1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА Определяется расход воздуха, количество и объемный вес продуктов горения на единицу топлива и температура горения. Составляется материальный баланс процесса горения топлива и рассчитывается теплота сгорания. Рассмотрим сущность этого расчета на конкретных примерах. ПРИМЕР № 1: Спроектировать камерную печь с выдвижным подом для отжига заготовок размером 600х700х800 мм из стали 5ХНГ. Производительность печи 40 тонн за садку. Топливо — полукоксовый газ состава: СО СГ 2 СН 11.2 2.8 2 СГ 4 О СГ 2 0.4 СО СГ 2 7.2 Н СГ 2 20.9 СН СГ 4 47.3 N q СГ 2 H 2O 10.2 20 г / м3 Температура подогрева воздуха в рекуператоре 500 оС. Определить расход воздуха, объемный выход продуктов сгорания, температуру горения данного газа и его теплотворную способность. Перед началом аналитического расчета необходимо установить коэффициент расхода воздуха. Коэффициент расхода воздуха определяется видом топлива и типом выбранного топливосжигающего устройства (табл. 1). Таблица 1 Выбор коэффициента расхода топлива Топливо Доменный, газогенераторный, коксодоменный, природный газ Все виды газообразного топлива Мазут, смола Топливосжигающее устройство Длиннопламенные горелки * * q Q 3 p 100% H 1.15 — 1.30 2—3 Короткопламенные горелки ** 1.05 — 1.15 1—2 Форсунки *** 1.15 — 1.35 2—3 * Применять значения коэффициента расхода воздуха ( ) меньшее для горелок и форсунок, дающих лучшее перемешивание топлива с воздухом, большее при худшем перемешивании. ** В термических печах короткопламенные горелки рекомендуется направлять на кладку, например, на свод и использовать косвенную передачу тепла металлу или производить полное сжигание топлива до выхода газов в рабочее пространство. *** В термических печах мазут рекомендуется сжигать в топках, отделенных от рабочего пространства. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ВОЗДУХА Для данной печи применяют горелку с регулируемой длиной факела. Эта горелка может работать как короткопламенная и как длиннопламенная. Принимаем =1.15, при этом относительный химический недожог топлива будет составлять q Q 3 p 100=2 %.Температура воздуха, поступающего в воздухопровод, равна 22 o С. H Согласно справочным данным в насыщенном воздухе при данной температуре С . В. находится q _ паpа 21. 5 мг_3 водянного _ сухого _ воздуха . H 2O 1. Определение объема кислорода, необходимого для полного сжигания газа. V O2 V n м 3О 0.010.5 СО Н 2 3 Н 2 S m CmHn O2 3 2 4 м газа С .Г . O2 0.01( 0.5 CO C .Г . 0.5 H 2 С .Г . 2 CH 4 С .Г . 3 С2 H 4 0.01( 0.5 7.2 0.5 20.9 2 47.3 3 2.80 0.4) 117 . 2. Определение теоретического расхода воздуха. L O м3воздуха ; м3 газа ( K 1)V O2 L O 4.76 117 . 5.6 С .Г . O2 ) м3О2 м3 газа м3воздуха м3 газа 3. Определение действительного расхода сухого воздуха. L L O м3воздуха ; м3 газа L м3воздуха 115 . 5.6 6.45 м3 газа 4. Определение действительного расхода влажного воздуха. с.в. м3воздуха в.в. м3воздуха в.в. ( 1 0 . 00124 ) ( 1 0 . 00124 215 . ) 6 . 45 6 . 8 ; q L L H O L м3 газа м3 газа 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОГО ВЫХОДА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ 1. Определение CO 2 в продуктах сгорания. V V RO2 CO 2 0.01 CH 4 mCmHn CO CO2 H 2 S SO2 С.Г . 0. 01(CO 2 CO С.Г . CH 0. 01(11. 2 7. 2 47. 3 2 2. 8) 0. 71 С.Г . 4 С.Г . 2C 2 H 4 ) м3CO2 м3 газа 2. Определение количества N 2 в продуктах сгорания. м3CO2 м3 газа V С .Г . N2 3 KV O2 0.01 N С. Г . 2 м N2 3 м газа ; V СN. Г . 376 . 115 . 117 . 0.01 10.2 515 . 2 м3 N 2 м3 газа 3. Количество избыточного О 2 в продуктах сгорания. V м3О2 ; м3 газа 1VO2 изб . O2 V изб . O2 м3О2 015 . 117 . 018 . м3газа 4. Объем водяных паров в продуктах сгорания при теоретическом расходе воздуха. 3 n С. Г . м H2O С . В. O . q q LO 3 V H O 0.01 H 2 H 2S 4 CmHn 0124 H O HO м газа 2 V 2 2 0.01( H 2 2CH 4С.Г . 2С2 H 4С.Г . ) 0.00124( q С .Г . O H2O H2O С .В . q LO ) H2O м3 H 2O 0.01( 20.9 2 47.3 2 2.8) 0.00124( 20 215 . 5.6) 121 . 017 . 14 . 3 м газа 5. Объем водяных паров в продуктах сгорания при практическом расходе воздуха. V V H2O H2O V O H2O 1 L O 0.00124q С . В. H2O 14 . 015 . 5.6 0.00124 215 . 142 . м3 H 2 O м3 газа м3 H 2 O м3 газа 6. Объем продуктов сгорания. V в. д. V в. д. V RO2 V N2 V H2 O V 0.71 515 . 142 . 018 . 7.46 изб . O2 м3в. дыма м3 газа м3в. дыма м3газа 7.Состав продуктов сгорания при полном горении. V CO 2 100 V co 2 ; V V V ;V V 100 V в. д. H2O H2O в. д. CO 2 9.56 V N2 0.71 515 . 100 9.52% ; VN 2 100 69% ; VN 2 100 в. д . 7.46 7 . 46 V CO 2 142 . H 2 O 100 19% ; 7.46 N 2 69 V V 100 ; V V O2 O2 O2 100 H2O HO 2 19 Составим материальный баланс топлива на 100 м3 газа. ПРИХОД: O изб. 2 2.42 018 . 2.42% 7.46 % СO 2 MCO2 кг; 22.4 28 2. 8 GC2H 4 22. 4 3. 5 кг; 20. 9 2 GH 2 22. 4 1. 86 кг; G CO2 M 112 . 44 22 кг; 22.4 47. 3 16 GCH 4 22. 4 33. 7 кг; 72 2. 8 GCO 22. 4 9 кг; G CO2 — молекулярный вес CO 2 CO 2 10. 2 28 13 кг; 22. 4 0. 4 32 GO2 22. 4 0. 57 кг; G N2 Влага топлива: С.Г . q H2O 1001000 20 0,1 2 кг Воздух сухой: L M 100 6. 45 29 100 836 кг 22. 4 22. 4 Влага воздуха: с. в. q H 2O L 100 21. 5 6. 45 0.1 13. 42 кг 1000 компонент СО СГ 2 ы кг СН 2 22 СГ 4 3.5 О СГ 2 0.57 СГ СГ 2 4 СО СН 9 1.86 Н СГ 2 33.7 N СГ 2 влага топл. возд. сух. Влага в-ха 2 836 13.42 13 ИТОГО: 935.05 кг РАСХОД: G V в .д . CO2 CO2 M CO2 22.4 V N2 M N2 100 кг; G в.д. G в.д. G в.д . G в.д. 0.71 44 100 140 кг; 22.4 515 . 28 100 642 кг; 22.4 CO2 G в.д . N2 100 кг; 22.4 V H2O M H2O N2 G G в.д . H2O в.д . O2 22.4 V O2 M 22.4 O2 100 кг; 100 кг; H2O O2 142 . 18 100 114 кг; 22.4 018 . 32 100 25.7 кг 22.4 ИТОГО: 921.7 кг Компоненты кг CO в. д. 2 HO 140 114 2 в. д. N в. д. 2 643 O 2 257 неувязка ИТОГО 13.35 935.05 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИЗШЕЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ПОЛУКОКСОВОГО ГАЗА Q P Q H K ; где С .Г . H K 100 VH 2 O ; 100 С .Г . V H2O 100 q H O 2 С .Г . 803,6 q H O ; 2 С.Г . Q H С.Г . 3018 . COC. Г . 25.79 H 2 8555 . СН С4 . Г . 14107 . С2 Н 3018 . 7.2 25.79 20.9 85.55 47.3 14107 . 2.8 5180 Q P H 5180 0.976 5050 С. Г . 4 55.2 H 2 S С.Г . ккал ; м 3 газа ккал . м 3 газа ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА Относительный химический недожог, обусловленный неудовлетворительным смешиванием газа и воздуха, принят для данной горелки P q Отсюда данный недожог будет равен 3 2 QH 100 101 q Q 3 p 100 =2 %. H ккал . м3 газа Физическое тепло, вносимое подогретым воздухом (приложение 2) составит: ккал 500C ккал сухим воздухом — Q с.в. io L 3 ; Qс.в. 160.35 6.45 1030 3 м газа м газа ккал ккал 500 C в.в. влагой воздуха — Q H O io ( L L ) 3 ; Q H2O 189.85 0.35 66 3 м газа м газа Вносится влажным воздухом тепла: ккал ккал Qв.вх. Qс.в. QH2O м3газа ; Qв.вх. 1030 66 1100 м3газа Общий приход тепла: б P ккал Qобщ Q H Qв.вх. q3 м3газа ; Qбобщ 5050 1100 101 6050 мккал , 3 газа 2 б что соответствует: iK iв q3 общ б i i б общ Q V общ в. д. ; ккал м пpодуктов _ сгоpания ; 3 б i общ 6050 ккал 820 3 7.46 м пpодуктов _ сгоpания . По известному теплосодержанию, с помощью i t температуру горения. it Рис.1.1. Общий вид диаграмм /1/ определяют диаграмм Содержание избыточного воздуха V L L Lo 100% . Практическая температура V t п to , где - пирометрический коэффициент (эмпирическая величина). ПРИМЕР № 2: Топливо — мазут состава: С Г Н Г О Г N Г S P W P 87.4 11.2 0.3 0.6 0.5 2 Температура подогрева воздуха в рекуператоре равна 500 oС, A C 0.1 1. 