Расчет горения топлива. Расчет времени нагрева по зонам печи

1.3 Расчет горения топлива

Состав исходного топлива, природный газ

СН ₄ = 79,8%; С₂Н₆ = 3,4%;  С₃Н₈ =1,7%; С₄Н₁₀=0,8%; N₂ =1,35%;

СО₂=0,5%; d_r=20г/м³;  t_в=330°С;  n=1,15.

Перерасчет сухого топлива на влажное

К=,                                                                                                              (8)

где W-содержание влаги в газах, г/м³,

W==2,4582г/м³,

К==0,975%.

СН ₄  ^вл =К· СН ₄  =0,975·79,8= 77,8%;

С₂Н₆^вл =К· С₂Н₆=0,975 ·3,4= 3,315%;

С₃Н₈^вл =К· С₃Н₈=0,975 ·1,7= 1,65%;

С₄Н₁₀^вл =К· С₄Н₁₀=0,975 ·0,2= 0,0,78%;

N₂^вл =К· N₂=0,975 ·1,35= 1,3%;

СО₂^вл =К· СО₂=0,975 ·0,33= 0,5%.

Находим теоретически необходимое количество воздуха V^о_в, м³

V^о_в= ,                                         (9)

V^о_в== 8,8м³.

Действительное количество воздуха найдем по формуле

V_в=n∙ V^о_в,                                                                                                                (10)

V_в = 1,15∙ 8,8=10,12м³.

Определяем теоретическое количество азота N₂^т, м³

N₂^т=0,79∙ V^о_в+N₂/100,                                                                                            (11)

N₂^т =0,79∙ 8,8+1,3/100 =6,96 м³.

Находим избыточное количество воздуха Vв, м³

Vв = (n-1)∙ V^о_в∙0,21,                                                                                            (12)

Vв = (1,15-1) · 8,8· 0,21 = 0,277 м³.

Находим объём 3-х атомных газов V_RO2 ,м³

V_RO2=0,01· (CO₂+CH₄+2C₂H₆+3C₃H₈+4C₄H₁₀+5C₂H₁₂),                                      (13)

V_RO2=0,01·(0,5+79,8+2·3,4+3·1,7+4·0,8)=0,984м³.

Находим объём водяных паров V_H2O,м³

V_H2O=0,01· (2CH₄+3C₂H₆+4C₃H₈+5C₄H₁₀+6C₅H₁₂+0,124·d_r)+0,016· V^о_в,           (14)

V_H2O=0,01·(2·79,8+3·3,4+4·1,7+5·0,8+0,124·20)+0,016·8,8=2м³.

Находим объём дымовых газов V_дг,м³,

V_дг=V_RO2+N₂^т+V_H2O+(n-1)· V^о_в;                                                                             (15)

V_дг=0,984+(1,15-1) ·8,8=9,9м³.

Находим процентный состав продуктов сгорания

RO₂=,                                                                                                        (16)

RO₂==9,93%.

H₂O=,                                                                                                       (17)

H₂O ==20,2%.

V = ,                                                                                                          (18)

V ==2,79%.

N₂=,                                                                                                          (19)

N₂=  =70,30%.

Плотность дымовых газов Р_дг,кг/м³

Р_дг=,                                                                        (20)

Р_дг==1,27кг/м³.

Низшая теплота сгорания топлива Q_н^р, кДж/м³:

Q_н^р=127,7CO+118H₂+358CH₄+590C₂H₄+555C₂H₂+636C₂H₆+913C₃H₈+234H₂s+1185C₄H₁₀+1465C₅H₁₂,                                                                                                       (21)

Q_н^р=358·79,8+636·3,4+913·1,7+1185·0,8=34109,9 кДж/м³.

Калориметрическая температура горения t_к,°C

t_к=,                                         (22)

t_к==2116,39°C.

При t_к=2200°C

C_RO2=2,483кДж/(м³·К);

С_H2O=1,981кДж/(м³·К);

С_N2^Т=1,498кДж/(м³·К);

С_O2=1,585кДж/(м³·К).

Действительная температура горения t_д,°C

t_д=·t_к,                                                                                                                     (23)

где  - тригонометрический коэффициент для камерных печей, =0,65-0,7;

t_д =0,7·2116,39=1481,47°C.

Условный тепловой эквивалент Q^тэ, кДж/кг

Q^тэ=,                                                                                                                 (24)

Q^тэ==1,16 кДж/кг.

1.4 Расчет времени нагрева по зонам печи

Пользуясь диаграммой состояния железо-цементит, определяем конечную температуру нагрева марки стали 28ГС2

t^к_н=1150ºC

Ориентировочно определяем температуру уходящих газов t_ух, ^◦C

t_ух=625+0,68·Hа· · (1+) - 300·,                                                            (25)

где H_a-напряжение активного пода, кг/м²·ч, Hа=550 кг/м²·ч          [4]

n-число рядов заготовок в печи,

B-ширина печи, м,

ℓ-длина заготовки, м.

t_ух==1033,3^◦C.

Распределение температуры по зонам печи

Температуру печи в томильной зоне принимаем на 40-60 градусов выше температуры поверхности заготовки t ^т_З, ^◦C

t ^т_З= t ^к_н+(40÷60),

t ^т_З=1150+50=1200^◦C.

Температуру в сварочной зоне применяем на 130-150 градусов выше конечной температуры металла t^с_з, ^◦C

t^с_з= t^к_н+(130÷150),

t^с_з=1150+130=1280^◦C.

Температуру в начале методической зоны принимаем равной температуре уходящих дымовых газов t^н_З,^◦C

t^Н_З =1033,3^◦C.

Построим график печи по зонам: