3.3. Тепловий розрахунок

3.3.1. Розрахунок згоряння палива

Таблиця 1 – Склад сухого природного газу, %

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	N2
0	0,6	0,2	0,2	-	0,1	0,4

Перераховуємо склад сухого газу на вологий W = 1%

CH = CH × (11)

CH = 98,5 × = 97,5%

Таблиця 2 – Склад вологого газу, %

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	N2	H2O
97,5	0,6	0,2	0,2	-	0,1	0,4	1

Визначаємо теплоту згорання палива

Q = 358,2CH₄ + 637,5C₂H₆ + 912,5C₃H₈ + 1186,5C₄H₁₀ + 1460,8C₅H₁₂ (12)

Q = 358,2×97,5 + 637,5×0,6 + 912,5×0,2 + 1186,5×0,2 + 1460,8×0 = = 35726,9 кДж/м³

Визначаємо теоретично необхідну для горіння кількість сухого повітря

Z₀ = 0,0476×(2CH₄ +3,5C₂H₆ + 5C₃H₈ + 6,5C₄H₁₀ + 8C₅H₁₂) (13)

Z₀ = 0,0476×(2×97,5 + 3,5×0,6 + 5×0,2 + 6,5×0,2 + 8×0) = 9,49 м³пов/м³газу

Визначаємо кількість атмосферного повітря

Z₀ʹ = 1,016×α₀ (14)

Z₀ʹ = 1,016×9,49 = 9,64 м³пов/м³газу

Визначаємо кількість і склад продуктів горіння при d=1

V_CO2 = 0,01×(CO₂ + CH₄ + 2C₂H₆ + 3C₃H₈ + 4C₄H₁₀ +5C₅H₁₂) (15)

V_CO2 = 0,01×(0,1 + 97,5 + 2×0,6 + 3×0,2 + 4×0,2 + 5×0) = 1,00 м³/м³

V_H2O = 0,01×(2CH₄ + 3C₂H₆ + 4C₃H₈ + 5C₄H₁₀ + 6C₅H₁₂ + H₂O + 0,16× d × α₀ × α ) (16)

V_H2O = 0,01×(2×97,5 + 3×0,6 + 4×0,2 + 5×0,2 + 5×0 + 1 + 0,16×10×9,49×1) = = 2,15 м³/м³

V_N2 = 0,79× α₀ × α + 0,01×N₂ (17)

V_N2 = 0,79×9,49×1 + 0,01×0,4 = 7,50 м³/м³

V_O2 = 0,21×( α-1)× α₀ при α=0,1

V_O2 = 0

Визначаємо загальну кількість продуктів згорання

V₀ = V_CO2 + V_H2O + V_N2 (18)

V₀ = 1+ 2,15 + 7,50 = 10,65 м³/м³

Складаємо матеріальний баланс процесу згорання в гк/100м³ газу при α=1, на густину ρ [кг/м³]

Таблиця 3 – Матеріальний баланс процесу згорання

Прибуток	кг	Витрати	кг
Природний газ		Продукти згорання
CH4 = 97,5×0,717	69,91	CO2 = 1×100×1,977	197,7
C2H6 = 0,6×1,356	0,81	H2O = 2,15×100×0,804	172,86
C3H8 =0,2×2,020	0,40	N2 = 7,50×100×1,251	938,25
C4H10 = 0,2×2,84	0,57	Разом	1308,81
С5H12 = -
CO2 = 0,1×1,977	0,198
N2 = 0,4×1,251	0,500
H2O = 1×0,804	0,804
Повітря
O2 = 100×9,49×1×0,21×1,429	284,79
H2O = 0,16×10×9,49×0,804	12,21
N2 = 100×9,49×1×0,79×1,251	937,89	Нев’язка	-0,73
Разом	1308,08	Разом	1308,08

