и обогреве печи горючими газами, имеющими высокую пирометри-
4 . |
4 |
ческую характеристику —— (значения —— очень велики из-за чрез- |
Іт |
Іщ |
мерных теплопотерь 4 и малой величины іт), коэффициент полезного
использования тепла в крупных методических печах составляет
30—35%.
Удельные расходы теплоты нагревательными и термическими печами достаточно полно приведены в табл. 2.1—2.3.
Сознавая исключительную важность вопросов, касающихся нормирования топлива, для большей наглядности.изложенного ма териала рассмотрим несколько конкретных примеров.
10.5.1.Сопоставить эффективность использования в нагревательной печи теп
лоты природного (Qnp = 8350) и коксодоменного газа (QHp = 3500 к к а л / н м 3 ) с подогревом и без подогрева воздуха. Температура подогрева равна 400° С. Тем пературу уходящих продуктов сгорания (на выходе из рабочего пространства) в обоих случаях принять равной 900° С. Содержание в продуктах сгорания окиси углерода и водорода задано: СО=0,3 и Н2=0,1%.
Р е ш е н и е . |
Рассчитываем коэффициенты использования |
топлива |
для обоих |
горючих газов (подогрев воздуха отсутствует). |
|
|
|
|
|
Для природного газа, имеющего низшую теплоту сгорания рабочего топлива |
8350 к к а л |
/ н м 3 , записываем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<т— (4+<з). |
|
|
|
|
|
Энтальпия продуктов сгорания первого топлива (QHp=8350) |
находится при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
/о"=0°С |
и |
а= 1 по і — /-диаграмме: і т |
= 8350/2 К; к к а л / н м 3 |
и |
Т) К,-а-і = |
= 10,26 н м 3 / н |
|
Тогда і'т =815 к к а л / н м 3 |
(продуктов сгорания). |
|
і—1 |
м 3 . |
|
|
сгорания, |
Энтальпия |
химического недожога, отнесенная |
к 1 н м 3 продуктов |
|
|
|
|
із= 30,5 СО+25,7 Н2; |
|
|
|
|
|
|
із= 30,5-0,3+25,7-0,1 = 11,72 к к а л / н м 3 (продуктов сгорания). |
|
Количество теплоты, которое уносится с |
дымовыми |
газами, |
покидаю |
щими печь, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
і 2 = |
с |
' p r .y x tr .y x = 0,360■900= 324 к к а л / н м 3 |
(продуктов сгорания), |
где с ' р г.ух — средняя объемная изобарная теплоемкость дымовых газов при тем пературе 900° С, с'рг.ух = 0,36 к к а л / н м 3 - 0 С.
Коэффициент использования топлива природного газа (/В"=0°С ).
|
|
815-(324+11,72) |
479,3 |
|
"Пп *т 83 50 |
|
|
=0,588. |
|
815 |
“ |
815 |
|
|
|
Аналогично для коксодоменного газа |
|
|
|
|
І т |
— (<2 + |
<з) |
|
|
^“•Тззоо |
<m |
|
|
|
|
|
|
Энтальпию продуктов сгорания коксодоменного газа при теоретической тем |
|
пературе определим при /П"= 0°С и а = 1 |
по [— /-диаграмме: |
tm |
„ |
|
J_ |
|
=4,18 н м ? / н м 3 , |
|
----- =3500 к к а л / н м 3 , |
S ] V i |
a - i |
|
El VJ |
|
|
|
|
|
Wa-t = 3,46 HM3/нм3, (m = |
3500 |
=837 ккал/нм3 (продуктов сгорания). |
4,18 |
Энтальпия химического недожога |
сохраняет |
свое первоначальное |
значение: |
і з = 11,72 ккал/нм3 (продуктов сгорания). |
|
|
н м 3 дымо |
Рассчитываем количество теплоты, которое уносится из печи с I |
вых газов, покидающих печь: |
|
|
|
|
|
12=0,364-900=326 ккал/нм3 (продуктов сгорания).
Коэффициент использования теплоты коксодоменного газа (без подогрева компо нентов рабочей смеси)
|
837-(326+11,72) |
499,3 |
Т1 " - Т 3 5 0 0 ' |
837 |
|
=0,594. |
|
|
837 |
Находим отношение |
Ііи.т. |
|
|
|
= к г |
|
1 ІН .Т , |
|
|
|
|
к,*1Н.' |
0,588 |
=0,99. |
|
0,594 |
Рассчитываем коэффициенты использования топлива т|'„.т 8350 U11+.т3500 при налн-
чип подогрева воздуха (іѴ,=400° С). По формуле (10.25)
|
|
9,25 |
|
|
|
|
/'в., = ------- 0,3174-400=115; |
|
8350 |
1Q 2 6 |
|
|
|
|
'вз5оп= |
3,46 |
|
|
|
|
|
--------0,3174-400=105 ккал/нм3. |
3500 |
418 |
|
|
|
|
|
Коэффициенты использования топлива: |
|
|
|
|
815+115 |
324+11,72 |
0,73; |
н - т 8350 |
|
815 |
|
815 |
= |
|
|
|
|
|
|
837+105 |
326+11,72 |
0,77. |
* 1 п -т 3500 |
|
837 |
|
837 |
= |
Отношение |
|
|
|
|
|
|
0,73 |
|
|
|
|
|
|
=0,95. |
|
|
|
К |
= - — |
|
|
|
п+.т |
0,77 |
|
|
|
Сопоставляя значения К |
^П.Т |
и К |
( К |
> |
К |
), видим, что при подо- |
|
п,т |
'Чи.т |
^ и.т |
греве воздуха эффективность использования коксодоменного значительно воз росла, в то время как эффективность использования природного газа при подо греве увеличилась в значительно меньшей степени.
10.5.2. Определить экономию теплоты природного (<2нр=8350) и коксодо ного газа (QHp=3500 ккал/нм3) при переходе работы печи на подогретый воздух (+"=400° С). Температура дымовых газов на выходе из печи составляет 900° С. Величины Э8з5ои Э3500 сопоставить между собой.
Р е ш е н и е . По формуле (10.33) рассчитываем экономию теплоты природного и коксодоменного газа:
|
- |
115 |
|
|
Эвззо== —7T7Z— ггт:—. |
1 0 0 = 1 8 ,9 |
|
|
(815—324) +115 |
|
|
Э з5 0 0 = |
105 |
100=17,3%. |
|
(837-326)+ 105 |
|
|
|
|
Как видно, экономия теплоты природного газа за счет подогрева воздуха- |
|
окислителя продуктами сгорания выше значения Эзьоо: |
|
- |
(Эв350>Эз50о) • |
Такое положение может быть объяснено лишь после детального анализа пиромет-
рических характеристик оооих топлив |
/ |
І2 |
\ |
и I |
/ |
<2 |
\ |
I |
-----) |
I 8350 |
\ |
------ |
I |
г |
\ |
! |
|
; |
/ 3500 |
Ранее отмечалось, что чем беднее топливо, тем эффект экономии от регенера ции выше. Сравнивая между собой эти горючие газы, можно сказать, что природ ный газ беднее коксодоменного, имеющего низшую теплоту сгорания рабочего
топлива |
3500 |
к к а л / н м 3 (наиболее бедным считается |
топливо |
с |
меньшим значе |
нием і , „ ) . |
Как |
видно, 'mS350> 'm 3500Следовательно, |
экономия |
за |
счет подогрева |
воздуха у природного газа будет выше, чем у коксодомеиного. Расчет подтвердил |
такое предположение. |
|
|
|
|
Записывая пирометрические характеристики топлив, получаем |
|
|
324 |
0,397; |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
815 |
|
|
|
|
|
|
326 |
0,390; |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
837 |
|
|
|
|
|
> |
|
3500 ’ |
Значения энтальпий і„ н і і , а также / г . у х взяты из предыдущего примера. |
10.5.3. |
Определить изменение удельного расхода тепла на 1 к г нагреваемой |
в термической печи стали (сталь 40), если печь, работающую на природном газе |
(QHP=8350 к к а л / н м 3 ) , перевести на мазут марки 80 с теплотворной способностью |
9470 к к а л / к г . |
Производительность печи составляет 3000 к г / ч . Температура продук |
тов сгорания на выходе из рабочего пространства печи для первого и второго вариантов соответственно равна ^28330 = 900 и/2947о=950° С. Температура подо
грева воздуха-окислителя в обоих случаях одинакова и равна 400° С. Коэффициент избытка воздуха при сжигании природного газа равен 1,05, а при сжигании мазута — 1,1. Потерн тепла с химической неполнотой горения в первом и втором случаях задаем: і3=11,7 к к а л / н м 3 (продукты сгорания). Величину Qä принимаем равной 10% от тепла, поступающего в печь с топливом. Температуру верхней кри тической точки * а с з принимаем равной 790° С.
Р е ш е н и е . Для природного газа, имеющего теплоту сгорания 8350 к к а л / н м 3 ,
величину г|н.т принимаем в соответствии с примером 10.5.1.
Итак, коэффициент использования топлива (QHp= 8350 к к а л / н м 3 ) при нали чии регенерации продуктов сгорания имеет величину
Определяем г),,.т для мазута марки 80 |
(Qnp= 9470 к к а л / к г [1]). |
Находим: |
2 У,-а-м =12,09 н м 3 / к г , IVet-м =11,48 н м 3 / к г и 2 Fum=9470 к к а л / к г |
[1]. |
Энтальпия продуктов сгорания мазута при теоретической температуре |
горения |
|
|
9470 |
(продукты сгорания). |
|
= 783 к к а л / н м 3 |
|
12,09 |
|
|
Также находим энтальпию дымовых газов, покидающих печь,
ь = 0,366-950 = 347 к к а л / н м 3 (продукты сгорания).
Количество тепла, поступающее в печь с подогретым воздухом,
11,48 |
|
|
(продукты сгорания). |
і „ = --------0,3174-400=120 к к а л / н м 3 |
По формуле (10.7) находим коэффициент |
использования тепла мазута |
марки 80 при наличии подогрева воздуха до 400° С: |
|
|
Т|п.т 0470 |
783+120 |
347+11,7 |
=0,695. |
783 |
783 |
|
|
|
|
Отношение коэффициентов |
|
|
|
|
К,‘IИ.Т |
0,730 |
|
|
|
0,695 |
|
|
Для расчета значения К а нужно |
знать q і, <?эна, |
и q <s . Считая, что терми |
ческая печь работает непрерывно, величиной q & можно пренебречь. Тогда
|
fj — |
(Я |
|
|
перепишется |
~ |
P ” ( q s + q e ) " |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р " |
q r j ’ ' |
|
Принимая q b = q b " , |
а также используя условие Р |
' = Р " , записываем |
|
|
6 = |
1. |
|
Если пренебречь угаром стали (операция-закалка), формула для определе |
ния а ' существенно упростится: |
|
|
|
|
|
|
и. -- |
----- . |
|
|
|
|
Qi |
|
Рассчитываем расход теплоты на нагрев 1 к г |
стали (сталь 40): |
где |
<7і = С р [ (/а с з + |
30) — /но], |
|
|
- |
20+820 |
|
=0,146 к к а л / к г |
|
С р |
(при t |
= ------------ =420°С). |
Подставив в последнее выражение весовую изобарную теплоемкость и темпе ратуру, получим
91= 0,146(820—20) = 117 к к а л / к г ,
где 20 — температура садки изделий в печь.
Находим теплопотери
В - 8350
95= ---------10.
100
Здесь часовым расходом природного газа задаемся: 5 8з5о=170 н м 3 / ч . После этого
|
170-8350 |
9 5 = ---- — — 10= 142-ІО3 к к а л / ч |
пли |
100 |
142-103 |
95 = |
=47,3 к к а л / к г (стали). |
3000
Коэффициент
117 о '= ------=2,47.
47,3
Определяем коэффициент
2,47
Ки = ----------- - =0,71.
2,47+1
И, наконец,
К д ѵ =1,05-0,71=0,747.
Таким образом, расход тепла при переводе печи на жидкое топливо (мазут марки 80) сократится в 1—0,747 раза по сравнению с его расходом при отаплива нии печи природным газом с теплотворной способностью 8350 к к а л / н м 3 .
Определим часовой расход мазута на печь. Для этого найдем
Q8J5O= 170-8350= 142-ІО4 к к а л / ч .
Удельный расход тепла при сжигании природного газа
|
142-ІО4 |
98з5о = |
------------=470 к к а л / к г (стали). |
|
3000 |
Удельный расход тепла на 1 к г стали при сжигании мазута
9э4-о= 9s35oKgP=470 • 0,747=350 к к а л / к г .
4н
Часовой расход мазута на печь |
|
|
3000-350 |
В 9470= |
------------= 1 1 1 к г / ч . |
|
9470 |
10.6. ПЕРЕМЕННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ
Любая термическая или нагревательная печь проектируется для вполне определенной производительности по металлу. В соответст вии с производительностью печи и ее температурным графиком при составлении зональных и общего тепловых балансов находят удель ный расход'топлива и теплоты, которые расходуются на нагрев до заданной температуры одного килограмма стали. Эти величины
