2.3.2 Розрахунок горіння палива

З “ Характеристики основних видів палива” вибираємо сполуку палива й заносимо в таблицю 2.1 [2, 6].

Таблиця 2.1

Склад палива

Н₂ СО СН₄ С₂Н₄ СО₂ N₂ О₂ H₂S ∑

2,0 0,6 93,0 0,4 0,3 3,0 0,5 0,2 100

Теплота згоряння газу

Q_н^р = 0,127 СО + 0,108 Н₂ + 0,357 CH₄ +0,596 С₂Н₄ + 0,234H₂S = (2.2)

= 0,127×0,6 + 0,108×2,0 + 0,357×93,0 + 0,596×0,4 + 0,234×0,2 = 33,78 мДж/м³

Теоретично необхідна кількість повітря

L₀ = 0,0476( 0,5 CO + 0,5 H₂ + 2 CH₄ +3С₂Н₄ + 1,5H₂S – О₂ ) = (2.3)

= 0,0476×( 0,5×0,6 + 0,5×2,0 +2×93,0 + 3×0,4 + 1,5×0,2 – 0,5 ) = 8,96 м³/м³

Дійсна кількість повітря при n = 1,05

L_д = nL₀ = 1,05×8,96 = 9,4 м³/м³ (2.4)

Кількість продуктів горіння

VCO₂ = 0,01( CO + CO₂ + CH₄ + 2 С₂Н₄ ) = 0,01×( 0,6 + 0,3 + 93,0 + 2×0,4 ) =

= 0,95 м³/м³ (2.5)

VH₂O = 0,01( H₂ + 2CH₄ + 2С₂Н₄ + Н₂S) = 0,01×( 2,0 + 2×93,0 +2×0,4 + 0,2 ) = = 0,19 м³/м³ (2.6)

VO₂ = 0,21( n-1 ) L₀ = 0,21×( 1,05 – 1 )×8,96 = 0,094 м³/м³ (2.7)

VN₂ = 0,01(N₂ + 79 L_д) = 0,01×( 3,0 + 79×9,4 ) = 7,46 м³/м³ (2.8)

V_SO2 = 0,01H₂S = 0,01 0,2 = 0,002 (2.9)

V_д = 0,95 + 0,19 + 0,094 + 7,46 + 0,002 =8,696 м³/м³

Склад продуктів горіння

СО₂ = 10,92 % и т. д. (2.10)

Результати розрахунку зводимо в таблицю 2.2.

Таблиця 2.2.

Склад продуктів горіння

СО₂ Н₂О O₂ N₂ SO₂ ∑

10,92 2,18 1,08 85,797 0,023 100

Щільність продуктів згоряння

ρ_пг = (2.11)

= ( 44×10,92 + 18×2,18 +28×85,797 + 32 1,08 + 64×0,023 )/22,4×100 =

= 1,32 кг/м³

Щільність газу

ρ_г = (2×2,0+28×0,6+16×93,0+44×0,3 + 28×3,0 + 32×0,5 + 32×0,4)/22,4×100 =

= 0,73 кг/м³

2.3.3 Розрахунок теплообміну

Для великих виливків (штампів, валків) часто застосовують багатоступінчасте нагрівання, що складається з декількох періодів послідовних нагрівів, витримок і охолоджень.

При нагріванні великих кувань і виливків у печах з висувним подом режим термообробки звичайно задається (рис. 2.1). Сутність розрахунку такої печі зводиться до визначення температурного й теплового режиму, необхідного для забезпечення заданого режиму термообробки. Одночасно виробляється перевірочний розрахунок температур металу й часу нагрівання.

У розрахунку теплообміну в термічних печах з висувним подом поряд з випромінюванням необхідно враховувати й конвекцію. Останнє пояснюється тою обставиною, що температура газів для забезпечення наданих швидкостей нагріву металу складає 500-800 ⁰С в перший період нагріву.

Визначаємо розміри робочого простору печі.

Довжина печі

L = 3×2,41 + (3 - 1)×0,7 + 2×0,7 = 10,03 м. (2.12)

Ширина печі

В = 4×0,83 + (4 - 1)×0,3 + 2×0,2 = 4,62 м. (2.13)

Висота печі в замку зводу від рівня підставок Н = 2,36 м; радіус cводу R^c= 4,7 м; висота бічної стінки h = 1,7 м; стріла прогину b = 2,36 - 1,7 =

= 0,66 м.

Геометричні параметри випромінювання

F_кл = 2hL + 2h_cpB + BL + = (2.14)

= 2×1,7×10,03 + 2×2,03×4,62 + 4,62×10,03 + ×10,03 = 148,5 м².

Поверхня нагрівання металу

F_м = n(πDl₁ + 2πdl₂) = 12×(3,14×0,83×1,35 + 2×3,14×0,34×0,53) = 60 м²

Ступінь розвитку обмуровування

2,47 (2.15)

Середня ефективна довжина променя

, (2.16)

де V_г - об'єм порожнини, заповненої випромінюючим газом, м³ ; F — площа всіх сторін, що обмежують цей об'єм, м²; 0,9 — коефіцієнт ефективності газового випромінювання.

Середня висота

2,03 м (2.17)

Об'єм робочого простору печі

V_р.п = BLh_ср= 4,62×10,03×2,03 = 94 м³. (2.18)

Об'єм, займаний металом (садкою),

= 12×(3,14×0,415²×1,35 + 2×3,14×0,17²×0,53) = 10 м².

Об'єм робочого простору, займаного газом,

V_г = V_p._п – V_м = 94 - 10 = 84 м³ . (2.19)

Сумарна випромінююча поверхня

= 148,5 + 60,0 = 208,5 м². (2.20)

Ефективна товщина газового шару

= 1,45 м (2.21)

Визначаємо ступінь чорності газу. Сила поглинання газів

= 0,1092×1,45×0,0981 = 0,0155 Мн/м; (2.22)

= 0,0218×1,45×0,0981 = 0,003 Мн/м.

По даним і , а також температурам газу знаходимо ступінь чорності газу (рис. 2.3 і й 2.4). Температура газу t_г = 300 °С. Визначаємо ступінь чорності СО₂. При = 15,5 кН/м і t_г = 300 °С по рис. 2.3 = 0,11.

Ступінь чорності водяної пари при = 3 кН/м і t_г = 300 °С по рис. 2.4 становить = 0,09

Поправочний множник β = 1,1 по рис. 2.4

Ступінь чорності газу при t_r = 300 °С

= 0,11 + 1,1×0,09 = 0,209. (2.23)

Ступінь чорності металу приймаємо ε_м = 0,8.

Наведений коефіцієнт випромінювання

2,24 Вт/м² К⁴ (2.24)

Значення С_г.к.м для інших температур газу зведені в габл. 2.3.

Наведений коефіцієнт випромінювання

3,52 вт/м² К⁴ (2.25)

де

0,28; 1 – 0,28 = 0,72

Табл. 2.3

Значення С_г.к.м і ε_г

0С	εг	Сг.к.м, Вт/м2 К4	0С	εг	Сг.к.м, Вт/м2 К4
300 400 500 600 700 800	0,209 0,21 0,208 0,208 0,206 0,205	2,24 2,25 2,23 2,23 2,19 2,17	900 1000 1100 1200 1300	0,203 0,2 0,19 0,17 0,15	2,13 2,05 2,0 1,86 1,62