Теплотехнический расчёт нагрева сляба заданных размеров перед дальнейшей прокаткой

21

5. Теплотехнічна частина

Паливо - коксо-доменна суміш з теплотою згорання Qнр = 10870 кДж/м3 за нормальних умов.

Коефіцієнт витрат повітря - n = 1,08.

Температура підігріву повітря - tвоздпід = 350 °С.

Температура газів, що йдуть з печі - tвих = 950 °С.

Початкова температура металу, що нагрівається - tн = 20 °С.

Задана температура нагріву металу – tкін = 1250 °С.

Продуктивність печі - Р = 72 т/г.

Марка стали заготівки, що нагрівається – 09Г2С.

Розміри заготівки δ х B х L = 0,180 х 1,00 х 1,700 м.

5.1 Розрахунок горіння палива

5.1.1 Початкові дані для розрахунку горіння палива

1) Паливо – коксо-доменна суміш з теплотою згорання - Qнр = 10870 кДж/м3 за нормальних умов.

2) Температура підігріву повітря - 350 °С.

3) Коефіцієнт витрати повітря - n = 1,13.

Таблиця 5.1- Склад доменного і коксового газів

5.1.2 Визначаємо склад вологого повітря

де - вміст компоненту відповідно у вологому доменному і коксовому газах.

Склад вологих газів

5.1.3 Визначаємо теплоту згорання газів

1) Доменний газ:

2) Коксовий газ;

5.1.4 Склад змішаного газу

Позначимо частку доменного газу в суміші через х, тоді

частка коксового газу складе;

1 – х = 1 - 0,4695 = 0,5305

Склад змішаного газу визначаємо таким чином

Разом 100 %.

Для перевірки розрахунку складу змішаного газу проводимо розрахунок теплоти згорання коксо-доменної суміші

Розбіжність із заданим значенням не повинна перевищувати 5 кДж/м3.

5.1.5 Визначення витрат повітря, складу і кількості продуктів згорання

Розрахунок необхідної кількості повітря для спалювання 1м3 газу представлений в таблиці 5.2.

Теоретично необхідна кількість повітря, яка необхідна для спалювання 1м3 газу при n = 1,0:

L0  = 256,795 / 100 = 2,57 м3/м3 газу.

Дійсна кількість повітря при n = 1,08:

Ln = 277,338 / 100 = 2,773 м3/м3 газу.

Вихід продуктів згорання:

при n = 1,0 V0 = 3,33 м3/м3 газу;

при n = 1,08 Vn = 3,58 м3/м3 газу.

На 1 м3 продуктів згорання доводиться

Повітря:              qп = 277,338 / 3,58 = 0,786 м3;

Газу:                            qг = 1 / 3,53 = 0,283 м3.

21

Таблиця 5.2 Витрати повітря, склад і кількість продуктів згорання.

21

5.1.6 Матеріальний баланс горіння палива на 1 м3 коксо-доменної суміші за нормальних умов.

Щільність змішаного газу:

де МСО2, МСО, MСН4, МН2О- молекулярні маси компонентів змішаного газу.

Отже, маса коксо-доменної суміші Gг буде рівна:

Gг = 1 * ρ0г = 1* 0,8 = 0,8 кг

Маса повітря, що йде на горіння Gп, складе

Gп = Ln * ρ0п = 2,773 * 1,293 = 3,585 кг,

де ρ0п = 1,293 кг/м3 - щільність повітря за нормальних умов.

Щільність вологих продуктів горіння ρ0д складе

де МСО2, МН2О , МО2 , МN2 - молекулярні маси компонентів продуктів згорання.

Маса вологих продуктів згорання Gд складе

Gд = Vn * ρ0п = 3,53 * 1,238 = 4,37 кг

Результати розрахунку зводимо в таблицю 5.3.

Таблиця 5.3 - Матеріальний баланс горіння палива

Розходження 0,01 знаходиться у межах допущення.

5.1.7 Визначаємо температури горіння палива

Для визначення калориметричної, теоретичної і дійсної температур горіння палива необхідно побудувати діаграму для продуктів згорання при заданому коефіцієнті витрат повітря (n = 1,08).

Склад продуктів згорання СО2 = 10,1 %; Н2О = 19,32 %; О2 = 1,22 %;            N2 = 69,36 %.

Порядок побудови діаграми. Через певні інтервали задаємося температурами і при кожному значенні температури визначаємо ентальпію продуктів згорання по їх складу і табличним значенням ентальпії компонентів.

Результати розрахунку зводимо до таблиці 5.5.

Таблиця 5.4 - Ентальпія продуктів горіння

Визначаємо ентальпію продуктів згорання при шуканій калориметричній температурі горіння:

iзаг = ix + iп + iпал ,

де ix - частка хімічного тепла палива, що доводиться на 1 м3 продуктів згорання.

ix = Qнр / Vnд = 10870 / 3,53 = 3079,32 кДж/м3

     iп - фізичне тепло, що вноситься на одиницю продуктів згорання підігрітим повітрям.

iп = qв * ів350 = 0,786 * 463,265 = 364,1 кДж/м3

де ів350 - ентальпія повітря при t = 350°С;

     iпал - фізичне тепло, що вноситься на одиницю продуктів згорання підігрітим паливом, в даному розрахунку iпал = 0.

iзаг = 3079,32 + 364,1 = 3443,42 кДж/м3.

За даними розрахунку будуємо діаграму I - t (Малюнок 1.1).

По діаграмі I - t визначаємо tкал.    tкал = 2000 °С.

Рисунок 5.1 – Діаграма I – t

5.1.8 Розрахунок теоретичної температури горіння

Парціальний тиск водяної пари:

Парціальний тиск вуглекислого газу:

У першому наближенні задаємося значенням теоретичної температури на 100-150 °С менше калориметричної температури горіння.  tт’ = 1800 °С.

Ступінь дисоціації Н2О і СО2 за даних умов.

Методом лінійної інтерполяції

при РСО2 = 9,81 → αСО2’ = 18,3;

при РСО2 = 11,77 → αСО2’ = 17,3;

для РСО2 = 10,1;

αСО2’ =

при РН2О = 17,65 → αН2О’ = 5,25;

при РН2О = 19,61 → αН2О’ = 5,1;

для РН2О = 19,32;

αН2О’ =

ідис’ = 0,01 * (αСО2’  * %СО2  * QCO2 +  αН2О’ * %Н2О * QН2О) = 0,01 * (0,1745 * 7,129 *     * 12770 + 0,0525 * 4,2457 * 10800) = 334,21 кДж/м3

Загальна ентальпія продуктів згорання з урахуванням дисоціації складе

іпал = ізаг - ідис’ = 3443,42 – 334,21 = 3109,21 кДж/м3

Одержана крапка вища за криву на діаграмі I - t, тому в другому наближенні приймаємо t’’ = 2100 °С.

Методом лінійної інтерполяції для t’’ = 2100 °С.

при РСО2 = 9,81 → αСО2’ = 7,6;

при РСО2 = 11,77 → αСО2’ = 7,2;

для РСО2 =10,1;

αСО2’’ =

при РН2О = 17,65 → αН2О’ = 2,5;

при РН2О = 19,61 → αН2О’ = 2,4;

для РН2О = 19,32;

αН2О’’ =

ідис’’ = 0,01 * (αСО2’’  * %СО2  * QCO2 + αН2О’’ * %Н2О * QН2О) = 0,01 * (0,0726* *7,129 * 12770 + 0,0249 * 4,2457 * 10800) = 146,32 кДж/м3

Загальна ентальпія продуктів згорання з урахуванням дисоціації складе

іпал’’= ізаг – ідис’’ = 3443,42 – 146,32 = 3297,1 кДж/м3

Наносимо крапку на діаграму. Сполучаємо одержані точки прямою і на перетині з кривою діаграми набуваємо значення ентальпії іпал = 3297 кДж/м3, відповідно шуканій теоретичній температурі tпал = 1950 °С. Дійсна температура горіння tд = tпал * ηпир