Курсовая работа : Расчет воздухонагревателя доменной печи 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Курсовая работа >> Промышленность, производство


Расчет воздухонагревателя доменной печи




Расчет горения топлива

Состав природного и доменного газов, %.

Газ

CO

СО2

СН4

С2Н4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

H2

N2

О2

W

г/м3

Природный

-

0.5

87.6

1.3

2.9

0.8

0.5

-

5.7

0.7

-

Доменный

27.6

9.8

0.7

-

-

-

-

3.5

58.1

0.3

45

1. Пересчитываем состав сухого газа на влажный. Объем влаги в 100м3 доменного газа:

Н2О=(W*100)/(803.6+W)=(45*100)/(803.6+45)=5.3%

2. Коэффициент пересчета на влажный газ:

kд=(100-5.3)/100=0.947

3. Состав влажного доменного газа:

СОвл= kд*СО=0.947*27.6=26.14%

СО2вл= kд*СО2=0.947*9.8=9.28%

СН4вл= kд*СН4=0.947*0.7=0.66%

Н2вл= kд2=0.947*3.5=3.31%

N2вл= kд*N2=0.947*58.1=55.02%

О2вл= kд2=0.947*0.3=0.28%

4. Состав влажных газов в %:

Газ

СО2

СО

Н2

N2

СН4

О2

Н2О

Доменный

9.28

26.14

3.31

55.02

0.66

0.28

3.6

5. Вычислим теплоту сгорания газов:

а) для природного газа:

=0.127CO+0.108H2+0.358CH4+0.586C2H4+0.636C2H6+

+0.913C3H8+1.185C4H10=0.358*87.6+0.586*1.3+0.636*2.9+

+0.913*0.8+1.185*0.5=35.28 [мДж/м3]

б)для доменного газа:

=0.127CO+0.108H2+0.357CH4=0.127*26.14+0.108*3.31++0.358*0.66=3.91 [мДж/м3].

6. Определим состав смеси. Доля доменного газа в смеси:

1-X – природный газ

X – доменный газ

х=(-)/(-)=(35.28-8)/(35.28-3.91)=

=0.869 [мДж/м3].

7. Доля природного газа:

1-х=1-0.869=0.131

8. Состав смешанного газа:

СОсм=СОд*х+СОп(1-х)=26.14*0.869=22.7%

СО2см=СО*х+СО2п(1-х)=9.28*0.869+0.5*0.131=8.13%

СН4см=СН*х+СН4п(1-х)=0.66*0.869+87.6*0.131=12.05%

С2Н4см2Н*х+С2Н4п(1-х)=1.3*0.131=0.17%

С2Н6см2Н*х+С2Н6п(1-х)=2.9*0.131=0.38%

С3Н8см3Н*х+С3Н8п(1-х)=0.8*0.131=0.1%

С4Н10см4Н10д*х+С4Н10п(1-х)=0.5*0.131=0.06%

Н2см*х+Н2п(1-х)=3.31*0.869=2.87%

N2см=N*х+N2п(1-х)=55.02*0.869+5.7*0.131=48.56%

О2см*х+О2п(1-х)=0.28*0.869+0.7*0.131=0.33%

H2Oсм2Од*х+Н2Оп(1-х)=5.3*0.869=4.6%

Состав смешанного газа в %:

Газ

CO

СО2

СН4

С2Н4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

H2

N2

О2

W

г/м3

ПДС

22,7

8,13

12,05

0,17

0,38

0,1

0,06

2,87

48,56

0,33

4,6

9. Расход кислорода на горение:

=0,01*((22,7+2,87)*0,5+2*12,05+3*0,17+3,5*0,38+5*0,1+

+6,5*0,06-0,33)=0,393 [м33].

10. Теоретически необходимое количество воздуха:

L0=(1+3,762)*0,393=1,87 [м33].

11. Действительное количество воздуха при n=1.1:

Lд=n*L0=1.1*1,87=2.0633].

12. Количество продуктов горения:

a) Vсо2=(СО+СО2+СН4+2С2Н4+2Н6+3С3Н8+4С4Н10)*0.01=

(22,7+8,13+12,05+2*0,17+2*0,38+3*0,1+4*0,06)*

*0.01=0.445233]

б) Vн2о=(2СН4+2С2Н422О+3С2Н6+4С3Н8+5С4Н10)0.01=

=(2,87+2*12,05+2*0,17+3*0,38+4*0,1+5*0,06+4,6)*

*0.01=0.3375 [м33]

в) VN2=0,01N2+nk2=0,01*48,56+1,1*3,762*0,393=

=2.1119 [м33]

г) V°о2=(n-1)*2=(1.1-1)*0,393=0.039333]

13. Общее количество продуктов горения:

Vпс=Vсо2+Vн2о+VN2+Vо2=0.4452+0.3375+2.1119+0.0393=

=2.933933]

14.Состав продуктов горения:

СО2=(Vсо2*100%)/Vпс=(0.4452*100%)/2,9339=15.17%

Н2О=(Vн2о*100%)/ Vпс=(0.3375*100%)/2,9339=11,5%

N2=(VN2*100%)/Vпс=(2.1119*100%)/2,9339=71,98%

О2=(Vо2*100%)/Vпс=(0.0393*100%)/2,9339=1.35%

Состав продуктов горения в %:

СО2

Н2О

N2

О2

Сумма

15,17%

11,5%

71,98%

1,35%

100%

15. Теплота сгорания природно-доменной смеси (по заданию): 8[мДж/м3].

Определение количества продуктов сгорания, поступающих в насадку, и его параметров

16. Определяем энтальпию продуктов сгорания;

приймем tв=20°C, iв=26.1 [кдж/м3]

==2745.07 [кДж/м3].

Определяем калориметрическую температуру продуктов сгорания. В первом приближении калориметрическую температуру продуктов сгорания принимаем равной tкал= 1600°С.

i1600==

= 2630,89 [кДж/м3]

Так как i0>i1600 , принимаем более высокую температуру 1700°С.

Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре

i1700=2813,52[кДж/м3]

Поскольку i0 i1700 , то истинную температуру определяем по формуле:

tкал= tкал+

tкал=1600+=1662,5°С

18. Действительная температура продуктов сгорания:

tд=tкал=0.95*1662,5=1579,4°С

tдн=0.97*1579.4=1532°С

tд=1500°С

19. Определяем энтальпию продуктов сгорания:

а) на входе в насадку (при tд=1500°С): iдн=(3545,34*15.17+2758.39*11,5+2170,55*71,98+

+2296,78*1.35)/100= 2448,41 [кДж/м3].

б) на выходе из насадки (низ). Принимаем среднюю за период температуру уходящих из насадки газов tдк=250°С:

iдк=(470,2*15.17+384.46*11,5+327*71,98+339.56*1.35)/

/100=355,5 [кДж/м3]

20. Определяем средний за воздушный период расход воздуха. Принимаем, что пути от верха насадки до печи температура дутья понижается на 20°С.

tвмин=tвк+20=1200+20=1220°С.

Эта температура соответствует концу периода нагрева дутья. Для предварительных расчетов принимаем, что в течение воздушного периода температура воздуха понижается на величину tв=200°С. Тогда средняя температура воздуха на выходе из насадки в течение воздушного периода составит:

tвкср=tвмин+ tв/2=1220+200/2=1320°С.

Этой температуре соответствует энтальпия:

iвк=1908,18 [кДж/м3].

Согласно заданию на проектирование объем дутья

Vв=195000 [м3/час]. Это максимальное количество воздуха, которое пройдет через воздухонагреватель к концу воздушного дутья периода. Средний расход дутья за воздушный период определим из соотношения:

20. Определяем требуемый расход топлива. Требуемый расход топлива Vг определим из уравнения теплового баланса насадки за цикл её нагрева и охлаждения.

VгVпс(0.95iдндк)д=Vвсрвквн)в ,

отсюда

:

где 0.95 – коэффициент, учитывающий потери тепла в насадке;

івн – энтальпия воздуха на входе в насадку. Температура воздуха на входе в насадку tвн=170°С (после воздуходувки), что соответствует её энтальпии івн=222,65[кДж/м3];

д и в – длительность дымового и воздушного периода, час.

Предварительно принимаем д=2.0 час, а время, затрачиваемое на перекидку клапанов п =0.1 час. При числе воздухонагревателей п=4 длительность воздушного периода будет равна:

Продолжительность цикла:

=д+в=2.0+0.7=2.7 [час].

Расход ПДС:

Расход доменного газа:

Vпс=Vсм*0.869=18415*0,869=16003 [м3/ч]

Расход природного газа:

Vкг= Vсм*0.131=18415*0.131=2412 [м3/ч]

21. Количество воздуха необходимое для горения топлива:

Vв=LдVг=2.06*18415=37935 [м3/ч]

22. Количество продуктов сгорания поступающих в насадку:

Vпс=VдVг=2,93*18415=53956 [м3/ч]

Предварительное определение поверхности

нагрева насадки

23. Определяем количество тепла, затраченное на нагрев воздуха:

Qв=Vвсрвквн)в=180227(1908,18-222,65)0.7=

=2,1264*108 [кДж/цикл]

24. Средне логарифмическая разность температур °C:

25. Средние за период температуры дыма и воздуха:

26. Средние температуры верха и низа насадки:

а) дымовой период:

б) воздушный период:

27. Определение коэффициента теплоотдачи для верха и низа насадки. Для определения теплоотдачи конвекцией кд и кв воспользуемся формулой:

Nu=ARen

Значение коэффициентов А и п : 0.0346 и 0.8 соответственно.

Результаты вычислений приведены в таблице.

28. Примем скорость продуктов сгорания при нормальных условиях Wод=2 м/с. Тогда скорость воздуха при нормальных условиях будет:

29. Действительную скорость продуктов сгорания определяем по формуле:

а) для верха насадки

б) для низа насадки

30. Так как воздуходувка подает воздух под давлением Р=354.5 [кПа], то действительную скорость воздуха для верха и низа насадки найдем по формуле:

,

где Р0=101.3 кПа, Т0=273К

а) для верха насадки

б) для низа насадки

31. Коэффициенты теплоотдачи для верха и низа насадки.

Параметры и единицы измерения

Расчет форму

ла

Предварительный расчет

Уточненный расчет

Верх

Низ

Верх

Низ

Дым

Возд

Дым

Возд

Возд

Возд

Средние за период темпе- ратуры дыма и воздуха

1187,5

1032,5

562,5

457,5

-

-

Коэф. Теплопровод ности *102 вт/мС

12,47

8,32

6,95

5,09

-

-

Кинематический коэф вязкости *106 м2

218,7

182,85

87,75

72,63

-

-

Определяющий диаметр канала , м

0,031

0,031

0,031

0,031

-

-

Действительная скорость продуктов сгорания и воздуха м/с

10,7

9,13

6,12

5,11

-

-

Критерий Рейнольдса

1516,69

1547,88

2162,05

2181,05

-

-

Критерий Нуссельта

12,13

12,33

16,1

16,22

-

-

Коэф теплоотдачи конвекций к, вт/м2С

49,48

33,09

36,09

26,63

-

-

Коэф теплоотдачи излучением л, вт/м2С

8,2

-

4

-

-

-

Суммарный коэф теплоотдачи, вт/м2С

к+ л

56,68

33,09

40,09

26,63

-

-

Теплофизические параметры материала насадки

32. Средние температуры верха (динас) и низа (шамот) насадки:

33. Теплофизические параметры материала насадки – теплоемкость Ср, коэффициент теплопроводности в зависимости от средней температуры определяем по формулам:

Динас:

Шамот:

34. Эквивалентная полутолщина кирпича:

V, f1 , f2 – живое сечение насадки.

V=0.7 [м33] , f1=38.1 [м23] , f2=0.2925 [м23]

(из методического пособия №127)

35. Коэффициент аккумуляции тепла кладкой определяем по формуле:

вследствие преобразований получаем:

а) динас

б) шамот

Теплофизические параметры материала насадки и коэффициент аккумуляции тепла для верха и низа регенеративной насадки.

Параметры и еденицы измерения

Расчет

ная формула

Предварительный расчет

Уточненный расчет

Верх

Низ

Верх

Низ

Динас

Шамот

Динас

Шамот

Средняя температура насадки,

С

1110

510

-

-

Объемная плотность, ,

кг/м3

2000

2025

-

-

Коэф теплопроводности ,

вт/мС

2

1.11

-

-

Теплоемкость Ср ,

кДж/кгС

1.29

1.08

-

-

Коэф температуропро водност.

а м2

0.00279

0.00182

-

-

Критерий Фурье

22.15

14.45

-

-

Коэф аккумуляции

0.943

0.915

-

-

Так как полученные значения коэффициента аккумуляции тепла к<1/3, то вся масса кирпича принимает участие в процессе аккумуляции тепла. В этом случае нет необходимости уменьшать толщину кирпича и величину коэффициентов, учитывающих различие в температурах кирпича в дымовом и воздушном периодах можно принять н=5.1 для низа насадки и в=2.3 для верха. - принимаем равным 1/3.

36. Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи:

Тогда суммарный коэффициент теплопередачи для верха насадки:

для низа насадки:

37. Средний коэффициент теплоотдачи для всей насадки:

38. Поверхность нагрева насадки:

39. Объем насадки:

V=F/f1= 44441/38.1=1166 м2

40. Площадь поперечного сечения насадки в свету:

41. Общая площадь горизонтального сечения насадки:

42. Высота насадки:

Определение изменения температуры воздуха

за воздушный период

43. Теплоемкость потока воздуха:

44. Теплоемкость насадки:

45. Теплоемкость потока дыма:

тогда:

46. Определяем значение условий постоянной времени воздушного периода, т.е. время, в течение которого температура воздуха на выходе из насадки изменяясь с постоянной скоростью, достигла бы значения t´´=200°С:

47. Определяем изменение температуры на выходе из насадки в течение воздушного периода:

Поскольку полученное значение t´´ мало отличается от принятого при предварительном расчете (t´´=200°С), повторять расчет нет необходимости:

Кверх

Книз

Кср

F

м2

V

м3

м2

Fобщ

м2

Н

м

39,6

38,17

38,9

44441

1166

7,49

25,62

45

Wв

кВт/°С

Сн

кДж/°С

Wд

кВт/°С

mв

Тв

час

°С

73

1.95*106

25,5

1

9,5

0,9

4,38

199

Невязка:

(Для повторного расчета разница менее 1%).

Размеры и масса насадки

Принимаем геометрические параметры насадки, полученные в повторном расчете : Н=45м, Fобщ=25,62м2.

48. Масса кирпича в насадке:

49. Коэффициент стройности насадки:

что удовлетворяет условию равномерного распределения газа по сечению насадки.

50. Принимая скорость продуктов сгорания в шахте горения равной Wдо=2.5 м/с, определяем площадь горизонтального сечения шахты:

51. Суммарная площадь горизонтального сечения воздухонагревателя:

F=Fш+Fобщ=6+26,62=32,62 [м2]

52. Диаметр воздухонагревателя по внутренней поверхности кладки:

53. оптимальное время между перекидками клапанов:

54. Оптимальная длительность воздушного периода:

Похожие работы: