Расчет трехзонной толкательной методической печи

x^в.г= x^c.г % ;

CH₄^в.г.=94,16 = 91,98 % ;

C₂H₆^в.г=  2,44 % ;

C₃H₈ ^в.г=  0,36 % ;

C₄H₁₀ ^в.г= 0,23% ;

СО₂ ^в.г =  0,127% ;

N₂ ^в.г =  2,54%; 
 

1.3 Расчет количества кислорода и воздуха для сжигания 1 м³ газа

      Найдем  объем кислорода, необходимый для  окисления горючих составляющих природного газа.

=0,01[(m+n ∕ 4)∑C_mH_n^в.г.];

=0,01(2·91,98+3,5·2,44+5·0,36+6,5·0,23)=1,958.

      Находим количество воздуха при α=1, необходимое  для сжигания 1 м³ природного газа, используя соотношение азота и кислорода в воздухе К=3,76:

L₀^с.в=(1+K)

L₀^с.в=(1+3,76) · 1,958=9,32

      Практически введенное количество воздуха при  α=1,2 составит:

L_α^c.в=α L₀^с.в

L_α^c.в=1,2 · 9,32=11,184 

4. Расчет  объема и состава продуктов сгорания при сжигании 1 м³ газа

      Найдем  объем продуктов сгорания при  α=1

= 0,01[2CH₄^в.г+3,5 C₂H₆^в.г+5 C₃H₈ ^в.г+6,5 C₄H₁₀ ^в.г]=

 =1,038

= 0,01[H₂O^в.г +2 CH₄^в.г+3 C₂H₆^в.г+4 C₃H₈ ^в.г+5 C₄H₁₀ ^в.г]=

=1,94

 = 7,387

Тогда

V₀=1,038+ 1,94+ 7,387=10,365

      Выход продуктов сгорания при α=1,2 изменится только на величину содержания азота, внесенного с избытком воздуха, и на величину избыточного кислорода:

8,86

=0,392

= + + + =10,757

      Состав  продуктов сгорания при α=1:

      Состав  продуктов сгорания при α=1,2:

 

1.5  Расчет теплоты сгорания природного газа

      В формулу для Q_н^р, подставим горючие составляющие, которые указаны в исходных данных и пересчитаны на рабочую массу:

Q_н^р=358 CH₄^в.г+636 C₂H₆^в.г+913 C₃H₈ ^в.г+1185 C₄H₁₀ ^в.г;

Q_н^р =35082  
 
 
 
 

1.6 Расчет  температур горения

      Определим химическую энтальпию топлива:

      Физическая энтальпию топлива:

_,

здесь удельная теплоемкость топлива с_т рассчитывается по формуле:

с_т = 0,01(с_CH4 CH₄^в.г.+ с_C2H6 C₂H₆^в.г+ с_C3H8 C₃H₈ ^в.г+ с_C4H10 C₄H₁₀ ^в.г +     

+ с_N2 N₂ ^в.г)=0,01(1,5674·91,98+2,2678·2,44+3,1404·0,36+4,2434·0,23+

+1,2948·2,54)=1,551

      Физическая  энтальпия подогретого воздуха, где с_в взята из прил. 2.

_.

      Общая энтальпия продуктов сгорания составит

Используя, приложение 1 диаграмму it, и вычислив содержание избыточного воздуха в продуктах сгорания

Теоретическая температура горения природного газа  t_α^т=2093°С.

Энтальпия химического  недожога

_.

_{Общее балансовое теплосодержание  продуктов сгорания:}

 
 

2. Определение тепловых потоков и температур металла по длине печи

2.1 Определение теплового потока и температур металла в сечении 2 

     Находим эффективную толщину излучающего слоя печных газов вблизи сечения 2: 

 

      Высота  рабочего пространства над заготовками:

Н₂ = Н — S = 2,54- 0,35 = 2,19 м, а ширина печи D =2,6 м оставлена без изменения.

Задаем температуру  газов в сечении 2 t_г2 = 1300°С. Затем по приложению 3, интерполяцией определяем содержание Н₂0 и С0₂ в продуктах горения природно-доменной смеси Н₂0=20,04 % и С0₂=4,99 %. Умножая значения этих величин на отношение                              (L₀+∆V)/( L_α+∆V)= 0,846 получаем содержание излучающих газов в печной атмосфере, а именно:           

Н₂0=16,9 %  и  С0₂=4,22 %.

Находим произведения 0,01· · Н₂0=0,363 атм·м                                             

0,01·  · С0₂=0,09 атм·м, которые необходимы для определения степени черноты с помощью прил.6,7,8.

Степень черноты  водяного пара ε_H2O=βε_H2O=1,05·0,197=0,207,

углекислого газа ε_С02=0,08.

Затем определяем степени черноты: продуктов горения       ε_г= ε_H2O+ ε_С02=0,207+0,08=0,287  и горящих газов ε_пл2=К_пл· ε_г=1,5·0,287=0,516.

Степень развития кладки вблизи сечения 2:

     Приведенный коэффициент излучения для системы  «газ - кладка - металл» в сечении 2:

     Удельный  лучистый тепловой поток на металл в рассчитываемом сечении:

   

Определяем конвективную составляющую общего теплового потока:

Суммарный тепловой поток на металл в сечении 2 составит

_.

Полагаем, что  тепловая мощность низа печи составляет 50 % от общей, т.е. отношение этих мощностей  равно Q_н / Q_общ∑ = 0,5.

Используя это  соотношение, по прил. 9 находим S_в ∕ S=0,58 и находим прогреваемые толщины слитка:

cверху S_в=0,58·0,22=0,128 м,

снизу  S_н=0,22-0,116=0,092 м.

Определяем минимальную  температуру по сечению слитка перед  его заходом на сплошной под куда подставили из прил. 10 теплопроводность малоуглеродистой стали

По формуле  определяем температуру массы верхней  части слитка

 

2.2 Определение теплового потока в сечении 0

Находим эффективную  толщину излучающего газового слоя вблизи сечения 0:

Здесь высота свода  над заготовками: H₀ = 1,51 - 0,35 = 1,16 м.

Находим произведение 0,01· · Н₂0=0,245 атм·м                                             

0,01·  · С0₂=0,061 атм·м

Степень черноты  водяного пара ε_H2O=βε_H2O=1,06·0,198=0,209,

углекислого газа ε_С02=0,09.

Затем определяем степени черноты продуктов горения       ε_г= ε_H2O+ ε_С02=0,299   
 

Степень развития кладки вблизи сечения 0:

     Приведенный коэффициент излучения для системы  «газ - кладка - металл» в сечении 0:

     Удельный  лучистый тепловой поток на металл в рассчитываемом сечении:

   

2.3 Определение тепловых потоков и температуры металла в сечении 1

     Задаем   в   сечении   1   температуру   газов   t_г1   =1200°С   и последовательно определяем все характеристики излучения.

Находим эффективную  толщину излучающего газового слоя вблизи сечения 1:

     Вблизи  сечения 1 свод со стороны зоны I имеет  высоту над подом 1,06 м. Следовательно  его высота над слитками составит Н₁ = 1,06 - 0,35 = 0,71 м.  

Находим произведение 0,01· · Н₂0=0,17 атм·м                                             

0,01·  · С0₂=0,042 атм·м

Степень черноты  водяного пара ε_H2O=βε_H2O=0,209 ,

углекислого газа ε_С02=0,08.

Затем определяем степени черноты продуктов горения       ε_г= ε_H2O+ ε_С02=0,209+0,08=0,289

Степень развития кладки вблизи сечения 1:

 
 

     Приведенный коэффициент излучения для системы  «газ - кладка - металл» в сечении 1:

     Удельный  лучистый тепловой поток на металл в рассчитываемом сечении:

 

     Скорость  движения печных газов в сечении 1 значительно больше, чем в сечении 0, так как свод более приближен к поверхности металла. Поэтому и конвективная составляющая здесь больше, что и отражено коэффициентом 1,05. Определяем минимальную температуру внутри слитка в сечении 1: 

_.

Находим температуру  массы слитка в сечении 1:

Определяем средний  тепловой поток на металл в зоне I:

 

Время нагрева заготовки в зоне I:

Находим скорость повышения среднемассовой температуры  слитка за время его пребывания в  зоне I:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

Полученный результат  не превышает рекомендуемой скорости повышения температуры для заготовок  толщиной до 400 мм следовательно, температуры t_г1и t_п1 назначены верно.

Определение теплового  потока q_м1 начинаем с расчета радиационных характеристик в сечении 1 со стороны зоны II.

Определяем высоту свода над слитками в этом сечении: Н₁ = 0,98 - 0,35 =0,63 м, а затем эффективную толщину газового слоя:

Находим произведение 0,01· · Н₂0=0,155 атм·м                                             

0,01·  · С0₂=0,039 атм·м

При температуре  t_г1=1200 находим степени черноты:

водяного пара ε_H2O=βε_H2O=0,132 ,

углекислого газа ε_С02=0,066.

Затем определяем степени черноты продуктов горения       ε_г= ε_H2O+ ε_С02=0,132+0,066=0,198.