Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлургии цветных металлов

наименование кафедры

Курсовая работа

по дисциплине: Металлургическая теплотехника

Расчет процесса горения топлива и установки для его сжигания

Выполнил

Наумов Е.В.

Иркутск, 2014 г.

• Содержание
• Введение
• 1. Теоретическая часть
• 1.1 Классификация металлургических печей
• 1.1.1 Классификация печей по принципу теплогенерации
• 1.1.2 Классификация печей по технологическому назначению и по режиму работы
• 1.2 Печи для рафинирования меди
• 1.2.1 Основные характеристики и конструкция
• 1.2.2 Конструкция стационарной отражательной печи для рафинирования меди
• 1.2.3 Чертеж отражательной печи для огневого рафинирования и её техническая характеристика
• 2. Расчет горения топлива
• 2.1 Задание
• 2.2 Перевод состава топлива на рабочую массу (масс. %)
• 3. Итоговая таблица. Характеристика различных условий процесса горения топлива
• Заключение
• Список используемой литературы
• Введение
• Топливо -- вещество или несколько веществ, из которых с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия.
• Энергетическим топливом называются горючие вещества, которые экономически целесообразно использовать для получения в промышленных целях больших количеств тепла. Основными его видами являются органические топлива: торф, горючие сланцы, угли, природный газ, продукты переработки нефти.
• По способу получения различают природные и искусственные топлива. К природным относятся натуральные топлива: уголь, сланцы, торф, нефть, природные газы. Из твердых топлив к искусственным относятся кокс, брикеты угля, древесный уголь. Из жидких - мазут, бензин, керосин, соляровое масло, дизельное топливо. Из газовых -- газы доменный, генераторный, коксовый, подземной газификации.
• Торф, бурые угли, каменные угли и антрациты образовались в процессе последовательной углефикации отмершей растительной массы.
• Основная выработка электрической и тепловой энергии производится на твердом топливе.
• Характеристики и состав твердого топлива, в том числе выход летучих, спекаемость кокса, оказывают сильное влияние на процесс горения угля. С увеличением выхода летучих и содержания в них более реакционно-способных газов воспламенение топлива становится легче, а кокс благодаря большей пористости получается более реакционно-способным.
• По этим свойствам каменных углей проводят их классификацию. Ископаемые угли подразделяются на три основных типа: бурые, каменные угли и антрацит.
• Характеристика каменного угля.
• Каменный уголь - это твёрдое горючее вещество (полезное ископаемое) растительного происхождения. Представляет собой плотную и каменистую породу черного, иногда серо-черного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью.
• Формула каменного угля это его состав.
• Химический состав и свойства каменного угля: -углерод 75-97 %; -водород 1,5-5,7 %; -кислород 1,5-15 %; -сера 0,5-4 %; -азот до 1,5 %; -летучие вещества 2-45 %; -влага варьируется от 4 до 14 %; -зола от 2 до 45 %. -удельная теплота сгорания каменного угля (калорийность) колеблется от 7200 до 8600 ккал/кг (30-36 МДж/кг).
• Физический состав и свойства каменного угля: -плотность (удельный вес) - 1,2-1,5 г/см³; -механическая прочность - 40-300 кг/см²; -удельная теплоемкость С - 0,26-0,32 ккал/г•град; -коэффициент преломления света - 1,82-2,04.
• 1. Теоретическая часть
• 1.1 Классификация металлургических печей
• 1.1.1 Классификация печей по принципу теплогенерации
• Генерация теплоты в печи происходит путем превращения химической или электрической энергии в теплоту. В зависимости от источника тепловыделения печи делятся на топливные, автогенные и электрические.
• Топливные печи. В топливных печах источником теплоты является химическая энергия твердого, жидкого или газообразного топлива. Теплота выделяется в результате сгорания топлива. Теплоносителями являются газообразные продукты сгорания топлива - дымовые газы. Топливные металлургические печи подразделяются на два класса: пламенные и слоевые.
• Основной объем рабочего пространства заполнен пламенем и дымовыми газами, передающими теплоту материалу. К классу пламенных печей относятся сталеплавильные (мартеновские) печи, печи для плавки медных концентратов на штейн, печи для рафинирования меди, разнообразные печи прокатного и кузнечно-прессового производства: нагревательные колодцы, методические, кольцевые, роликовые печи, печи с выкатным подом, вращающиеся трубчатые печи для обжига сыпучих материалов. Известны три разновидности слоевых топливных печей: с плотным, "кипящим" и со взвешенным слоем обрабатываемого материала. В печах с "кипящим" слоем под действием движущихся снизу вверх газов размельченная шихта, в состав которой может входить и размельченное топливо, разуплотняется. Отдельные частицы шихты потоком газов поднимаются над слоем подобно кипящей жидкости. Иногда вместе с воздушным дутьем снизу в печь подают газообразное топливо. В печах со взвешенным слоем обрабатывают материалы, доведенные до пылевидного состояния. Каждая частица материала находится во взвешенном состоянии под действием потока газов, идущего снизу вверх, и движется вместе с потоком. Применяют в этих печах размолотое и газообразное топливо. Их используют в цветной металлургии для плавки сульфидов цветных металлов.
• Автогенные печи. Источником теплоты в этих печах является тепловой эффект экзотермических реакций окисления и горения ряда элементов, содержащихся в обрабатываемых материалах. В черной металлургии примером автогенных печей являются кислородные, сталеплавильные конвертеры и двухванные сталеплавильные печи. В них при продувке жидкого чугуна кислородом происходит окисление углерода и ряда других элементов с выделением теплоты. Этот процесс не требует расхода топлива.
• Электрические печи. По способу преобразования электрической энергии в теплоту можно выделить три класса печей, применяемых в металлургии: электродуговые, индукционные и печи сопротивления.
• В дуговых печах используется принцип пропускания электрического тока через газовый промежуток между двумя электродами. В газовом промежутке возникает электрическая дуга, представляющая собой яркосветящуюся смесь электронов, положительных ионов, атомов и молекул. Дуга является зоной, в которой энергия электричества преобразуется в теплоту, при этом температура дуги составляет от 3000 до 20000 К.
• В индукционных печах используется свойство переменного электрического тока создавать вокруг проводника переменное магнитное поле. Если поместить в такое поле нагреваемое тело, являющееся проводником, то в нем будут индуктироваться вихревые токи. В печах сопротивления можно использовать постоянный и переменный ток. В металлургии электрические печи применяют для выплавки стали, производства ферросплавов, для нагрева металла перед обработкой давлением и при термической и термохимической обработке металлоизделий.
• 1.1.2 Классификация печей по технологическому назначению и по режиму работы
• По технологическому назначению металлургические печи разделяют на плавильные и нагревательные.
• Плавильные печи служат для получения и переплавки металлов. В этих печах материалы, как правило, изменяют своё агрегатное состояние. Плавильные печи могут быть чугуноплавильными, сталеплавильными, медеплавильными и т.д. Нагревательные печи служат для нагрева материалов без изменения их агрегатного состояния. Нагревательные печи применяют в металлургии для обжига огнеупорных изделий, известняка, магнезита, для сушки литейных форм, руды, песка, для придания металлу пластических свойств перед обработкой давлением, для термической обработки металла с целью изменения его структуры и механических свойств.
• По режиму работы печи можно разделить на два класса: непрерывного и периодического (циклического) действия. К печам непрерывного действия относятся рудовосстановительные дуговые печи, шахтные слоевые печи, печи "кипящего" и взвешенного слоя, туннельные печи для обжига огнеупорных изделий, трубчатые вращающиеся печи, такие печи прокатного производства, как методические печи с шагающими подом или балками, кольцевые и роликовые печи.
• К печам периодического действия относятся сталеплавильные дуговые и мартеновские печи, конвертеры, нагревательные колодцы, садочные камерные печи с выкатным и с неподвижным подом, применяемые в кузнечно-прессовом производстве и в термических цехах и отделениях. Эти печи работают циклами.
• 1.2 Печи для рафинирования меди
• 1.2.1 Основные характеристики и конструкция

К пламенным плавильным печам для рафинирования меди относятся в основном стационарные анодные и вайербарсовые печи, которые различаются в зависимости от емкости, состава перерабатываемой шихты и применяемого топлива. Техническая характеристика этих агрегатов приведена на рис. 1.

Рис. 1 техническая характеристика анодных и вайербарсовых печей

В анодных печах можно перерабатывать как первичную так и вторичную черновую медь. Первая получается из руд и концентратов, вторая при переплавке вторичных металлов. В первичной черновой меди количество примесей, к которым относятся мышьяк, сурьма, свинец, олово, сера, железо и т.п., составляет от десятых долей до одного процента; во вторичной 2--4%.

Загружаемый материал может подаваться в печь как в твердом, так и в жидком состоянии. Соотношение между твердой и жидкой фазами зависит от условий конкретного производства. Когда загрузка целиком состоит из расплавленной черновой меди для анодной плавки, используют печи типа конвертера, которые не могут быть отнесены к плавильным агрегатам. В вайербарсовых печах переплавляется катодная медь повышенной чистоты (99,90 - 99,99% Сu). Однако в ней содержатся растворенные газы: оксид углерода, водород, сернистый ангидрид в количестве - 80 см³/кг металла, которые удаляются в процессе плавки.

Технологический процесс, осуществляемый в рафинировочных печах, протекает в четыре стадии, которые включают в себя: загрузку и плавление металла, окисление содержащихся в нем нежелательных примесей кислородом воздуха, восстановление переокисленной меди и разливку металла в изложницы. К недостаткам анодных и вайербарсовых печей можно отнести: повышенный удельный расход топлива; низкий коэффициент использования вспомогательного оборудования (механизмы для загрузки металла и разливочные машины), обусловленный периодичностью процесса; применение ручного труда (съемка шлака, загрузка шихты и т. п.). Основным направлением в совершенствовании конструкций анодных печей следует считать создание агрегатов подового типа с непрерывным режимом работы. Для переплавки катодов в последнее время все чаще применяют шахтные печи, а также индукционные, дуговые и вакуумные электропечи, в которых получается металл, обладающий высокими механическими свойствами и имеющий электропроводность на 4--5 % выше обычной вайербарсовой меди.

1.2.2 Конструкция стационарной отражательной печи для рафинирования меди

Общий вид печи представлен на рис. 2. Ее возводят на мощном фундаменте, выполненном из бетона в виде монолитной плиты с наклонной поверхностью корытообразной формы, на которой установлены опорные столбики из шамотного кирпича, сечением 700x700 мм и высотой от 0,5 до 1,0 м.

Рис. 2. Общий вид анодной печи

Опорные столбики и уклон фундамента предназначены для того, чтобы обеспечить беспрепятственный сток металла в аварийной ситуации при его прорыве через подину, а также для создания условий эффективного охлаждения элементов металлического каркаса печи (поперечных тяг) за счет естественной циркуляции воздуха. На опорные столбики укладывают чугунную плиту толщиной ~ 25 - 50 мм, которая служит основанием подины.

Под печи выполняют в виде трехслойной обратной арки, имеющей уклон в сторону летки для выпуска металла. Между чугунной плитой и подом располагается прослойка из жаропрочного бетона. Нижний слой арки выкладывают из шамотного кирпича. Материал последующих слоев зависит от состава ванны. Для кислых ванн используют динасовые огнеупоры, для основных - хромомагнезитовые, магнезитохромитовые или периклазошпинелидные.

Стены печи возводят преимущественно из хромомагнезитового и магнезитохромитового огнеупорного кирпича. Для теплоизоляции стен используют шамот-легковес. Свод большегрузных печей имеет распорно-подвесное или подвесное исполнение, обычно он изготовляется из магнезитохромитового огнеупорного кирпича и имеет толщину 380 мм. В хвостовой части печи к своду примыкает вертикальный боров, который служит для отвода продуктов сгорания топлива.

Рафинировочные печи в основном отапливают природным газом, реже используют газо-мазутное отопление. Устройства для сжигания газа устанавливают в специальных отверстиях, расположенных в передней торцевой стенке печи, к которой со стороны печи примыкает камера для предварительного сжигания топлива. В отдельных случаях для отопления рафинировочных печей используют комбинированные газо-мазутные горелки. На большинстве заводов применяют горелки типа «труба в трубе».

Шихтовые материалы и жидкая черновая медь подаются в печь через специальные загрузочные окна в боковой стенке печи, размеры которых зависят от габаритов загружаемых слитков и способа загрузки. Обычно ширина рабочих окон составляет. 1,5 м, высота 1,0 м. Шлаковое окно расположено в задней торцевой стенке печи. Отверстие для выпуска металла имеет форму щели, высота которой соответствует уровню ванны. Оно расположено в боковой стенке печи и заделано специальной набивочной массой. Снаружи щель закладывают съемными чугунными плитами. При выпуске металла плиты и набивную массу из выпускной щели удаляют постепенно по мере понижения уровня ванны. Внутренние размеры щели зависят от емкости и назначения печи. Отношение длины ванны к ее ширине составляет величину порядка 3,5:2.

Для утилизации тепла отходящих газов рафинировочных печей используют в основном радиационно-конвективные рекуператоры, в которых осуществляется подогрев дутьевого воздуха до 500 - 550°С независимо от периода плавки. Применение рекуператоров позволяет на одной печи получить экономию топлива за счет нагрева дутья до 4 - 5 млн. м³ в год.

1.2.3 Чертеж отражательной печи для огневого рафинирования и её техническая характеристика

Рисунок 3

Таблица 1. Техническая характеристика

Тип печи	Анодная	Вайербарсовая
Удельная производительность, т/ (м2·опер.)	3 - 6	3 - 5
Глубина ванны, м	0,6 - 1,0	0,6 - 1,0
Удельный расход тепла, МДж/кг	3,6 - 5,5	4,5 - 6,0
Коэффициент неравномерности теплового режима печи	0,7 - 1,3	0,7 - 1,3
Продолжительность операции, ч	18 - 24	20 - 24
Максимальная температура факела, °С	1500 - 1550	1500 - 1550
Температура отходящих газов, °С	1250 - 1300	1250 - 1300
Температура подогрева воздуха, °С	0 - 300	0 - 300
Скорость газов в печи, м/с	2 - 4	2 - 4
Скорость отходящих газов в стояке, м/с	7 - 10	7 - 10
Расход технической воды, м3 /ч	30 - 50	30 - 50

2. Расчет горения топлива

2.1 Задание

Рассчитать процесс горения топлива, заданного состава на воздухе. Состав воздуха: 21 об. % О₂ и 79 об. % N₂. Коэффициент избытка воздуха б = 1. Состав топлива: С^г = 90,0 %; Н^г = 4,2 %; N^г = 1,5 %; О^г = 2,1 %; S^г = 2,2 %; А^с = 12,0 %; W^р = 3,0 %.

Рассчитать процесс сжигания топлива заданного состава на воздухе. Состав воздуха: 30 об. % О₂ и 70 об. % N₂. Коэффициент избытка воздуха б = 1.

Рассчитать количество кислорода воздуха, продукт полного сгорания топлива. Определить теплотворную способность топлива, калориметрическую и действительную температуру процессов сгорания.

Рассчитать процесс горения топлива на воздухе, обогащённом кислородом. Состав воздуха: 100 об. % О₂. Коэффициент избытка воздуха б = 1.

Рассчитать процесс сгорания топлива в обогащённом кислородом воздухе. Состав воздуха: 21 об. % О₂ и 79 об. % N₂. Коэффициент избытка воздуха б = 1,3.

Рассчитать количество кислорода воздуха, продукт полного сгорания топлива, определить калориметрическую и действительную температуру полного сгорания.

Рассчитать процесс горения топлива в атмосфере чистого кислорода.

Состав воздуха: 30 об. % О₂ и 79 об. % N₂. Коэффициент избытка воздуха б = 1.3.

Рассчитать процесс горения топлива заданного состава в атмосфере чистого кислорода. Состав воздуха: 100 об. % О₂. Коэффициент избытка воздуха б = 1,3.

Рассчитать количество кислорода воздуха, продукт полного сгорания топлива, определить калориметрическую и действительную температуру полного сгорания.

Сопоставить результаты расчета.

2.2 Перевод состава топлива на рабочую массу (масс. %)

Проверка:

Мольные объёмы O₂ на 100 кг топлива заданного состава.

Расход кислорода на горение топлива заданного состава

Так как в топливе уже имеется 0,056 мольных объёмов O₂ > из воздуха нужно добавить 7,3575 - 0,056 =7,3015 мольных объёмов.

Определение теплоты сгорания топлива

1. Расчет процесса горения топлива при составе воздуха: O2 - 21 об. %; N2 - 79 об. %; б = 1.

N₂ из воздуха:

мольных объемов.

Общее количество воздуха поступившее в топку при сжигании 100 кг топлива заданного состава:

мольных объемов.

Количество воздуха необходимое на сгорание 1 кг (удельный расход):

Т - теоретическая (когда все идет по стехиометрическим коэффициентам);

д - действительный удельный расход.

Определение состава и количества продуктов горения при теоретическом расходе топлива (табл. 1)

Состав и количество продуктов горения: O₂ - 21 об. %; N₂ - 79 об. %; коэффициент избытка воздуха б = 1

Таблица 2

Вещество	Мольные объемы	Молекулярный вес	m, кг	Масс. %	Об. %
CO2	6,401	44	281,644	25,81	17,81
H2O	1,795+0,167= = 1,962	18	35,316	3,24	5,46
SO2	0,059	64	3,776	0,35	0,16
N2возд	27,47+0,046 =27,516	28	770,448	70,60	76,57
?	35,938		1091,184	100	100

V_Г - объем газа = V_пр - продуктов сгорания.

V_Г = м³/кг.

При сгорании 1 кг топлива заданного состава образуется 8,050 м³ газа.

1 м³ газов имеет вес 1,355 кг.

Таблица 3. Балансовая таблица сжигания топлива O₂ - 21 об. %; N₂ - 79 об. %; б = 1

Приход	m, кг	Расход	m, кг
Топливо	100,0	Продукты сгорания
Воздух	CO2	281,644
О2 = 7,3015321	233,648	H2O	35,316
N2 = 27,47281	769,16	SO2	3,776
Всего	1102,83	N2	770,448
		АР	11,64
		Всего без АР	1091,184

Определение калориметрической температуры горения топлива в необогащенном воздухе

i₀ - начальная энтальпия.

m - масса сгоревшего топлива.

V_{пр. сг.} - объем продуктов сгорания, м³. V_{пр. сг.} = 8,050 м³/кг.

= 28866,74 кДж/кг.

CO₂ 0,2581 1041,48 = 268,806 ккал/м³;

H₂O 0,0324 819,18 =26,541 ккал/м³;

SO₂ 0,0035 1000,80 = 3,503 ккал/м³;

N₂ 0,7060 632,16 =446,305 ккал/м³;

t₂ = 2100

CO₂ 0,2581 1238,79 = 319,732 ккал/м³;

H₂O 0,0324 984,68 = 31,903 ккал/м³;

SO₂ 0,0035 1265,00 =4,427 ккал/м³;

N₂ 0,7060 748,02 =528,102 ккал/м³;

Рисунок 4

2. Расчет процесса горения топлива при составе воздуха: O2 - 30 об. %; N2 - 70 об. %; б = 1.

N₂ из воздуха:

мольных объемов.

Общее количество воздуха поступившее в топку при сжигании 100 кг топлива заданного состава:

мольных объемов.

Количество воздуха необходимое на сгорание 1 кг (удельный расход):

Определение состава и количества продуктов горения при теоретическом расходе топлива (табл. 3)

Состав и количество продуктов горения: O₂ - 30 об. %; N₂ - 70 об. %; коэффициент избытка воздуха б = 1

Таблица 4

Вещество	Мольные объемы	Молекулярный вес	m, кг	Масс. %	Об. %
CO2	6,401	44	281,644	35,25	25,10
H2O	1,962	18	35,316	4,42	7,69
SO2	0,059	64	3,776	0,47	0,23
N2возд	17,037+0,046 =17,083	28	478,324	59,86	66,98
?	25,505		799,060	100	100

V_Г = V_{пр. сг.}

V_Г = м³/кг.

При сгорании 1 кг топлива заданного состава образуется 5,71 м³ газа.

 1 м³ газов имеет вес 1,399 кг.

Таблица 5. Балансовая таблица сжигания топлива O₂ - 30 об. %; N₂ - 70 об. %; б = 1

Приход	m, кг	Расход	m, кг
Топливо	100,0	Продукты сгорания
Воздух	CO2	281,644
О2 = 7,3015321	233,648	H2O	35,316
N2 = 17,037281	477,04	SO2	3,776
Всего	810,688	N2	478,324
		АР	11,640
		Всего без АР	799,060

Определение калориметрической температуры горения топлива в обогащенном воздухе

i₀ - начальная энтальпия.

m - масса сгоревшего топлива.

V_{пр. сг.} - объем продуктов сгорания, м³. V_{пр. сг.} = 5,71 м³/кг.

= 28866,74 кДж/кг.

t₁ = 1800

CO₂ 0,3525 1041,48 = 367,122 ккал/м³;

H₂O 0,0442 819,18 = 36,208 ккал/м³;

SO₂ 0,0047 1000,80 = 4,704 ккал/м³;

N₂ 0,5986 632,16 = 378,411 ккал/м³;

t₂ = 2100

CO₂ 0,3525 1238,79 = 436,673 ккал/м³;

H₂O 0,0442 984,68 = 43,523 ккал/м³;

SO₂ 0,0047 1265,00 = 5,946 ккал/м³;

N₂ 0,5986 748,02 = 447,765 ккал/м³;

Рисунок 5

3. Расчет процесса сгорания топлива в атмосфере чистого O2: O2 - 100 об. %; б = 1.

N₂ из воздуха:

Общее количество воздуха поступившее в топку при сжигании 100 кг топлива заданного состава:

мольных объемов.

Количество воздуха необходимое на сгорание 1 кг (удельный расход):

Определение состава и количества продуктов горения при теоретическом расходе топлива.

Состав и количество продуктов горения: O₂ - 100 об. %; б = 1

Таблица 6

Вещество	Мольные объемы	Молекулярный вес	m, кг	Масс. %	Об. %
CO2	6,401	44	281,644	87,46	75,59
H2O	1,962	18	35,316	10,97	23,17
SO2	0,059	64	3,776	1,17	0,70
N2 (в топливе)	0,046	28	1,288	0,40	0,54
?	8,468		322,024	100	100

V_Г = м³/кг.

При сгорании 1 кг топлива заданного состава образуется 1,897 м³ газа.

1 м³ газов имеет вес 1,697 кг.

Таблица 7. Балансовая таблица сжигания топлива O₂ - 100 об. %; б = 1

Приход	m, кг	Расход	m, кг
Топливо	100,0	Продукты сгорания
Воздух	CO2	281,644
О2 = 7,3015321	233,648	H2O	35,316
Всего	333,648	SO2	3,776
		N2	1,288
		АР	11,64
		Всего без АР	322,024

Определение калориметрической температуры горения топлива

i₀ - начальная энтальпия.

m - масса сгоревшего топлива.

V_{пр. сг.} - объем продуктов сгорания, м³. V_{пр. сг.} = 1,897 м³/кг.

= 28866,74 кДж/кг.

t₁ = 1800

CO₂ 0,8746 1041,48 = 910,878 ккал/м³;

H₂O 0,1097 819,18 = 89,864 ккал/м³;

SO₂ 0,0117 1000,80 = 11,709 ккал/м³;

N₂ 0,0040 632,16 = 2,529 ккал/м³;

t₂ = 2100

CO₂ 0,8746 1238,79 = 1083,446 ккал/м³;

H₂O 0,1097 984,68 = 108,019 ккал/м³;

SO₂ 0,0117 1265,00 = 14,801 ккал/м³;

N₂ 0,0040 748,02 = 2,992 ккал/м³;



Рисунок 6

4. Расчет процесса горения топлива при составе воздуха: O2 - 21 об. %; N2 - 79 об. %; б = 1,3.

N₂ из воздуха:

мольных объемов.

Общее количество воздуха поступившее в топку при сжигании 100 кг топлива заданного состава:

 мольных объемов.

Количество воздуха необходимое на сгорание 1 кг (удельный расход):

д - действительный удельный расход.

Определение состава и количества продуктов горения при действительном расходе топлива (табл. 9)

Состав и количество продуктов горения: O₂ - 21 об. %; N₂ - 79 об. %; коэффициент избытка воздуха б = 1,3

Таблица 8

Вещество	Мольные объемы	Молекулярный вес	m, кг	Масс. %	Об. %
CO2	6,401	44	281,644	27,82	19,51
H2O	1,962	18	35,316	3,49	5,98
SO2	0,059	64	3,776	0,37	0,18
N2возд	27,47 1,3+0,046 =35,757	28	1001,196	61,39	67,65
O2возд	2,190	32	70,08	6,93	6,68
?	46,369		1392,012	100	100

V_Г = м³/кг.

При сгорании 1 кг топлива заданного состава образуется 7,35 м³ газа.

1 м³ газов имеет вес 1,377 кг.

Таблица 9. Балансовая таблица сжигания топлива O₂ - 21 об. %; N₂ - 79 об. %; б = 1,3

Приход	m, кг	Расход	m, кг
Топливо	100,0	Продукты сгорания
Воздух	CO2	281,644
О2 = 7,3015321,3	303,742	H2O	35,316
N2 = 27,17281,3	988,988	SO2	3,776
Всего	1392,730	N2	1001,196
		АР	11,64
		O2	70,08
		Всего без АР	1392,724

Определение калориметрической температуры горения топлива в необогащенном воздухе

i₀ - начальная энтальпия.

m - масса сгоревшего топлива.

V_{пр. сг.} - объем продуктов сгорания, м³. V_{пр. сг.} = 7,35 м³/кг.

= 28866,74 кДж/кг.

t₁ = 1800

CO₂ 0,2782 1041,48 = 289,740 ккал/м³;

H₂O 0,0349 819,18 = 28,589 ккал/м³;

SO₂ 0,0037 1000,80 = 3,703 ккал/м³;

N₂ 0,6139 632,16 = 388,083 ккал/м³;

O₂ 0,0693 668,88 = 46,353 ккал/м³;

t₂ = 2100

CO₂ 0,2782 1238,79 = 344,631ккал/м³;

H₂O 0,0349 984,68 = 34,365ккал/м³;

SO₂ 0,0037 1265,00 = 4,681ккал/м³;

N₂ 0,6139 748,02 = 459,209ккал/м³;

O₂ 0,0693 791,7 = 50,590ккал/м³;

Рисунок 7

5. Расчет процесса горения топлива при составе воздуха: O2 - 30 об. %; N2 - 70 об. %; б = 1,3.

N₂ из воздуха:

мольных объемов.

Общее количество воздуха поступившее в топку при сжигании 100 кг топлива заданного состава:

мольных объемов.

Количество воздуха необходимое на сгорание 1 кг (удельный расход):

Определение состава и количества продуктов горения при действительном расходе топлива (табл. 9)

Состав и количество продуктов горения: O₂ - 30 об. %; N₂ - 70 об. %; коэффициент избытка воздуха б = 1,3

Таблица 10

Вещество	Мольные объемы	Молекулярный вес	m, кг	Масс. %	Об. %
CO2	6,401	44	281,644	27,83	19,51
H2O	1,962	18	35,316	3,49	5,98
SO2	0,059	64	3,776	0,37	0,18
N2возд	17,0371,3+0,046 =22,194	28	621,432	61,39	67,65
O2возд	2,190	32	70,08	6,92	6,68
?	32,806		1012,248	100	100

V_Г = м³/кг.

При сгорании 1 кг топлива заданного состава образуется 7,348 м³ газа.

 1 м³ газов имеет вес 1,336 кг.

Таблица 11. Балансовая таблица сжигания топлива O₂ - 30 об. %; N₂ - 70 об. %; б = 1,5

Приход	m, кг	Расход	m, кг
Топливо	100,0	Продукты сгорания
Воздух	CO2	281,644
О2 = 7,3015321,3	303,742	H2O	35,316
N2 = 17,037281,3	620,147	SO2	3,776
Всего	1023,889	N2	621,432
		АР	11,640
		O2	70,080
		Всего без АР	1012,248

Определение калориметрической температуры горения топлива в обогащенном воздухе

V_{пр. сг.} = 7,384 м³/кг.

= 28866,74 кДж/кг.

t₁ = 1800

CO₂ 0,2783 1041,48 = 289,844ккал/м³;

H₂O 0,0349 819,18 = 28,589ккал/м³;

SO₂ 0,0037 1000,80 = 3,703ккал/м³;

N₂ 0,6139 632,16 = 388,083ккал/м³;

O₂ 0,0692 668,88 = 46,286ккал/м³;

t₂ = 2100

CO₂ 0,2783 1238,79 = 292,231 ккал/м³;

H₂O 0,0349 984,68 = 58,884 ккал/м³;

SO₂ 0,0037 1265,00 = 1,139 ккал/м³;

N₂ 0,6139 748,02 = 452,402 ккал/м³;

O₂ 0,0692 791,7 = 78,062 ккал/м³;

Рисунок 8

6. Расчет процесса сгорания топлива в атмосфере чистого O2: O2 - 100 об. %; б = 1,3.

N2 из воздуха:

Общее количество воздуха поступившее в топку при сжигании 100 кг топлива заданного состава:

мольных объемов.

Количество воздуха необходимое на сгорание 1 кг (удельный расход):

Определение состава и количества продуктов горения при действительном расходе топлива (табл. 11)

Состав и количество продуктов горения: O₂ - 100 об. %; б = 1,5

Таблица 12

Вещество	Мольные объемы	Молекулярный вес	m, кг	Масс. %	Об. %
CO2	6,401	44	281,644	71,83	60,06
H2O	1,962	18	35,316	9,01	18,41
SO2	0,059	64	3,776	0,96	0,55
N2 (в топливе)	0,046	28	1,288	0,33	0,43
O2возд	2,190	32	70,08	17,87	20,55
?	10,658		392,104	100	100

V_Г = м³/кг.

При сгорании 1 кг топлива заданного состава образуется 2,387 м³ газа.

1 м³ газов имеет вес 1,643 кг.

Таблица 13. Балансовая таблица сжигания топлива O₂ - 100 об. %; б = 1

Приход	m, кг	Расход	m, кг
Топливо	100,0	Продукты сгорания
Воздух	CO2	281,644
О2 = 7,3015321,3	303,742	H2O	35,316
Всего	403,742	SO2	3,776
		N2	1,288
		АР	11,640
		O2	70,080
		Всего без АР	392,104

Определение калориметрической температуры горения топлива в обогащенном воздухе

V_{пр. сг.} = 2,387 м³/кг.

= 28866,74 кДж/кг.

t₁ = 1800

CO₂ 0,7183 1041,48 = 748,095 ккал/м³;

H₂O 0,0901 819,18 = 73,808ккал/м³;

SO₂ 0,0096 1000,80 = 9,608ккал/м³;

N₂ 0,0033 632,16 = 2,086ккал/м³;

O₂ 0,1787 668,88 = 119,529ккал/м³;

t₂ = 2100

CO₂ 0,7183 1238,79 = 889,823 ккал/м³;

H₂O 0,0901 984,68 = 88,720 ккал/м³;

SO₂ 0,0096 1265,00 = 12,144 ккал/м³;

N₂ 0,0033 748,02 = 2,468 ккал/м³;

O₂ 0,1787 791,70 = 141,427 ккал/м³;



Рисунок 9

3. Итоговая таблица. Характеристика различных условий процесса горения топлива

Все полученные результаты сгорания топлива при различных условиях приведены в таблице 14

Таблица 14. Характеристика различных условий процесса горения топлива

Сравнительная таблица
	О2 = 21 об. %	О2 = 30 об. %	О2 = 100 об. %
	б =1	б =1,3	б =1	б =1,3	б =1	б =1,3
Qрнизш.	28866,74(кДж / кг)
СО2, кг	281,644	281,644	281,644	281,644	281,644	281,644
Н2О, кг	35,316	35,316	35,316	35,316	35,316	35,316
SO2, кг	3,776	3,776	3,776	3,776	3,776	3,776
N2, кг	770,448	1001,196	478,324	621,432	1,288	1,288
О2, кг	-	70,080	-	70,080	-	70,080
Vг, м3/кг	8,050	7,350	5,710	7,348	1,897	2,387
, кг/м3	1,355	1,377	1,399	1,336	1,697	1,643
М, кг	1102,830	1392,730	810,688	1012,248	333,648	392,104
tк, °С	2041	2198	2658	2179	5849	5001
tд, °С	1531	1648,5	1994	1634,25	4387	3750,75

Заключение

Целью данного расчета являлось определение расхода воздуха, количества и состава продуктов горения, а также определение калориметрической и действительной температуры горения при разных составах воздуха и значений коэффициента избытка воздуха (б).

Результаты расчета показывают, что обогащение воздуха, расходуемого на горение топлива, кислородом уменьшает расход воздуха, количество продуктов сгорания, а следовательно, увеличивает калориметрическую температуру горения. По расчетам мы видим, что увеличение величины коэффициента избытка воздуха приводит к увеличению количества образующихся продуктов сгорания, что снижает начальную энтальпию и калориметрическую температуру горения.

Исходя из выше сказанного, наиболее предпочтительным вариантом для нас является состав воздуха: O₂ - 30 об. %; N₂ - 70 об. %; коэффициент избытка воздуха б = 1,3. Существует вероятность того, что из-за низкого коэффициента б в процессе будет недостаточно кислорода, поэтому желательно установить б = 1,3.

печь теплогенерация медь топливо

Список используемой литературы

1. Кузьмина М.Ю. Теплотехника: программа и методические указания к выполнению курсового проекта. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. 76с.

2. Гущин. С.Н., Телегин А.С., Лобанов В.И., Корюков В.Н. Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства: Учеб. Для вузов. Москва: Изд-во «Металлургия», 1993. 366 с.

3. Кривандин В.А., Арутюнов В.А., Мастрюков Б.С. и др. Металлургическая теплотехника. В 2-х томах. Т. 1. Теоретические основы: Учеб. Для вузов. Москва: Изд-во «Металлургия», 1986. 426 с.

4. Кривандин В.А., Неведомская И.Н., Кобахидзе В.В. и др. Металлургическая теплотехника. В 2-х томах. Т. 2. Конструкция и работа печей: Учеб. Для вузов. Москва: Изд-во «Металлургия», 1986. 592 с.

5. Кривандин В.А., Миткалинный В.И., Морозов В.А. и др. Металлургическая теплотехника. Атлас: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М. Москва: Изд-во «Металлургия», 1987.

6. Диомидовский Д.А. Металлургические печи цветной металлургии. Москва: Изд-во «Металлургия», 1970. 704 с.

Размещено на Allbest.ru