книги из ГПНТБ / Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла учеб. пособие

Зная значения ki и k2 при заданной температуре дымовых газов tr2 для данного топлива (Qnp задана), по графикам (рис. 3.2) найдем коэффициенты аі и а 2- Коэффициент избытка воздуха в зоне можно представить в виде

аі+«2

Связь между объемами продуктов сгорания и компонентов топ­ лива устанавливается следующими уравнениями:

ние коэффициентов равно числу атомов в молекуле химического соединения);

31

Ѵс, Ѵн и Vo — объемы составляющих топлива, содержа­ щих С, Н и О, нм3/нм3.

Объем кислорода, поступающего в печь с воздухом,

где Ѵо' — действительное количество воздуха, поступающего в сва­ рочную зону:

Ѵо'= а Ѵ0 нм3/нм3-,

Ѵо — теоретически необходимое для полного сгорания количе­ ство воздуха, нм3/нм3.

Рассчитанное по формуле (3.5) количество кислорода включа­ ется в сумму правой части равенства (3.4).

Азота с воздухом в печь поступает

Ѵхі = I V - 1/о" нм3/нм3.

В продуктах сгорания азота содержится

печи безокнслительного нагрева стали в открытом пламени. Нагрев производится под штамповку. Известно, что в печи сжигается природный газ с теплотворной способностью, равной 8060 ккал/нм3. Температура газов в сварочной зоне печи

вая /). Видно, что cti и а2 одинаковы и равны 0,55. Следовательно, коэффициент

£«і Кс=Ѵ,со2+1/со + 1/сіг;і = 0,005+0,003+0,925 = 0,933 нм3/нм3.

Сумма объемов компонентов продуктов сгорания, содержащих углерод, составит

V iivt Ѵс.ѵ= Усо+ Усо,-

32

Анализ состава дымовых газов в сварочной зоне печи указывает на присутствие в них горючих элементов СО и Н2. Следовательно, определив теплотворную способность дымовых газов, покидающих эту зону, и отнеся ее к 1 нм3 исходного топлива, можно подсчитать тепловыделение в результате сжигания топлива:

ФтОПЛ== Q hP 2 Q PH.CB,

где 2 Qp„.ob— теплотворная способность продуктов сгорания, поки­ дающих сварочную зону;

Qhp=30,45 СО+86,3 СН4+151,8 С2Н6+216,6 С3Н8+ 144,7 С2Н4+

Рис. 3.3. Влияние коэф­ фициента избытка возду­ ха а на величину тепло­ выделения в сварочноіі зоне:

1 —н коксовальный газ

(QHP=4080 ккал/нм3)-, 2 — природный газ

(<?нР=8350);

3 — природно-коксовальный газ (Qj,P=7210);

4 — нефтяной газ

(QnP = 11800 ккал/нм3).

Применительно к составу газов сварочной зоны выражение (3.10) запишется в виде

или, приведя выражение (3.11) к 1 нм3 исходного топлива, получим

QtoL - Q hP— І ; Ѵісв (30,45СО+25,7Н2) ккал/нм3 (кдж/нм3). (3.13)

І—і

34

В методической зоне печи в результате горения образуются С 02, Н20 и 0 2, сюда же со вторичным воздухом поступает N2 и с ды­ мовыми газами сварочной зоны — Н20, С02 и 2 N2cb-

Действительное количество воздуха, необходимое для дожига­ ния 1 нм3 продуктов сгорания предыдущей зоны (дожигание произ­ водится при коэффициенте избытка воздуха, равном единице),

рочной зоне печи.

Находим суммарный объем продуктов сгорания для сварочной зоны:

с

Ѵісв = Ѵсосв+1/со2СВ+Ѵ'н2СВ'+1/ы2осв+ Уи2СВ =

і = і

=0,736+0,197+0,932+0,935+3,875=6,675 нм3/нм3.

Г л а в а 4. ДЕЙСТВИТЕЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

ВЗОНАХ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЕЧЕЙ

Вглаве рассмотрены случаи сжигания топлива с различными коэффициентами избытка воздуха. Приводится методика расчета действительной температуры дымовых газов в зонах рабочего про­

странства печи.

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Температура дымовых газов в зонах рабочего пространства нагревательных и термических печей должна быть несколько выше конечной температуры поверхности нагреваемого металла, которая диктуется технологией тепловой обработки. Так, температура газов в і-й зоне термической проходной или нагревательной печи за­ пишется

tri —

где і"г-— температура поверхности материала при выходе из і-й зо-

ны, ° С (Г“;, ° К );

At — перепад между действительной температурой дымовых га­ зов и температурой поверхности, град.

Температурный перепад определяет тепловой поток, а следова­ тельно, и интенсивность нагрева металла. В зависимости от техноло­ гических особенностей нагрева, размеров изделия, теплофизических свойств материала и т. д. в каждом конкретном случае выбирается оптимальное значение At.

Достижение и поддержание заданного уровня температуры в печи — необходимое условие осуществления технологического про­ цесса нагрева или термообработки. При сжигании низкокалорийно­ го газообразного топлива для получения требуемой температуры нужен дополнительный подогрев (в отдельных случаях до 600—700° С) воздуха, а иногда и топлива. Реже приходится обога­ щать воздух кислородом. Подогрев компонентов рабочей смеси, поступающих в печь, положительно влияет на процесс горения, уве­ личивая коэффициент использования топлива г)и.т и к. п. д. печи.

37

При этом степень подогрева определяется в первую очередь необ­ ходимостью поддержания заданной температуры в рабочем объеме печи, что, безусловно, связывается с возможностью утилизации теп­ ла отходящих газов.

Используя для обогрева печи высококалорийные сорта топ­ лива, обычно применяют невысокий подогрев воздуха-окислителя (200—400°С). Более высокий подогрев сопряжен с рядом трудно­ стей, а для небольших печей машиностроительных заводов он, кроме всего, экономически невыгоден. В случае сжигания высококалорий­ ного топлива и невысокого подогрева воздуха температура печных газов за воздухоподогревателем (как правило, устанавливается ре­ куперативный подогреватель) составляет примерно 650—800° С. Дымовые газы с такой температурой могут быть использованы в котле-утилизаторе или газовой турбине.

4.2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СГОРАНИЯ

ВЗОНАХ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЕЧИ С ЕСТЕСТВЕННОЙ АТМОСФЕРОЙ, ОБЛАДАЮЩЕЙ ОКИСЛИТЕЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Чтобы найти действительную температуру в рабочем простран­ стве печи, вначале необходимо определить калориметрическую тем­ пературу:

(табл. 4.1), ккал/нм3-0 С (кдж/нм3-° К); t? — температура топлива, ° С (° К );

і — компоненты элементарного состава топлива; Ѵі — содержание составляющих дымовых газов, нм3/нм3

Связь между теплосодержанием и калориметрической темпера­ турой для разных коэффициентов избытка воздуха при определен­ ной температуре подогрева воздуха может быть представлена в виде диаграмм. На рис. 4.1—4.10 приведены і—^-диаграммы для неко­ торых сортов топлива.

38

39

Отыскав вышеуказанным способом калориметрическую темпе­ ратуру, приближенно определим действительную температуру про­ дуктов сгорания в рабочем объеме печи. Действительная температу­ ра в t-й зоне печи находится из выражения [10]

где % — пирометрический коэффициент, учитывающий потери тепла

(табл. 4.3).

Ниже рассмотрим методику определения действительной тем­ пературы дымовых газов ігі в рабочем пространстве г-й зоны или в объеме камерной печи (іг). Берем наиболее сложный и достаточно часто встречающийся в практике случай, когда воздух и топливо подогреваются соответственно до температур ів" и /т".

40