Нев’язка = прибуток – витрати

Нев’язка = 1308,08 – 1308,81 = - 0,73

% Нев’язка = × 100

% Нев’язка = × 100 = 0,06%

3.3.2. РОЗРАХУНОК ТЕМПЕРАТУРИ ГОРІННЯ

ί _заг = + + , (20)

де C₂ – теплоємність газу, кДж/м³×К

ʈ₂ – температура газу, °С

С_n – теплоємність повітря, кДж/м³×К

ʈ_n – температура повітря, °С

α = 1

ί _заг = + + = 3380,99 кДж/м³

ʈ_теор = 2010°С

ί’_заг = ί _заг × Ʋ ,

де Ʋ – пірометричний коефіцієнт

ί’_заг = 3380,99×2704,79 кДж/м³

ʈ_дійсн = 1730°С

ʈ_дійсн < ʈ_теор

1730 °С < 2010 °С

×× 3.3.3. РОЗРАХУНОК КОЕФІЦІЄНТ НАДЛИШКУ ПОВІТРЯ В ЗОНІ ВИПАЛУ

Коефіцієнт надлишку повітря α визначаємо з рівняння теплового балансу процесу горіння

Q + α₀α × С_nʈ_n = (V₀(α-1) α₀)×ʈ_вип × С_n.г , (21)

де ʈ_вип – температура в зоні випалу, °С

С_n.г – теплоємкість продуктів горіння кДж/м³К

С_n.г = 1,3555+0,0000755× ʈ_вип (22)

С_n.г = 1,3555+0,0000755×1020 = 1,43 кДж/м³

35726,9+9,49×α ×1,3×20 = (10,65(α-1)×9,49)×1020×1,43

35726,9+246,74α = (10,65+9,49α-9,49)×1458,6

35726,9+246,74α = 15534,09+13842,11α – 13842,11

246,74α – 13842,11α = 15534,09 – 13842,11 – 35726,8

-13595,37α = -34034,82

α =

α = 2,5

3.3.4. ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС ЗОНИ ПІДІГРІВУ ТА ВИПАЛУ

Тепловий баланс зони підігріву та випалу складається з метою визначення витрат палива В.

Надходження теплоти

Теплота від згорання палива

Q₁ = Q × B (23)

де В – витрати палива, м³/с

Q₁ = 35726,9В кВт

Теплота, що вноситься повітрям

Q₂ = αα₀ × C_n × ʈ_n ×B (24)

Q₂ = 2,5×9,49×1,3×20×В = 616,9В кВт

Прибуток в сумі становить

Q₁+Q₂ = 35726.9B + 616.9B

Q₁+Q₂ = B(35726.9 + 616.9)

Q₁+Q₂ = 36343.8B кВт

Витрати тепла

Теплота, затрачена на нагрівання сухої маси виробів до максимальної температури випалу

Q₁’ = Р_с(С_кʈ_к - С_nʈ_n), (25)

де С_к – теплоємкість плитки кінцева кДж/кгК

Внесення теплоємкості матеріалу визначити по додатку 15[4]

ʈ_к – кінцева температура плитки, °С

С_n – початкова теплоємкість плитки кДж/кгК

ʈ_n – початкова температура плитки, °С

Q₁’= 0,43(1,15×1020 – 0,85×130) = 456,88 кВт

На нагрівання остатньої вологи плитки і нагрівання виликувшої при цьому водяної пари до температури відходячих

Q₂’ = W_вол (2490 + 1,97ʈ_відг – 4,19ʈ_n), (26)

де W_вол – кількість вологи, яка виділяється з матеріалу, кг/с

W_вол = Р_с (27)

W_вол = 0,43 = 0,004 кг/с

Q₂’= 0,004(2490 + 1,97×350 – 4,19×130) = 10,5 кВт

Тепло, затрачене на хімічні реакції в матеріалі:

Q₃’= 340×P_c (28)

де 340 – теплота фізично-хімічних перетворень кДж/кг

Q₃’= 340×0,43 = 146,2 кВт.