1. Расчёт горения топлива

1.1. Пересчёт состава топлива

Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на влажный проводится по формуле:

где d_Г ­– влагосодержание газа, г/м³, которое для природного газа будет 10 г/м³, а – содержание компонента, % (об.).

1.2. Объём воздуха и продуктов полного сгорания

Теоретический расход сухого кислорода:

=0,01∙[0,5( + +3 )+∑(m+n/4)C_m - ], м³/ м³;

=0,01∙[0,5(0+0+3·0)+((2+6/4)∙0,5+(3+8/4)∙0,2+(4+10/4)∙0,3+(1+4/4)∙95)-0,7]=1,94 м³/м³.

Теоретический расход сухого окислителя:

=100· / ,

где – объемное содержание O₂ в окислителе, %.

Для атмосферного воздуха =21 %.

м³/м³.

Расход сухого окислителя при :

м³/м³.

Расход сухих трехатомных газов:

Теоретический выход азота:

где N_2ок – объемное содержание азота в окислителе, %. Для атмосферного воздуха в окислителе N_2ок=79 %.

Теоретический выход водяных паров:

где d_ок – влагосодержание окислителя, г/м³, которое для природного газа будет 0,13 г/м³.

Выход продуктов полного сгорания при :

Объемный состав продуктов полного сгорания:

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:

ρ

ρ

1.3. Низшая теплота сгорания

Для газообразного топлива определяется по формуле:

=126CO^P+108 +358C +590 +638 +913 +1187 +1461

+232 S^P;

=358·93,83+638·0,49+913·0,19+1187·0,29=34421,46 кДж/м³.

1.4. Температура горения топлива

Данный расчёт необходим для того, чтобы установить, обеспечивает ли данное топливо нужную температуру нагрева металла, и если не обеспечивает, то определить необходимую степень подогрева сред, участвующих в горении.

Энтальпию продуктов сгорания определим по формуле:

i_общ=i_x+Q_ф/V_Г,

где i_x – химическая энтальпия продуктов сгорания, которая рассчитывается по формуле:

i_x=( - )/V_г,

где – недожог топлива, кДж/кг.

i_x= (34421,46-0) / 12,10=2844,7 кДж/м³.

Из приложения 4 для изобарная теплоёмкость воздуха С_Р=1,335 кДж/ (м³·К).

Тогда:

i_в= С_Р· t = 1,335·450=600,75 кДж/м³.

Q_ф= Q_В= i_В · V_В, кДж/м³;

Q_ф = 600,75 · 11,09=6662,32 кДж/м³.

i_общ=2844,7+6662,32/12,10=2899,77 кДж/м³.

Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания от 500 °С до 2500 °С:

По полученным значениям строим график зависимости энтальпии 1 м³ продуктов сгорания от температуры (рис. 1)

Графически определяем, что i_общ = 2899,77 кДж/м³ соответствует расчетная температура t_расч=1800 °С.

Действительная температура горения:

= η∙ , °С,

где η – опытный пирометрический коэффициент (η = 0,75);

Рис.1. Зависимость 1 м³ продуктов сгорания от температуры

2. Расчёт теплоотдачи в рабочем пространстве печи

2.1. Режим нагрева заготовок

В курсовой работе расчёт нагрева заготовок проводится в предположении:

1. симметричного температурного поля в заготовке в зонах с двусторонним обогревом;

2. постоянной температуры газов в сварочной зоне.

2.2. Расчёт внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи

Целью расчёта внешнего теплообмена является определение приведённого коэффициента излучения от газов и кладки на металл. Расчёт проводиться для верхней части рабочего пространства печи, для нижних зон значение коэффициента излучения принимается таким же. Для проведения расчёта необходимо определить размеры рабочего пространства печи.

Ширина рабочего пространства:

где n – число рядов заготовок, одновременно перемещающихся в рабочем пространстве печи, (n=1);

– расстояние между рядами движущихся заготовок или между торцами заготовок и боковыми стенками печи, м;

l – длина заготовки, м;

Обычно число рядов принимают из конструктивных соображений равным одному или двум, имея в виду что отношение длины к ширине печи должно быть порядка 5-6. По данным В.А.Кривандина, если в печи одновременно находится менее двухсот заготовок, применяется однорядное расположение, а если более 400, то печь выполняют трёхрядной.

Средняя высота рабочего пространства печи принимаем:

.

Или по практическим данным:

в сварочной зоне – h_св = 2 м.

В методической зоне – h_мет = 1,5 м.

Площадь пода печи:

где L_св , L_мет – соответственно длины сварочной и методической зон, м.

Внутренняя поверхность стен и свода:

Суммарная поверхность кладки и металла, окружающих газовый объем:

Объем заполняемого газом рабочего пространства:

Средняя эффективная длина луча:

Парциальное давление газов:

Степень черноты газов ε и ε в сварочной и методической зонах определяем по приложениям 5 и 6.

ε _{= 0,11;}

ε _{= 0,17;}

ε _{= 0,11;}

ε _{= 0,17.}

Температуру газов в сварочной зоне считаем постоянной, предварительно её можно принять на 50 выше температуры поверхности металла в конце нагрева.

Температура газов в сварочной зоне:

Средняя температура газов в методической зоне:

где температура уходящих газов ( ).

Степень черноты продуктов сгорания:

ε ε _+β∙ ε _;

ε ε _+β∙ ε _.

где β­- поправочный коэффициент, определяем по приложению 7.

ε _{0,09+0,9∙0,17=0,243;}

ε _{0,1+0,9∙0,17=0,253.}

Угловой коэффициент излучения кладки на металл:

Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:

в сварочной зоне:

в методической зоне:

Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла: