Расчет горения топлива

1 2 3 4 5 6 7

Содержание

Стр.

Исходные данные

Введение………………………………………………………………………..

1. Расчет горения топлива и выбор горелочного устройства……………..

2. Выбор размеров рабочего пространства…………………………………

3. Определение времени нагрева заготовок………………………………..

4. Расчет охлаждения металла………………………………………………

5. Тепловой баланс печи и расход топлива………………………………..

5.1. Период нагрева……………………………………………………

5.2. Период выдержки…………………………………………………

6. Технико-экономические показатели работы печи……………………...

Выводы

Литература

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (Чертеж печи)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (График нагрева)

Исходные данные

1. Тип и назначение печи: камерная газовая термическая печь с выкатным подом;

2. Материал нагреваемых заготовок: углеродистая сталь

3. Размеры изделий: цилиндр D = 200 мм = 0,2 м, L = 250 мм = 0,25 м;

4. Масса садки: M = 6 т;

5. Режим нагрева металла: неполный отжиг;

6. Топливо: природный газ;

7. Начальная температура металла t_н=20˚С (холодный посад);

8. Конечная температура нагрева: t =720˚С;

9. Температурный перепад в изделии не более 10˚С.

Введение

В данном курсовом проекте производится тепловой расчет и конструирование печи. Нагрев металла является одной из важнейших стадий производственного процесса, влияющей на производительность, качество и себестоимость продукции.

В машиностроении для нагрева металлических заготовок под прессование, штамповку и термическую обработку используют печи различных конструкций, которые могут быть объединены общим признаком. В большинстве случаев – это камерные печи садочного типа. В таких печах нагрев заготовок производят отдельными садками, с последующим их охлаждением. Широкое применение этих печей объясняется их универсальностью, позволяющей обрабатывать по разным режимам разнообразные по форме и размерам заготовки.

Для того чтобы грамотно выбрать и использовать печь, необходимо ознакомиться с основами её тепловой работы, т.е. совокупности всех процессов, протекающих в печи и определяющих основной процесс – нагрев металла. Сущность тепловой работы нагревательных и термических печей садочного типа определяется сочетанием процессов тепловыделения, теплообмена и теплоусвоения, которые протекают в рабочем пространстве печи. Поэтому задачи расчета таких печей сводят к выявлению условий протекания указанных процессов, которые обеспечат заданный режим нагрева и заданную производительность печи.

Расчет горения топлива

Так как в качестве топлива используется природный газ, рассчитаем горение природного газа.

Химический состав сухого газа (в % по объему) указан в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав природного газа

СH₄ Метан	C₂H₄ Этилен	H₂S Сер-д	H₂	СО	CO₂	N₂	О₂	H₂О	Итого
93,0 %	0,4 %	0,2 %	2,0 %	0,6 %	0,3 %	3,0 %	0,5 %	-	100,0 %

Пересчитаем состав сухого газа на рабочий по формулам:

где (Н₂О)_Т - содержание влаги в природном газе по справочным данным, %; Н₂О – заданное содержание влаги в природном газе, %; W - содержание водяных паров в природном газе, г/м³ (влажность 40г/м³).

Рабочий состав природного газа равен:

Рабочий состав природного газа приведен в таблице 2.

Таблица 2 – Химический состав природного газа

СH₄^Р Метан	C₂H₄^Р Этилен	H₂S^Р Сер-од	H₂^Р	СО^Р	CO₂^Р	N₂^Р	О₂^Р	H₂О^Р	Итого^Р
88,59 %	0,38 %	0,19 %	1,91 %	0,57 %	0,29 %	2,86 %	0,48 %	4,74 %	100,0 %

Теплоту сгорания природного газа вычисляем по формуле:

Теоретически необходимое количество воздуха (м³) определяем по формуле:

где d_В - влагосодержание сухого воздуха, г/м³, равное 10г/м³.

Действительное количество воздуха при a = 1,1 вычисляется по формуле:

Найдем количество азота, поступившего с воздухом по формуле:

Количество продуктов сгорания (м³) рассчитываем по формулам:

Общее количество продуктов сгорания равно:

Рассчитаем состав продуктов сгорания природного газа по формулам:

Плотность продуктов сгорания вычисляем по формуле:

Правильность расчета определяем, составляя материальный баланс процесса горения:

Получено:

Невязку найдем по формуле:

Найдем калориметрическую и действительную температуры продуктов сгорания – t_к, t_д:

где t₁, t₂ – задаваемые калориметрические температуры, - энтальпия продуктов сгорания при различных температурах.

Находим энтальпию продуктов сгорания при температурах 1700 и 1800 ˚С по формуле:

;

Здесь количество составляющих продуктов сгорания взято из произведенного ранее расчета, а их средняя теплоемкость по таблице приложения 3 «Методики расчета нагревательных и термических печей» В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц.

Энтальпия продуктов сгорания при калориметрической температуре в случае холодных газа и воздуха по формуле:

т.е. условие соблюдено.

Тогда калориметрическая температура сгорания равна:

Действительная температура сгорания зависит от продолжительности процесса горения во времени, прямой теплоотдачи в окружающее пространство, химического и механического недожога. Приближенно действительную температуру сгорания можно определить по формуле: