Расчет температуры горения

2.3 Расчет температуры горения

 Температура горения топлива – важный показатель при расчете горения топлива. Различают температуры калориметрическую, теоретическую и практическую.

Калориметрической температурой t_к горения называют температуру, которую имели бы продукты горения при отсутствии потерь теплоты в окружающее пространство и на диссоциацию. В этом случае подразумевают, что вся теплота, выделяемая при сгорании, идет только на нагрев продуктов горения. Калориметрическая температура является расчетной величиной.

1. Определяют состав продуктов горения топлива, Q_н и объем продуктов горения единицы топлива V_п.г.пр. при заданном коэффициенте расхода воздуха n.

2. Определяют действительное удельное количество теплоты 1 м³ продуктов горения (кДж/м³):

i_п.г. = Q_н/V^,_п.г.пр.

i_п.г. – действительное удельное количество теплоты

Q_н – теплота сгорания газообразного топлива

V^,_п.г.пр. – объем продуктов горения практический

V^,_п.г.пр. = 1100,88 : 100 = 11,0088 м³

Q_н = 358*СН₄ + 638*С₂Н₆ + 913*С₂Н₈ + 1187*С₄Н₁₀ = 358*93,7 + 638*0,7 + 913*0,6 + 1187*0,6 = 5051,2 кДж/м³

i_п.г.пр. = 5051,2/ 11,0088 = 458,833 кДж/м³

3. По значению полученного удельного количества теплоты продуктов горения i_п.г. приблизительно определяют соответствующую ему температуру продуктов горения t₁.

4. По температуре t₁ рассчитывают удельное количество теплоты 1 м³ продуктов горения данного состава (кДж/м³):

при 1900С

i₁ = 0,01* t₁( СО₂*Ссо₂ + Н₂О*Сн₂о + N₂*С_N2 + О₂*Со₂) i₁ = 0,01*1900(8,97*2,42 + 17,70*1,93 + 72,11*1,48 + 1,22*1,57) = 3125,69 кДж / м³

при 2000С

i₂ = 0,01* t₂( СО₂*Ссо₂ + Н₂О*Сн₂о + N₂*С_N2 + О₂*Со₂) i₂ = 0,01*2000( 8,97*2,43 + 17,70*1,94 + 72,11*1,49 + 1,22*1,58) = 3310,2 кДж/м³

5. По значениям температур t₁и t₂ и удельным количествам теплоты i_1п.г. и i_2п.г, соответствующим этим температурам, находят t_к.

 i₀-i₁

t_к = t₁ + ───

i₂-i₁

 458,833 – 3125,69

 t_к = t₁ + ─────────── = 1885,55 С

 3310,2 – 3125,69

 t_пр. = η* t_к, где η = 0,62…..0,82 t_пр. = 0,62*1885,55 = 1169,041

2.4 Материальный баланс горения

Поступило: Получено:

газа в 100м³, в том числе в кг: продуктов горения в кг:

СН₄ = 93,7*16 / 22,4 = 66,929 СО₂ = 98,7*44 / 22,4 = 193,875

С₂Н₆ = 0,7*30 / 22,4 = 0,938 Н₂О = 194,9*18 / 22,4 = 156,616

С₂Н₈ = 0,6*32 / 22,4 = 0,857 N₂ = 793,55*28 / 22,4 = 991,938

С₄Н₁₀ = 0,6*58 / 22,4 = 1,554 О₂ = 13,73*32 / 22,4 = 19,614

N₂ = 4,4*28 / 22,4 = 5,5

 75,778 1362,043

Воздуха: О₂ = 209,88*32 / 22,4 = 299,829

N₂ = 789,15*28 / 22,4 = 986,438

1286,267

∑_прих = 75,778 + 1286,267 = 1362,045кг

∑_расх = 1362,043кг

3 Расчет нагрева металла

3.1 Расчет нагрева металла в I интервале

Температура металла

t_м^н + t_мI^к

tмI= ,С где t_мI^к – примите 600 С.

2

tм^н – температура металла начальная, С

tм_I^к – температура металла конечная, С

20 + 600

tмI= = 310 С

2

Температура газа

t_гI^н + t_гI^к

tгI = 2 , С где t_гI^к – примите 1150 С.

tгI^н – температура газа начальная, С

tгI^к – температура газа конечная, С

800 + 1150

tгI = = 975 С

2

Температура кладки

t_мI + t_гI

tклI = ,С

2

310 + 975

tклI = = 642,5 С

2

Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания

Vсо₂

Рсо₂ = Рат , кПа,

Vсм

где Рат = 98,1 кПа;

Vсо₂ – процентное содержание СО₂ в продуктах сгорания топлива, %;

Vсм = 100%.

8,97

Рсо₂ = 98,1 = 8,8 кПа

100

Vн₂о

Рн₂о = Рат , кПа,

Vсм

где Vн₂о – процентное содержание Н₂О в продуктах сгорания, %.

 

17,70

Рн₂о = 98,1 = 17,4 кПа

100

Эффективная длина луча

V ВНL - hbl

Sэф = 3,6 = , м,

F Fк + Fм

где В – ширина рабочего пространства печи, м

(В = b + 2а, где а = 0,5м); В = 0,7 + 2*0,5 = 1,7м

Н – высота рабочего пространства (примите Н = 1,8м);

L - длина рабочего пространства, м (L = l + 0,5); L = 2,4 + 0,5 = 2,9м

Fк – площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади занятой металлом), м²

(Fк = 2ВН + 2НL + 2ВL – bl);  Fк = 2*1,7*1,8 + 2*1,8*2,9 +2*1,7*2,9 – 0,7*2,4 = 24,74м²

Fм – площадь тепловоспринимающей поверхности металла, м²

( Fм = 2bh + 2hl + bl). Fм = 2*0,7*0,8 = 2*0,8*2,4 + 0,7*2,4 = 6,64м²

1,7*1,8*2,9 – 0,8*0,7*2,4

Sэф = 3,6 = 0,864м

24,74 + 6,64

Определим произведение

Рсо₂ * Sэф, кПа*м; 8,8*0,864 = 7,6

Рн2о * Sэф,кПа*м; 17,4*0,864 = 15

Выполним номограммы

εсо₂ = 0,09, где εсо₂ – степень черноты углекислого газа, содержащегося в продуктах сгорания;

ε^,н₂о = 0,13, где εн₂о – степень черноты водяных паров;

β = 1,12, где β – поправочный коэффициент.

Степень черноты газа

ε^,_г = εсо₂ + β*ε^,н₂о

ε^,г = 0,09 + 1,12*0,13 = 0,24

Для природного газа

εгI = 1,5*ε^,г;

εгI = 1,5*0,24 = 0,36

Для мазута

εг = 2,5*εг;

εг = 2,5* 0,24 = 0,6

Степень развития кладки

Fк

ω = .

Fм

24,74

ω = = 3,73

6,64

Номограмма для определения εсо₂

εсо₂

0,09