Расчет горения газообразного топлива (сухой природный газ из газопровода Шибелинка–Харьков). Определение конструктивных размеров рабочего пространства печи

1 Расчет горения газообразного топлива

Состав сухого природного газа из газопровода Шибелинка–Харьков определяется по таблице II[1] и представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Состав сухого природного газа из газопровода Шибелинка–Харьков

Состав сухого газа по объему, %							Теплота сгорания низшая сухого газа , ккал/м3	Плотность при 0 °С и 760 мм рт. ст., кг/м3	Содержание влаги в сухом газе , г/м3
СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12 и более тяжелые	N2	СО2
92,8	3,9	1,0	0,4	0,3	1,5	0,1	8910	0,781	20

Производим пересчет с сухого газа на влажный. Содержание влаги, %, составит:

.

Пересчет составляющих с сухого газа  на влажный  производим по формуле:

.

Результаты расчета сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 Процентный состав влажного природного газа

СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12 и более тяжелые	N2	СО2	Н2О
90,54	3,81	0,98	0,39	0,29	1,46	0,1	2,43

Низшая теплота сгорания природного газа определяется по формуле:

, где      Q_i – теплота сгорания i-го компонента, кДж/м³;

x_i – содержание в газовой смеси соответствующих компонентов, %.

 МДж/м³.

Теоретический расход кислорода на единицу сжигаемого топлива:

,

Теоретический расход воздуха на единицу сжигаемого топлива:

.

 м³/м³.

Действительный расход воздуха, м³/м³,

, где      a – коэффициент избытка воздуха, принимаемый равным a=1,05;

 м³/м³.

Определяем удельные объемы отдельных составляющих продуктов сгорания:

Объем углекислого газа:

,

 м³/м³.

Объем водяных паров:

,

  м³/м³.

Объем азота:

,

=8,46 м³/м³,

Объем кислорода:

,

 м³/м³.

Общее количество продуктов сгорания на 1 м³ газа:

,

 м³/м³.

Определяем процентное содержание составляющих в продуктах сгорания:

Углекислый газ:       %.

Водяные пары:         %.

Азот:                          %.

Кислород:                  %.

Сумма:                        %.

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:

,

 кг/м³.

Химическая энтальпия продуктов сгорания:

без учета химического недожега:  кДж/м³;

с учетом химического недожега:  кДж/м³.

Определяем энтальпии природного газа  и воздуха :

,                , где      ,  - температуры и природного газа, °С, принимаем ==20°С;

,  - теплоемкости воздуха и природного газа при температурах  и , соответственно, кДж/(м³×°С), принимаем =1,29 кДж/(м³×°С).

где      , … – теплоемкость каждой составляющей при температуре 20°С, кДж/(м³×°С), по таблице III [1] принимаем:  кДж/(м³×°С);  кДж/(м³×°С);  кДж/(м³×°С);  кДж/(м³×°С);  кДж/(м³×°С);

СО₂, Н₂О, … – процентное содержание каждой составляющей.

 кДж/м³.

 кДж/м³.

Общая энтальпия:

теоретическая:

 кДж/м³.

Балансовая:

 кДж/м³.

Задаемся теоретической температурой горения =1900°С и определяем среднюю теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур от 0 до 1900°С:

, где      , … – теплоемкость каждой составляющей при температуре 1900°С, ккал/(м³×°С), по таблице III [1] принимаем  ккал/(м³×°С);  ккал/(м³×°С);  ккал/(м³×°С);  ккал/(м³×°С);

СО₂, Н₂О, … – процентное содержание каждой составляющей.

 кДж/(м³×°С).

Теоретическая температура горения:

.

°C.

Балансовая температура горения:

.

°C.

Разница между  и  составляет 0,7%<3%, повторный пересчет  не требуется.

2 Определение конструктивных размеров рабочего пространства печи

Схемы поперечного и продольного сечений рабочего пространства проектируемого нагревательного колодца представлены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Схемы поперечного и продольного сечений рабочего пространства

Принимаем зазоры поверхностями между заготовками – 2 м, между центрами заготовок – 3,5 м, между стенкой и заготовкой – 0,75 м.

Ширина рабочей камеры печи определяется по формуле:

B=l×n+2×b+(n-1)×a, где      l – длина заготовки, м;

b – зазор между заготовкой и кладкой, м;

n – число заготовок по ширине рабочего пространства, штук, принимаем п=5;

а – зазоры между поверхностями заготовок, м.

B=2×2+2×0,75+(2-1)×2=7,5 м.

Длина рабочей камеры печи определяется по формуле:

L=d×m+2×b+(m-1)×a, где      l – длина заготовки, м;

d – диаметр заготовки, м;

b – зазор между заготовкой и кладкой, м;

m – число заготовок по длине рабочего пространства, штук, принимаем m=5;

а – зазоры между поверхностями заготовок, м.

L=1,5×5+2×0,75+(5-1)×2=17 м.

Высоту рабочей камеры печи принимаем равной H=4 м.

Поверхность нагрева металла определяется по формуле:

, где      z – число заготовок, штук.

 м².

Поверхность кладки определяется по формуле:

.

м².

Степень развития кладки:

,

.

Объем рабочего пространства, заполненный газом:

.

 м².

Эффективная толщина излучающего слоя:

.

 м.