Проект толкательной печи для нагрева заготовок под прокатку (125х125х12000мм) из низколегированной стали производительностью 80 т/ч (стр. 2 из 4)
2. Расчёт полного горения топлива
Топливо: Газ месторождение Северо-Сахалинское
Состав и теплота сгорания
Низшая теплота сгорания:
Qрн=358 .90,40+638 .1,90+913 .1,1+1187 .0,60+127,7 .0,20=35430(кДж/м3).
Теоретический расход кислорода, необходимого для сжигания единицы топлива:
VO2=0,01(2CH4+3,5C2H6+5C3H8+6,5C4H10 ).
VO2=0,01(02 .90,40+3,5 .1,90+5 .1,10+6,5 .0,60)=1,969(м3/ м3).
Действительный объём сухого воздуха, необходимого для сжигания единицы топлива:
La=(1+k) a VO2,
Где k - доля кислорода в воздухе; k = N2/O2; k = 79/21=3,762%;
a - коэффициент избытка или расхода воздуха(1,1).
La=(1+3,762) .1,10 .1,969=10,119(м3/ м3).
3.5.Массовое количество воздуха:
Lм=1,293 La; Lм
Lм =1,293 . 10,119=13,084(м3/м3).
Качественный состав продуктов сгорания:
VCO2=0,01(CO+CO2+CH4+2C2H4+2C2H6+3C3H8+4C4H10);
VCO2=0,01(4,70+90,40+2 .1,90+3 .1,10+4 .0,60+12 .0,20)=1,046(м3/кг);
VO2=(a-1)VO2;
VO2=(1,10 -1) .1,969=0,197(м3/кг);
VN2=0,008Np+akVO2;
VN2=0,008 .1,1+1,10 .3,762 . 1,969=7,962(м3/кг);
VH2O=0,01(H2O+H2+H2S+2CH4+2C2H4+3C2H6+4C3H6+5C4H10)+0,775 Lad;
VH2O=0,01(2 .90,40+3 .1,90+4∙1,1+5 .0,60)+0,775 .10,119 .0,01=2,017(м3/кг);
Vд= VCO2+VH2O+VSO2+VN2+VO2+VCO;
Vд=1,046+0,197+7,962+2,017=11,222(м3/кг).
Состав влажных продуктов сгорания:
СО2= VCO2/Vд .100%; СО2=1,046/11,222.100=9,321%;
O2=VО2/Vд .100%; O2=0,197/11,222.100=1,755%;
N2=VN2/Vд .100%; N2=7,962/11,222.100=70,95%;
H2O=VH2O/Vд .100%; H2O=2,017/11,222.100=17,974%;
При сложении получим 100%.
Состав сухих продуктов сгорания:
СО2=VCO2 / (Vд-VH2O).100%; СО2=1,046/(11,222-2,017).100=11,363%;
N2=VN2/(Vд-VH2O).100%; N2=7,962/(11,222-2,017).100=86,496%;
O2=VО2/(Vд-VH2O) .100%; O2=0,197/(11,222-2,017).100=2,14%;
При сложении получим 100%.
Плотность продуктов сгорания:
rд=(0,44СО2+0,28N2+0,32O2)/22,4;
rд=(0,44. 9,321+0,18. 17,974+0,28. 70,95+0,32. 1,755)/22,4=1,239кг/м3.
Определить теплоемкость продуктов сгорания Сv кДж/(м3×К);
СV = 0,01 (CСO2×CO2+CCO×CO+CH2O×H2O+CSO2×SO2+CN2×N2+CO2×O2),
СV=0,01(2,2886.9,321+1,7675.17,974+1,4065∙70,95+1,5065.1,755)=1,55(м3/кг);
Физическое тепло, вносимое подогретым топливом и воздухом, из расчета на единицу топлива:
Qф = Cт tт+Cв tв ,
Qф =157,09∙20+1,3181∙300=3537 кДж;
Cm= CСН4 CH4+ CС2Н6 C2H6+ CС3Н8 C3H8+ CС4Н10 C4H10 + CС2О C2О+C N2N 2;
Сm=90,4∙1,566+1,9∙2,26+1,1∙3,142+0,6∙4,244+4,7∙0,8688+1,1∙1,04=157,09 кДж/(м3 ×К);
При подогретом воздухе и топливе калориметрическую температуру определяют по выражению:
tк= (Qрн+ Qф)/(Vд Сv),
tк= (35434+3537)/(11,222∙1,555)=2233 ОС;
Энтальпия продуктов сгорания равна:
iп =( Qрн+ Qф )/Vд ;
iп =(35434+3537)/11,222=3473 кДж/м3;
Определяем энтальпию iп;
Задаются приближенно температуру продуктов горения t и определяют соответствующую ей энтальпию iп;
Примем t1=2373К(2100 ОС);
iп//(1)= СV ∙t1; iп//(1)= 1,555∙2100=3473кДж/м3;
Определяем iп(2):
Примем t2=2573К(2300 ОС);
iп//(2)= СV ∙t2; iп//(2)= 1,555∙2300=3576кДж/м3
iп(1)< iп< iп(2)
3265 < 3473 < 3576
Определяем калориметрическую температуру:
tк=t2-( iп(2)- iп)(t2-t1)/( iп(2)- iп(1)).
tк=2300 - (3576 – 3473)(2300-2100)/(3576 – 32655)=2234 ОС;
Действительную температуру в топке или печи определяют с учетом потерь на диссоциацию и теплопередачу в окружающую среду
tд = h1 tк ;
h1 – опытный пирометрический коэффициент, зависящий от конструкции топливосжигающих устройств или печи (0,72);
tд =0,72.2233=1608 ОС.
4.Расчет нагрева металла в печи
Т.к. осуществляется двухрядное расположение заготовок,
следовательно ширина печи будет равна:
.
Здесь 0,25 - зазор между заготовками и стенками печи, a =0.03м - зазор между заготовками и b - ширина заготовки. Высоту рабочего пространства по практическим данным принимаем: в сварочной зоне hсв=3,1м, в методической hмет=2,06м, в томильной hт = 2,75 м.
Находим степень развития кладки (на1м длинны печи):
W=Fкл/Fм=(2h+B)/l;
В сварочной зоне: Wсв=Fкл/Fм=(2h+B)/l; Wсв= (2∙2,06+5,57)/12=0,81.
В томильной зоне: WТ=Fкл/Fм=(2h+B)/l; WТ =(2∙2,75+5,57)/12=0,92.
Определяем эффективную толщину газового слоя :
В методической зоне
;В сварочной зоне
.В томильной зоне
Расчёт времени нагрева металла в методической зоне
Парциальное давление излучающих газов:
Степень черноты газа в начале методической зоне определяем
из номограмм. Температура газов в начале методической зоне принимаем 1000 оС
Степень черноты газов в начале методической зоны :
εСО2 = 0,145; εН2О = 0,251; β = 1,07;
тогда
εг = 0,13 + 1,08 . 0,2 = 0,346.
В конце методической зоны Т = 1250 оС
εСО2 = 0,115; εН2О = 0,21; β = 1,07;
тогда
εг = 0,11 + 1,08 . 0,14 = 0,261.
Степень развития кладки:
в сварочной зоне
в методической зоне
Определяем приведенный коэффициент излучения в вначале методической зоны:
= 
. 
В конце методической зоны :
= 
Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле:
= 
= 
Принимаем среднюю температуру металла в методической зоне равной:
Определяем температурный критерий θпов и критерий Био:
= 
Для низколегированной стали при средней по массе температуре металла:
по справочнику находим λ =38,1Вт/(м*К) и α =3,4*10-2 м2/чПо найденным значениям Bi и θ по монограмме находим критерий Фурье для поверхности пластины,Fo=2.1
Время нагрева металла в методической зоне:
Находим температуру центра металла в конце методической зоны. Согласно номограмме для центра пластины при Fo=2.1 и Bi=0,21 температурный критерий θцент=0,6
Температура центра блюма:
= 
Расчёт времени нагрева в сварочной зоне.
Найдём степень черноты газов εгсв при tг=1250 оС:
