- коэффициент использования химической энергии топлива в сварочной зоне;

- степень черноты металла;

b - удельный расход тепла, кДж/кг;

D - ширина печи, м;

F_акт - площадь активного пода, м²;

- внутренняя поверхность стен и свода в сварочной и методической зонах, м²;

- суммарная поверхность кладки и металла, окружающих газовый объем в сварочной и методической зонах соответственно, м²;

F_пол - площадь полезного пода, м²;

- площадь пода печи в сварочной и методической зонах соответственно, м²;

- площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе сварочной и методической зон, м²;

G - производительность печи, кг/час;

G_т - производительность одной форсунки (горелки), кг/с (м³/с);

Н_акт - напряженность активного пода, кг/(м²ч);

h_ок - высота окна посада и выдачи, м;

Н_пол- напряженность полезного пода, кг/(м²ч);

h_св, h_мет - высота сварочной и методической зон соответственно, м;

- теплосодержание металла в начале печи, вначале участка сварочной зоны с двухсторонним обогревом, в начале участка сварочной зоны с монолитным подом, в конце печи соответственно, кДж/кг;

i_в - энтальпия воздуха, подаваемого в печь, кДж/м³;

i_общ - полная энтальпия продуктов сгорания, кДж/ м³;

i_св - энтальпия продуктов сгорания в сварочной зоне, кДж/ м³;

i_т - энтальпия топлива (газа), кДж/ м³;

i_ух - энтальпия продуктов сгорания, уходящих из печи, кДж/м³;

i_х - химическая энтальпия продуктов сгорания кДж/м³;

- коэффициент формы;

- длина методической зоны, сварочной зоны, сварочной зоны с двухсторонним обогревом, сварочной зоны с монолитным подом, активного пода соответственно, м;

l_эф - эффективная длина луча, м;

n - число рядов заготовок;

q₀, q₁, q₂, q₃ - удельный тепловой поток к поверхности металла в начале методической зоны, в начале сварочной зоны, в начале зоны с монолитным подом, в конце печи соответственно, Вт/м²;

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м³);

q_н - недожог топлива, кДж/кг (кДж/м³);

- средний удельный тепловой поток в методической зоне, в сварочной зоне с двухсторонним обогревом, в сварочной зоне с монолитным подом соответственно, Вт/м²;

Q_ух, - количество тепла, уносимого уходящими газами из печи, из сварочной зоны соответственно, кДж/м³;

Q_ф - физическое тепло, вносимое воздухом и топливом, кДж/м³;

RO₂, N₂, O₂, H₂O - объемный состав продуктов сгорания, %;

S - полутолщина заготовки, м;

t_м - среднемассовая температура заготовки, °С;

t_мет - средняя температура газов в методической зоне, С°;

t_окр - температура окружающего воздуха, °С;

t_п - температура поверхности заготовки, °С;

t_с - температура середины заготовки, °С;

t_св - температура газов в сварочной зоне, °С;

t_ух - температура уходящих из печи газов, °С;

V_в - расход сухого воздуха на горение, м³/кг (м³/м³);

V_г - объем продуктов сгорания, м³/кг (м³/м³);

V_св, V_мет - объем заполняемого газом рабочего пространства в сварочной и методической зонах соответственно, м³;

а - коэффициент температуропроводности, м²/час;

В - расход топлива, кг/с (м³/с);

М_общ - общая тепловая мощность печи, кВт;

М_пол, М_хх - полезная мощность печи, мощность холостого хода соответственно, кВт

с - теплоемкость, кДж/(кг·К);

-среднее значение приведенного коэффициента излучения от газов и кладки на металл, Вт/(м²·К⁴).

Приложение 1. Тепловые эффекты реакций горения

Горючий компонент	Реакция	Тепловыделение, кДж/м³	Тепловыделение, кДж/кг
СО	СО + 0, 5 О₂ = СО₂	126, 27
Н₂	Н₂ + 0, 5 О₂= Н₂О	107, 89
СН₄	СН₄+ 2 О₂ = СО₂ + 2 Н₂О	358, 30
С₂Н₄	С₂Н₄ + 3 О₂= 2 СО₂ + 2 Н₂О	590, 55
С₂Н₆	С₂Н₆+ 3, 5 О₂= 2 СО₂ + 3 Н₂О	637, 86
С₃Н₈	С₃Н₈ + 5 О₂= 3 СО₂ + 4 Н₂О	912, 80
С₄Н₁₀	С₄Н₁₀ + 6, 5 О₂= 4 СО₂ + 5 Н₂О	1186, 75
С₅Н₁₂	С₅Н₁₂ + 8 О₂= 5 СО₂ + 6 Н₂О	1461, 20
Н₂S	Н₂S + 1, 5 О₂ = Н₂О + SО₂	231, 54
С	С + О₂= СО₂		340, 70
S	S + 2 О₂ = 2SО₂		108, 86

Приложение 2. Энтальпия горючих компонентов газообразных топлив при атмосферном давлении ( 0, 1013 МПа), кДж/м³

t, ^оC	CО	Н₂	СН₄	С₂Н₄	С₂Н₆	С₃Н₈	С₄Н₁₀	С₅Н₁₂	Н₂S	С_nН_m
	261, 4	259, 4	351, 8	456, 4	554, 8	793, 0	1051, 3	1302, 9	312, 3	456, 4
	531, 7	520, 8	806, 4	1074, 3	1323, 4	1903, 7	2506, 2	3096, 1	653, 2	1074, 3
	814, 3	784, 6	1356, 5	1815, 4	2266, 7	3259, 0	4271, 0	5271, 0	1024, 9	1815, 4
	1109, 1	1053, 4	1995, 4	2646, 5	3344, 8	4790, 0	6247, 0	7700, 0	1426, 9	2646, 5
	1412, 6	1328, 9	2699, 2	3547, 1	4530, 0	6460, 0	8403, 0	10346, 0	1850, 6	3547, 1
	1723, 3	1611, 9	3435, 7	4503, 0	5790, 0	8256, 0	10727, 0	13197, 0	2293, 1	4503, 0

Приложение 3. Формулы для расчета полного сгорания топлива

Наименование величины	Расчетная формула
Теоретический расход сухого кислорода	Твердое и жидкое топливо: Газообразное топливо:
Теоретический расход сухого окислителя	, О_2ок – объемное содержание кислорода в окислителе, % (для атмосферного воздуха 21%).
Расход сухого окислителя при	.
Выход сухих трехатомных газов	Твердое и жидкое топливо: . Газообразное топливо:
Теоретический выход азота	, N_2ок – объемное содержание азота в окислителе, % (для атмосферного воздуха 79 % ). .
Теоретический выход водяных паров	Твердое и жидкое топливо: , G_ф – удельный расход водяного пара на распыливание жидкого топлива, кг/ кг ( от 0, 03 до 0, 1 кг/кг в зависимости от типа форсунки); d_ок – влагосодержание окислителя, г/м³, ( для атмосферного воздуха может быть принята равной 0, 13 г/м³). Газообразное топливо: .
Выход продуктов полного сгорания при
Объемный состав продуктов полного сгорания	; ;
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях

Приложение 4. Средние изобарные теплоемкости газов с_рпри атмосферном давлении (0, 1013 МПа), кДж/(м³ К)

СО₂	N₂	O₂	Н₂О	сухой воздух	СО	Н₂	СН₄
1, 595	1, 294	1, 305	1, 494	1, 297	1, 299	1, 276	1, 550
1, 700	1, 295	1, 317	1, 505	1, 300	1, 301	1, 290	1, 642
1, 787	1, 299	1, 335	1, 522	1, 307	1, 307	1, 297	1, 758
1, 862	1, 306	1, 356	1, 542	1, 317	1, 316	1, 299	1, 886
1, 929	1, 316	1, 377	1, 565	1, 328	1, 328	1, 302	2, 015
1, 989	1, 327	1, 398	1, 589	1, 342	1, 342	1, 305	2, 140
2, 041	1, 340	1, 416	1, 614	1, 356	1, 357	1, 308	2, 260
2, 088	1, 353	1, 434	1, 641	1, 370	1, 372	1, 312	2, 376
2, 131	1, 367	1, 449	1, 668	1, 384	1, 386	1, 316	2, 494
2, 169	3, 379	1, 464	1, 695	1, 397	1, 399	1, 322	2, 602
2, 203	1, 391	1, 479	1, 722	1, 409	1, 412	1, 328	2, 699
2, 234	1, 403	1, 485	1, 750	1, 421	1, 424	1, 336	2, 786
2, 263	1, 414	1, 500	1, 776	1, 432	1, 436	1, 343	2, 862
2, 289	1, 425	1, 510	1, 802	1, 443	1, 446	1, 351	-
2, 323	1, 434	1, 520	1, 828	1, 452	1, 456	1, 359	-
2, 335	1, 444	1, 529	1, 852	1, 462	1, 465	1, 367	-
2, 355	1, 452	1, 537	1, 876	1, 470	1, 474	1, 375	-
2, 374	1, 461	1, 546	1, 899	1, 478	1, 482	1, 383	-
2, 391	1, 468	1, 554	1, 921	1, 486	1, 490	1, 391	-
2, 407	1, 475	1, 561	1, 942	1, 493	1, 497	1, 399	-
2, 422	1, 482	1, 569	1, 962	1, 501	1, 503	1, 407	-
2, 435	1, 489	1, 575	1, 982	1, 507	1, 510	1, 418	-
2, 448	1, 495	1, 583	2, 000	1, 513	1, 516	1, 422	-
2, 460	1, 501	1, 589	2, 018	1, 519	1, 521	1, 430	-
2, 471	1, 506	1, 596	2, 036	1, 525	1, 526	1, 437	-
2, 481	1, 511	1, 602	2, 052	1, 530	1, 532	1, 444	-

Примечание. Теплоемкость двуокиси серы с достаточной степенью точности может быть принята равной теплоемкости углекислого газа.

Приложение 5. Коэффициент теплового излучения газового объема СО₂

Приложение 6. Коэффициент теплового излучения газового объема Н₂О

Приложение 7. Поправочный коэффициент β для расчета коэффициента теплового излучения газового объема Н₂О

Приложение 8. Средняя теплоемкость и теплопроводность различных сталей

Температура,

Свойство

Средняя теплоемкость

углеродистых

низколегированных

нержавеющих

жаропрочных

Свойство

Теплопроводность

малоуглеродистых

средне углеродистых

высокоуглеродистых

хромистых

марганцовистых

хромокремнистых

кремнемарганцовистых

хромомолибденовых

нержавеющих

жаропрочных

Приложение 9. График для определения продолжительности выдержки металла на монолитном поду двухзонной методической печи при t_г = const

Приложение 10. Свойства огнеупорных и теплоизоляционных материалов

Материал	Плотность, кг / м³	Коэффициент теплопроводности, Вт / (м·К)	Средняя теплоемкость, кДж / (кг·К)	Предельная температура применения, ^°С
Динас обычный	1900 – 2000	0, 82 + 0, 00068·t	0, 87 + 0, 00019·t
Динас плотный	2000 – 2100	1, 6 + 0, 00038·t	0, 87 + 0, 00019·t
Шамот	1800 – 2000	0, 7 + 0, 00064·t	0, 87 + 0, 00021·t
Шамот класса А	1800 – 9000	0, 9 + 0, 00023·t	0, 87 + 0, 00021·t
Магнезит	2600 – 2800	6, 3 – 0, 0027·t	1, 05 + 0, 00015·t
Хромомагнезит	2700 – 2850	2, 8 – 0, 00087·t
Шамотный легковес		0, 47 + 0, 0038·t	0, 87 + 0, 00021·t
Шамотный легковес		0, 23 + 0, 0022·t	0, 87 + 0, 00021·t
Динасный легковес		0, 3 + 0, 0037·t	0, 87 + 0, 00019·t
Диатомит		0, 12 + 0, 0015·t	0, 9
Асбестовый картон	1000 – 1250	0, 16 + 0, 0014·t	0, 85
Плиты из каолиновой ваты		0, 12 + 0, 0016·t	0, 87 + 0, 00021·t
Минеральный войлок	250 - 300	0, 06 - 0, 000008·t

Приложение 11. Коэффициенты местных сопротивлений

Тип местного сопротивления	Коэффициент местного сопротивления	К какой скорости относится
Внезапное сужение канала	F₂/ F₁	ξ	W₂
0, 1	0, 47
0, 2	0, 42
0, 3	0, 38
0, 4	0, 34
0, 5	0, 29
0, 6	0, 24
0, 7	0, 18
0, 8	0, 13
0, 9	0, 06
Внезапное расширение канала	F₂/ F₁	ξ	W₁
0, 1	0, 81
0, 2	0, 64
0, 3	0, 50
0, 4	0, 36
0, 5	0, 25
0, 6	0, 16
0, 7	0, 09
0, 8	0, 04
0, 9	0, 01
Выход из канала	ξ = 1, 0
Вход в отверстие с острыми краями	ξ = 0, 45 – 0, 50
Простое колено квадратного сечения	α	ξ
20^°	0, 11
40^°	0, 30
60^°	0, 53
80^°	0, 83
100^°	1, 30

Приложение 12. График для определения высоты трубы

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56