Приложение 4

Пример расчета

Исходные данные

Состав топлива:

1) Газообразное топливо:

CH4=91,5%

CO2=0,6%

N2=4,2%

C2H6=2,3%

C4H10=1,1%

C3H8=0,2%

C2H8=0,1%

Температура воздуха: tв=40 0С Коэффициент избытка воздуха: α=1,05

2) Жидкое топливо:

Cг=84%

Hг=12%

Sг=2%

Oг=1%

Nг=1%

Aр=2%

Wр=4%

Температура воздуха: tв=250 0С Коэффициент избытка воздуха: α=1,2

Материал заготовки: Сталь 30Х Диаметр заготовки: 90 мм Длина заготовки: 130 мм Производительность: 100 шт/ч

64

Содержание

1) Расчет горения топлива.

1.1) Расчет горения жидкого топлива

1.2) Расчет горения газообразного топлива

2)Расчет времени нагрева заданной заготовки.

3)Определение размеров рабочего пространства печи.

4)Выбор кладки. Компоновка печи.

5)Тепловой баланс. Определение расхода топлива.

6)Основные технико-экономические показатели работы печи. Источники информации

65

1.РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

1.1Расчет горения жидкого топлива

Исходные данные:

Cг=84%, Hг=12%, Sг=2%, Oг=1%, Nг=1%, Aр=2%, Wр=4% Температура воздуха: tв=250 0С

Коэффициент избытка воздуха: α=1,2 Определить состав рабочей массы топлива: ХР=ХГ(100-WР-АР)/100

1.1.1 Рабочий состав топлива:

Ср= 78,96 % Hр= 11,28 % Sр= 1,88 % Oр= 0,94 % Nр= 0,94 % Aр= 2 % Wр= 4 %

Состав рабочей массы топлива:

Ср + Нр + Ор + Nр + Sр + АР + Wр = 100% 78,96+11,28+0,94+0,94+1,88+2+4=100

1.1.2. Определение количества воздуха необходимого для полного сгорания топлива.

Количество кислорода необходимое для горения:

VO2 = 0,01(1.867C p + 5.6H ð + 0,7S ð − 0,7Î ð )=

=0,01*(1,867*78,96+5,6*11,28+0,7*1,88-0,7*0,94)=2,11 м3/кг

66

Количество теоретически необходимого воздуха:

L0 = (1 + κ ) VO2 =4,76*2,11=10,06 м3/кг

Действительное количество воздуха необходимого для горения:

Lα = αL0,=1,2*10,06=12,07 м3/кг

Количество и состав продуктов горения (ПГ):

Объем СO2:

VCO2 = 0,01× 1,867 × C P .=0,01*1,867*78,96=1,47 м3/кг

Суммарное количество водяного пара в продуктах горения:

VH2O = 0,01[11,2H р + 1,24W p ] =0,01*(11,2*11,28+1,24*4)=1,31 м3/кг

Объем SO2:

VSO2 = 0,007 × S P =0,007*1,88=0,01 м3/кг

Объем избыточного кислорода:

VOизб2 = (α - 1) × VO2 =(1,2-1)*2,11=0,42 м3/кг Объем азота:

VN2 = 0,01× 0,8N p + κ VO2 =0,01*0,8*0,94+3,76*2,11=7,95 м3/кг Объем избыточного азота:

VNизб2 = k × VOизб2 =3,76*0,42=1,59 м3/кг

Суммарный объем азота:

VNсум2 = VN2 + VNизб2 =7,95+1,59=9,54 м3/кг

67

Теоретическое количество продуктов сгорания (дыма):

V0 = VCO2 + VH2O + VSO2 + VN2 =1,47+1,31+0,01+7,95=10,75 м3/кг

Суммарный объем продуктов сгорания:

Vα = V0 + VOизб2 + VNизб2 =10,75+0,42+1,59=12,76 м3/кг

Состав влажных продуктов сгорания):

68

Результаты расчетов влажных и сухих продуктов сгорания записать в таблицу:

Плотность продуктов сгорания:

ρ 0 = 0,01(44CO2В + 28N2В + 18H2OВ + 32O2В + 64SO2В ) / 22,4 = =0,01*(44*11,55+28*74,75+18*10,29+32*3,31+64*0,1)/22,4=1,29 кг/м3

1.1.3. Определение температуры горения топлива:

Теплота сгорания мазута:

QНР = 340СР + 1030Н Р − 109(ОР − S Р ) − 25W Р =340*78,96+1030*11,28- 109*(0,94-1,88)-25*4=38057,42 кДж/кг

Химическая энтальпия продуктов сгорания:

ix = Qнр /Vα =38057,42/12,76=2982,17 кДж/м3

Энтальпия воздуха:

Энтальпия продуктов сгорания:

i = ix+iв=2982,17+310,48=3292,65 кДж/м3

Теоретическая температура сгорания:

1957,05 0С

69

Действительная температура сгорания:

tn=ηt=0,7*1957,05=1369,93 0С

1.2 Расчет горения газообразного топлива

Дано: топливо природный газ

CH4=91,5%, CO2=0,6%, N2=4,2%, C2H6=2,3%, C4H10=1,1%, C3H8=0,2%, C2H8=0,1 Температура воздуха: tв=40 0С

Коэффициент избытка воздуха: α=1,05

Состав топлива:

CH4 + C2H6 + C4H10 + C3H8 + C2H8 + CO2 + N2 = 100 %. 91,5+2,3+1,1+0,2+0,1+0,6+4,2 =100

1.2.1. Определение количества воздуха необходимого для полного сгорания топлива

Количество кислорода необходимое для горения:

VO2 = 0,01[(m + n / 4)å Cm Hn ]=

=0.01*(2*CH4+3.5*C2H6+5*C3H8+6.5*C4H10+4*C2H8)=0.01*(2*91,5+3.5*2,3+5 *0,2+6.5*1,1+4*0,1)=2 м3/м3

Количество теоретически необходимого воздуха:

L0 = (1+ κ ) VO2 =4,76*2=9,5 м3/м3

Действительное количество воздуха необходимого для горения:

Lα = αL0=1,05*9,5=9,98 м3/м3

1.2.2 Количество и состав продуктов горения (ПГ):

Объем RO2:

VRO2 = 0,01(CO2 + må Cm Hn ) .=0.01*(CO2+CH4+2*C2H6+4*C4H10+3*C 3H8+2*C2H8) =0.01*(0,6+91,5+2*2,3+4*1,1+3*0,2+2*0,1) =1,02 м3/м3

70

Водяной пар образуется при горении углеводородов, водорода и сероводорода. Тогда количество водяного пара в продуктах полного горения:

VH2O = 0,01(0,5nå Cm Hn ) .=0.01*(2*CH4+3*C2H6+5*C4H10+4*C3H8+4 *C2H8)= 0.01*(2*91,5+3*2,3+5*1,1+4*0,2+4*0,1)=1,97 м3/м3

Объем азота:

VN2 = 0,01N2 + κ VO2 .=0,01*4,2+3,76*2=7,55 м3/м3

Объем избыточного кислорода:

VOизб2 = (α - 1) × VO2 =0,05*2=0,1 м3/м3

Объем избыточного азота:

VNизб2 = k × VOизб2 =3,76*0,1=0,38 м3/м3

Суммарный объем азота:

VNсум2 = VN2 + VNизб2 =7,55+0,38=7,92 м3/м3

Теоретическое количество продуктов сгорания (дыма):

V0 = VRO2 + VH2O + VN2 =1,02+1,97+7,55=10,53 м3/м3

Общее количество продуктов сгорания (дыма):

Vα = V0 + VOизб2 + VNизб2 =10,53+0,1+0,38=11,01 м3/м3

Состав продуктов сгорания (дыма):

CO2 = VRO2 ×100 =(1,02*100)/11,01=9,26 %:

Vα

71

,97+18*17,86+32*0,91)=1,24 кг/м3

1.2.3 Определение температуры горения топлива:

Теплота сгорания газа:

QHP = 358*CH4+636*C2H6+913*C3H8+1185*C4H10+590*C2H8=35764,9

кДж/м3

Химическая энтальпия продуктов сгорания:

ix = Qнр /Vα =35764,9/11,01=3249,28 кДж/м3

Энтальпия воздуха:

Энтальпия продуктов сгорания:

i = ix+iв=3249,28+47,11=3296,4 кДж/м3

Теоретическая температура сгорания:

1958,79 0С

72