По зонный расчет внешней и внутренней задачи теплообмена.

Расчет горения топлива

В начале необходимо пересчитать состав сухого газа на влажный. Для этого нужно определить содержание водяного пара в газах

I. Определяем объем Н₂О смеси газов:

1.1

где W – влажность газа в г/м³

H₂O_д.г.=

H₂O_к.г=

Находим коэффициент перерасчета на влажный газ:

1.2

K_д.г.=(100-4,174)/100=0,958

К_к.г.=(100-4,741)/100=0,953

Определяем состав влажного газа:

1.3

х^вл_i и х_i – объемные доли компонента соответственно во влажных и сухих газах

Доменный газ:

СО₂^вл=K_д.г∙СО₂=0,958∙10=9,583 %

СО ^вл=K_д.г∙СО=0,958∙27,4=26,256 %

H₂^вл=K_д.г∙ H₂=0,958∙3,3=3,162 %

СH₄^вл=K_д.г СH₄=0,958∙0,9=0,862 %

N₂^вл=K_д.г∙ N₂=0,958∙58,4=55,962 %

СO₂^вл+CH₄^вл+C₂H₄^вл+N₂^вл+О₂^вл+H₂O_п.г≈100%

Вещества	СО2	СО	H2	СH4	N2
Доменный газ, %	9,583	26,256	3,162	0,862	55,962

 

Коксовый газ:

СО₂^вл= К_к.г ∙СО₂=0,953∙3=2,858 %

CO^вл= К_к.г ∙СО=0,953∙7,4=7,049 %

H₂^вл= К_к.г ∙H₂=0,953∙56,4=53,726 %

СH₄^вл= К_к.г ∙СH₄=0,953∙26,2=24,958 %

N₂^вл= К_к.г ∙N₂=0,953∙6,5=6,192 %

O₂^вл=0,953∙0,5=0,476 %

СО₂^вл+CO^вл+H₂^вл+СH₄^вл+N₂^вл+ O₂^вл +H₂O_к.г.≈100 %

Вещества	СО2	СО	H2	СH4	N2	O2
Доменный газ, %	2,858	7,049	53,726	24,958	6,192	0,476

После перерасчета на влажный газ объемы сохранились приблизительно равными 100%, следовательно, расчет был произведен верно.

 

II. Определение соотношения природного и доменного газов.

Q_H^p=127CO+108H₂+358CH₄+590C_mH_n+560C₂H₂+636C₂H₆+913C₃H₈+

+1185C₄H₁₀+1465C₅H₁₂+234H₂S [кДж/м³] 1.4

Q_H^p=Q_H^p(кокс)∙Х+ Q_H^p(дом)(1-Х) 1.5

Q_H^p(дом)=127∙27,4+108∙3,3%+358∙0,9%=4158,4 [кДж/м³]

Q_H^p(кокс)= 127∙7,4+108∙56,4%+358∙26,2%=16410,6 [кДж/м³]

Подставим в 1.5

Х= Q_H^p- Q_H^p(дом) / Q_H^p(кокс)- Q_H^p(дом)=6100-4158,4/16410,6-4158,4=0,1585

Х=0,1585 (1-Х)=0,8415

Q_H^p= Q_H^p(кокс) ∙Х+ Q_H^p(дом)∙(1-Х)+=16410,6∙0,1584+4158,4∙0,8415=

=6100,37 [кДж/м³]

Состав смешанного газа:

1.6

СО_2(см)= 2,858∙0,1585+9,583∙2,858=8,517 %

СО_(см)= 7,049∙0,1585+26,256∙0,8415=23,212 %

H_2(см)= 53,726∙0,1585+3,162∙0,8415=11,176 %

СH_4(cм)= 24,958∙0,1585+0,862∙0,8415=4,681 %

N_2(cм)= 6,192∙0,1585+55,962∙0,8415=48,076 %

О_2(см)= 0,476∙0,8415=0,075 %

H₂O_(см)=4,741∙0,1585+4,174∙0,8415=4,264 %

СO_2(см)+ СО_(см)+ H_2(см)+ СH_4(cм)+ N_2(cм)+ О_2(см)+H₂O_(см)=100,001 %≈100 %

 

При расчете смешанного газа объем сохранился приблизительно равным 100 %, следовательно, доли доменного и коксового газов рассчитаны верно.

Таблица 1.1

Вещества	Доменный газ, %	Коксовый газ, %	Смешанный газ, %
СO2	9,583	2,858	8,517
CO	26,256	7,049	23,212
H2	3,162	53,726	11,176
СH4	0,862	24,958	4,681
N2	55,962	6,192	48,076
О2	-	0,476	0,075
H2O	4,174	4,741	4,264
Итого:	99,999		100,001

 

Определим расход кислорода на горение:

V_O2=0,01∙((0,5·(CO+H₂))+(m+0,25∙n)∙ СH₄ –O₂) 1.7

Расчет расхода кислорода на горение газа:

V_O2=0,01∙[0,5·(23,212+11,176)+2∙4,681)-0,075] =0,265 м³/м³

Теоретически необходимое количество воздуха:

L₀=(1+К)∙ V_О2 1.8

Расчет теоретического расхода воздуха для горения газа:

L₀=(1+3,762)∙ 0,265=1,26 м³/м³

Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания:

 

Смешанный газ:

м³/м³

м³/м³

м³/м³

м³/м³

 

Определение объемов дымовых газов:

1.9

м³/м³

CO₂=(V_CO2/V_д)∙100%=(0,364/2,173)∙100%=16,75%

H₂O=(V_H2O/ V_д)∙100%=(0,205/2,173)∙100%=9,43%

N₂=(V_N2/ V_д)∙100%=(1,577/2,173)∙100%=72,57%

O^’₂=(V^’_O2/ V_д)∙100%=(0,0265/2,173)∙100%=1,22%

 

Определение плотности газов:

1.10

 

Расчет парциального давления:

Для расчета примем нормальные условия, т.е. р=10⁵Па

р_CO2=p∙(CO₂/100%) 1.11

p_H2O=p∙(H₂O/100%) 1.12

р_CO2=p∙(CO₂/100%)=10⁵∙(16,75/100%)=16,75 кПа

p_H2O=p∙(H₂O/100%)=10⁵∙(9,43/100%)=9,43 кПа

 

 

Расчет нагрева металла

2.1Температурный режим нагрева металла

Рис. 2.1 трехступенчатый режим нагрева металла: t_г - температура продуктов сгорания; t_пов, t_ц - температуры поверхности и середины металла

Методическая зона

где n – число рядов заготовок

L – длина заготовки

Высота печи:

Томильная зона: h_т = 1,6м, h_g=0,55м

Сварочная зона: H_св = 2,6м, H_сн=2,2м

В конце методической зоны: h_мв = 1м

Средняя высота сварочной зоны: Средняя высота томильной зоны:

По зонный расчет внешней и внутренней задачи теплообмена.

Согласно теории лучистого теплообмена, в тепловом взаимодействии находятся 3 среды: кладка, дымовые газы, нагреваемый материал. Для расчета лучистого теплообмена в данной системе необходимо знать степень черноты кладки ε_кл., степень черноты газов, их температуру, степень черноты металла ε_г. ε_кл. и ε_ме определяются по таблице в зависимости от марки огнеупоров или класса металла.