Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки

Введение

В данном курсовом проекте рассчитывается пламенная методическая печь. Результатом расчёта являются основные размеры печи, выбор и расчёт вспомогательного оборудования: керамический и металлический рекуператоры и инжекционная горелка.
В исходных данных задаются температура материала на выходе из печи, производительность печи и состав топлива.
Расчёт включает в себя: расчёт продуктов сгорания, определение действительной температуры продуктов сгорания, расчёт времени пребывания садки в зонах рабочего пространства, расчёт основных размеров рабочего пространства (технологических зон), тепловой баланс рабочего пространства, выбор типоразмера горелочных устройств, расчёт теплообменников для регенерации использования теплоты энергетических отходов.

исходные данные.

1. Нагреваемый материал: Ст.40
2. Производительность печи: Р = 6 т/ч
3. Температура материала на входе: t0 = 35oC
4. Температура материала на выходе: tмк = 1170oC
5. Величина: Δtдоп=30 oC
6. Размер нагреваемых изделий,
7. Температура уходящих газов: tух = 820oC
8. Удельная производительность печи: Hг = 200
9. Вариант расположения заготовок: 1
10. Конечная разность температур в томильной зоне: Δtкон= 50oC
11. Коэффициент несимметричности: μ = 0,5
12. Температура наружного воздуха: tвозд = 25oC
13. Температура наружной поверхности свода: tсв = 58oC
14. Угар металла: а = 0,8·10-2 т/кг
Вид топлива: 75%ДГ+25%КГ
Температура подогрева воздуха: 440oC
Температура подогрева топлива: 255oC
Расчёт и подбор инжекционной горелки: +

Состав топлива: [7,РН 2-02,стр.162]
Доменный газ ДГ- 10,2% СО2; 28% СО; 2,7% Н2; 0,3% СН4; 58,5% N2; 0,3% Н2S;

Коксовый газ КГ- 2,3% СО2; 6,8% СО; 57,5% Н2; 22,5% СН4; 7,8% N2; 0,4% Н2S; 1,9%(CmHn); 0,8% O2;

1. Расчёт горения топлива.

Так, как в исходных данных дано процентное содержания газов в топливе 75%ДГ и 25%КГ, то определяем процентное содержание компонентов в смеси:
СО2 = 10,2 0,75 + 2,3 0,25 = 8,225%
СО = 28 0,75 + 6,8 0,25 = 22,7%
Н2 = 2,7 0,75 + 57,5 0,25 = 16,4%
СН4 = 0,3 0,75 + 22,5 0,25 = 5,85%
N2 = 58,5 0,75 + 7,8 0,25 = 45,825%
Н2S= 0,3 0,75 + 0,4 0,25 = 0,325%
C2Н4 = 1,9 0,25 = 0,475%
O2 = 0,8 0,25 = 0,2%
Проверка: 8,225 + 22,7 + 16,4 + 5,85 + 45,825 + 0,325 + 0,475 + 0,2 = 100%
Расчет выполняется, ориентируясь на характерное для методических печей длиннофакельное сжигание топлива, осуществляемое, как правило, с коэффициентом расхода воздуха, α=1,1. Чтобы найти состав топливной смеси, необходимый для расчетов процесса горения по стехиометрическим уравнениям, необходимо воспользоваться свойством аддитивности теплоты сгорания .
При определении теплоты сгорания газа, следует использовать таблицы экзотермических эффектов реакций горения, приведенных в [1].
[1.1]
- экзотермический эффект i-гo компонента при нормальных условиях
[3.Табл. 2.11.стр. 39], кДж/м3;
- объемная доля i-го компонента в составе газообразного топлива (в долях единицы от %).

Расчёт расхода воздуха на горение, расчёт состава и количества продуктов сгорания ведётся на 100 м3 газа при нормальных условиях и даётся в табличной форме (Таблица 1).
Для предварительной оценки каломитрической температуры горения можно использовать H-t диаграмму топлива.
Определяем калометрическую температуру горения tк из балансового уравнения условно адиабатного топочного объёма.
Согласно этому уравнению вся теплота, вносимая в радиационную зону, включая химическую теплоту топлива, физическую теплоту прогрева воздуха и топлива расходуется исключительно на нагрев образующихся продуктов сгорания, характеризуемый теплосодержание
или
Откуда
; [1.2]

где - расчётные удельные объёмы воздуха на горение и образующихся продуктов сгорания отнесённых к 1м3 топлива [Таблица 1]
- температуры подогрева воздуха и газа, оС (по условию)
- средняя изобарная теплоемкость воздуха в интервале температур от 0 до 440оС.
[3,Табл. 2.13,стр.40]
- средняя изобарная теплоёмкость продуктов сгорания в интервале температур от 0 до . [3,Табл. 2.13,стр.40]
В современных методических печах минимально необходимая калориметрическая температура составляет 1800оС. Принимаем
, [1.3]
где - средняя изобарная теплоёмкость отдельных компонентов газовой смеси продуктов сгорания. [3,Табл. 2.13,стр.40]
CO2 = 0,5750 ккал/(м3оС)
H2O = 0,4639 ккал/(м3оС)
N2 = 0,3525 ккал/(м3оС)
O2 = 0,373 ккал/(м3оС)
- объемные доли компонентов, вычисленные при расчёте процесса горения по стехиометрическим реакциям [Таблица 1].

- средняя изобарная теплоёмкость топливной смеси в интервале температур от 0 до оС (по условию)
где - средняя изобарная теплоёмкость компонентов смеси. [3,Табл. 2.13,стр.40]
CO2 = 0,4368 ккал/(м3оС)
CO = 0,3131 ккал/(м3оС)
CH4 = 0,4365 ккал/(м3оС)
H2 = 0,310 ккал/(м3оС)
N2 = 0,311335 ккал/(м3оС)
O2 = 0,32165 ккал/(м3оС)
C2H4 = 0,6982 ккал/(м3оС)
H2S = 0,3774 ккал/(м3оС)
- объёмные доли компонентов в смеси [Таблица 1]
Поскольку теплоёмкости реальных газов, к которым относятся и продукты сгорания топлива, существенно зависят от температуры , то в балансовое уравнение топочного объёма входят две взаимосвязанные искомые величины: и . Поэтому поиск необходимо проверить методом последовательных приближений.