| Расчет температуры подогрева воздуха

= (1 – 0,3 ) · (Ǫрн)п. г / (V0)п. г + 0,3 · (Ǫрн)м / (V0)м =

= (1 – 0,3) · 35 148 / 10,528 + 0,3 · 40 705 / 12,204 = 3338 кДж/м3.

Таблица 2.1 – Результаты расчета характеристик процесса горения природного газа и мазута

№ п/п	Характеристики процесса	Размерность	Природный газ	Мазут
α = 1,0	α= 1,2	α = 1,0	α = 1,2
1	Расход влажного воздуха, Lвлi	м3/м3, м3/кг	9,528	11,434	10,842	13,010
2	Объем образующихся продуктов горения, Vi	м3/м3, м3/кг	10,528	12,434	12,204	14,40

Аналогичная величина для отыскания балансовой температуры горения —

iб общ = (1 – z ) · ( iб общ)п. г + z ( iбобщ ) м =

= (1 — 0,3) · (Qрн – 0,03 Ǫрн) п. г / (V0) п. г +

+ 0,3 ·( Ǫрн — 0,03 Ǫрн)м/(V0)м =

= (1 – 0,3) · 0,97 · 35 148/10,528 +

+ 0,30,97 · 40 617 / 12,204 = 3238 кДж/м3.

Поскольку доля природного газа по теплоте в продуктах горения составляет 70%, то целесообразно воспользоваться для определения теоретической и балансовой температур горения i-t-диаграммой для природного газа, представленной на рис. 2.1. Используя эту диаграмму, получим:

tт0= 1850°С и tбо= 1890°С.

При α =1,2.

В соответствии с условиями примера теплосодержание продуктов горения будет определяться не только химической энергией этих топлив, но и физической теплотой, которую вносит в процесс горения подогретый воздух.

Физической теплотой, обусловленной подогревом мазута до 100°С, обычно пренебрегают ввиду незначительности той тепловой энергии, которую вносит подогретый мазут в тепловой баланс процесса горения. Таким образом, с учетом этого обстоятельства теплосодержание продуктов горения, необходимое для определения теоретической температуры горения составит:

iTобщ = (1 – z ) · (iTобщ)п. г.+ z (iTобщ)м =

= (1 — z) · (ix + iв)п. г +z · (ix + iв)м = (1 – z) · {[( Qрн)п. г / (Vα)п. г ] +

+ [(Lα ) п. г · сt0 · tв / (Vα)п. г]} + z{[(Qрн)м / (Vα)м] +[(Lα)м сt0 ·tв/ (Vα)м] }

= (1 – 0,3) · [(35 148 / 12,434) + (11,434 · 1,401100/12,434)] +

+ 0,3 [(40 705 / 14,400) + (13,010 ·1,40 · 1100 / 14,400)] =

= 4115 кДж/м3.

В этом выражении теплоемкость воздуха в интервале температур от 0 до 1100°С принята равной сt0 = 1,40 кДж / (м3оС) (см. табл.2.2).

iб общ= (1 – z) ( iб общ)п. г + z (iб общ )м =

= {( 1 — 0,3) · (Qрн – 0,03 · Qрн )п. г / (Vα)п. г + [(Lα) п. г сt0 · tв /(V0)п. г]} +

+{0,3 · ( Qрн – 0,03 · Qрн )м / (Vα)м + [(Lα)м сt0 · tв / (Vα)м ]}=

= (1 – 0,3) [(0,97 · 35 148/12,434) +

(11,434 · 1,40 ·1100 / 12,434)] + 0,3 · [(0,97 · 40 705/12,204) +

+ (13,01 · 1,40 · 1100 /14,400)] = 4203 кДж/м3.

При α =1,2 в продуктах горения присутствует избыточный воздух. Его количество υL рассчитывают в соответствии с выражением (2.51). Для применения этой формулы следует располагать значениями расходов воздуха — (L0) (при α = 1,0) и (Lα) (при = 1,2), а также значением выхода продуктов горения — (Vα) (при α =1,2). Эти величины позволяют определить избыток воздуха при сжигании отдельно природного газа и мазута:

(υL)п. г = [(Lα) п. г – (L0) п. г ] · 100 /(Vα)п. г =

= (11,224 – 9,353) 100 / 12,434 = 15,05 %.

(υL)м = [(Lα) м – (L0) м 100 / (Vα)м =

= (13,010 – 10,842) 100 / 14,400 = 13,40 %.

По полученным выше данным следует найти процентное содержание избыточного воздуха в продуктах горения. В первом приближении с достаточной для инженерных расчетов точностью избыток воздуха при совместном сжигании природного газа и мазута можно рассчитать по следующей формуле:

(υL)см = [(1 – z ) · (υL)п. г + z (υL)м] =

= (1 — 0,3) 15,05 + 0,3 13,40 = 14,52 %.

Используя для определения теоретической и балансовой температур горения i—t — диаграмму для природного газа, представленную на рис. 2.1, и рассчитанные значения iTобщ = 4115 кДж/м3 и iб общ = 4203 кДж/м3, а также (υL)см = 13,40 %, получим:

tTα = 2260°С, tбα = 2410°С.

2.5. Расчет температуры подогрева воздуха

Определить температуру подогрева воздуха, способную обеспечить при горении доменного газа с коэффициентом расхода воздуха α -1,2 нагрев стальных заготовок. Практическая температура горения, которая устанавливается в процессе эксплуатации печного агрегата при нагреве стальных заготовок составляет tпр = 1350 °С, что для рассматриваемых условий нагрева металла соответствует теоретической температуре горения, равной tTα= 1588 °С (пирометрический коэффициент η = 0,85).

Сжигание доменного газа, теплота сгорания которого равна (Qрн)д. г = 3500 кДж/м3, в атмосфере холодного воздуха при коэффициенте его расхода α =1,2 не может обеспечить такой температурный потенциал, так как теоретическая температура горения в этих условиях оказывается равной tTα = 1270 °С, а практическая температура горения — tпр =1079 °С при том же пирометрическом коэффициенте.

Для того, чтобы определить какое теплосодержание продуктов горения соответствует теоретической температуре горения, равной tTα= 1588 °С, при коэффициенте расхода воздуха α= 1,2, необходимо располагать такими характеристиками процесса горения, как теоретический и практический расходы воздуха на горение L0, Lα,теоретический и практический выход продуктов горения V0, Vα. Решение этой задачи можно осуществить, используя приближенный метод расчета горения топлива.

1. В соответствии с данными табл.2.1 формулы для определения необходимых величин таковы:

L0= 0,001 · l1 · (Qрн)д. г = 0,001 · 0,191 · 3500 = 0,669 м3 /м 3;

∆V = 0,97 — 0,001 · 0,031 · (Qрн)д. г =

= 0,97 — 0,001 · 0,031 · 3500 = 0,861 м3 /м3;

V0 =L0+ ∆V = 0,669 + 0,861 = 1,53 м3 /м3;

Vα = Lα +∆V = α · L0+ ∆V = 1,2 · 0,669 + 0,861 = 1,664 м3 /м 3;

υL = [(Lα — L0) / Vα ] ·100 = [(0,803 — 0,669) / 1,664] · 100 = 8,1%.

Полученные данные позволяют, используя диаграмму рис. 2.3, определить теплосодержание продуктов горения при заданных теоретической температуре горения (1588°С) и коэффициенте расхода воздуха α= 1,2. Последнее условие соответствует υL=8,1%. При этом алгоритм решения поставленной задачи определяется следующими этапами:

2. По диаграмме рис. 2.3 определяют общее теплосодержание 1 м3 продуктов горения — iбобщ, соответствующее заданным условиям —tTα= 1588°С и υL= 8,1 %. В итоге получают:

iбобщ = ix + iв = 2700 кДж/м3.

3. Определяют количество тепловой энергии, которая поступает в 1 м3 продуктов горения за счет сжигания доменного газа:

ix = (Qрн)д. г / Vα = 3500 / 1,664 = 2103 кДж/м3.

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.