2020-06-08
387
Задача 6.
Определить расход топлива В в нагревательной печи.
Состав топлива соответствует составу по вариантам задачи по топливу (использовать полученные результаты по расчету топлива).
Исходные данные:
· производительность Р = 1,1 т/час;
· внешние размеры печи – длина 7м, ширина 2,5 м, высота 2 м (печь стоит на фундаменте, поэтому потери тепла подом печи в расчете не учитываются);
· начальная температура стальной загрузки tнач. = 20 оС, конечная температур металла tкон. = 1100 оС;
· плотность теплового потока, теряемого кладкой печи qкл,= 800 Вт/м2;
· недожог топлива составляет 1% (к = 0,01);
· угар металла 1% (У = 0,01);
· потери тепла через рабочие отверстия Qотв = 3 кВт.
· температура дыма, уходящего из печи tд. = 1200 оС,
Методические указания к решению задач 5(по топливу) и 6 (тепловой баланс).
Для анализа влияния подогрева воздуха и обогащения воздуха кислородом на температуру горения топлива (задача 5), на расход топлива (задача 6), на показатели работы печи необходимо, прежде всего, провести расчет горения топлива.
|
|
|
Задача 5. Методика расчета горения твердого и жидкого топлива (рекомендация – прежде чем приступить к расчету прочитайте приведенную ниже методику полностью).
Расчеты горениялюбого вида топлива проводят на единицу топлива (1 кг твердого или жидкого, 1м3 газообразного топлива) при условии его полного сгорания (если не поставлено дополнительных условий). Расчет ведут по стехиометрическим реакциям горения. Состав атмосферного воздуха принимают – 21об.% кислорода (кО2 = 0,21) и остальное – азот, обогащенный воздух – со своими процентами.
В дальнейший расчет включают: определение теплоты сгорания топлива, расхода кислорода, теоретического и действительного расхода воздуха, объема и состава дыма, калориметрической и действительной температуры.
Методические указания к решению задачи 6.
Расчет расхода топлива В провести
- сначала при кО2 = 0,21, tв = 0 0С и tв = заданному по варианту задачи 5 (полученные результаты занести в таблицу теплового баланса, см. ниже);
- затем при кО2 = 0,25 и tВ = 0ОС и tв (полученные результаты также занести в таблицу);
Для определения расхода топлива В необходимо составить приходные и расходные статьи теплового баланса. (Все статьи должны иметь одну размерность – кВт, обязательно проверяйте размерности!).
Приходные статьи включают:
1. Теплоту, полученную от сгорания топлива
Qхт = Qн·В,
где В – расход топлива, м3/с! (эта величина пока неизвестна, поэтому ставите, допустим 4300*В);
Qн – теплота сгорания топлива, кДж/м3 (из задачи, см. свою табл. по топливу).
2. Теплоту, вносимую подогретым воздухом,
|
|
|
Qв = св·tв·La·В = Qф.в. ·В,
теплоемкость св выбирают по приложению при tв; La - из задачи 5, но можете воспользоваться уже рассчитанной вами величиной Qф.в..
3. Теплоту, выделяемую при угаре (окислении стали)
Qэкз = 5652·Р·У/2,
здесь Р – производительность печи, кг/с.
Расходные статьи включают:
1. Полезно затраченную теплоту
Q полезн = Р· с ме · (tкон. - tкон.) / 3600,
где с ме – удельная теплоемкость стали при средней температуре за время нагрева = 0,562 кДж/(кг · оС); Р – производительность печи, кг/час.
2. Теплоту, уносимую отходящим дымом,
Qд = сд·tд·Vд· В = iд · Vд· В,
где температура дыма tд = tпечи = tкон. + 100, 0С;
теплоемкость дыма сд кДж/(м3 ·0С), (или энтальпия дыма iд - считать так же, как вы считали в топливе, эадаваясь температурой, а здесь у вас конкретная температура tд) кДж/(м3 );
Vд - объем дыма – из задачи 5.
3. Потери теплоты через футеровку печи
Qф = q кл ·F,
здесь q кл – Вт/м2 – в исходных данных;
F – площадь теплоотдающей поверхности, равная сумме площадей свода и боковых стенок.
4. Тепловой поток, излучаемый через открытую дверцу,
Qотв = 3 кВт.
5. Недожог топлива
Qнед. = к · Qн · В.
Записав все статьи, приравнивают сумму статей прихода к сумме статей расхода. Получают уравнение теплового баланса с одним неизвестным В.
Из полученного уравнения определяют расход топлива В (чем больше значащих цифр в значении, тем лучше сходимость баланса).
Затем в статьи, где были В, подставляют полученные значения и проверяют, получается ли равенство статей прихода и расхода. Если «ДА», то все значения заносят в таблицу теплового баланса.
Таблица – Тепловой баланс печи (см. ниже).
По результатам решения задач 5 и 6 сделать вывод о влиянии подогрева воздуха, обогащения воздуха кислородом и других факторов на температуру горения, на расход топлива, а также на показатели работы топливной печи:
удельный расход теплоты
qт = Qн* В / Р.
тепловой (термический) коэффициент полезного действия
ηтерм = hт = (Q полезн / Q прихода)·100%.
коэффициент использования тепла топлива ηкит (КИТ) с утилизацией и без утилизации тепла отходящего дыма.
ηкит = [(Qх.т.+ Qв) – (Qд + Qнед.)] / Qх.т., (3.22)
ηкит = [(Qх.т.+ Qв) – (Qд + Qнед.)] / (Qх.т.+ Qв). (3.23)
Задача.6 Провести полный расчет горения топлива данного состава (воздух атмосферный, подогрет до tВ.)
| № варианта | Компоненты сухого газообразного топлива, объемные % | α | tВ, 0С | |||||||||||
| CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | C5H12 | N2 | CO2 | CO | H2 | C2H4 | H2S | O2 | |||
| 24,8 | 3,1 | 7,1 | 3,1 | 5,3 | 55,8 | 0,8 | 1,1 | 250 | ||||||
Ответ внести в таблицы
Таблица – Тепловой баланс топливной печи.
| Приходные статьи | Расходные статьи | ||||||||||||||||||
| Статья | кО2 = 0,21 | кО2 = 0,25 | Статья | кО2 = 0,21 | кО2 = 0,25 | ||||||||||||||
| tв = 0 0С | tв = заданной | tв = 0 0С | tв = заданной | tв =0 0С | tв = заданной | tВ = 0 0С | tв = заданной | ||||||||||||
| кВт | % | кВт | % | кВт | % | кВт | % | кВт | % | кВт | % | кВт | % | кВт | % | ||||
| 1. Qх.т |
| 1.Qполезн |
| ||||||||||||||||
| 2. Qв |
| 2. Qд |
| ||||||||||||||||
| 3. Qэкз |
| 3. Qф |
| ||||||||||||||||
|
| 4. Qотв |
| |||||||||||||||||
|
| 5. Qнедож |
| |||||||||||||||||
| Итого Qприхода | 100 | 100 | 100 | 100 | Итого Qрасхода | 100 | 100 | 100 |
| 100 | |||||||||
| Расход топлива | В1 = | В2 = | В3 = | В4 = | КПД печи | hт 1 = | hт 2 = | hт 3 = | hт 4 = | ||||||||||
|
|
|
|
| КИТ с утил. без утилиз. |
|
|
|
| |||||||||||
ВЫВОД
|
|
|
| Qн | ????? | |||||
| Ко2=0,21 | Ко2=0,25 | |||||
| tв=0 °С | tв=? °С | tв=0 °С | tв=? °С | |||
| CO2 % | ????? | ????? | ????? | ????? | ||
| O2 % | ????? | ????? | ????? | ????? | ||
| N2 % | ????? | ????? | ????? | ????? | ||
| H2O % | ????? | ????? | ????? | ????? | ||
| Vd М3/м3 | ????? | ????? | ????? | ????? | ||
| Qфв, кДж/м3 | 0 | 0 |
| |||
| i д.при 1200 оС, кДж/м3 | ????? | ?????
| ||||
Методический материал
ТЕПЛОГЕНЕРАЦИЯ ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА
Традиционными источниками тепловой энергии в современных металлургических печах является химическая энергия топлива, химическая энергия сырьевых материалов и электрическая энергия. Основную роль играет топливо.
ОРГАНИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО
Топливом называют вещество, выделяющее энергию в результате химических реакций при окислении горючих компонентов, входящих в его состав.
Большинство разновидностей топлива имеет органическое происхождение, в состав практически любого топлива входит углерод, водород и сера. Кроме горючих элементов топливо содержит негорючие органические компоненты - кислород, азот. Все эти элементы могут находиться в топливе либо в свободном, либо в связанном состоянии. В топливе также может присутствовать негорючая минеральная часть - зола и влага.
Состав твердого и жидкого топлива
В связи со спецификой химического анализа рабочий состав твердого и жидкого топлива задается в виде набора элементов и компонентов:
Cp + Hp + Op + Np + Sp + Ap + Wp = 100%, (1.1)
здесь содержание каждого элемента выражается в массовых процентах.
Кроме рабочей различают сухую, условно горючую и органическую массы топлива:
- состав сухой массы топлива:
Cс + Hс + Oс + Nс + Sс + Aс = 100%. (1.2)
- состав условно горючей массы:
Cг + Hг + Oг + Nг + Sг = 100%. (1.3)
- состав органической массы топлива:
Cо + Hо + Oо + Nо = 100%. (1.4)
Пересчет состава одной массы топлива на состав другой массы осуществляют с помощью коэффициентов пересчета, в которых учитываются те компоненты, на которые отличаются эти массы.
|
|
|
- пересчет сухого состава на рабочий:
Хр = Хс·(100 – Wр)/100, (1.5)
- пересчет состава условно горючей массы на рабочую массу:
Хр = Хг·(100 – Wр - Ар)/100, (1.6)
- пересчет состава органической массы на рабочую:
Хр = Хо·(100 – Wр - Ар – Sр)/100. (1.7)
где Хр – какой либо компонент топлива в рабочей массе, %;
Хс, Хг, Хо – тот же компонент топлива в сухой, условно горючей или органической массе топлива, %.
Определив состав рабочей массы топлива, необходимо сделать проверку – сумма всех компонентов топлива должна быть равна 100%.
