Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Расчет воздухонагревателя доменной печи

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= kд*Н2=0.947*3.5=3.31%

N2вл= kд*N2=0.947*58.1=55.02%

О2вл= kд*О2=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:

Расчет воздухонагревателя доменной печи=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:

Расчет воздухонагревателя доменной печи=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=(Расчет воздухонагревателя доменной печи-Расчет воздухонагревателя доменной печи)/(Расчет воздухонагревателя доменной печи-Расчет воздухонагревателя доменной печи)=(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=СО2д*х+СО2п(1-х)=9.28*0.869+0.5*0.131=8.13%

СН4см=СН4д*х+СН4п(1-х)=0.66*0.869+87.6*0.131=12.05%

С2Н4см=С2Н4д*х+С2Н4п(1-х)=1.3*0.131=0.17%

С2Н6см=С2Н6д*х+С2Н6п(1-х)=2.9*0.131=0.38%

С3Н8см=С3Н8д*х+С3Н8п(1-х)=0.8*0.131=0.1%

С4Н10см=С4Н10д*х+С4Н10п(1-х)=0.5*0.131=0.06%

Н2см=Н2д*х+Н2п(1-х)=3.31*0.869=2.87%

N2см=N2д*х+N2п(1-х)=55.02*0.869+5.7*0.131=48.56%

О2см=О2д*х+О2п(1-х)=0.28*0.869+0.7*0.131=0.33%

H2Oсм=Н2Од*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:

Расчет воздухонагревателя доменной печи=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 [м3/м3].


10. Теоретически необходимое количество воздуха:

L0=(1+3,762)*0,393=1,87 [м3/м3].


11. Действительное количество воздуха при n=1.1:

Lд=n*L0=1.1*1,87=2.06 [м3/м3].


12. Количество продуктов горения:

a) Vсо2=(СО+СО2+СН4+2С2Н4+2С2Н6+3С3Н8+4С4Н10)*0.01=

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

*0.01=0.4452 [м3/м3]

б) Vн2о=(2СН4+2С2Н4+Н2+Н2О+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 [м3/м3]

в) VN2=0,01N2+nkVо2=0,01*48,56+1,1*3,762*0,393=

=2.1119 [м3/м3]

г) V°о2=(n-1)*Vо2=(1.1-1)*0,393=0.0393 [м3/м3]


13. Общее количество продуктов горения:

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

=2.9339 [м3/м3]


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]


Расчет воздухонагревателя доменной печи =Расчет воздухонагревателя доменной печи=2745.07 [кДж/м3].


Определяем калориметрическую температуру продуктов сгорания. В первом приближении калориметрическую температуру продуктов сгорания принимаем равной t’кал= 1600°С.


Расчет воздухонагревателя доменной печи

i1600=Расчет воздухонагревателя доменной печи=

= 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= t’кал+Расчет воздухонагревателя доменной печи


tкал=1600+Расчет воздухонагревателя доменной печи=1662,5°С


18. Действительная температура продуктов сгорания:

tд=htкал=0.95*1662,5=1579,4°С

tдн=0.97*1579.4=1532°С

tдў=1500°С


19. Определяем энтальпию продуктов сгорания:

а) на входе в насадку (при tдў=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 Dtвўў=200°С. Тогда средняя температура воздуха на выходе из насадки в течение воздушного периода составит:

tвкср=tвмин+ Dtвўў/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:


Расчет воздухонагревателя доменной печи


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


VгVпс(0.95iдн-ідк)tд=Vвср(івк-івн)tв ,

отсюда

Расчет воздухонагревателя доменной печи:


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];

tд и tв – длительность дымового и воздушного периода, час.

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

Расчет воздухонагревателя доменной печи


Продолжительность цикла:

tS=tд+tв=2.0+0.7=2.7 [час].


Расход ПДС:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


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=Vвср(івк-івн)tв=180227(1908,18-222,65)0.7=

=2,1264*108 [кДж/цикл]


24. Средне логарифмическая разность температур °C:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


25. Средние за период температуры дыма и воздуха:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


26. Средние температуры верха и низа насадки:

а) дымовой период:

Расчет воздухонагревателя доменной печи

б) воздушный период:

Расчет воздухонагревателя доменной печи

27. Определение коэффициента теплоотдачи для верха и низа насадки. Для определения теплоотдачи конвекцией aкд и aкв 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:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


29. Действительную скорость продуктов сгорания определяем по формуле:

а) для верха насадки

Расчет воздухонагревателя доменной печи


б) для низа насадки

Расчет воздухонагревателя доменной печи


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

Расчет воздухонагревателя доменной печи ,


где Р0=101.3 кПа, Т0=273°К

а) для верха насадки

Расчет воздухонагревателя доменной печи

б) для низа насадки

Расчет воздухонагревателя доменной печи


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 l*102 вт/м°С
12,47 8,32 6,95 5,09 - -
Кинематический коэф вязкости u*106 м2/с
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 aк, вт/м2°С

Расчет воздухонагревателя доменной печи

49,48 33,09 36,09 26,63 - -
Коэф теплоотдачи излучением aл, вт/м2°С
8,2 - 4 - - -
Суммарный коэф теплоотдачи, вт/м2°С aк+ aл 56,68 33,09 40,09 26,63 - -

Теплофизические параметры материала насадки


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

Расчет воздухонагревателя доменной печи

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

Динас: Расчет воздухонагревателя доменной печи

Расчет воздухонагревателя доменной печи

Шамот: Расчет воздухонагревателя доменной печи

Расчет воздухонагревателя доменной печиРасчет воздухонагревателя доменной печи


34. Эквивалентная полутолщина кирпича:

V, f1 , f2 – живое сечение насадки.

Расчет воздухонагревателя доменной печи

V=0.7 [м3/м3] , f1=38.1 [м2/м3] , f2=0.2925 [м2/м3]

(из методического пособия №127)

Расчет воздухонагревателя доменной печи


35. Коэффициент аккумуляции тепла кладкой определяем по формуле:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


вследствие преобразований получаем:

а) динас

Расчет воздухонагревателя доменной печи

б) шамот

Расчет воздухонагревателя доменной печи


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, r, кг/м3 2000 2025 - -
Коэф теплопроводности l, вт/м°С 2 1.11 - -
Теплоемкость Ср , кДж/кг°С 1.29 1.08 - -
Коэф температуропро водност. а м2/ч 0.00279 0.00182 - -
Критерий Фурье
22.15 14.45 - -
Коэф аккумуляции
0.943 0.915 - -

Так как полученные значения коэффициента аккумуляции тепла hк<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 xн=5.1 для низа насадки и xв=2.3 для верха. y- принимаем равным 1/3.


36. Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


Тогда суммарный коэффициент теплопередачи для верха насадки:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


для низа насадки:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


37. Средний коэффициент теплоотдачи для всей насадки:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


38. Поверхность нагрева насадки:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


39. Объем насадки:

V=F/f1= 44441/38.1=1166 м2


40. Площадь поперечного сечения насадки в свету:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


41. Общая площадь горизонтального сечения насадки:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


42. Высота насадки:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


Определение изменения температуры воздуха

за воздушный период


43. Теплоемкость потока воздуха:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


44. Теплоемкость насадки:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


45. Теплоемкость потока дыма:

Расчет воздухонагревателя доменной печи

Расчет воздухонагревателя доменной печи


тогда:

Расчет воздухонагревателя доменной печи

Расчет воздухонагревателя доменной печи


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 Dtґґ=200°С:

Расчет воздухонагревателя доменной печи

Расчет воздухонагревателя доменной печи


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

Расчет воздухонагревателя доменной печи

Поскольку полученное значение Dtґґ мало отличается от принятого при предварительном расчете (Dtґґ=200°С), повторять расчет нет необходимости:Кверх Книз Кср

F

м2

V

м3

w

м2

Fобщ

м2

Н

м

39,6 38,17 38,9 44441 1166 7,49 25,62 45

кВт/°С

Сн

кДж/°С

кВт/°С

Расчет воздухонагревателя доменной печи

Расчет воздухонагревателя доменной печи

Тв

час

Расчет воздухонагревателя доменной печи

°С

73 1.95*106 25,5 1 9,5 0,9 4,38 199

Невязка:

Расчет воздухонагревателя доменной печи

(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:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


49. Коэффициент стройности насадки:

Расчет воздухонагревателя доменной печи

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:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


51. Суммарная площадь горизонтального сечения воздухонагревателя:

FS=Fш+Fобщ=6+26,62=32,62 [м2]


52. Диаметр воздухонагревателя по внутренней поверхности кладки:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


53. оптимальное время между перекидками клапанов:

Расчет воздухонагревателя доменной печи


54. Оптимальная длительность воздушного периода:

Расчет воздухонагревателя доменной печи

Похожие рефераты: