Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Расчет горения топлива
Состав природного и доменного газов, %.
Газ COСО2
СН4
С2Н4
С2Н6
С3Н8
С4Н10
H2
N2
О2
W
г/м3
Природный - 0.5 87.6 1.3 2.9 0.8 0.5 - 5.7 0.7 - Доменный 27.6 9.8 0.7 - - - - 3.5 58.1 0.3 45
1. Пересчитываем состав сухого газа на влажный. Объем влаги в 100м3 доменного газа:
Н2О=(W*100)/(803.6+W)=(45*100)/(803.6+45)=5.3%
2. Коэффициент пересчета на влажный газ:
kд=(100-5.3)/100=0.947
3. Состав влажного доменного газа:
СОвл= kд*СО=0.947*27.6=26.14%
СО2вл= kд*СО2=0.947*9.8=9.28%
СН4вл= kд*СН4=0.947*0.7=0.66%
Н2вл= kд*Н2=0.947*3.5=3.31%
N2вл= kд*N2=0.947*58.1=55.02%
О2вл= kд*О2=0.947*0.3=0.28%
4. Состав влажных газов в %:
ГазСО2
СОН2
N2
СН4
О2
Н2О
Доменный 9.28 26.14 3.31 55.02 0.66 0.28 3.6
5. Вычислим теплоту сгорания газов:
а) для природного газа:
=0.127CO+0.108H2+0.358CH4+0.586C2H4+0.636C2H6+
+0.913C3H8+1.185C4H10=0.358*87.6+0.586*1.3+0.636*2.9+
+0.913*0.8+1.185*0.5=35.28 [мДж/м3]
б)для доменного газа:
=0.127CO+0.108H2+0.357CH4=0.127*26.14+0.108*3.31++0.358*0.66=3.91 [мДж/м3].
6. Определим состав смеси. Доля доменного газа в смеси:
1-X – природный газ
X – доменный газ
х=(-)/(-)=(35.28-8)/(35.28-3.91)=
=0.869 [мДж/м3].
7. Доля природного газа:
1-х=1-0.869=0.131
8. Состав смешанного газа:
СОсм=СОд*х+СОп(1-х)=26.14*0.869=22.7%
СО2см=СО2д*х+СО2п(1-х)=9.28*0.869+0.5*0.131=8.13%
СН4см=СН4д*х+СН4п(1-х)=0.66*0.869+87.6*0.131=12.05%
С2Н4см=С2Н4д*х+С2Н4п(1-х)=1.3*0.131=0.17%
С2Н6см=С2Н6д*х+С2Н6п(1-х)=2.9*0.131=0.38%
С3Н8см=С3Н8д*х+С3Н8п(1-х)=0.8*0.131=0.1%
С4Н10см=С4Н10д*х+С4Н10п(1-х)=0.5*0.131=0.06%
Н2см=Н2д*х+Н2п(1-х)=3.31*0.869=2.87%
N2см=N2д*х+N2п(1-х)=55.02*0.869+5.7*0.131=48.56%
О2см=О2д*х+О2п(1-х)=0.28*0.869+0.7*0.131=0.33%
H2Oсм=Н2Од*х+Н2Оп(1-х)=5.3*0.869=4.6%
Состав смешанного газа в %:
Газ COСО2
СН4
С2Н4
С2Н6
С3Н8
С4Н10
H2
N2
О2
W
г/м3
ПДС 22,7 8,13 12,05 0,17 0,38 0,1 0,06 2,87 48,56 0,33 4,69. Расход кислорода на горение:
=0,01*((22,7+2,87)*0,5+2*12,05+3*0,17+3,5*0,38+5*0,1+
+6,5*0,06-0,33)=0,393 [м3/м3].
10. Теоретически необходимое количество воздуха:
L0=(1+3,762)*0,393=1,87 [м3/м3].
11. Действительное количество воздуха при n=1.1:
Lд=n*L0=1.1*1,87=2.06 [м3/м3].
