1. Расчет горения топлива

1.1 Исходные данные

Сжигается природный газ, элементарный состав которого на сухую массу, %:

CH₄^с.г =97,2;C₂H₆ ^с.г=0,12;C₃H₈ ^с.г=0,01;C_mH_n ^с.г=0,01;

СО₂ ^с.г=0,10;N₂ ^с.г=2,5.

Влагосодержание сухого газа составляет g^с.г.=5 г ∕ м³.

Температура подогрева воздуха t_в=300^° С.

Коэффициент избытка воздуха α=1,2.

Влажность воздуха q^св=14.

Механический недожог отсутствует.

1.2 Пересчет состава газа на рабочую (влажную) массу

Рассчитаем процентное содержание водяных паров в 1 м³природного газа:

H₂O^в.г = ;

H₂O^в.г =%

Пересчитаем состав газа на рабочую массу по формуле:

x^в.г=x^c.г% ;

CH₄^в.г = 98,3*= 96,6%;

C₂H₆^в.г = 0,129 %;

C₃H₈ ^в.г = 0,009%;

C_mH_n ^в.г= 0,009%;

СО₂ ^в.г= 0,0994%;

N₂ ^в.г= 2,48%;

1.3 Расчет количества кислорода и воздуха для сжигания 1 м³газа

Найдем объем кислорода, необходимый для окисления горючих составляющих природного газа.

=0,01[(m+n∕ 4)∑C_mH_n^в.г.];

=0,01(2·96,6+3.5·0,129+5·0.009)=1,939 м³/м³.

Находим количество воздуха при α=1, необходимое для сжигания 1 м³природного газа, используя соотношение азота и кислорода в воздухе К=3,76:

L₀^с.в=(1+K)

L₀^с.в=(1+3,76)·1,939=9,23

Практически введенное количество воздуха при α=1,2 составит:

L_α^c.в=αL₀^с.в

L_α^c.в=1,2 · 9,23=11,07

1.4 Расчет объема и состава продуктов сгорания при сжигании 1 м³газа

Найдем объем продуктов сгорания при α=1

= 0,01[CH₄^в.+ 2C₂H₆ ^в.г+3C₃H₈ ^в.г+4C₄H₁₀ ^в.г] =0,969 м³/м³;

= 0,01[H₂O^в.г +2CH₄^в.г+3C₂H₆^в.г+4С₃H₈ ^в.г+5C₄H₁₀ ^в.г]=1,942 м³/м³;

= 7,26 м³/м³;

Тогда

V₀=0,969 +1,942 +7,26 =10,17м³/м³.

Выход продуктов сгорания при α=1,2 изменится только на величину содержания азота, внесенного с избытком воздуха, и на величину избыточного кислорода:

8,7 м³/м³;

=0,386 м³/м³;

=+++=12,0 м³/м³– объём продуктов сгорания при α=1,2;

Состав продуктов сгорания при α=1:

Состав продуктов сгорания при α=1,2:

1.5 Расчет теплоты сгорания природного газа

В формулу для Q_н^р, подставим горючие составляющие, которые указаны в исходных данных и пересчитаны на рабочую массу:

Q_н^р=358CH₄^в.г+636C₂H₆ ^в.г+913C₃H₈ ^в.г+1185C₄H₁₀ ^в.г;

Q_н^р=34666

1.6 Расчет температур горения

Определим химическую энтальпию топлива:

Физическая энтальпия подогретого воздуха, где с_в взята из прил. 2.

_.

Общая энтальпия продуктов сгорания составит:

Используем приложение 1 - диаграмму itи вычисляем содержание избыточного воздуха в продуктах сгорания:

Теоретическая температура горения природного газа t_α^т=1950°С.

Энтальпия химического недожога

_.

_{Общее балансовое теплосодержание продуктов сгорания:}

Балансовая температура горения природного газа t_α^т=1970°С.

2 Определение тепловых потоков и температур металла по длине печи

2.1. Определение теплового потока и температур металла в сечении 2

Для расчета лучистого теплообмена необходимо знать эффективную толщину излучающего слоя печных газов вблизи сечение 2, м:

S_эф=1,8 ∙ (D∙H₂)/(D+H₂) = 2,214 м.

Высота рабочего пространства над заготовками найдена с использованием размеров, указанных на рис. 1.1:

H₂ = Н— S=2,54-0,3= 2,24 м, а ширина печи D =2,6 м оставлена без изменения.

Задаем температуру газов в сечении 2 t_г2 = 1280°С. Затем из расчета объема и состава продуктов сгоранияопределяем содержание Н₂0 и С0₂.

Получаем содержание излучающих газов, а печной атмосфере, а именно:

Н₂0 = 11,66 % и С0₂ = 6,08 %.

Находим произведения

0,01 S_эф Н₂О = 0,01∙ 2,21∙ 11,66= 0,25 атм∙м,

0,01S_эфСО₂ = 0,01∙ 2,21∙ 6,08=0,13 атм∙м,

которые необходимы для определения степени черноты при с помощью прил. 6,7 и 8 заданной температуре газов t_г2 = 1280°С: водяного пара ε_СО2 =0,096; ε_Н2О=β∙ ε_Н2О=1,05∙0,14=0,147

Затем определяем степени черноты: продуктов горения

ε_г = ε_СО2 + ε_Н2О = 0,196+0,1054 = 0,301

и горящих газов

Определяем степень развития кладки вблизи сечения 2:

Приведенный коэффициент излучения для системы «газ - кладка - металл» в сечении 2:

Удельный лучистый тепловой поток на металл в рассчитываемом сечении

При известном коэффициенте конвективного теплообмена а_к2 определяем конвективную составляющую общего теплового потока:

Суммарный тепловой поток на металл в сечении 2 составит

Полагаем, что тепловая мощность низа печи составляет 50 % от общей, т.е. отношение этих мощностей равно

Используя это отношение, по прил. 9 находим = 0,58 и прогреваемые толщины слитка: сверху S_B =0,580,35 = 0,203 м и снизу 5„ =0,35 -0,203 = 0,147 м.

Определяем минимальную температуру по сечению слитка перед его заходом на сплошной под

куда подставили из прил. 10 теплопроводность малоуглеродистой стали = 28 Вт/(м-К) при температуре на 100 °С ниже, чем конечная температура поверхности.

Определяем температуру массы верхней части слитка