Печи и сушила

Состав рабочего газообразного топлива

Составляющая	, об %	, м3/м3т
СН4 С2Н6 C3H8         C4H10        C5H12+В N2 СO2	82,580 4,253 1,879 0,989 0,495 8,505 0,198	0,8258 0,0425 0,0188 0,0099 0,0049 0,08505 0,0019
Итого	100	1.0000

 

3.1.2 Расчет теплотворной способности топлива

Для газообразного топлива  рассчитывается по аддитивности:

=   =358.2 ^. CH₄^P + 637.5 ^. C₂H₆^P + 912.5 ^. C₃H₈^P + +1186.5 ^. С₄Н₁₀^Р +

+ 1460.8 ^. С₅Н_12+B^P +231 ^. Н₂S^Р + 107.6 ^. Н₂^P + 126.5 ^. СО^P + 587 ^. С₂Н₄^P (кДж/м³_т).                  (5)

  =358,2*82,58+637,5*4,253+912,5*1,879+1186,5*0,989+1460,8*0,495=35407 (кДж/м³_т). 

3.1.3.  Расчет количества воздуха для горения топлива

Рассчитывают общее количество кислорода, теоретически необходимого для сжигания 1 м³ топлива, с учетом содержания в топливе кислорода:

         = = - = 2 + 3.5 + 5 + 6,5 + 8          (6)                    

= 2 + 3.5 + 5 + 6,5 + 8 =

= 2*0,826+3,5*0,0425+5*0,0188+6,5*0,0099+8*0,0049=1,998(м³/м³_т).

= ^. = 3.773 ^. = 3.773 ^. 1,998=7,538 (м³/м³_т)                                              (7)

Объем всего теоретически необходимого воздуха:

= 4.773 ^. = + = 7,538 +1,998=9,536 (м³/м³_т).                                           (8)

Объемы кислорода  и азота в избыточном воздухе, избыточное и общее количество воздуха определяют по формулам:

= (α – 1) ^. = (1.2-1) ^. 1,998 =0,3996 (м³/м³_т);                                                              (9)

 

= (α – 1) ^. = (1.2 - 1) ^. 7,538 = 1,5078(м³/м³_т);                                                          (10)

 

=(α – 1) ^. = 0,3996+ 1,5078 = 1,9074 (м³/м³_т);                                                           (11)

 

= + = 9,536+1,9074 = 11,443 (м³/м³_т).                                                                (12)

3.1.4. Расчет количества и состава продуктов горения

                     (13)

=0,826+0,085+0,0564+0,0396+0,0245+0,0019=1,043(м^З/м³_т);                                                           

=

=1,7677(м^З/м³_т).                                                                                                                         (14)

 

Содержание  остальных составляющих в продуктах  горения:

= 0,086+7,538+1,5078=9,1318(м^З/м³_т);                                      (15)

= 0,3996 (м³/м³_т).                                                                                               (16)

Объем продуктов горения с учетом избытка воздуха:

= + + + =

=1,043+1,7677+9,1318+0,3996=12,342(м³/м³_т).                                                                          (17)                                                                    

  При теоретически необходимом  расходе воздуха:

= - =12,342-1,9074=10,4347(м³/м³_т).                                                           (18)                                                          

Содержание каждой из составляющих в продуктах горения в долях по объему (м³/м³_т):    

                                                                                                                                       (19)

 

   =  1,043/12,342=0,0846                 (20)

 

Значения  для всех составляющих:

СО₂  - 0,0846; Н₂О – 0,143; N₂  - 0,74; O₂ – 0,0324. Итого 1.0000.

3.1.5. Определение плотности продуктов горения

 

=1,977*0,0846+0,804*0,143+1,257*0,74+1,429*0,0324=1,254(кг/м³),     (21)

 

где - плотность составляющих воздуха за вычетом кислорода;

= + + + + + + + + + + =

=1,977*0,0019+0,717*0,826+1,251*0,086+1,356*0,0425+2,02*0,0188=0,801(кг/м³).     (22)      

 

3.1.6. Составление материального баланса процесса горения

 

 

 

Таблица 2.

Приход:	Расход:
Масса топлива: = = 0,801*1 = 0,801 кг.	Масса продуктов горения: = 1,254*12,342 = 15,576 кг;
Масса воздуха: = 1,293*11,443=14,7963 (кг).
= = 15,597(кг).	= = 15,576 (кг).
Δ = |15,597-15,576| =  0.021кг.   < 0.05 кг.

3.1.7. Определение минимально необходимой температуры подогрева воздуха.

Δ = -                (23)

= 1450°С, тогда при Δ = 50

= + Δ =  1450+50= 1500 (°С).           (24)

 

Принимаем = 0,75, тогда:

= = = 2000(°С).            (25)

 

Средняя объемная теплоемкость продуктов  горения в интервале температур от 0°С до определяется по аддитивности с использованием значений теплоемкости отдельных составляющих [5]

 

=

=2,3955*0,0846+1,9267*0,143+1,4706*0,74+1,5483*0,0324=1,620(кДж/м^3.˚С).                 (26)                                                                                                

 

Теплосодержание продуктов горения  при калориметрической температуре:

= 2000*1,620*12,342=39988 (кДж/м³_т).       (27)

 

Q_к^п.г=39988>Q_н^р=35407

Q_возд. = Q_к^п.г - Q_н^р =39988-35407=4581 (кДж/м³_т). 

= 4581/1,29*11,443 = 310,3 ˚С

Q₁₀₀^возд.= 11,443*1,3005*100=1488 (кДж/м³_т). 

Q₀^возд.= 11,443*1,2971*1=15 (кДж/м³_т). 

1488 – 15 – 100

4581 – 15 – Х

Х= =55,9 ˚С

  = 55,9 ˚С

 

3.2.Расчет затрат сырья и выхода продуктов разложения.

3.2.1. Теоретические затраты сухого сырья без учета пылеуноса.

G^'_сс=              (28)

G^'_сс= =1,835 (кг/кг_кл)

3.2.2. Затраты сырья с учетом пылеуноса.

G_сс=                   (29)

 

 

G_сс= =1,948  (кг/кг_кл)

 

3.2.3. Выход безвозвратной уносимой пыли.

 

         (30)

 

 

G_ПУ= =0,113       ( кг/кг_кл)

3.2.4. Выход СО₂ из сырья.

 

          (31)

 

= =0,113 (кг/кг_кл)

 

              (32)

 

   = =0,0571 (м³/кг_кл)

3.2.5.Затраты влажного сырья.

              (33)

 

=1,988 (кг/кг_кл)

3.2.6. Выход физической влаги.

 

              (34)

 

0,398  (кг/кг_кл)

 

                  (35)

 

 

0,0494  (м³/кг_кл)

3.2.7. Выход СО₂ в теплообменник.

  

                (36)

 

0,0835(кг/кг_кл)

                         (37)

 

 

0,04223(м³/кг_кл)

3.3.Определение размеров печи и потерь теплоты в окружающее пространство.

 По заданному значению (т/ч) принимаем по опытным данным для печей того же типа и близкой производительности.

 

 

3.3.1 Площадь наружной боковой поверхности печи по корпусу.

 

     (38)

 

(м²)          (39)

3.3.2 Диаметр печи по корпусу.

 

                 (40)

 

 =3,97  (м)

3.3.3 Толщина футеровки печей.

 

d=0.200 (м), т.к D_нар=3,97

 

           (41)

 

 3,57(м)

 

3.3.4 Длина печи.

 

              (42)

 

59,5 (м)

3.3.5 Размеры зон печи.

Зона подогрева:

Lпод=0,2*59,5=11,90 (м)

Зона обжига:

Lобж=0,7*59,5=41,64 (м)

   Зона охлаждения:

Lохл=0,1*59,5=5,95 (м) 

Определение действительной температуры горения.

Объемная энтальпия продуктов  горения с учетом подогрева воздуха  до температуры на выходе из зоны охлаждения.

 

in.г=            (43)

 

in.г= (кДж/м³)

 

 

Объемная температура горения  с учетом пирометрического К.П.Д  процесса горения n_пир=0,80 [4].

 

in.г=3432*0,8=2745 (кДж/м³)          (44)

 

Действительная температура горения определяется при α=1.1, с учетом диссоциации, определяется по i-t диаграмме [3].

 

t_гор=1790 ºC

3.3.6 Определение средних температур внутренней поверхности футеровки и площадей поверхности теплопередачи по зонам печи.

 

Среднее значение диаметра печи.

 

                    (45)

 

    (м)

 

 

Средние значения температур внутренней поверхности футеровки по зонам  определили по данным таблицы [4]. Температура выходящих из печи газов ориентировочно принята равной 1100 ºC.

Зона подогрева:

  

                (46)

 

 

 

             (47)

 

(м²)

Зона обжига:

 

По формуле (46)

 

По формуле (47)

 

(м²)

 

Зона охлаждения:

По формуле  (46)

 

 

По формуле (47)

 

(м²)

 

Исходя из средних температур, выбираем материалы футеровки:

Для зоны подогрева выбираем ЩЦО (шамот обычный). Значения коэффициентов уравнений [5].

λ₁=0,7

λ₂= 0,00064

Для зоны обжига выбираем ХПЦ (хромитопериклазовый):

λ₁=2.47

λ₂= -0,209·10^-3

Для зоны охлаждения  выбираем МЛЦ (Муллитовые):

λ₁=1.12

λ₂= 0.444·10^-3

Для расчета на компьютере вычисляем  значения площадей внутренней и наружной.

 Для зоны подогрева:

 (м²)

(м²)

Для зоны обжига:

 (м²)   (м²)

Для зоны охлаждения: