РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
В этой главе необходимо определить состав смеси топлива, теоретический и действительный объёмы воздуха, состав продуктов горения и их плотность.
По заданию печь отапливается смесью природного и доменного газов, поэтому расчеты ведутся на 1 м3 топлива. Составы используемых газов приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Состав природного и доменного газов (в процентах)
| Газ | СО2 | СО | N2 | H2 | CH4 | C2H4 | O2 | H2S | Влажность, г/м3 |
| Природный | 0,3 | 0,6 | 3,0 | 2,0 | 93,0 | 0,4 | 0,5 | 0,2 | |
| Доменный | 10,0 | 27,4 | 58,4 | 3,3 | 0,9 | - | - | - |
Все расчеты проводят по рабочей массе топлива. Чтобы перейти к рабочим значениям, значения табличные необходимо умножить на коэффициент k, учитывающий содержание влаги W в топливе в реальных условиях.
;
где Н2О – заданное содержание влаги в топливе, %; (Н2О)Т – содержание влаги в топливе по справочным данным, %; W – содержание водяных паров в топливе, г/м3.
Рабочий состав топлива определяем по формуле:
,
где Гр – содержание газа в рабочей массе, %; Гс – содержание газа в сухой массе, %. Данные расчета приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Рабочий состав природного и доменного газов (в процентах)
| Газ | СО2 | СО | N2 | H2 | CH4 | C2H4 | O2 | H2S | Н2О | всего |
| Природный | 0,29 | 0,58 | 2,89 | 1,93 | 89,65 | 0,39 | 0,48 | 0,19 | 3,6 | |
| Доменный | 9,64 | 26,41 | 56,3 | 3,18 | 0,87 | - | - | - | 3,6 |
Теперь определим низшую теплоту сгорания природного газа 
и доменного газа 
:
=0,127∙0,58+0,108∙1,93+0,234∙0,19+0,357∙89,65+0,596∙0,39=32,56 МДж/м3;
=0,127∙26,41+0,108∙3,18+0,357∙0,87=4,0 МДж/м3;
Итак 
, 
. Из задания известно, что теплота сгорания смеси эти газов 
.
где х – объемная доля природного газа в смеси, %; отсюда находим
таким образом объемная доля природного газа х=0,595, а доменного – (1 – х)= 0,405.
|
|
Теперь рассчитаем состав смеси газового топлива по формуле:
.
Получаем
Таблица 1.3
| СО2 | СО | N2 | H2 | CH4 | C2H4 | O2 | H2S | Н2О | всего |
| 4,08 | 11,04 | 24,52 | 2,44 | 53,69 | 0,23 | 0,29 | 0,11 | 3,6 |
Теоретически необходимый объем воздуха рассчитаем по формуле:
=
=0,0476∙(0,5∙11,04+0,5∙2,44+2∙53,69+3∙0,23+1,5∙0,11 – 0,29)∙
(1+0,00124∙10)=6,14 м3
где dв – влагосодержание сухого воздуха, которое принимаем равным 10 г/м3.
Действительный объем воздуха считаем по формуле:
,
где 
– коэффициент избытка воздуха, принимаем 
; получаем:
Lд=6,14∙1,1=6,75 м3.
Рассчитаем количество продуктов сгорания:
)=
=0,01∙(4,08+11,04+53,69+2∙0,23)=0,69 м3,
=0,01∙(2∙53,69+2∙0,23+2,44+3,6+0,11+0,124∙6,75∙10=1,224 м3,
,
,
=0,01∙H2Sp=0,01∙0,11=0,0011 м3.
Общее количество продуктов сгорания:
.
Рассчитаем процентный состав продуктов сгорания. Общая формула:
.
Результаты приведены в таблице 1.4:
Таблица 1.4
Процентный состав продуктов горения рабочей смеси газов
| СО2 | Н2О | N2 | O2 | SO2 | Всего |
| 9,053 | 16,052 | 73,14 | 1,704 | 0,014 |
Вычисляем плотность продуктов горения:
=
,12 кг/м3.
РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ВНЕШНЕГО ТЕПЛООБМЕНА
Садка состоит из трёх слитков d =760мм, l =1670мм.
Рис.2.1. Схема размещения слитков в рабочем пространстве печи
Длина рабочего пространства L=1,1+2∙1,67=4,4 м. Ширина рабочего пространства печи В=2,5 м. В камерных печах рабочее пространство перекрывают арочным сводом с центральным углом 
. Это значит, что R=B, а высота боковой стенки
Т.к. R=B, то H=R=B. Таким образом средняя высота печи
.
Определим геометрические параметры излучения. Поверхность кладки
|
|
=
Определяем излучающую поверхность металла
,
где n – число слитков.
Общий объем рабочего пространства
.
Объем металла
.
Определим эффективную длину луча
.
Угловые коэффициенты
,
.
Вычислим приведенный коэффициент Спм при степени черноты окисленной стали, равной εм = 0,8
.
Так как в продуктах сгорания содержится 9,053% СО2 и 16,052% H2O, парциальное давление углекислого газа и паров воды равняется
,
.
Определим степень черноты газов для ряда температур от 650˚С до 1500˚С с шагом 50˚. Для этого используем ниже приведенные формулы (плюс пример расчета при t1=900˚С).
Коэффициент ослабления
,
Степень черноты газов
Приведенный коэффициент излучения в системе газ-металл
,
Приведенный коэффициент в системе кладка-металл
,
Результаты расчета сводим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
Результаты расчета параметров внешнего теплообмена