Теплотехнический расчет проходной газовой печи

 

Краткая характеристика печи:

Назначение печи – нагрев проволоки

Материал проволоки – сталь 1юпс

Температура нагрева проволоки – 870°С

Диаметр проволоки – 2, 0 мм

Скорость движения проволоки - 60 м/мин

Вид топлива – природный газ Q^р=7990 ккал/м³

Температура подогрева воздуха – 400°С

Давление воздуха перед печью – 500 мм вод ст.

Давление газа перед печью – 400 мм вод ст.

Тип установленных горелок – IMPD33/3; IMPD22/3; IMPD16/3; IMPD11/3

Количество нитей на агрегате – 24

 

2.5.1 Расчет горения топлива:

Состав природного газа:

СН₄ – 97, 567 %

С₂Н₆ – 0, 65 %

С₃Н₈ – 0, 319 %

С₄Н₁₀- 0, 131 %

С₅Н₁₂ – 0, 032 %

N₂ - 1, 23 %

СО₂ - 0, 051%

Н₂О – 0, 00007 г/м³

2.5.2 Расчет горения газа с a = 1, 0

Низшая теплотворная способность газа 7990 кДж/м³

Количество кислорода, необходимое для сгорания рассчитывается по формуле:

 

V° = 0, 01 * (2СН₄ + 3, 5С₂Н₆ +5* С₃Н₈ +6, 5С₄Н₁₀+8* С₅Н₁₂) (2.6)

V° =0, 01 * (2*97, 567 + 3, 5*0, 65+5*0, 319 + 6, 5*0, 131+8*0, 032) = 2, 00 м³/м^{; 3}

Кислород на горение берут из воздуха.

Воздух по объему (в %) состоит из 21% кислорода и 79% азота:

l₀ = (1 + V_N ) * V₀ (2.7)

 

Выразим объем азота через объем кислорода:

V_N = 79/21 * V₀ =3, 76* V₀ (2.8)

l_о = (1 + 3, 76) *2, 00= 9, 53 м³/м³

Определим количество и состав продуктов сгорания:

V ° _N = 0, 01 N₂+ 3, 76 V °₀₂ (2.9)

V ° _N = 0, 01*1, 23 + 3, 76*2, 00= 7, 54 м³/м³

V ⁰_С02 = 0, 01 (СН₄ + 2С₂Н₆ + 3 С₃Н₈ + 4С₄Н₁₀ +5 С₅Н₁₂) (2.10)

V ⁰_С02 =0, 01 * (97, 567+2*0, 65+3*0, 319+4*0, 131+5*0, 032) =1, 01м³/м³

V °_Н2О= 0, 01* (2СН₄+ЗС₂Н₆ +4С₃Н₈ +5С₄Ню+6 С₅Н₁₂ +2Н₂О) (2.11)

V °_Н2О =0, 01 * (2*97, 567 + 3*0, 65 +4*0, 319+ 5*0, 131 + 2*0) =1, 99 м³/ м³

Общее количество продуктов сгорания:

V °_общ = V °_Н2О+ V °со₂+ V °_N2 (2.12)

V °_общ = 1, 99+1, 01+7, 54=10, 53 м³/м³

2.5.3 Расчет горения газа с a₁ = 0, 5

Количество воздуха для сгорания:

L¹ = a₁ * L₀ (2.13)

L¹= 0, 5 * 9, 53 = 4, 76 м³/м³

 

Количество кислорода для сгорания:

V '₀ = a₁ * V °₀

V '₀ = 0, 5 * 2, 00 = 1, 00 м³/м³

 

Общее число продуктов сгорания:

V 'общ = V °_общ - 0, 79 L_o * (1 - a₁) (2.14)

 

V 'общ =10.53-0.79*9.53*(1-0.5) = 6.77 м³/м³

В = V° _Н2О- (к-2) * V°с_О2 + 2 V °₀₂ *( 1-a₁ )* (к - 1) (2.15)

В = 1, 99-(1, 656-2)* 1, 01 +2* 2, 00*(1-0, 5)*(1, 656-1) = 3, 65 м³/м³

(2.15)

 

= м³/м³

 

Количество СО, Н₂О, N₂, Н₂ в продуктах сгорания:

V 'н₂о= V °со₂ + V °_Н2О - V 'со₂- 2 * (1-0, 5)* V °₀ (2.16)

V 'н₂о = 1, 01 + 1.99 - 0, 262-2 * (1-0, 5)* 2, 0= 0, 73 м³/м³

V '_N2= a₁* V °_N2 (2.17)

V '_N2= 0, 5 * 7, 54 = 3, 77 м³/м³

V¢ _СО2=V°_СО2 - V 'со₂ (2.18)

V¢ _СО2= 1, 01-0, 262=0, 74 м³/м³

V '_Н2О= V 'со₂+ 2 * (1 - a₁)* V °₀ - V °₀ (2.19)

V '_Н2О = 0, 262+2*(1-0, 5)*2, 00-1, 01=1, 26 м³/м³

Сделаем проверку:

V 'общ = V '_Н2О+ V 'со₂+ V '_N2 - V '_Н2 + V '_СО (2.20)

V 'общ = 0, 74+0, 262+3, 77+1, 26+0, 74=6, 77 м³/м³

 

Определим состав продуктов горения в процентах:

[V 'со₂ ] = V '_С02 / V '_ОГ1Щ 100% = 0, 262/6, 77* 100 % = 3, 9 %

[V 'со] =11, 0 %

[V'_Н2] = 18, 6 %

[V'_N2] = 55, 7 %

[V¢ _Н2О] = 10, 8 %

Химическое тепло, выделяемое при неполном сгорании газа, определяется по следующей формуле:

q₁ = Q_Н ^p- V '_общ * (126, 4* [V 'со] + 108* [V '_Н2] (2.21)

 

q₁=33398-6, 77*(126, 4*11+108*18, 6)=10385кДж/м³

 

2.5.4 Расчет догорания продуктов неполного сгорания газа с коэффициентом расхода воздуха а₂ = 1, 0

Количество кислорода для дожигания определяем по формуле:

V" ₀₂ = 0, 005* ([V 'со] + [V '_Н2]) = 0, 148 м³/м³

Количество воздуха для дожигания:

l" ₀₂ = (1+к) * V " ₀₂ *a₂ (2.22)

l" ₀₂ = (1+3, 76) * 0, 148* 1, 0 = 0, 705 м³/м³

 

Количество СО₂, Н₂О, N₂, в продуктах сгорания:

V" _Н2О= 0, 01*([V¢ _Н2О]+[V¢ _N2])=0, 294 м³/м³

V" _N2= 1, 113м³/м³

V" co₂=0, 149м³/м³

V" _общ = 1, 556м³/м³

Определим температуру горения при a= 0, 5 и температуре подогрева воздуха t = 400°С

 

t ^т_a = (q₁ + q_B)/(с_д* V '_общ ) = (q₁+ L¹ * t * С_В)/ (С_Д* V '_ОБЩ ) (2.23)

 

где q₁ - химическое тепло, выделяемое при неполном сгорании;

q_B - физическое тепло воздуха, поступающего на горение единицы топлива, кДж/м'³

Сд - теплоемкость дымовых газов, кДж/м' °С

С_В- теплоемкость воздуха при t = 400°С, кДж/м'' °С

t^т_a = (10385+4, 64*400*1, 3)/ (1, 52*6, 77)= 1250°С

 

2.5.5 Расчет дожигания продуктов неполного сгорания газа с a ₂ = 1, 0

 

Действительная температура горения

t^действ_a =1250*0, 75 = 933 °

Принимаем температуру печи в зоне нагрева t _a = 900°С

 

2.5.5 Расчет дожигания продуктов неполного сгорания газа с a ₂ = 1, 0

Состав газа:

Н₂О = 10, 8 %; N₂ = 55, 7 %; СО₂ = 3, 9 %; СО = 11 %; Н₂ = 18, 6 %

Низшая теплотворная способность:

 

q_H^p = 126, 4 [V 'со] + 108 [V '_Н2] (2.24)

 

q_H^p = 126, 4*11+ 108*18, 6 = 3399, 2 кДж/м³

 

V" °₀₂=0, 005*(11+18, 6)=0, 148 м³/м³

L" o₂=(1+3, 76)*0, 148=0, 705м³/м³

V " _Н2О=0, 01*(10, 8+18, 6)=0, 294 м³/м³

V" _N2 =0, 01*55, 7+3, 76*0, 148=1, 113 м³/м³

V" _СО2=0, 01*(3, 9+11)=0, 149

V" _общ = 1, 556 м³/м³

СО₂ = 9, 6 %; Н₂О = 18, 9 %; N₂ = 71, 5%

Определим действительную температуру горения при подаче холодного воздуха t_B и горячих продуктов неполного сгорания t_П =900°С

 

t_a^Т==(q_Н ^Р+q_Н^Г+q_B)/(С_Д*V" _ОБЩ) = (q_Н^Р+ L _Н^Г * t _Н^Г*+L_О" *С_В*t_В)/ (С_Д* V '" _ОБЩ )= =(3399, 2+1, 55*900+0, 705*1, 3*20)/(1, 65*1, 556)=1874º С

Действительная температура горения: t^действ = 1874 * 0, 75 = 1405º С

 

2.5.6 Определение коэффициента расхода воздуха a₂ в зоне нагрева

Для проволоки диаметром 2, 0 мм в таблице принимаем температуру печи в зоне нагрева t_П = 900°С. Для установления этой температуры необходимо ввести дополнительный холодный воздух в соответствии с a₂, рассчитанному по формуле:

 

a₂=1+V" ^C_ОБЩ(t_a^действ*С₁^действ-t_П*С)/(t_П*С*L₀) (2.25)

a₂=1+1, 556*(1419*1, 58-900*1, 56)/(900*1, 56*0, 7)=2, 28

 

В дымовых газах дополнительно к V^" _О2 образуется:

 

V^" _О2=(2, 28-l, 0)*0, 148 = 0, 19 м³/м³

 

Определение количества воздуха, необходимого на горение в зоне нагрева:

L^" =(1 +3, 76)* 0, 148* 0, 19= 1, 17 м³/м³

 

Количество дымовых газов:

V" _дым = 1, 556 + 0, 19 = 1, 746 м³/м³

 

2.5.7 Расчет времени нагрева проволоки в зоне предварительного нагрева и определение длины зоны

Температура в зоне t_П =900°С, начальная температура металла t_М^Н=20°C, конечная температура металла t_М^К = 250°С. Время нагрева проволоки определяется по формуле:

(2.26)

где d - диаметр проволоки, мм;

r - плотность проволоки, кг/м³ (ρ = 7850 кг/м³)

Сρ - средняя теплоемкость металла в интервале температур (t^Н- t^К), Дж/кг °С С_пр - приведенный коэффициент излучения с учетом конвективно­го теплообмена, Вт/кг*К⁴;

x^tМН, x^tМК - начальный и конечный температурный фактор, К^-3

 

(2.27)

 

= Дж/м²*°С

 

где i_М^К; i_М^К – энтальпия при t_М^К; t_М^К, Дж/кг

Энтальпия металла:

i_М^Н =9, 7 кДж/кг при t_М^Н=20°С

i_М^К =127, 7 кДж/кг при t_М^К=250°С

 

t_М^СР=900-(250-20)/ln[ (900-20)/(900-250) ]=141°С

 

(2.28)

Вт/м*К⁴

 

С_пр = С_к + С_ПР (2.29)

 

С_пр = 3, 6+3, 5=7, 1 Вт/м²*К⁴

 

Конечный и начальный температурные факторы определяются в зависимости от темпера­туры печи, начальной и конечной температур металла по графикам 1 и 2 из приложения [ ]: для температуры t_П = 900°С;

при t^Н = 20°С x^НМ = 0, 019 К^-3

при t^К = 250°С x^КМ = 0, 033 К^-3

Время нагрева проволоки определяется по формуле 2.26:

 

c

 

Длина зоны:

l=V*t/60 (2.30)

 

l=60*3, 2/60=3, 12 м

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Акт, обеспечивающий земельными участками тех лиц, которые действительно селятся нагосударственных землях и обрабатывают их.
2. Блокировочные схемы, обеспечивающие наладочные режимы.
3. В ст. 329 ГК установлено, что исполнение обязательств может обеспечиваться неустойкой, залогом, поручительством, банковской гарантией, задатком и другими способами.
4. Вопрос 2. Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ в электроустановках.
5. Вот вам правило: в ущерб рабочему весу ищите позицию, которая обеспечивает самую
6. Вторая глава. Попечительство
7. Золото тянется к тому, кто откладывает десятую часть своего заработка, обеспечивая будущее себе и своей семье.
8. Изготовитель (исполнитель) обязан обеспечивать безопасность товара (работы) в течение установленного срока службы или срока годности товара (работы).
9. Интенсивная сыворотка-корректор — концентрированное средство активного действия. Помогает сделать ежедневный уход за кожей по-настоящему эффективным. Обеспечивает быстрый видимый результат.
10. Как «Короли Крыс» — Управляющий Банком Англии Норман Монтегю и владельцы ФРБ Нью-Йорка, — спровоцировали Великую Депрессию и обеспечили приход Гитлера к власти
11. Как обеспечить активность допрашиваемого
12. Катаболизм обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией, поэтому его еще называют энергетическим обменом.