Расход воздуха на горение

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

В расчетах принимают следующий состав воздуха, об. %: азот – 79 и кислород – 21. Количество влаги, вносимое атмосферным воздухом, незначительно увеличивает расход воздуха. При расчетах печей влажность атмосферного воздуха можно не учитывать. Теоретически необходимый для горения расход сухого воздуха определяется по следующим формулам:

для твердых и жидких топлив, нм³/кг

L₀= 0,0889С^Р+ 0,265Н^Р – 0,0333(О^Р – S^P); (2.15)

для природного газа, нм³/нм³

(2.16)

Расход атмосферного воздуха при влагосодержании d, г/кг сухого воздуха, нм³/нм³ (нм³/нм³)

= (1+0,0016d)L₀. (2.17)

Практически для полного сгорания топлива требуется подвод воздуха в количестве, превышающем теоретически необходимое, так как трудно достигнуть идеального смешения топлива с воздухом. Действительный расход сухого воздуха с учетом коэффициента расхода воздуха, нм³/кг (нм³/нм³)

L_α= α L₀. (2.18)

Коэффициент расхода воздуха

, (2.19)

где t_T – температура топлива, ^оС;

c_T – объемная теплоемкость топлива, кДж/м³К;

V₀ – общий объем дымовых газов, нм³/нм³;

t_К – калориметрическая температура горения, ^оС;

c_ДГ – объемная теплоемкость дымовых газов, кДж/м³К;

c_В – объемная теплоемкость воздуха, поступающего на горение топлива кДж/м³К;

t_В – температура воздуха, поступающего на горение топлива, ^оС.

Данные по теплоемкости углей приводятся в прил.12. Объемная теплоемкость газообразного топлива, кДж/м^{3 о}С

, (2.20)

где с_i – объемная теплоемкость составляющих топлива (СН₄, СО₂, и др.), кДж/м³К при температуре t_T (прил. 13);

A_i – содержание составляющих топлива, об %.

Теплоемкость мазута, кДж/(кг·К)

С_топл = 1,7386 + 0,0025 · t_топл,

где t_топл – температура подогрева мазута, ^оС.

Для сухого твердого топлива средняя теплоемкость составляет примерно

= 1,05 кДж/кг (2.21)

Для влажного топлива при влажности W^P (%), кДж/кг·К

. (2.22)

Температура топлива принимается в следующих пределах, ^оС: для твердого топлива – равной температуре окружающего воздуха; пылевидного топлива 40 … 50, мазута 55 … 90, природного газа – 0 … 30 ^оС (в зависимости от времени года).

Общий объем дымовых газов при сжигании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха, т.е. при α = 1, нм³/нм³(нм³/кг)

. (2.23)

Необходимая теплота подогрева воздуха, кДж/нм³

, (2.24)

где i_Д – тепло продуктов сгорания топлива для заданной действительной температуры t_Д; определяется из i – t диаграммы (прил. 14);

η_П – пирометрический коэффициент полезного действия процесса горения, учитывающий практическое значение тепловых потерь факелом при заданных условиях сжигания топлива. Приближенные значения пирометрического коэффициента приводятся в прил. 15.

Если значение i_ПОД получается отрицательным, то подогрев воздуха не требуется. Температура подогрева воздуха

, (2.25)

где С_в – теплоемкость воздуха, кДж/кг.

Объем отдельных составляющих продуктов горения твердого и жидкого топлив подсчитываются по следующим формулам:

, нм³/кг

= 0,01855 , (2.26)

где – количество фактически сгоревшего углерода, %, равное

= (0,95 ¸ 0,97)· ; (2.27)

, нм³/кг

= 0,007 ; (2.28)

, нм³/кг

= 0,112 +0,0124( +100· )+0,0016 , (2.29)

где W_П – весовое количество пара, вводимого для распыления жидкого топлива, кг/кг топ;

, нм³/кг

= 0,79 +0,008 . (2.30)

Для природного газа, нм³/нм³

; (2.31)

(2.32)

; (2.33)

. (2.34)

Калориметрическая температура горения топлива, ^оС

t_K = , (2.35)

где t_Д – действительная температура горения, т.е. температура обжига изделий в печи, ^оС.

Теплоемкость дымовых газов, кДж/(м³·К)

С_ДГ = , (2.36)

где – теплоемкость составляющих дымовых газов, кДж/м³кг при температуре t_K;

– процентное содержание составляющих дымовых газов, %.

Действительный расход атмосферного воздуха при его влагосодержании d, нм³/кг (нм³/нм³)

. (2.37)

Когда известен расход топлива В (кг/ч или нм³/ч), то общий расход сухого воздуха, необходимый для сжигания топлива, нм³/ч

V_возд = В·L_α . (2.38)

Действительный расход атмосферного воздуха, нм³/ч

. (2.39)

Количество и состав продуктов горения при избытке воздуха α вычисляется следующим образом: количество образующегося СО₂ и SO₂ не изменяется с изменением коэффициента расхода воздуха, так как оно зависит только от состава топлива, поэтому

; . (2.40)

см. формулы (2.31), (2.34)

Количество водяного пара и количество азота подсчитываются соответственно по формулам (2.29, 2.32) и (2.30, 2.33) с заменой L₀ на L_α.

Значение , независимо от вида топлива, нм³/нм³

(2.41)

Общий объем дымовых газов при коэффициенте избытка воздуха, нм³/нм³

(2.42)

Процентный состав продуктов горения; %:

(2.43)

Объем продуктов горения при разных коэффициентах расхода воздуха можно найти, зная разность между объемом продуктов горения и количеством израсходованного воздуха, нм³/кг

ΔV = V₀ – L₀ = V^α – L_α , (2.44)

Так как ΔV не зависит от коэффициента избытка воздуха, а только от состава топлива, то

V₀ = L₀ + ΔV ; (2.45)

= L_α + ΔV. (2.46)

Материальный баланс процесса горения на 100 нм³ составляется по форме (табл. 2.4)

Таблица 2.4

Материальный баланс процесса горения газообразного топлива

Приход	кг	%	Расход	кг	%
1	2	3	4	5	6
Природный газ			СО2 = ·100· ρСО2
СН4 = СН4 ·ρСН4			Н2О = ·100· ρН2О
С2Н6 = С2Н6 ·ρС2Н6			N2 = ·100· ρN2
С3Н8 = С3Н8 ·ρС3Н8			О2 = ·100· ρО2
С4Н10 = С4Н10 ·ρС4Н10			SО2 = ·100· ρSО2
С5Н12 = С5Н12 ·ρС5Н12
СО2 = СО2 ·ρСО2
Окончание табл.. 2.4
1	2	3	4	5	6
N2 = N2 ·ρN2
Н2О = Н2О·ρН2О
Воздух
N2 = Lα·100·0,79·ρN2
O2 = Lα·100·0,21·ρO2
H2O = 0,16·d·Lα·ρH2O
Итого:		100	Итого:		100

Материальный баланс процесса горения твердого и жидкого топлива составляется на 100 кг топлива по следующей форме (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Материальный баланс процесса горения твердого и жидкого топлива

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Топливо	100		Зола (шлак)	АР
Воздух			Продукты горения
N2 = Lα·100·0,79·ρN2			СО2 = ·100· ρСО2
O2 = Lα·100·0,21·ρO2			Н2О = ·100· ρН2О
H2O = 0,16·d·Lα·ρH2O			SО2 = ·100· ρSО2
			N2 = ·100· ρN2
			О2 = ·100· ρО2
Итого:		100	Итого:		100

Плотности некоторых газов приведены в прил.16.

Температура горения рассчитывается следующим образом. В начале считается общая энтальпия продуктов сгорания, кДж/нм³

; (2.47)

теплосодержание (энтальпия) с учетом потерь, кДж/нм³

. (2.48)

Действительная температура горения определяется по i – t– диаграмме (прил. 14) или аналитически.

Аналитически расчет температуры горения производится следующим образом.

Для расчета задаются приблизительной температурой горения t_теор, и при этой температуре вычисляют теплосодержание дымовых газов, кДж/нм³, с использованием таблицы теплоемкостей (прил.11)

(2.49)

Если, например, вычисленное значение больше, чем топлива, то t_ТЕОР ниже принятого первоначального значения, и следует задаться более низким значением t_ТЕОР. Если вновь вычисленное значение теперь меньше чем , то температуру определяют методом интерполяции.

Пример расчета. Задаемся температурой горения t_ТЕОР = 1900 ^оС

= =(1,029·2,407 + 2,164·1,9424 + 7,61·1,4759 + 1,11·1,5618) ·1900 = =37400кДж/нм³

Найденная величина > = 36200 кДж/нм³, следовательно, нужно задать более низкую температуру.

Задаемся t_ТЕОР = 1800 ^оС

= (1,029·2,3916 + 2,164·1,9414 + 7,61·1,4688 + 1,11·1,5524) ·1800 = = 35100 кДж/нм³

Найденная величина < , следовательно, t_ТЕОР выше 1800^оС и она определяется путем интерполяции:

37400 – 1900 ^оС

35100 – 1800 ^оС

2300 – 100 ^оС

36200 – 35100 = 1100

Х – 1100

100 – 2300

Х= =47,8 ^оС = 1800 + 47,8 1848 ^оС

2.4.2. Расчет эффективной теплоемкости керамических материалов

Эффективная теплоемкость керамических материалов и изделий (С) может быть рассчитана по следующей формуле, кДж/(кг·К):

С = (С₁·к₁+С₂·к₂+С₃·к₃+…..С_i·к_i)/100, (2.50)

где С₁, С₂, С₃, С_i – теплоемкости оксидов, содержащихся в керамическом материале (изделий); кДж/(кг·К);

к₁, к₂, к₃, к_i – содержание оксидов в керамическом материале (изделии), мас., %.

Теплоемкость основных оксидов, определяющих химический состав керамических материалов и изделий, приведена в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Теплоемкость некоторых оксидов

Расчет теплоемкости необожженных изделий (Сн, кДж/(кг·К)), поступающих в печь при температуре(t_н, ^оС) с учетом остаточной влажности сырца после сушки, производят по формуле (2.2):

, (2.51)

где С_с – теплоемкость изделий после сушки (кДж/(кг·К)), которую принимают равной теплоемкости обоженных изделий при комнатной температуре (t_н, ^оС) и рассчитывают по формуле (2.51); W₀ – влажность сырца, мас.%.

Пример расчета. Керамический кирпич после сушки поступает в печь из цеха с температурой t_H, равной 20^оС, характеризуется относительной влажностью W₀, равной 8 мас. % и имеет после обжига следующий химический состав мас. %: SiO₂ – 70,72; Al₂O₃ – 9,23; TiO₂ – 0,84; Fe₂O₃ – 4,15; CaO – 8,54; MgO – 1,22; K₂O – 3,54; Na₂O – 1,76. Рассчитать теплоемкости полуфабриката после сушки (С_н) и обоженного материала при максимальной температуре обжига (С_к).

Ход расчета. В начале на основании данных табл. 2.6 рассчитывают при t_н = 20^оС теплоемкость оксидов (С_i, кДж/(кг·К)), содержащихся в обоженном кирпиче:

Затем по формуле (2.52) рассчитываем теплоемкость изделий после сушки (Сс, кДж/(кг·К)):

(2.52)

Подставляем рассчитанное значение Сс =0,986 кДж/(кг·К) и величину остаточной влажности кирпича – сырца W₀ = 8 мас. % в формулу (2.53) и получаем искомое значение теплоемкости необожженных изделий Сн, кДж/(кг·К):

(2.53)

Расчет теплоемкости Ск, кДж/(кг·К) обжигаемого керамического кирпича при конечной температуре обжига t_к, равной 1000^оС производят по формуле (2.54) после предварительного определения при этой же температуре теплоемкости оксидов С_i, кДж/(кг·К), содержащихся в обоженном кирпиче:

(2.54)

2.5. Аэродинамические расчеты

Работа промышленной печи в значительной степени зависит от ее аэродинамической характеристики. Аэродинамические расчеты тепловых агрегатов выполняются для определения сопротивлений на пути движения газов, воздуха и продуктов горения, что необходимо для выбора тяго-дутьевых устройств и расчета дымовой трубы. Аэродинамические расчеты включают непосредственно аэродинамический расчет теплового агрегата и подбор вентилятора или дымососа. Аэродинамические расчеты печей различных конструкций приведены в литературных источниках.

2.5.1. Подбор вентилятора

Вентиляторы подбираются по их рабочим характеристикам, составленным по результатам испытаний в виде графиков в логарифмических координатах и опубликованных в каталогах и справочниках.

Характеристики вентиляторов и дымососов приведены в прил.17.

Исходными данными для подбора вентилятора являются: требуемая производительность (подача) вентилятора V, м³/ч; полное давление Р_пол. Па, которое он должен развивать

Р_пол= ΣР_пот+Р_дин, (2.55)

где ΣР_пот – сумма всех рассчитанных аэродинамических сопротивлений, Па;

Р_дин – динамическое давление, создаваемое вентилятором, Па, нанесенное на его рабочей характеристике.

Сумма всех аэродинамических сопротивлений может быть определена по следующей формуле, Па:

ΣР_пот = R+Z+P, (2.56)

где R – сопротивления трения, Па;

Z – местные сопротивления, Па;

Р – сопротивления подъемной силы газов, Па.

Порядок подбора следующий: на нижнем графике номограммы для подбора вентилятора прил.18 отмечают точку, образуемую линией требуемой подачи вентилятора и наклонной линией, соответствующей номеру принимаемого (в качестве первого варианта расчета) вентилятора. Из найденной точки опускают вниз вертикальную линию и на ее пересечении со шкалой, находят величину развиваемого вентилятором давления. По формуле (2.55) определяют требуемое давление. Из точки пересечения линии подачи с номером вентилятора проводят вертикальную линию вверх и отмечают ее пересечение с линией полного давления (подсчитанного по формуле (2.55)). Эта точка определяет КПД вентилятора – наклонные прямые линии на верхнем графике. Если эта точка оказалась в полосе очень низкого КПД, то выбирают другой номер вентилятора и повторяют все вновь. Повторения осуществляются до тех пор, пока рабочая точка не окажется в полосе значений КПД, составляющей не менее 80% максимального КПД (прил. 17). После этого читают величину А – кривые линии на верхнем графике и определяют число оборотов n ротора

(2.57)

Требуемая мощность N двигателя для вентилятора с учетом 20% -ного запаса, кВт

, (2.58)

где η_в – КПД вентилятора;

η_р.п. – КПД ременной передачи (при клиноременной передачи η_р.п=0,95, при плоскоременной η_р.п. =0,9).

Зависимость между производительностью вентилятора Vпол, числом оборотов n и мощностью двигателя вентилятора N при изменении плотности воздуха или газа ρ и числа оборотов представлена в табл.2.7.

Таблица 2.7

Формулы для пересчета характеристик вентиляторов

При изменении плотности	При изменении числа оборотов	При изменении плотности и числа оборотов
V2 = V1	V2 = V1	V2 = V1
Рпол2 = Рпол1	Рпол2 = Рпол1	Рпол2 = Рпол1
N2 = N1	N2 = N1	N2 = N1
η2 = η1	η2 = η1	η2 = η1

Параметры, размеры и характеристики центробежных вентиляторов установлены ГОСТ 5976 –73 и ГОСТ 10616 –73. В настоящее время выпускаются центробежные вентиляторы сериями от № 2 до № 10 через каждые 100 мм и от №10 до № 20 через каждые 20 мм. Вентилятору присваивают номер, соответствующий диаметру его колесам в дециметрах. Центробежные вентиляторы каждой серии и номера изготавливаются с кожухами, имеющими различное направление выхода газов: вверх, вниз, влево, вправо, под углом 45^о. По создаваемому давлению вентиляторы делят на группы низкого давления до 1000, среднего – до 3000 и высокого до 12000 Па. КПД центробежных вентиляторов составляет 0,6 – 0,87.

Центробежные вентиляторы серий Ц4 – 70 и Ц4 – 76 имеют подачу до 200 тыс. м³/ч и развивают давление до 2000 Па.

Вентиляторы низкого давления (дутьевые) серии ВДН и дымососы ДН изготавливают с номерами 9; 10; 11,2; 11,5; 12,5. Их подача 15 – 40 тыс.м³/ч.

2.6. Выводы по проекту

В заключительном разделе курсового проекта дается краткий анализ выполненной работы: формулируют конструктивные особенности предлагаемого теплового агрегата, подчеркивают оригинальность технических решений, их достоинства и преимущества по сравнению с существующими, оценивают технико-экономические показатели работы печи по сравнению с действующими. Приводят данные по экономии топлива и энергии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Строительная керамика: Справочник / Под ред. Е. Л. Рохвангера. – М.: Стройиздат, 1975. – 493 с.

2. Павлов В.Д. Физико–химические основы обжига изделий строительной керамики. – М.: Стройиздат, 1977 – 240 с.

3. Теплофизические свойства огнеупоров: Справочник/ Литовский Е.Я., Тугкелевич Н.А. – М.: Металлургия, 1982. - 152 с.

4. Левченко П.В. Расчет печей и сушил силикатной промышленности. – М.: Высшая школа, 1968. – 367 с.

5. Роговой М.И. Теплотехническое оборудование керамических заводов. – М.: Стройиздат, 1983. – 368 с.

6. Мазуров Д.Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов. – М.: Стройиздат, 1982. – 288 с.

7. Цибин И.П. и др. Пуск, наладка и теплотехнические испытания печей и сушил огнеупорной промышленности. – М.: Металлургия, 1978. –256 с.

Приложения

Приложение 1

Образец оформления титульного листа

пояснительной записки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

Кафедра технологии стекла и керамики

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту _________________________

(название дисциплины)

на тему __________________________________

(название проекта)

Проектировал:

студент _______________курса ______группы________

(ф. и. о. студента)

Консультировал ______________________________

(ф. и. о., ученая степень, должность консультанта)

Белгород 20…

Приложение 2