Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ» 4 страница

выход диоксида углерода –

,

выход водяного пара –

,

выход азота –

.

    Общий выход продуктов горения при  –

.

Состав продуктов горения характеризуется следующими данными, %:

14,32	18,19	67,49	100,0

    Если сумма компонентов отличается от 100% из-за округления двух значащих цифр после запятой, то корректировать следует наиболее значащую цифру. Такая цифра при определении состава продуктов горения отражает содержание азота.

    При

выход диоксида углерода –

,

выход водяного пара –

,

выход азота –

,

выход избыточного кислорода —

= (α -1) 0,21 L0 = (1,2 -1,0)0,21∙ 1,843 = 0,077 м3 /м3,

    Общий выход продуктов горения при α = 1,2 —

= = 0,384 + 0,495 + 2,101+ 0,077 = 3,057 м3 /м3.

    Состав продуктов горения для условий сжигания смешанного газа, %:

4. Определение теплоты сгорания смешанного газа. В данном случае проведение этого этапа расчета не требуется, так как теплота сгорания задана условием расчета и равна:

5. Определение температур горения: теоретических ( ) и балансовых ( ).

    При α = 1,0.

    В соответствии с условиями примера теплосодержание про­дуктов горения для этого случая будет определяться только хи­мической энергией топлива, т.е. теплотой его сгорания.

    Поэтому:

    Рассчитанные теплосодержания продуктов горения позволяют определить по i—t-диаграмме для смешанного газа, представленной на рис. 2.3, теоретическую и балансовую температуры горения. Используя эту диаграмму, получим:

    При α = 1,2.

    Для этого случая горения смешанного газа в соответствии с условиями примера теплосодержание продуктов горения будет определяться не только химической энергией топлива, но и физической теплотой, которая вносится в процесс горения подогретым воздухом. Таким образом, с учетом этого обстоятельства будет:

    При α = 1,2 в продуктах горения присутствует избыточный воздух. Его количество υ_L рассчитывается в соответствии с выражением (1.51). Тогда:

    Воспользовавшись той же диаграммой (рис.2.3), для рассчитанных значений i^T_общ, i^б_общ и υ_L получим

    В некоторых случаях возникает необходимость использования топливного газа, приготовленного из трех видов топлива, на­пример доменного, коксового и природного.

Для них расчет процесса горения следует производить следующим образом:

    1. В соответствии с балансом доменного и коксового газов на предприятии определяется соотношение этих газов (x —доля доменного газа и у — доля коксового газа), используемых для приготовления первоначальной смеси. Эти данные, дополненные сведениями о составе доменного и коксового газов, являются базой для расчета состава первоначальной смеси газов и характеристик процесса горения такой смеси. Методика определения указанных величин отражена в примере п.2.3.

    2. Второй этап расчета, по существу, повторяет первый с той лишь разницей, что в качестве первого газа выступает первоначальная смесь, а в качестве второго — природный газ. Доли первоначальной смеси х_см и природного газа у_п.г рассчитываются в зависимости от заданной теплоты сгорания, устанавливаемой требованиями теплового режима работы печи.

    По этим данным и составу смешиваемых газов определяется конечный состав смешанного газа и далее по методике, представленной в примере п.3.3, рассчитываются все характеристики процесса горения, включая и температуры горения.

    2.4. Расчет процесса совместного горения природного газа и мазута

    Выполнить расчет горения смеси природного газа и мазута, если количество мазута по тепловой энергии составляет 30% от общего количества тепла, т.е. в 1м³ продуктов сгорания 70% тепловой энергии получают за счет сжигания природного газа, а остальные 30% — за счет сжигания мазута.

    Состав природного газа (на сухой газ), об. %:

    Состав мазута, маc. %:

    Для указанных условий (совместного сжигания природного газа и мазута) необходимо определить теоретические ( ) и балансовые ( ) температуры горения, имея в виду, что:

    а) Коэффициент расхода воздуха α =1,0 и температуры подогрева природного газа и воздуха равны нулю, т.е. t_г = t_в = 0°С. Мазут, поступающий к печам, как правило, подогревают, чтобы обеспечить его жидкотекучесть. Температура подогрева мазута зависит от его состава и устанавливается ниже температуры вспышки. Обычно эта температура не превышает 100°С.

Таким образом, температура подогрева мазута t_м = 100°С;

    б) Коэффициент расхода воздуха α =1,2, а температура подогрева природного газа t_г = 0°, мазута t_м = 100°С, а температура подогрева воздуха t_в = 1100° С.

    В расчетах принять содержание влаги в воздухе g^с.в_н2о =15 г/м³.

    При определении балансовых температур горения все виды недожога для каждого вида топлива принять равными 3 % или 0,03 (Ǫ^р_н )_i.

    При решении задач этого примера первоначально следует учесть, что совместное сжигание природного газа и мазута формируют продукты горения, теплосодержание которых определяют балансовую температуру горения — t^б_α. В общем случае из анализа теплового баланса процесса горения вытекает, что:

где z — доля тепловой энергии, получаемой при сжигании мазута. Первое слагаемое этого выражения указывает на долю тепловой энергии, которая поступает в продукты горения за счет сжигания природного газа, а второе — за счет сжигания мазута.

    Следовательно решение задачи этого примера следует начи­нать с определения характеристик процесса горения: расхода воздуха — L^вл_i, выхода продуктов горения — V_i, а также теплоты сгорания — (Ǫ^р_н)_п.г., (Ǫ^р_н)_м.

    1. Для расчета характеристик процесса горения природного газа и мазута в данном случае целесообразно воспользоваться полученными ранее данными, в частности, результатами расчета примера п. 2.1 (для природного газа) и примера п. 2.2 (для мазута). Эти данные приведены в табл. 2.1.

    2. Определение теплоты сгорания природного газа и мазута. Расчет этих характеристик может быть осуществлен по формулам (1.8) и (1.9'). Однако, этот этап расчета в данном случае может быть опущен, так как сведения о теплоте сгорания этих видов топлива для данного примера также представлены результатами расчетов указанных выше примеров (п.2.1) и (п.2.2). Таким образом:

    3. Определение температур горения: теоретических (t^T₀,t^T_α) и балансовых (t^б₀,t^T_α).

    При α =1,0.

    В соответствии с условиями примера теплосодержание продуктов горения для этого случая будет определяться только химической энергией природного газа и мазута, т.е. их величинами — (Ǫ^р_н)_п.г и (Ǫ^р_н )_м. Поэтому теплосодержание продуктов горения для определения теоретической температуры горения —

Таблица 2.1 – Результаты расчета характеристик процесса горения природного газа и мазута

Аналогичная величина для отыскания балансовой температуры горения —

iб общ = (1 – z ) · ( iб общ)п.г + z ( iбобщ ) м = = (1 - 0,3) · (Qрн – 0,03 Ǫрн) п.г  / (V0) п.г  + + 0,3 ·( Ǫрн - 0,03 Ǫрн)м/(V0)м = = (1 – 0,3) · 0,97 · 35 148/10,528 + + 0,3 0,97 · 40 617 / 12,204 = 3238 кДж/м3.

    Поскольку доля природного газа по теплоте в продуктах го­рения составляет 70%, то целесообразно воспользоваться для определения теоретической и балансовой температур горения i-t-диаграммой для природного газа, представленной на рис. 2.1. Используя эту диаграмму, получим:

    При α =1,2.  

    В соответствии с условиями примера теплосодержание про­дуктов горения будет определяться не только химической энер­гией этих топлив, но и физической теплотой, которую вносит в процесс горения подогретый воздух.

    Физической теплотой, обусловленной подогревом мазута до 100°С, обычно пренебрегают ввиду незначительности той тепловой энергии, которую вносит подогретый мазут в тепловой баланс процесса горения. Таким образом, с учетом этого обстоятельства теплосодержание продуктов горения, необходимое для определения теоретической температуры горения составит:

iTобщ = (1 – z ) · (iTобщ)п.г.+ z (iTобщ)м =  = (1 - z) · (ix + iв)п.г +z · (ix + iв)м = (1 – z) · {[( Qрн)п.г  / (Vα)п.г ] + + [(Lα ) п.г · сt0 · tв / (Vα)п.г]} + z{[(Qрн)м / (Vα)м] +[(Lα)м сt0  ·tв/ (Vα)м] }  = (1 – 0,3) · [(35 148 / 12,434) + (11,434 · 1,40 1100/12,434)] + + 0,3  [(40 705 / 14,400) + (13,010 ·1,40 · 1100 / 14,400)] = = 4115 кДж/м3.

    В этом выражении теплоемкость воздуха в интервале температур от 0 до 1100°С принята равной с^t₀ = 1,40 кДж / (м^3оС) (см. табл.2.2).

iб общ= (1 – z) ( iб общ)п.г + z (iб общ )м = = {( 1 - 0,3) · (Qрн – 0,03 · Qрн )п.г / (Vα)п.г + [(Lα) п.г сt0 · tв /(V0)п.г]} + +{0,3 · ( Qрн – 0,03 · Qрн )м / (Vα)м + [(Lα)м сt0 · tв / (Vα)м ]}= = (1 – 0,3)  [(0,97 · 35 148/12,434) +  (11,434 · 1,40 ·1100 / 12,434)] + 0,3 · [(0,97 · 40 705/12,204) + + (13,01 · 1,40 · 1100 /14,400)] = 4203 кДж/м3.

    При α =1,2 в продуктах горения присутствует избыточный воздух. Его количество υ_L рассчитывают в соответствии с выражением (2.51). Для применения этой формулы следует располагать значениями расходов воздуха — (L₀) (при α = 1,0) и (L_α) (при = 1,2), а также значением выхода продуктов горения — (V_α) (при α =1,2). Эти величины позволяют определить избыток воздуха при сжигании отдельно природного газа и мазута:

(υL)п.г = [(Lα) п.г – (L0) п.г ] · 100 /(Vα)п.г = = (11,224 – 9,353) 100 / 12,434 = 15,05 %.  (υL)м = [(Lα) м – (L0) м 100 / (Vα)м = = (13,010 – 10,842) 100 / 14,400 = 13,40 %.

    По полученным выше данным следует найти процентное со­держание избыточного воздуха в продуктах горения. В первом приближении с достаточной для инженерных расчетов точностью избыток воздуха при совместном сжигании природного газа и мазута можно рассчитать по следующей формуле:

(υL)см = [(1 – z ) · (υL)п.г + z (υL)м] = = (1 - 0,3) 15,05 + 0,3 13,40 = 14,52 %.

    Используя для определения теоретической и балансовой температур горения i—t -диаграмму для природного газа, представленную на рис. 2.1, и рассчитанные значения i^T_общ = 4115 кДж/м³ и i^б _общ = 4203 кДж/м³, а также (υ_L)_см = 13,40 %, получим:

    2.5. Расчет температуры подогрева воздуха

        Определить температуру подогрева воздуха, способную обеспечить при горении доменного газа с коэффициентом рас­хода воздуха α -1,2 нагрев стальных заготовок. Практическая температура горения, которая устанавливается в процессе эксплуатации печного агрегата при нагреве стальных заготовок составляет t_пр = 1350 °С, что для рассматриваемых условий нагрева металла соответствует теоретической температуре горения, равной t^T_α= 1588 °С (пирометрический коэффициент η = 0,85).

    Сжигание доменного газа, теплота сгорания которого равна (Q^р_н)_д.г ⁼ 3500 кДж/м³, в атмосфере холодного воздуха при коэффициенте его расхода α =1,2 не может обеспечить такой температурный потенциал, так как теоретическая температура горе­ния в этих условиях оказывается равной t^T_α = 1270 °С, а практическая температура горения — t_пр =1079 °С при том же пирометрическом коэффициенте.

    Для того, чтобы определить какое теплосодержание про­дуктов горения соответствует теоретической температуре го­рения, равной t^T_α= 1588 °С, при коэффициенте расхода воздуха α= 1,2, необходимо располагать такими характеристиками процесса горения, как теоретический и практический расходы воздуха на горение L₀, L_α,теоретический и практический вы­ход продуктов горения V₀, V_α. Решение этой задачи можно осуществить, используя приближенный метод расчета горения топлива.

    1. В соответствии с данными табл.2.1 формулы для определе­ния необходимых величин таковы:

    Полученные данные позволяют, используя диаграмму рис. 2.3, определить теплосодержание продуктов горения при заданных теоретической температуре горения (1588°С) и коэффициенте расхода воздуха α= 1,2. Последнее условие соответствует υ_L=8,1%. При этом алгоритм решения поставленной задачи определяется следующими этапами:

    2. По диаграмме рис. 2.3 определяют общее теплосодержание 1 м³ продуктов горения — i^б_общ, соответствующее заданным условиям —t^T_α= 1588°С и υ_L= 8,1 %. В итоге получают:

    3. Определяют количество тепловой энергии, которая поступает в 1 м³ продуктов горения за счет сжигания доменного газа:

    4. Определяют количество тепловой энергии, которую сле­дует внести подогретым воздухом в 1м³ продуктов горения —i_в, чтобы обеспечить получение заданной температуры горения:

    5. Определяют теплосодержание воздуха — i_в, подаваемого для сжигания 1 м³ доменного газа. Для этого следует воспользоваться формулой (1.49), преобразование которой позволяет получить:

    Здесь i_в* —теплосодержание 1м³ подогретого воздуха.

    6. Определяют требуемую температуру подогрева воздуха —t_в, для чего используют данные, полученные на предыдущем этапе расчета, а именно:

    Преобразуя это выражение относительно i_в= 1237/с_в и подбирая по табл. 1.2 значения теплоемкости воздуха, можно, используя метод последовательного приближения, рассчитать величину i_в. Для рассматриваемого примера она оказалась равной 880 °С.

    Следовательно, при сжигании доменного газа с коэффициентом избытка воздуха α= 1,2 и необходимости получения заданной теоретической температуры горения (1588 °С) следует обеспечить подогрев воздуха, используемого для горения, до 880 °С.

    Подобным образом могут быть решены и другие задачи по определению условий для обеспечения необходимых температур в рабочем пространстве печи, связанные с расчетом требуемого повышения теплоты сгорания топлива путем приготовления смесей с расчетом температур подогрева газа, с расчетом обогащения воздуха кислородом и т.п. Основу методики таких расчетов составляет уравнение:

    Проведение расчетного анализа в соответствии с возникаю­щими задачами позволяет не только получать конкретные данные для разработки температурных и тепловых режимов работы печей, но и выполнять оценку эффективности мероприятий, влияющих на температуры горения, тепловой баланс рабочего пространства печи и всего печного агрегата в целом. В конечном итоге получаемые данные могут быть использованы в определении путей ресурсо- и энергосбережения.

3. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Для топлива, состав которого соответствует заданию, выполнить расчет процесса полного горения топлива аналитическим и приближенным методами. а также определить теоретические  и балансовые  температуры горения при следующих условиях:

а) коэффициент расхода воздуха α = 1,0 и температуры подогрева топлива и воздуха равны нулю;

б) коэффициент расхода воздуха α = α_зад, и температуры подогрева топлива и воздуха равны нулю;

в) коэффициент расхода воздуха α = α_зад, а температуры подогрева топлива: для газа t_в = t_г.зад; для мазута t_т = 100⁰С. Температура подогрева воздуха t_в = t_в.зад;

г) коэффициент расхода воздуха α = α_зад, а температуры подогрева топлива: для газа t_в = t_г.зад; для мазута t_т = 100⁰С. Температура подогрева воздуха t_в = t_в.зад.

В расчетах принять содержание влаги в топливе: для газа , для мазута W^р = (W^р)_зад и в воздухе .

При расчете характеристик горения мазута учесть, что распыление мазута осуществляется паром, расход которого на 100 кг мазута составляет М_пар, что соответствует W_расп = М_пар%. Величина W_расп приводится в задании.

При определении теоретических температур потери теплоты на диссоциацию учтены при построении i–t диаграмм. Определение балансовых температур горения производить при условии, что все виды недожога составляют величину, равную 1,0%, т.е. (Q₃ + Q₄) = 0,01 .

При расчете заданий получаемые цифровые значения топливных характеристик ограничивают второй значащей цифрой после запятой.

Таблица3.1 – Результаты расчета представить в виде таблицы.

№ п/п	Характеристики Процесса горения	Размерность	Аналитичес- кий метод		Приближен- ный метод		Погрешность %
			α = 1,0	α = αзад	α = 1,0	α = αзад
1.	Расход:
	кислорода–	О2м3/ед.топл
	воздуха
	сухого :	м3/ед.топл.
	влажного :	м3/ед.топл.
2.	Выход продуктов горения	м3прод.гор/ ед.топл.
3.	Состав продуктов горения
	СО2	%
	SО2	%
	Н2О	%
	N2	%
	О2	%
	∑
4.	Температуры горения:	0С
	при tг = tв = 0:
	теоретическая
	балансовая
	при tг = tг.зад
	и tв = tв.зад
	теоретическая,
	балансовая