Расчет пламенной методической печи

    РАСЧЕТ ПЛАМЕННОЙ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ ВЫПОЛНЯЕТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ ПОРЯДКЕ:

1. Расчет горения топлива

2. Определение времени нагрева материала и основных

 размеров печи

3. Составление теплового баланса. Определение полного и удельного расхода топлива

4. Расчет и выбор вспомогательного оборудования:

    а) рекуператоров для утилизации теплоты уходящих газов, подогрева воздуха и топлива;

    б) горелок для сжигания топлива;

    в) дымовой трубы.                            

5. Расчет аэродинамического сопротивления дымового тракта.

1. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

          Расчет выполняется, ориентируясь на характерное для методических печей длиннофакельное сжигание топлива, осуществляемое как правило с коэффициентом расхода воздуха a=1,1. Чтобы найти состав топливной смеси, необходимый для расчетов процесса горения по стехиометрическим уравнениям, необходимо воспользоваться свойством аддитивности теплоты  сгорания   Q.

При определении теплоты сгорания газа, следует использовать таблицы экзотермических эффектов реакций горения приведенных в [1].

                                  Q=,                                           (1.1)

где Q_экi - экзотермический эффект i-го компонента при нормальных условиях, кДж/м³;

         r_i - объемная доля i-го компонента в составе газообразного топлива (в долях единицы от %).

          Для смеси газов Q определяется для каждого газа в отдельности, исходя из его исходного состава. Чтобы вычислить состав газов, предварительно необходимо определить долю газа в смеси. Доля первого газа в смеси определяется по формуле:

                                                 a=,                                     (1.2)

где Qсоответственно низшие теплоты сгорания смеси газов, первого и второго газов.

Тогда состав смеси находится по формуле:                                                                                               ,                                                                       (1.3)

где Х содержание i-го компонента в смеси, %;

      Х^/ и Х - содержание компонента в первом и втором газах соответственно, %.

Расчет расхода воздуха на горение, расчет состава и количества продуктов сгорания ведется на 100 м³ газа при нормальных условиях и дается в табличной форме (табл.1).

          Примеры расчета процесса горения газообразного топлива приведены в литературе [1, 2, 3].

          Для предварительной оценки калориметрической температуры горения можно использовать Н-t - диаграмму топлива.

(В современных методических печах минимально необходимая калориметрическая температура составляет 1800⁰С).

          Получить уточненное значение t_к для данных условий можно расчетным путем, исходя из балансового уравнения условно адиабатного топочного объема. Согласно этому уравнению вся теплота, вносимая в радиационную зону, включая химическую теплоту Q топлива, физическую теплоту подогретых воздуха Q_в и топлива Q_т , расходуется исключительно на нагрев образующихся продуктов сгорания, характеризуемый теплосодержанием Н _{пр. сг}:

                                        Н_пр.сг.= Q + Q_в + Q_т ,                                          (1.4)

                              или   V_пр.сг.× _пр.сг.× t_к = Q + V_в×_в ×t_в^/ + _г ×t_г^/                    _(1.5)

откуда                                 t_к=,                            (1.6)

где V_в  и V_пр.сг. - расчетные удельные объемы воздуха на горение и образующих продуктов сгорания, отнесенных к 1 м³ топлива,  м³/м³;

        t^/t^/_г - температура подогрева воздуха и горючего газа, соответственно, ⁰С;

       _в - средняя изобарная теплоемкость воздуха в интервале температур от 0 до  t^/_в;

       _пр.сг. - средняя изобарная теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур от 0 до t_к.

                                           _пр.сг. = ,                                   (1.7)

где _пр.сг.i - средняя изобарная теплоемкость отдельных компонентов газовой смеси продуктов сгорания ;

         r_пр.сг.i - объемные доли, вычисленные при расчете процесса горения по стехиометрическим реакциям;

         - средняя изобарная теплоемкость топливной смеси в интервале от 0 до t^/_г ,

где    - средняя изобарная теплоемкость компонентов смеси ,

         r_i - объемные доли компонентов горения.

Поскольку теплоемкости реальных газов к которым относятся и продукты сгорания топлива, существенно зависят от температуры _г=f(t_г), то в балансовое уравнение топочного объема входят две взаимосвязанные искомые величины: t_к и _пр.сг.. Поэтому поиск t_к необходимо проводить методом последовательных приближений.

          Метод заключается в следующем. Ориентируясь на предварительные результаты, задаемся начальным значениям t_к . По температуре t_к  определяем средние теплоемкости отдельных компонентов смеси _пр.сг.i и рассчитываем среднюю теплоемкость продуктов сгорания _пр.сг .

          Затем рассчитывается теплота вносимая газом и подогретым воздухом, определяются средние изобарные теплоемкости _г и _в при средних температурах от 0 ⁰С до t^/_г и t^/_в соответственно. Тогда предполагаемому начальному значению t_к будет отвечать расчетное значение t^/_к, определяемое по формуле (1.6). Если расхождение между предполагаемым начальным значением t_к и первым расчетным оказывается больше 3%, то необходимо вновь задаться значением t^//_к и для него получить расчетное. Расчет повторяется до тех пор, пока расхождение между предполагаемым и расчетным значением не окажутся