25 . Относительный химический недожог, обусловленный неудовлетворительным смешиванием мазута и воздуха, принят q Q 3 P 100 2% . Температура воздуха, H поступающая в воздухопровод, равна t в 22o C . Содержание в нем влаги H 2O с.в. 21. 5 г . м3 Пересчитаем мазут данного состава на рабочую массу. Для пересчета используется таблица 2. Таблица 2 Заданная масса Масса топлива, на которую ведется пересчет топлива органическая условная горючая сухая рабочая 1 100 S Г 100 100 ( S C A C ) 100 100 ( S P A P W P ) 100 100 A C 100 100 ( A P W P ) 100 100 W P 100 органическая условная горючая сухая рабочая 100 1 100 S Г 100 100 Г C 100 ( S A ) 100 A C 100 100 P P 100 ( S P A P W P ) 100 ( A W ) 1 100 100W P 1 Содержание золы в рабочей массе топлива: P 100 2 P P C 100 W A A 100 % ; A 01. 100 0.098% ; Коэффициент пересчета с горючей массы топлива на рабочую: A W K 100 (100 P P ) ;K 100 ( 0.098 2) 0.979 ; 100 Содержание компонентов в рабочей массе топлива: P P P P H K H Г % ; H 0.979 12. 11% ; O K OГ % ; О 0.979 03. 0.29% ; P P P P ; S K S Г % ; S 0.979 0.5 0.789% ; . C K С Г % ; C 0.979 87.4 8553% P P N K N Г % ; N 0.979 0.5 0.58% . Результаты расчета состава рабочей массы топлива 1. CP HP OP NP SP AP 85.53 11 0.29 0.58 0.489 0.098 Определение О, 2 2 2 необходимого P 2 для сжигания 3 топ. P P м . O ) ; V O V RO 0.056 ( H 0125 кг м3 топ. . 0.056 (11 0125 . 0.29) 2.22 ; V O2 1603 кг 2. Определение теоретического расхода воздуха. 3 м3 топ. м 4 . 76 2 . 22 10 . 5 ; LO ( K 1) V O кг ; LO кг 3. Определение действительного расхода сухого воздуха. м3 м3 с .в. с .в. . ; L LO кг ; L 1.25 10.5 121 кг 4. Определение действительного расхода влажного воздуха. 2 объема W мазута. м3 м3 в.в. L (1 0.00124 qH2O ) L кг ; L (1 0.00124 215. ) 121. 12.4 кг ; 5. Определение объема CO2 в дымовых газах. 3 м3 P м . 15 . ; V CO2 0.0187 C кг ; V CO2 0.0187 8553 кг 6. Определение объема SO2 в дымовых газах. 3 м3 P м 0 . 007 ; V SO 0 . 007 0 . 49 0 . 008 ; 2 V SO2 S кг кг м3 . ; V RO2 V CO2 V SO2 1603 кг 7. Определение количества N 2 в продуктах сгорания. 3 м3 топ. P м . V O2 0.01 0.8 N 376 . 115 . 2.22 0.008 058 . 9.6 ; ; V N2 376 кг V N2 кг 8. Количество избыточного О2 в продуктах сгорания при LO . 3 м3 изб . топ. м изб . . 2.22 0.32 ; V O2 ( 1) V O кг ;V O2 015 кг 9. Объем водяных паров в продуктах сгорания при LO . с .в. в.в. V с. в. 0. 01 (11. 2 H 1. 241 (W W Ф)) 0. 00124 q H O O P P H 2O 2 LO; Wф (кг) — пар, используемый для распыливания мазута. В данном примере для распыливания мазута применяется воздух, причем расход распылителя входит в 125 . , т.е. WФ 0 . м3 o V H 2O 0. 01(11. 2 11 1. 244 2) 0. 00124 21. 5 10. 5 1. 53 кг 10. Объем водяных паров в продуктах сгорания при действительном расходе влажного воздуха. V с.в. V H2O 0.00124 q O H2 O H2 O 1 LO . 0.00124 215 . 015 . 10.5 1574 . V H2O 153 м3 ; кг м3 ; кг 11. Объем продуктов сгорания. в. д. V V RO 2 V N2 V H 2O изб. V O 2 м3 м3 в.д. 1603 . 9.6 1574 . 0.32 131 . ; ; кг кг V Состав продуктов сгорания и материальный баланс определяется подобно P примеру 1. Материальный баланс составляется на 100 кг мазута. Определение Q H для твердого и жидкого топлива производится по формуле Д. И. Менделеева: P ккал Q H 81 C P 246 H P 26 OP S P 6W P кг _ газа ; Q P 81 8553 . 246 11 26 0.29 0.49 62 9620 H Далее методика расчета подобна примеру 1. ккал . кг _ газа