Файл: Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 87
Скачиваний: 0
После этого определяем объем азота:
VnSo==1 1= 11,68—3,26=8,42 нм*/нм*.
В тех случаях, когда условие а ^ І не соблюдается, расчет вы полняем, как показано в § 3.3.
3.3. РАСЧЕТ СУММАРНОГО ОБЪЕМА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ЗОНАХ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА
с ес т ес т в ен н о й а т м о с ф е р о й , о б л а д а ю щ е й з а щ и т н ы м и
ИВОССТАНАВЛИВАЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ
Внагревательных печах безокислительного нагрева (в зоне или камере) в результате неполного горения образуются углекислота, окись углерода, водяные пары и водород. Кроме того, в продуктах сгорания присутствует азот топлива и воздуха.
-Объемы этих компонентов дымовых газов соответственно обоз
начим Ксо2, Кео, |
Кн20, Кн2 И Kn 2- |
Чтобы найти |
указанные величины, необходимо определить коэф |
фициент избытка воздуха а. Для этого достаточно воспользоваться диаграммой Нейманна (рис. 3.1). Диаграмма включает области окисления и восстановления металла из окислов (над линией а—в).
Полагаем, что искомое состояние металла находится на гра нице раздела этих областей (линия а—в). Тогда, зная максималь ную температуру газов tr2 в зоне или камере печи, по диаграмме можно определить равновесные коэффициенты и к2.
РСОг “ Pb.,
Так как каждое из парциальных давлений, входящих в приве денные соотношения, представляется в виде
Ѵі
Рі = Р 2К<
(где pi и р — соответственно парциальное давление і-го компонента и полное давление смеси дымовых газов, ата), то выражения для коэффициентов ki и k2 можно записать так:
Кео |
и k2= |
Кн2о |
ki = |
Кн2 ‘ |
|
Ксо2 |
|
Произведение этих величин обозначим через к:
, |
Кео |
Кн2о |
(3.1) |
|
Ксо2 ' |
Кн2 " |
|
|
|
30
Зная значения ki и k2 при заданной температуре дымовых газов tr2 для данного топлива (Qnp задана), по графикам (рис. 3.2) найдем коэффициенты аі и а 2- Коэффициент избытка воздуха в зоне можно представить в виде
аі+«2
I — область |
с |
восстанови |
тельными свойствами; |
||
II — область |
с |
окислитель |
ными свойствами.
I — нефтяной газ
(QHP = 11800 ккал/нм*);
2 ~ природный газ (QHP==8350);
3 — природно-коксовальный газ (QHP=7210); 4 — коксовальный газ (QHP=4080); 5 — коксодомен ный газ (QaPs=3000); 6 — коксо-
доменный газ (QHP = 2400); 7 — водяной газ
(QnP=2440 ккал,'нмэ).
Связь между объемами продуктов сгорания и компонентов топ лива устанавливается следующими уравнениями:
|
2 |
пѵі Усу. = |
2 |
ПіѴс’ |
(3.2) |
|
2 |
тѴі |
2 |
т іѴ н' |
(3.3) |
|
|
||||
|
2 |
ч - ч = |
2 ^ |
° ' |
(3.4) |
|
|
||||
где пѵ ., ту |
и kv . — соответственно коэффициенты при элемен |
||||
|
|
тах С, Н и О, входящих в состав продуктов |
|||
Усу,., Ув^ |
|
сгорания; |
|
|
содержащих |
и Уоуі — объемы продуктов сгорания, |
|||||
П{, |
|
углерод, водород и кислород, |
нм3/нм3\ |
||
пц и ki — коэффициенты при элементах С, Н, О, со |
|||||
|
|
держащихся в химических соединениях, |
|||
|
|
составляющих |
топливо (численное значе |
||
ние коэффициентов равно числу атомов в молекуле химического соединения);
31
Ѵс, Ѵн и Vo — объемы составляющих топлива, содержа щих С, Н и О, нм3/нм3.
Объем кислорода, поступающего в печь с воздухом,
Ѵо* =0,21Ѵо'нм3/нм3, |
(3.5) |
где Ѵо' — действительное количество воздуха, поступающего в сва рочную зону:
Ѵо'= а Ѵ0 нм3/нм3-,
Ѵо — теоретически необходимое для полного сгорания количе ство воздуха, нм3/нм3.
Рассчитанное по формуле (3.5) количество кислорода включа ется в сумму правой части равенства (3.4).
Азота с воздухом в печь поступает
Ѵхі = I V - 1/о" нм3/нм3.
В продуктах сгорания азота содержится
|
2 іѵ,.сі) = v z |
+ |
Ѵ™ш НМ3/ нм3, |
(3.6) |
1/ТОПЛ |
о / |
п |
|
|
где VN2 |
— азот топлива, нм3/нм3. |
|
|
|
Решая совместно уравнения |
(3.2) — (3.4), получаем |
объемы |
||
Ѵ+сщ Ѵсо, |
Ph^o и Ѵн2, образующиеся в сварочной зоне печи. |
|
||
Для иллюстрации изложенного материала выполним числовой |
||||
пример. |
|
|
|
|
3.3.1. |
Определить состав продуктов сгорания в сварочной зоне методичес |
|||
печи безокнслительного нагрева стали в открытом пламени. Нагрев производится под штамповку. Известно, что в печи сжигается природный газ с теплотворной способностью, равной 8060 ккал/нм3. Температура газов в сварочной зоне печи
+>=1300° С. |
|
|
|
СО2 = |
0,5, |
H2= l,9 , |
СО = 0,3, |
|
Записываем элементарный состав топлива: |
||||||||
СН4 = 92,5, О2=0,6, N2 = 4,2% |
или С 02 = 0,005, Н2 = |
0,01Э, С0 = |
0,003, СН, = 0,925, |
|||||
О2=0,006 и N2 = 0,042 нм3/нм3. |
рис. |
3.1, |
для |
температуры |
||||
Используя |
диаграмму, |
представленную на |
||||||
/г2 == 1300°С, |
находим константы равновесия: Ati=3,1; /е2=1,2. Произведение этих |
|||||||
величин А = |
3,1 • 1,2=3,72. |
|
|
|
|
|
|
|
Для найденных значений k\ и k2 при известной теплотворной способности |
||||||||
топлива (Qup = |
8060 нм3/нм3) |
определим коэффициенты |
сіі и |
а 2 |
(рис. |
3.2, кри |
||
вая /). Видно, что cti и а2 одинаковы и равны 0,55. Следовательно, коэффициент
избытка воздуха в сварочной зоне печи составит а = |
0,55. |
|||
Чтобы рассчитать объем |
продуктов сгорания, |
используем представленные |
||
в общем виде |
уравнения |
(3.2) |
—(3.4). Сумму объемов химических соединений |
|
(содержащихся |
в топливе), |
в состав которых входит углерод, представим в виде |
||
£«і Кс=Ѵ,со2+1/со + 1/сіг;і = 0,005+0,003+0,925 = 0,933 нм3/нм3.
Сумма объемов компонентов продуктов сгорания, содержащих углерод, составит
V iivt Ѵс.ѵ= Усо+ Усо,-
32
О т к у д а , со гл асн о в ы р аж ен и ю (3 .2 ),
^ п Ѵ( Ѵсѵг = 0,933 нм3/нм3. |
(3.7) |
Для компонентов, содержащих водород, можно записать:
£п и Ѵп = 2Ѵп,+4ѴСи 4 = 2-0,019+4-0,925 = 3,738 нм3/нм3-,
ту, Ѵи ѵ,=2Ѵ и,о+2Ѵ н,.
Тогда
£ піѴ'Ѵнѵг=3,738 нм3/нм3. |
(3.8) |
Чтобы рассчитать объем продуктов сгорания, содержащих кислород, вначале нужно определить количество кислорода, поступающего в сварочную зону с воз духом. Используя уравнение (3.5), получаем
Ѵо” = 0 ,2 Іа Ѵо=0,21 -0,55-8,82= 1,02 нм3/нм3.
Здесь величина Ѵо взята из табл. 3.1.
Сумма объемов компонентов, содержащих кислород:
kiVo = 2ѴСо ,+ ѴСо+2 Ѵо” =2-0,005+0,003+2-0,006+2-1,02 =
= 2,065 нм3/нм3;
'У! k v ! V o v = Ѵсо+2Ѵсо,+Ѵн,о
и
J g k v t V o v = 2,065 нм3/нм3. |
(3.9) |
Используя выражения (3.8) и (3.9), а также формулу для отыскания k (произведение констант равновесия ki и к/), записываем систему уравнений с че тырьмя неизвестными:
Ѵсо+Ѵсо, = 0,933;
2Ѵн,о+2Ѵц, = 3,738;
1 + 0+ 21+ 0,+ Ѵп, о = 2,065;
Ѵсо Ѵн2о
= 3,72.
Ѵсо, Ѵ„,
Решая эту систему относительно неизвестных компонентов продуктов сго рания, найдем:
Ѵсо, = 0,197; Ѵсо = 0,736; Ѵн,о = 0,935 и Ѵн, = 0,932 нм3/нм3.
Наряду с перечисленными компонентами в продуктах сгорания сварочной зоны содержится азот топлива и воздуха:
Vn” =0,79 -0,55 -8,82+0,042 = 3,875 нм3/нм3.
Как видно из этого примера, определение Ѵсо, сводится к решению квад
ратного уравнения, дающего наряду с действительным мнимый корень. Исключе ние мнимого значения Ѵсо, возможно после расчета тепловыделения в зоне
в результате сгорания топлива. Тепловыделения для сварочной зоны и различных топлив можно рассчитать или найти по графикам (рис. 3.3).
3 Зак. 581 |
33 |