12. Количество продуктов горения:
a) Vсо2=(СО+СО2+СН4+2С2Н4+2С2Н6+3С3Н8+4С4Н10)*0.01=
(22,7+8,13+12,05+2*0,17+2*0,38+3*0,1+4*0,06)*
*0.01=0.4452 [м3/м3]
б) Vн2о=(2СН4+2С2Н4+Н2+Н2О+3С2Н6+4С3Н8+5С4Н10)0.01=
=(2,87+2*12,05+2*0,17+3*0,38+4*0,1+5*0,06+4,6)*
*0.01=0.3375 [м3/м3]
в) VN2=0,01N2+nkVо2=0,01*48,56+1,1*3,762*0,393=
=2.1119 [м3/м3]
г) V°о2=(n-1)*Vо2=(1.1-1)*0,393=0.0393 [м3/м3]
13. Общее количество продуктов горения:
Vпс=Vсо2+Vн2о+VN2+Vо2=0.4452+0.3375+2.1119+0.0393=
=2.9339 [м3/м3]
14.Состав продуктов горения:
СО2=(Vсо2*100%)/Vпс=(0.4452*100%)/2,9339=15.17%
Н2О=(Vн2о*100%)/ Vпс=(0.3375*100%)/2,9339=11,5%
N2=(VN2*100%)/Vпс=(2.1119*100%)/2,9339=71,98%
О2=(Vо2*100%)/Vпс=(0.0393*100%)/2,9339=1.35%
Состав продуктов горения в %:
СО2
Н2О
N2
О2
Сумма 15,17% 11,5% 71,98% 1,35% 100%15. Теплота сгорания природно-доменной смеси (по заданию): 8[мДж/м3].
Определение количества продуктов сгорания, поступающих в насадку, и его параметров
16. Определяем энтальпию продуктов сгорания;
приймем tв=20°C, iв=26.1 [кдж/м3]
==2745.07 [кДж/м3].
Определяем калориметрическую температуру продуктов сгорания. В первом приближении калориметрическую температуру продуктов сгорания принимаем равной t’кал= 1600°С.
i1600==
= 2630,89 [кДж/м3]
Так как i0>i1600 , принимаем более высокую температуру 1700°С.
Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре
i1700=2813,52[кДж/м3]
Поскольку i0< i1700 , то истинную температуру определяем по формуле:
tкал= t’кал+
tкал=1600+=1662,5°С
18. Действительная температура продуктов сгорания:
tд=htкал=0.95*1662,5=1579,4°С
tдн=0.97*1579.4=1532°С
tд¢=1500°С
19. Определяем энтальпию продуктов сгорания:
а) на входе в насадку (при tд¢=1500°С): iдн=(3545,34*15.17+2758.39*11,5+2170,55*71,98+
+2296,78*1.35)/100= 2448,41 [кДж/м3].
б) на выходе из насадки (низ). Принимаем среднюю за период температуру уходящих из насадки газов tдк=250°С:
iдк=(470,2*15.17+384.46*11,5+327*71,98+339.56*1.35)/
/100=355,5 [кДж/м3]
20. Определяем средний за воздушный период расход воздуха. Принимаем, что пути от верха насадки до печи температура дутья понижается на 20°С.
tвмин=tвк+20=1200+20=1220°С.
Эта температура соответствует концу периода нагрева дутья. Для предварительных расчетов принимаем, что в течение воздушного периода температура воздуха понижается на величину Dtв¢¢=200°С. Тогда средняя температура воздуха на выходе из насадки в течение воздушного периода составит:
tвкср=tвмин+ Dtв¢¢/2=1220+200/2=1320°С.
Этой температуре соответствует энтальпия:
iвк=1908,18 [кДж/м3].
Согласно заданию на проектирование объем дутья
Vв=195000 [м3/час]. Это максимальное количество воздуха, которое пройдет через воздухонагреватель к концу воздушного дутья периода. Средний расход дутья за воздушный период определим из соотношения:
20. Определяем требуемый расход топлива. Требуемый расход топлива Vг определим из уравнения теплового баланса насадки за цикл её нагрева и охлаждения.
VгVпс(0.95iдн-ідк)tд=Vвср(івк-івн)tв ,
отсюда
:
где 0.95 – коэффициент, учитывающий потери тепла в насадке;
івн – энтальпия воздуха на входе в насадку. Температура воздуха на входе в насадку tвн=170°С (после воздуходувки), что соответствует её энтальпии івн=222,65[кДж/м3];
tд и tв – длительность дымового и воздушного периода, час.
Предварительно принимаем tд=2.0 час, а время, затрачиваемое на перекидку клапанов tп =0.1 час. При числе воздухонагревателей п=4 длительность воздушного периода будет равна:
Продолжительность цикла:
tS=tд+tв=2.0+0.7=2.7 [час].
Расход ПДС:
Расход доменного газа:
Vпс=Vсм*0.869=18415*0,869=16003 [м3/ч]
Расход природного газа:
Vкг= Vсм*0.131=18415*0.131=2412 [м3/ч]
21. Количество воздуха необходимое для горения топлива:
Vв=LдVг=2.06*18415=37935 [м3/ч]
22. Количество продуктов сгорания поступающих в насадку:
Vпс=VдVг=2,93*18415=53956 [м3/ч]
Предварительное определение поверхности
нагрева насадки
23. Определяем количество тепла, затраченное на нагрев воздуха:
Qв=Vвср(івк-івн)tв=180227(1908,18-222,65)0.7=
=2,1264*108 [кДж/цикл]
24. Средне логарифмическая разность температур °C:
25. Средние за период температуры дыма и воздуха:
26. Средние температуры верха и низа насадки:
а) дымовой период:
б) воздушный период:
27. Определение коэффициента теплоотдачи для верха и низа насадки. Для определения теплоотдачи конвекцией aкд и aкв воспользуемся формулой:
Nu=ARen
Значение коэффициентов А и п : 0.0346 и 0.8 соответственно.
Результаты вычислений приведены в таблице.
28. Примем скорость продуктов сгорания при нормальных условиях Wод=2 м/с. Тогда скорость воздуха при нормальных условиях будет:
29. Действительную скорость продуктов сгорания определяем по формуле:
а) для верха насадки
б) для низа насадки
30. Так как воздуходувка подает воздух под давлением Р=354.5 [кПа], то действительную скорость воздуха для верха и низа насадки найдем по формуле:
,
где Р0=101.3 кПа, Т0=273°К
а) для верха насадки
б) для низа насадки
31. Коэффициенты теплоотдачи для верха и низа насадки.
Параметры и единицы измеренияРасчет форму
ла
Предварительный расчет Уточненный расчет Верх Низ Верх Низ Дым Возд Дым Возд Возд Возд Средние за период темпе- ратуры дыма и воздуха 1187,5 1032,5 562,5 457,5 - -Коэф. Теплопровод ности l*102 вт/м°С
12,47 8,32 6,95 5,09 - -Кинематический коэф вязкости u*106 м2/с
218,7 182,85 87,75 72,63 - - Определяющий диаметр канала , м 0,031 0,031 0,031 0,031 - - Действительная скорость продуктов сгорания и воздуха м/с 10,7 9,13 6,12 5,11 - - Критерий Рейнольдса 1516,69 1547,88 2162,05 2181,05 - - Критерий Нуссельта 12,13 12,33 16,1 16,22 - -Коэф теплоотдачи конвекций aк, вт/м2°С
49,48 33,09 36,09 26,63 - -Коэф теплоотдачи излучением aл, вт/м2°С
8,2 - 4 - - -Суммарный коэф теплоотдачи, вт/м2°С
aк+ aл
56,68 33,09 40,09 26,63 - -
Теплофизические параметры материала насадки
32. Средние температуры верха (динас) и низа (шамот) насадки:
33. Теплофизические параметры материала насадки – теплоемкость Ср, коэффициент теплопроводности l в зависимости от средней температуры определяем по формулам:
Динас:
Шамот:
34. Эквивалентная полутолщина кирпича:
V, f1 , f2 – живое сечение насадки.
V=0.7 [м3/м3] , f1=38.1 [м2/м3] , f2=0.2925 [м2/м3]
(из методического пособия №127)
35. Коэффициент аккумуляции тепла кладкой определяем по формуле:
вследствие преобразований получаем:
а) динас
б) шамот
Теплофизические параметры материала насадки и коэффициент аккумуляции тепла для верха и низа регенеративной насадки.
Параметры и еденицы измерения
Расчет
ная формула
Предварительный расчет Уточненный расчет Верх Низ Верх Низ Динас Шамот Динас Шамот Средняя температура насадки, °С 1110 510 - - Объемная плотность, r,кг/м3
2000 2025 - - Коэф теплопроводности l, вт/м°С 2 1.11 - -Теплоемкость Ср ,
кДж/кг°С 1.29 1.08 - - Коэф температуропро водност.а м2/ч
0.00279 0.00182 - - Критерий Фурье 22.15 14.45 - - Коэф аккумуляции 0.943 0.915 - -Так как полученные значения коэффициента аккумуляции тепла hк<1/3, то вся масса кирпича принимает участие в процессе аккумуляции тепла. В этом случае нет необходимости уменьшать толщину кирпича и величину коэффициентов, учитывающих различие в температурах кирпича в дымовом и воздушном периодах можно принять xн=5.1 для низа насадки и xв=2.3 для верха. y- принимаем равным 1/3.
36. Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи:
Тогда суммарный коэффициент теплопередачи для верха насадки:
для низа насадки:
37. Средний коэффициент теплоотдачи для всей насадки:
38. Поверхность нагрева насадки:
39. Объем насадки:
V=F/f1= 44441/38.1=1166 м2
40. Площадь поперечного сечения насадки в свету:
41. Общая площадь горизонтального сечения насадки:
42. Высота насадки:
Определение изменения температуры воздуха
за воздушный период
43. Теплоемкость потока воздуха:
44. Теплоемкость насадки:
45. Теплоемкость потока дыма:
тогда:
46. Определяем значение условий постоянной времени воздушного периода, т.е. время, в течение которого температура воздуха на выходе из насадки изменяясь с постоянной скоростью, достигла бы значения Dt´´=200°С:
47. Определяем изменение температуры на выходе из насадки в течение воздушного периода:
Поскольку полученное значение Dt´´ мало отличается от принятого при предварительном расчете (Dt´´=200°С), повторять расчет нет необходимости:
Кверх
Книз
Кср
F
м2
V
м3
w
м2
Fобщ
м2
Н
м
39,6 38,17 38,9 44441 1166 7,49 25,62 45Wв
кВт/°С
Сн
кДж/°С
Wд
кВт/°С
mв
Тв
час
°С
731.95*106
25,5 1 9,5 0,9 4,38 199Невязка:
(Для повторного расчета разница менее 1%).
Размеры и масса насадки
Принимаем геометрические параметры насадки, полученные в повторном расчете : Н=45м, Fобщ=25,62м2.
48. Масса кирпича в насадке:
49. Коэффициент стройности насадки:
что удовлетворяет условию равномерного распределения газа по сечению насадки.
50. Принимая скорость продуктов сгорания в шахте горения равной Wдо=2.5 м/с, определяем площадь горизонтального сечения шахты:
51. Суммарная площадь горизонтального сечения воздухонагревателя:
FS=Fш+Fобщ=6+26,62=32,62 [м2]
52. Диаметр воздухонагревателя по внутренней поверхности кладки:
53. оптимальное время между перекидками клапанов:
54. Оптимальная длительность воздушного периода: