Горение топлива

3.2 Горение топлива

Целью расчета горения топлива является определение необходимого для горения топлива расхода воздуха, выхода продуктов горения и их процентного содержания.

Топливо – природный газ следующего состава:

СН₄ = 98,49%

С₂Н₆ = 0,51%

С₃Н₈ = 0,17%

С₄Н₁₀ = 0,05%

N₂ = 0,75%

CO₂ = 0,03%

Всего: 100%

Расход окислителя на горение топлива

 , (2.13)

где m, n – индексы при элементах С и Н;

C_mH_n – углеводороды;

.

Теоретически максимально необходимый для полного горения единицы топлива расход воздуха

  , (2.14)

.

Действительный расход воздуха:

 , (2.15)

где n – коэффициент расхода воздуха, n = 1,2;

.

Продукты горения

  , (2.16)

где СО₂ – процентное содержание СО₂ в топливе, %;

 , (2.17)

  , (2.18)

где N₂ – процентное содержание N₂ в топливе, %;

 ;

 ;

.

Избыточное количество кислорода

  , (2.19)

.

Теплота сгорания топлива

 кДж/м³(н), (2.20)

где - теплота сгорания углеводородов, кДж/м³(н);

- процентное содержание в топливе, %;

кДж/м³(н).

Выход продуктов горения

  , (2.21)

.

Процентный состав продуктов горения

, (2.22)

, (2.23)

, (2.24)

, (2.25)

,

,

,

.

3.3 Тепловой баланс рабочего пространства печи

Целью расчета теплового баланса является определение расхода топлива.

Расчет проводим для зон подогрева и обжига и для зоны охлаждения.

3.3.1 Тепловой баланс зоны охлаждения

Приходные статьи баланса.

Тепло обожженных изделий

 кВт, (2.26)

где Р_час – производительность по обжигу, шт/час; Р_час = 1150 шт/час;

m_к – вес обожженного кирпича, m_к = 3,3 кг;

t_обж – температура обжига кирпича, t_обж = 980⁰С;

с_к – удельная теплоемкость кирпича при t_обж,

с_к = 0,837+0,000264·t_обж [1];

с_к = 0,837+0,000264·980 = 1,1 кДж/кг·⁰С;

 кВт.

Тепло вносимое из зоны обжига вагонетками

 кВт, (2.27)

где G_в – емкость вагонетки, G_в = 1000 шт;

m_ш и m_м – масса шамотной и металлической частей вагонетки, m_ш = 1152 кг, m_м = 348 кг;

с_ш и с_м – удельная теплоемкость шамотной и металлической частей вагонетки,

с_ш = 0,837+0,000264·t_ш [1]; с_м = 0,48 кДж/кг·⁰С [1];

t_ш и t_м – соответственно средние температуры шамотной и металлической частей вагонетки; t_ш = 723⁰С, t_м = 60⁰С;

t_0ш и t_0м – соответственно начальные температуры частей вагонетки, t_0ш = 40⁰С, t_0м = 30⁰С;

с_ш = 0,837+0,000264·723 = 1,03 кДж/кг·⁰С;

 кВт.

Расходные статьи теплового баланса.

Вынос тепла выходящими изделиями

 кВт, (2.28)

где t_к – конечная температура кирпича, t_к = 300⁰С;

с_к – теплоемкость кирпича при t_к ;

с_к = 0,837 + 0,000264·300 = 0,9162 кДж/кг·⁰С;

 кВт.

Вынос тепла вагонетками

 кВт, (2.29)

где t_шк и t_мк – температуры на выходе из печи; t_шк = 270⁰С, t_мк = 40⁰С;

с_шк и с_мк – удельные теплоемкости шамотной и металлической частей вагонетки при t_шк и t_мк, с_мк = 0,48 кДж/кг·⁰С;

с_шк = 0,837 + 0,000264·270 = 0,908 кДж/кг·⁰С;

кВт.

Потери тепла теплопроводностью через стены и свод.

Длина зоны охлаждения 26 м.

В соответствии с температурной кривой (см. рис. 1.6) разбиваем зону охлаждения на 2 участка:

1 участок 980⁰С – 600⁰С Т_ср = 790⁰С длина – 14 м

2 участок 600⁰С – 160⁰С Т_ср = 380⁰С длина – 12 м

 кВт, (2.30)

где Q_ст – потери через стены;

Q_св – потери через свод.

Потери через стены

 кВт, (2.31)

где Т_ср – средняя температура на участке, ⁰С;

Т_н – температура наружного воздуха, Т_н = 20⁰С;

R_i – толщина i-го слоя кладки, м;

λ_i – коэффициент теплопроводности i-го слоя кладки, Вт/м·⁰С;

α_н – коэффициент теплоотдачи, α_н = 15 Вт/м² · ⁰С;

F_вн.ст – внутренняя площадь стен, м²;

F_нар.ст – наружная площадь поверхности стен, м².

1-ый участок.

Стены печи – двухслойные:

1 слой – красный кирпич на глиняном растворе, R₁ = 0,25 м;

2 слой – красный кирпич на сложном растворе, R₂ = 0,89 м.

,

 ⁰С,

[1],

 Вт/м·⁰С,

,

⁰С,

 Вт/м·⁰С.

Наружная площадь стен

 м², (2.32)

где h_нар.ст – высота наружной стены, h_нар.ст = 3 м;

l_ст – длина стен, l_ст = 14 м;

м².

Внутренняя площадь стен

 м², (2.33)

где h_вн.ст – высота внутренней стены, h_вн.ст = 1,8 м;

м².

 кВт.

2-ой участок.

Стены печи – двухслойные:

1 слой – красный кирпич на глиняном растворе, R₁ = 0,25 м;

2 слой – красный кирпич на сложном растворе, R₂ = 0,89 м.

⁰С,

 Вт/м·⁰С,

⁰С,

 Вт/м·⁰С,

м²,

м²,

 кВт.

,

кВт.

Потери через свод

 кВт, (2.34)

где F_вн.св и F_нар.св – соответственно внутренняя и наружная площадь свода.

1-ый участок.

Свод печи – трехслойный:

1 слой – красный кирпич на глиняном растворе, R₁ = 0,25 м;

2 слой – засыпка шлаком, R₂ = 0,24 м;

3 слой – красный кирпич на сложном растворе, R₃ = 0,065 м.

⁰С,

 Вт/м·⁰С,

⁰С,

 Вт/м·⁰С [1],

⁰С,

 Вт/м·⁰С.

Внутренняя площадь свода

 м², (2.35)

где В_вн и L_вн – соответственно ширина и длина рабочего канала, В_вн = 2 м, L_вн = 12 м;

 м².

Наружная площадь свода

 м², (2.36)

где В_нар и L_нар – соответственно ширина и длина наружного свода, В_нар = 3,27 м, L_нар = 12 м;

м².

 кВт.

2-ой участок.

Свод печи – трехслойный:

1 слой – красный кирпич на глиняном растворе, R₁ = 0,25 м;

2 слой – засыпка шлаком, R₂ = 0,24 м;

3 слой – красный кирпич на сложном растворе, R₃ = 0,065 м.

⁰С,

 Вт/м·⁰С,

⁰С,

 Вт/м·⁰С,

⁰С,

 Вт/м·⁰С.

 м²,

м².

 кВт.

,

 кВт.

Суммарные потери через кладку

,

 кВт.

Потери с охлаждающим воздухом.

Охлаждающий воздух, омывая кирпич, аккумулирует его тепло.

 кВт, (2.37)

где Q_1(изд) – тепло обожженных изделий (1-ая статья приходной части);

Q_1(изд) = 1136,39 кВт;

Q_1(тр) – тепло вносимое вагонетками из зоны обжига (2-ая статья приходной части);

Q_1(тр) = 260,49 кВт;

Q_2(изд) – тепло выносимое изделиями (1-ая статья расходной части); Q_2(изд) = 289,75 кВт;

Q_2(тр) – тепло выносимое вагонетками (2-ая статья расходной части); Q_2(тр) = 92,35 кВт;

Q_кл – потери через кладку (3-я статья расходной части); Q_кл = 49,52 кВт;

 кВт.

Найдем расход воздуха на охлаждение по формуле

 м³/с,

где с_вк и с_вн – теплоемкости воздуха при конечной Т_к и начальной Т_н температуре; Т_к = 420⁰С, Т_н = 20⁰С; с_вк = 1,33 кДж/кг·⁰С, с_вн = 1,29 кДж/кг·⁰С [2];

 м³/с.

Тепловой баланс сведем в таблицу 2.1.1

Таблица 3.1.1 Тепловой баланс зоны охлаждения после реконструкции (2 % брака)

№ п/п	Статьи теплового баланса	Количество тепла
		кВт	%
	Приход тепла
1	Тепло обожженных изделий	1136,39	81,35
2	Тепло вносимое вагонетками	260,49	18,65
	Итого	1396,88	100,00
	Расход тепла
1	Потери с выходящими изделиями	289,75	20,74
2	Потери с выходящими вагонетками	92,35	6,61
3	Потери через кладку	49,52	3,55
4	Потери с охлаждающим воздухом	965,26	69,1
	Итого	1396,88	100,00