Расчеты плавильных и нагревательных печей литейных цехов: Учебное пособие, страница 2

В камерных печах нагреваемый материал неподвижен, поэтому конструкция их должна обеспечить одинаковое условие передачи тепла во всех точках пространства.

В методических печах нагреваемый материал движется навстречу нагревающим его газам, или в одном направлении с ними, или при комбинации прямотока и противотока, а также при поперечном  по отношению к направлению движения материалов вводом газов. В методических печах не требуется создавать одинаковых условий нагрева во всем рабочем пространстве. Необходимо только одинаковый нагрев материала в поперечных сечениях печного канала, перпендикулярных направлению движения  материалов.

Для расчета печи должны быть заданы температурные режимы в соответствии с предполагаемым технологическим процессом. Затем производятся расчеты, необходимые для определения рабочего пространства, в соответствии с производительностью печи; определяют необходимые неизвестные температуры материала, рабочего пространства, дымовых газов; рассчитывают тепловой и газодинамический режимы; выбирают материалы  и толщины стенок, а также тип и размеры топливосжигающих устройств, теплообменных аппаратов и других элементов печей. Методика и примеры расчетов печей и их отдельных элементов приведены в литературе [1,2,3] и в настоящем пособии.

1. Расчет горения твердого, жидкого и газообразного топлива 

1.1 Полное горение топлива

Исходными данными для расчета является вид топлива, конструкция сожигательного устройства, температура подогрева воздуха и топлива, содержание кислорода в дутье. Состав жидкого и твердого топлива задается в справочниках в виде органической, горючей, сухой или рабочей массы.

Расчет горения твердого или жидкого топлива производится обычно для рабочего состава топлива. Пересчет на рабочий состав топлива с любого другого состава производится по формулам:

Х^р=Х⁰(1-0,01(S^р+A^р+W^р); Х^р=Х^г(1-0,01(A^р+W^р);

 Х^р=Х^с(1-0,01W^р),

где Х^р,Х^о,Х^г,Х^с - содержание какого либо элемента в рабочей, органической или сухой массах соответственно, %  ;

S^р,A^р,W^р -содержание серы, золы, влаги соответственно в рабочей массе топлива, %.

Состав газообразного топлива задается в виде процентного соотношения составных частей смеси.

В некоторых случаях сжигается смесь газов известного состава в заданном соотношении по объему. В этом случае низшую теплоту сгорания смеси можно определить:

Q^р_н(см) = Q^р_н(2)-a(Q^р_н(2)-Q^р_н(1)),

где Q^р_н(см),  Q^р_н(1),  Q^р_н(2) - низшие теплоты сгорания смеси, первого и второго газов, кДж/кг, при этом Q^р_н(2)>Q^р_н(1) в других случаях требуется определить долю первого газа в смеси, если задано значение Q^р_н(см). При этом  Q^р_н(2)>Q^р_н(см)>Q^р_н(2)

a= (Q^р_н(2) - Q^р_н(см))/(Q^р_н(2) - Q^р_н(1)),

где  a - доля первого газа в смеси.

Состав смеси находят как сумму произведений содержания соответствующих компонентов в первом и втором газе, на доли этих газов смеси:

 Эi_(см)=aЭi₍₁₎+(1-a)Эi₍₂₎, где Эi_(см), Эi₍₁₎, Эi₍₂₎ - содержание элемента топлива в смеси, первом и втором газе соответственно. Составы некоторых видов топлива приведены в приложениях 1, 2.

Низшая теплота сгорания топлива определяется по формулам Д.И. Менделеева:

для твердого и жидкого топлива

Q^р_н=340 C^р+1030 H^p-109(O^p-S^p)-25W⁵ ; для газообразного топлива

Q^р_н=358CH₄+590C₂H₄+638C₂H₆+913C₃H₈+1187C₄H₁₀+127,7CO+108H₂+1461С₅Н₁₂+712C_nH_m + 234H₂S,

где Q^р_н - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м³;

C^p, H^p, S^p, O^p, W^p - содержание соответствующего элемента в рабочем составе твердого или жидкого топлива, % по массе;

CH₄ , C₂H₄, C₂H₆ ... C_nH_m  - содержание соответствующего элемента в составе газообразного топлива, % по объему.

Теоретический расход кислорода, необходимого для сжигания единицы твердого и жидкого топлива, м³/кг:

V_O2=0,01(1,867C^p+5,55H^p+0,698(S^p-O^p));

для газообразного топлива, м³/м³:

V_O2=0,01(0,5(CO+H₂+3H₂S)+2CH₄+3C₂H₄+3,5C₂H₆+5C₃H₈+

+6,5C₄H₁₀ +(m+(n/4))C_mH_n ).

Действительный объем сухого воздуха, необходимого для сжигания единицы топлива, м³/кг (м³/м³) , равен: