Расчет горения газообразного топлива. Расчет передачи теплоты на поверхность нагреваемого материала

1.  Расчет горения газообразного топлива.

Состав природного газа

CH₄=85,9%

C₂H₆=6,1%

C₃H₈=1,5%

C₄H₁₀=0,8%

N₂=5%

CO₂=0,1%

Принимаем влажность W=20г/м³

1.1  Пересчет сухого газа на влажный

CH₄=84,3%

C₂H₆=6%

C₃H₈=1,5%

C₄H₁₀=0,8%

N₂=4,9%

CO₂=0,1%

H₂O=1,9%

1.2 Теплота сгорания газа.

Q^Р_Н=358*CH₄+636*C₂H₆+913*C₃H₈+1185*C₄H₁₀=

=358*84,3+636*6+913*1,5+1185*0,8= 36313 кДж/м³

1.3 Расход кислорода на горение, м³/ м³,

L_О2=0,01(S(m+0,25n))*C_mH_n=0,01*((1+0,25*4)*84,3+(2+0,25*6)*6+

+(3+0,25*8)*1,5+(4+0,25*10)*0,8=2,023 м³/м³

где C_mH_n- процентное содержание данного углеводорода в топливе, %;

m-количество атомов углерода в молекуле углерода, шт.

n- количество атомов водорода в молекуле углерода, шт.

1.4 Теоретический расход воздуха, м³/м³,

L_BO=(1+k)*L_О2=(1+3,76)* 2,023=9,6295 м³/м³

где k- коэффициент, учитывающий процентное содержание кислорода и азота в воздухе, k=3,76

1.5 Действительный расход воздуха, м³/ м³,

L_B=a*L_BO=1,1*9,6295=10,592 м³/ м³, где a- коэффициент избытка воздуха; принимаем a=1,1.

1.6 Удельный объем СО₂

V _CO2=0,01(СО₂+Sm*CmHn)=0,01(0,1+84,3+2*6+3*1,5+4*0,8)=1,057 м³/м³

1.7 Удельный объем H₂O

V_H2O=0,01(H₂O+S0,5*n*CmHn)=0,01(1,9+0,5*4*84,3+0,5*6*6+

+0,5*8*1,5+0,5*10*0,8)=1,985 м³/м³

1.8 Удельный объем N₂ и О₂

V_N2=0,01N₂+a*k*L_О2=0,01*4,9+1,1*3,76*2,023=8,4161 м³/м³

V_О2=(a-1)*0,21*L_B =(1,1-1)*0,21*10,592=0,2224 м³/м³

1.9 Объем продуктов горения

V_пг=V_CO2+V_H2O+V_N2+V_О2=1,057+1,985+8,4161+0,2224=11,681 м³/м³

1.10 Определение продуктов сгорания каждой составляющей

СО₂=V_CO2/ V_пг*100%=1,057/11,681*100=9,0492%

H₂O=V_H2O/ V_пг*100%=1,057/1,985*100=16,994%

N₂=V_N2/ V_пг*100%=8,4161/1,985*100=72,052%

О₂=V_N2/ V_пг*100%=0,2224/1,985*100=1,9044%

1.11 Плотность продуктов сгорания

r_пг=0,01/22,4*(44СО₂+18H₂O+28N₂+32O₂)=

=0,01/22,4*(44*9,0492+18*16,994+28*72,052+32*1,9044)=1,2422 кг/м³.

1.12 Расчет теоретической температуры горения топлива

Задаемся температурой горения 1900 ^оС. При температуре 1900 ^оС находим теплоемкости составляющих уходящих газов

C_СО2 = 2,4074 кДж/(м³*К)

C_H2O= 1,9423 кДж/(м³*К)

C_N2= 1,4758 кДж/(м³*К)

C_O2= 1,5617 кДж/(м³*К)

Теплоемкость продуктов горения (при 1900 ^оС)

С_пг=0,01(C_СО2СО₂+C_H2OH₂O+C_N2N₂+C_O2O₂)=0,01(2,4074*9,0492+

+1,9423*16,994+1,4758*72,052+1,5617*1,9044)=1,641 кДж/(м³*К)

1.13 Теоретическая температура горения.

t_теор= Q^Р_Н/( С_пг* V_пг^a)=36313/(1,641*11,681)=1894,4 ^оС

Расхождение d= 0,2935 < 3%

2.  Определение размеров рабочего пространства.

Принимаем двухрядный нагрев заготовки в рабочем пространстве печи: Z=2;

2.1 Ширина рабочей камеры

B=Z*l+(Z+1)* b_з=2*4+(2+1)*0,3=8,9

где  l=4м – длинна заготовки;

b_з = 0,3м – зазор между заготовкой и кладкой;

2.2 Высоту рабочей камеры печи принимаем в соответствии с данными, указанными на рис 1.

Рис.1. Конструктивная схема продольного сечения трехзонной

 методической печи с двухсторонним прогревом.

Принимаем H₁=1,6; h₁=0,8; H₂=2,8 ;H₃=1,6

2.3 Средняя высота рабочего пространства печи для методической зоны:

H_мет=(h₁+ H₁)/2=(0,8+1,6)/2=1,2м сварочной зоны H_св=(h₁+ H₂)/2=(0,8+2,8)/2=1,8м томильной зоны H_том=(h₁+ H₃)/2=(0,8+1,6)/2=1,2м

2.4 Принимаем расстояние между осями заготовок с=150мм. Тогда поверхность нагрева металла в методической зоне:

F_м.мет=2*L_мет *l*b/с =2*L_мет*4*0,15/0,15=8*L_мет м²

где b=0,15м- ширина заготовки;

L_мет= длинна методической зоны, м;

Поверхность нагрева металла в сварочной зоне:

F_м.св=2*L_св*l*b/с =2* L_св *4*0,15/0,15=8*L_св м²

Поверхность нагрева металла в томильной зоне:

F_м.т.=L_т*l*b/с =2* L_т *4*0,15/0,15=8* L_т м²

Поверхность кладки в методической зоне:

F_кл.мет=(2*H_мет+B)*L_мет=(2*1,2+8,9)* L_мет= 11,3*L_мет м²

в сварочной зоне:

F_кл.св=(2*H_св+B)*L_св=(2*1,8+8,9)* L_св= 12,5*L_св м²

в томильной зоне:

F_кл.т.=(2*H_т.+B)*L_т.=(2*1,2+8,9)* L_т = 11,3*L_т м²

2.5 Объём рабочего пространства, заполненного газом;