Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Состав топлива в процентах по массе
Ср + HP + SP + Op + Np + Wp + Ар = 100 %.
Расчет для удобства сначала будем вести на 100 кг топлива, а затем выходы газов будем относить к 1 кг топлива. Поскольку в данном случае имеют место гетерогенные реакции, материальные балансы их следует составлять в киломолях.
Пусть процесс идет с коэффициентом расхода воздуха а, значение которого будет меньше единицы.
Расход кислорода воздуха на газификацию найдется из формулы
/ Кр Нр Ор \
= ^ I —h-n-n-он- 1 кмоль; (4-56)
:а{ 12 ^ 2-2 32
здесь Kv—количество условного углерода,
/Ср = Ср + 0,375 SP , %.
Общий выход продуктов газификации будет:
тт = mRO, + тсо + тн, + тсн< + mHto+ mNa> кмоль (4‘57)
«ЛИ
= Оро, + VCO + УН, + УСН, + УНаО + м>/кг- (4-58)
Напишем следующие уравнения материальных балансов.
Для углерода
l I ^Р — (Сш + Су)
т ROj + тсо + тся< =------------12------’ (4‘59)
где Сш и Су — потери углерода со шлаком и уносом.
Для водорода
Нр —Ну , №р + ЮО^ду. ,
тн,+тн,о~Ь~2тсн,— 2 18-2 ’ (4-60)
где W„r — количество водяного пара с дутьем, кг/кг.
Для кислорода
«г Wp + 100Я7„Т
mRO, "Ь °>5™oo 4-0,5otHiO = mot "I" 18-2 " (4-61)
91
Для азота
79
(•4-62)
тИ%— 21 OT0,+OTNp.
где т —количество азота в топливе, к моль.
Кроме того, задавшись температурой процесса (с последующей проверкой), на-оишем константы равновесия реакций:
Решая совместно эти уравнения, находим выход продуктов газификации, а затем их состав в объемных процентах н теплоту сгорания.
4-3. РАСЧЕТ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
В последние годы внедряются печи дня безокислительного газового нагрева стали, принцип действия которых описан на стр. 13. Особенно пригоден для отопления таких печей природный газ, сжигая который в рабочей камере печи с коэффициентом расхода воздуха а«0,5, получают защитные газы, предохраняющие металл от окисления; эти газы и нагревают металл. После нагрева защитные газы поступают в камеру дожигания, а затем продукты полного горения найравляются для использования в рекуператор. Выше был изложен упрощенный метод расчета полугазового процесса по В. Ф. Копытову.
Сначала определяют состав и теплоту сгорания продуктов неполного горения, отнесенную к 1 м3 исходного газа Q'CH, а затем находят калориметрическую температуру горения по формуле
здесь Q"* — количество тепла, выделенного при неполном горении газа.
Расчет дожигания продуктов неполного горения ведут по изложенному ранее методу расчета полного горения газообразного топлива.
Пример 4-3. Для продуктов неполного горения ставропольского природного газа, определенных в примере 4-2, найтн калориметрическую температуру горения при температуре воздуха i»=0°C н /„=800 °С.
Теплота сгорания защитного газа
= 126 СО + 108 Ht = 126-12,3 + .108-17,6 = 3 480 кдж/мг, или иа 1 м* исходного газа [Q'* = 6,69* 3 480 = 23 300 кдж/м*.
Выделено тепла при неполном горении газа
(4-63)
;СУ_ 'Гссо.мн,
тсо отн,о
(4-64)
; ®С; (4-65)
°СОьс СО, + °СОсСО + °Н,Ос Н.0 + °Н»СН. + UN.C N,
/,=о°с
Q"' = 35 600 — 23 300 = 12 300 кдж/м*.
Калориметрическая температура неполного горения при температуре воздуха
*ж= 17,3.2,29 + 82,2.1,44 + 81,4-1,77+ 116,6-1,35 + 372-1,43
12300-100 + 0
= 1 300 *С.
Калориметрическая температура при температуре воздуха = 800 *С:
17,3.2,41 + 82,2-1.49 + 81,4-1,89 + 116,6-1,39 + 372-1,47
12300-100 + 472-1,38-800
= 1 700 *С.
92
ГЛАВА ПЯТАЯ
ТЕПЛООБМЕН В ПЕЧАХ
5-1. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ПЕЧАХ
В промышленных печах одновременно протекает ряд сложных процессов: горение и газификация топлива, движение продуктов горения в рабочем пространстве, теплообменные и массообменные процессы, связанные" с экзотермическими или эндотермическими химическими превращениями обрабатываемых материалов и т. д. Все эти процессы взаимно связаны, и их совокупность составляет суммарный процесс тепловой обработки материалов. Важнейшим из них является процесс теплопередачи.
В печах подвергаются нагреву разнообразные металлы и неметаллические материалы: керамические (обжиг огнеупоров, строительного кирпича и т. д.), сырье вяжущих материалов (обжиг цементного клинкера, извести, гипса), химическое сырье (обжиг серного колчедана, хлористого кальция и т. д.) и др. В плавильных процессах нагрев предшествует плавлению. Во всех печах для нагрева слитков и заготовок перед прокаткой и ковкой, а также в печах для термообработки металлических деталей нагрев осуществляется через поверхность изделий, уложенных в рабочем пространстве, причем изделия неподвижны или медленно перемещаются. Отформованные керамические изделия — кирпич и фасонные изделия — часто складываются в клетки (садка или насадка кирпича), неподвижно ётоящие в печи или медленно в ней перемещающиеся.
Теплообмен зависит от способа нагрева. Ниже приводится классификация способов нагрева материалов или изделий в печах, отапливаемых органическим топливом.
По виду технологического процесса различают нагрев материала без изменения или с изменением структуры и физико-химических свойств* плавление шихтовых материалов. По способу исполвзования теплоносителей различают открытый (прямой) нагрев продуктами полного или неполного горения (безокислительный нагрев); косвенный нагрев с муфелированием (изоляцией) продуктов сгорания или изделий; нагрев в «кипящем» слое промежуточного теплоносителя, в расплавленных жидких средах (расплавленном стекле, в соляных растворах). По-аэродинамическому состоянию нагреваемого материала различают нагрев в плотном слое материала; нагрев в «кипящем» слое материала; нагрев во взвешенном слое материала (спутное движение, противоточ-ное, вихревое — циклонное).
