Расчёты Расчёт теплообмена в рабочем пространстве печи

Площадь наружной поверхности трубы (на 1 метр длины):

Площадь внутренней поверхности кладки секции (на 1 метр длины):

Угловой коэффициент излучения кладки на трубу:

Приведённый коэффициент излучения:

Вт/(м²*К⁴)

где C_s =5,77 Вт/(м²*К⁴) – приведённый коэффициент излучения а.ч.т.; ε_м= ε_кл=0,8 – степени черноты металла и кладки соответственно.

Приведённый коэффициент излучения с учётом конвекции:

Расчёт нагрева труб в секции

Средняя температура трубы

Теплопроводность металла при средней температуре нагрева равна:

λ_м=45 Вт/(м*К)

Средняя теплоёмкость металла в интервале температур нагрева:

C_ср=0.561 кДж/(кг*К)

Число Старка:

Расчёт коэффициента теплоотдачи излучением:

Средний коэффициент теплоотдачи излучением:

Коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией

Коэффициент теплоотдачи конвекцией принимаем равным 10 % от коэффициента теплоотдачей излучением

Число Био

При нагреве тел одновременно конвекцией и излучением область тонких тел определяется выражением:

,следовательно, нагреваемое тело является тонким в тепловом отношении.

Коэффициент заполнения печи:

Масса одного метра трубы:

Продолжительность нагрева трубы в секции:

Расчёт горения топлива

Состав исходного топлива (сухого газа):

Природный газ %

Компонент	СН4	C2H6	C3H8	C4H10	СО2	N2	Всего
%	83.5	4.3	0.8	1.6	0,2	9,6	100

Температура подогрева воздуха, ^оC: 389

Коэффициент расхода воздуха n=1,12

Принимаем влажность исходного топлива W=10 г/м³.

X=X

_XX=0,987X

Состав влажного топлива:

Компонент	СН4	C2H6	C3H8	C4H10	СО2	N2	H2O	Всего
%	82.41	4.24	0.79	1.58	0,2	9,48	1.3	100

Расход кислорода на горение при коэффициенте расхода воздуха n=1

0.01*(2*82.41+3.5*4.24+5*0.79+6.5*1.58)=1.94 м³/м³

Расход сухого воздуха:

Объёмы компонентов продуктов сгорания:

=0.01*(0.2+82.41+2*4.24+3*0.79+4*1.58)=1 м³/м³

=0.01*(1.3+0.5*(4*82.41+6*4.24+8*0.79+10*1.58))=1.9 м³/м³

=0.01*9.48+1.12*3.762*1.94=8.27 м³/м³

=(1.12-1)*1.94=0.233 м³/м³

Объём продуктов сгорания:

=1+1.9+8.27+0.233=11.4 м³/м³

Процентный состав продуктов сгорания:

Низшая теплота сгорания топлива:

Q=127,7∙CO+108∙H₂+358∙CH₄+590∙C₂H₄+555∙C₂H₂+636∙C₂H₆+913∙C₃H₈+

+1185∙C₄H₁₀+1465∙C₅H₁₂+234∙H₂S=358*82.41+636*4.24+913*0.79+1185*1.58=34629,34 кДж/м³=34,79 МДж/м³

Калориметрическую температуру сгорания топлива определяем методом последовательного приближения.

Теоретически необходимое количество воздуха для горения газообразного топлива:

Действительное количество воздуха на горение топлива:

Определяем физическое тепло, вносимое воздухом:

Калориметрическая энтальпия продуктов сгорания i_k равна:

Калориметрическая температура горения:

Зададим температуру t_k^’=1800 °C и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания:

= (5186,81*1+4121,79*1,9+3131,96*8,27+3314,85*0,233)/11,4=3481,74 кДж/м³

Поскольку i₂₁₀₀>i₀, то принимаем температуру t_k^’’=2000 °C и снова находим энтальпию продуктов сгорания

= (4910,51*1+3889,72*1,9+2970,25*8,27+3142,76*0,233)/11,4=3298 кДж/м³

Теперь определяем калориметрическую температуру горения:

Действительная температура продуктов сгорания: