Тепловий розрахунок тунельної печі

СН₄^вл = *                                            (15)

С₂Н₆^вл =                                                                      (16)

С₃Н₈^вл = 0,79 %                                                                                              (17)

С₄Н₁₀^вл = 0,59 %                                                                                            (18)

CО₂ = 0,3 %                                                                                                    (19)

N₂ = 0,79 %                                                                                                    (20)

Отримані результати заносимо в таблицю 3.2:

Таблиця 3.2 - Склад вологого газу, %

								Сума, %
92,0	4,4	0,8	0,6	0,3	0,1	0,8	1,0	100,0

 

1.Визначаємо  теплоту  згорання:

  = 358,2*СН₄+637,5*С₂Н₆+912,5*С₃Н₈+1186,5*C₄H₁₀+1460,8*C₅H₁₂              (21)

  = 358,2*92,07+637,5*4,36+912,5*0,79+1186,5*0,59+1460,8*0,3 = 32979,47+ +2779,5+913,29+700,035+438,24 = 37810,535 кДж/нм³

2.Знаходим теоретично  необхідну кількість сухого повітря:

L₀ = 0,0476*(2СН₄+3,5С₂Н₆+5С₃Н₈+6,5С₄Н₁₀+8С₅Н₁₂),нм³ /нм³               (22)

 

L₀=0,0476*(2*92,07+3,5*4,36+5*0,79+6,5*0,59+8*0,3)=0,0476*(184,14+15,26++3,95+3,835+2,4) = 9,97  нм³/нм³

3. Теоретична витрата  вологого повітря при d=10 г/кг:

                                                 (23)

 нм³/нм³

4. Об'єм продуктів горіння при α=1,2:

                                      (24)

Для природного газу :

                     (25)

 нм³/нм³

                                                                                                    (26)

 нм³/нм³

                                           (27)

нм³/нм³

Всього продуктів горіння  при α=1,2:

1,0712 + 2,22 + 7,884 = 10,1752 нм³/нм³

5. Склад продуктів горіння, %:

                                                                                 (28)

                                                                              (29)

                                                                                  (30)

6. Коефіцієнт надлишку повітря, при якому забезпечується робоча температура в печі, визначаємо за формулою:

 ,                                       (31)

де с_п -  теплоємність повітря при 810 ̊С (с = 1,3846 кДж/(м³∙град) [1, c. 322]

с_дt_к - теплозміст газів при калориметричній температурі горіння палива,

 

                                             (32)

i_д - теплозміст димових газів при дійсній температурі t_д , яку зазвичай приймають на 20-30 вище за температуру випалення матеріалу (t_д = 1450 + 25 = 1475 ⁰С);

η - коефіцієнт горіння палива, для тунельних печей приймається в межах 0,78-0,83 (приймаю η=0,81).

Теплозміст димових газів при дійсній температурі горіння палива визначаємо за правилом адитивності, знаючи склад продуктів горіння і ентальпію компонентів суміші при t=1475 ⁰C [1, c. 320]:

)                       (33)

 кДж/нм³

Тоді теплозміст димових газів при калориметричній температурі горіння палива складе:

 кДж/нм³

Коефіцієнт надлишку повітря  за цих умов:

7. Тоді дійсна витрата сухого повітря:

                                         ₍₃₄₎

8. Дійсна витрата атмосферного повітря:

                                      ₍₃₅₎

9. Кількість продуктів горіння:

                   ₍₃₆₎

 нм³/нм³

                            (37)

                                           (38)

10. Загальний об'єм продуктів горіння:

1,0712 + 2,3453 + 14,03 + 1,633 = 19,08 нм³/нм³                                          (39)

11. Склад продуктів горіння, %:

                                                                                  (40)

                                                                                 (41)

                                                                                    (42)

                                                                                     (43)

12. Складаємо матеріальний баланс процесу горіння на 100 м³ природного газу при α=1,78.

12.1 Прихід

Природний газ:

                                                                 (44)

                                                         (45)

                                                               (46)

                                                             (47)

                                                             (48)

                                                                 (49)

                                                                       (50)

                                                                  (51)

Разом 100 м³ природного газу мають масу:

m_г = 65,8 + 5,84 + 1,55 + 1,53 + 0,96 + 0,196 + 0,99 + 0,803 = 77,7 кг.

Повітря

                                        (52)

                                          (53)

                                  (54)

Звідси маса повітря:

                            (55)

Разом прихід:

                                                         ₍₅₆₎

12.2 Розхід

Продукти горіння:

                                        ₍₅₇₎

                                          ₍₅₈₎

                                             ₍₅₉₎

                                               ₍₆₀₎

Маса продуктів горіння складає:

m_п.г. = 210,46 + 188,46 + 1753,75 + 233,29 = 2385,96 кг.

Разом витрата: m_вит = 2385,96 кг.

Невˈязка балансу складає:

 

3.2 Тепловий баланс печі

 

3.2.1 Визначення втрат тепла  через обгороджування

1.Перша ділянка

Розрахунок проводимо  по ділянках аналітичним методом. Розраховуємо питомий тепловий потік q₀ з поверхні стіни першої ділянки за нормальних умов, прийнявши температуру зовнішньої поверхні стіни 45⁰С, а середню температуру охолоджування рівній середній температурі  на ділянці:

Тоді:

                                                    ₍₆₁₎

З таблиці 1 і 3 знаходимо:

                                                       

Тоді 

Обчислюємо температуру  на кордонах шарів кладки:

Визначаємо середню температуру  кожного шару і відповідні коефіцієнти  теплопровідності:

Уточнюємо величину питомого теплового потоку:

Уточнюємо температури на кордонах шарів:

Уточнюємо середню температуру  кожного шару і відповідні коефіцієнти  теплопровідності:

Розраховуємо коефіцієнти  тепловіддачі від зовнішньої поверхні до повітря:

                         ₍₆₂₎

де ε –міра чорноти, для цегельних стіною знаходиться в прибудовах 0,9-0,98 (приймю ε=0,95).

Приблизно загальні коефіцієнти  тепловіддачі можна підрахувати  по формулі 

                                                       ₍₆₃₎

Тоді 

Визначаємо розрахункову температуру зовнішньої стінки:

Різниця між розрахунковою  температурою зовнішньої стінки і прийнятою  раніше не перевищує ±5⁰С. Тому розрахунок не повторюємо.

Питомий тепловий потік з  поверхні стіни 

Поверхня стенів першої ділянки 

де l₁ – довжина ділянки l=30 м,

H₁ - висота тунеля1 Н=1,8 м

Тоді:

Втрати тепла через  стінку на першій ділянці:

Визначаємо втрати тепла  через зведення. Розрахунок виконуємо  аналогічно розрахунку втрат тепла  через стінки. Обчислюємо середню  температуру на першій ділянці:

t_cр =650⁰С

Потім знаходимо:

                                                       

Тоді 

Знаходимо температуру на кордонах шарів:

Визначаємо середню температуру  кожного шару і відповідні коефіцієнти  теплопровідності:

Уточнюємо величину питомого теплового потоку:

Уточнюємо температури на кордонах шарів:

Уточнюємо середню температуру  кожного шару і відповідні коефіцієнти  теплопровідності:

Розраховуємо коефіцієнти  тепловіддачі від зовнішньої поверхні до повітря:

Загальний коефіцієнт тепловіддачі:

Визначаємо розрахункову температуру зовнішньої стінки:

                 ₍₆₄₎

Це значення не перевищує  прийняту раніше (t_н=50⁰С) температуру більш ніж на ±5⁰С.

Ширину зводу визначаємо як суму ширини каналу і товщини стін печі:

Поверхня теплопередачі

                               ₍₆₅₎

Втрати тепла через  зведення

       ₍₆₆₎

Втрати тепла через  під вагонетки приймаємо рівним 16-20% від втрат тепла стінками і зведенням:

                     ₍₆₇₎

Загальні втрати тепла  на першій ділянці:

                   ₍₆₈₎

2.Друга ділянка

Розрахунок проводимо  по ділянках аналітичним методом. Розраховуємо питомий тепловий потік q₀ з поверхні стіни другої ділянки за нормальних умов, прийнявши температуру зовнішньої поверхні стіни 65⁰С, а середню температуру охолоджування рівній середній температурі  на ділянці:

З таблиці 1 і 3 знаходимо:

                                                       

Тоді 

Обчислюємо температуру  на кордонах шарів кладки:

Визначаємо середню температуру  кожного шару і відповідні коефіцієнти  теплопровідності:

Уточнюємо величину питомого теплового потоку:

Уточнюємо температури на кордонах шарів:

Уточнюємо середню температуру  кожного шару і відповідні коефіцієнти  теплопровідності: