Расчет установки утилизации теплоты отходящих газов технологической печи (стр. 2 из 5)
где ρв = 1,293 – плотность воздуха при нормальных условиях,
м3/кг.Найдем количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:
если известен элементарный состав топлива, то массовый состав дымовых газов в расчете на 1 кг топлива при полном его сгорании может быть определен на основании следующих уравнений:
кг/кг; 
кг/кг; 
кг/кг; 
кг/кг,где mCO2, mH2O, mN2, mO2 - масса соответствующих газов, кг.
Суммарное количество продуктов горения:
mп. с = mCO2 + mH2O + mN2 + mO2,
mп. с = 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 кг/кг.
Проверяем полученную величину:
где Wф - удельный расход форсуночного пара при сжигании жидкого топлива, кг/кг (для газового топлива Wф = 0),
кг/кг.Поскольку топливо – газ, содержанием влаги в воздухе пренебрегаем, и количество водяного пара не учитываем.
Найдем объем продуктов сгорания при нормальных условиях, образовавшихся при сгорании 1 кг топлива:
где mi — масса соответствующего газа, образующегося при сгорании 1 кг топлива;
ρi - плотность данного газа при нормальных условиях, кг/м3;
Мi- молярная масса данного газа, кг/кмоль;
22,4 - молярный объем, м3/кмоль,
м3/кг; 
м3/кг; 
м3/кг; 
м3/кг.Суммарный объем продуктов сгорания (н. у.) при фактическом расходе воздуха:
V = VCO2 + VH2O + VN2 + VO2,
V = 1,38 + 2,75+ 13,06 + 0,70 = 17,89 м3/кг.
Плотность продуктов сгорания (н. у.):
кг/м3.Найдем теплоемкость и энтальпию продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от 100 °С (373 К) до 1500 °С (1773 К), используя данные табл. 2.
Средние удельные теплоемкости газов ср, кДж/(кг∙К) Таблица 2
| t, °С | O2 | N2 | CO2 | H2O | Воздух |
| 0 | 0,9148 | 1,0392 | 0,8148 | 1,8594 | 1,0036 |
| 100 | 0,9232 | 1,0404 | 0,8658 | 1,8728 | 1,0061 |
| 200 | 0,9353 | 1,0434 | 0,9102 | 1,8937 | 1,0115 |
| 300 | 0,9500 | 1,0488 | 0,9487 | 1,9292 | 1,0191 |
| 400 | 0,9651 | 1,0567 | 0,9877 | 1,9477 | 1,0283 |
| 500 | 0,9793 | 1,0660 | 1,0128 | 1,9778 | 1,0387 |
| 600 | 0,9927 | 1,0760 | 1,0396 | 2,0092 | 1,0496 |
| 700 | 1,0048 | 1,0869 | 1,0639 | 2,0419 | 1,0605 |
| 800 | 1,0157 | 1,0974 | 1,0852 | 2,0754 | 1,0710 |
| 1000 | 1,0305 | 1,1159 | 1,1225 | 2,1436 | 1,0807 |
| 1500 | 1,0990 | 1,1911 | 1,1895 | 2,4422 | 1,0903 |
Энтальпия дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива:
где сCO2, сH2O, сN2, сО2 - средние удельные теплоемкости при постоянном давлении соответствующих газон при температуре t, кДж/(кг · К);
сt- средняя теплоемкость дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива при температуре t, кДж/(кг К);
при 100 °С:
кДж/(кг∙К);
кДж/кг;при 200 °С:
кДж/(кг∙К); 
кДж/кг;при 300 °С:
кДж/(кг∙К); 
кДж/кг;при 400 °С:
кДж/(кг∙К); 
кДж/кг;при 500 °С:
кДж/(кг∙К); 
кДж/кг;при 600 °С:
кДж/(кг∙К); 
кДж/кг;при 700 °С:
кДж/(кг∙К); 
кДж/кг;при 800 °С:
кДж/(кг∙К); 
кДж/кг;при 1000 °С:
кДж/(кг∙К); 
кДж/кг;при 1500 °С:
кДж/(кг∙К); 
кДж/кг.Результаты расчетов сводим в табл. 3.
Энтальпия продуктов сгорания Таблица 3
| Температура | Теплоемкость продуктов сгорания сt, кДж/(кг∙К) | Энтальпия продуктов сгорания Ht, кДж/кг | |
| °С | К | ||
| 100 200 300 400 500 600 700 800 1000 1500 | 373 473 573 673 773 873 973 1073 1273 1773 | 24,398 24,626 24,912 25,202 25,503 25,821 26,151 26,465 27,032 29,171 | 2439,8 4925,3 7473,6 10080,8 12751,7 15492,4 18305,6 21171,8 27032,0 43756,5 |
По данным табл. 3 строим график зависимости Ht = f(t) (рис. 1) см. Приложение.
2.2 Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива
Тепловой поток, воспринятый водяным паром в печи (полезная тепловая нагрузка):
где G - количество перегреваемого водяного пара в единицу времени, кг/с;
Hвп1 и Нвп2 - энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно, кДж/кг;
Вт.Принимаем температуру уходящих дымовых газов равной 320 °С (593 К). Потери тепла излучением в окружающую среду составят 10 %, причем 9 % из них теряется в радиантной камере, а 1 % - в конвекционной. КПД топки ηт = 0,95.
Потерями тепла от химического недожога, а также количеством теплоты поступающего топлива и воздуха пренебрегаем.
Определим КПД печи:
где Нух - энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь, tух; температура уходящих дымовых газов принимается обычно на 100 - 150 °С выше начальной температуры сырья на входе в печь; qпот - потери тепла излучением в окружающую среду, % или доли от Qпол;
Расход топлива, кг/с:
кг/с. 2.3 Расчет радиантной камеры и камеры конвекции
Задаемся температурой дымовых газов на перевале: tп = 750 - 850 °С, принимаем
tп = 800 °С (1073 К). Энтальпия продуктов сгорания при температуре на перевале
Hп = 21171,8 кДж/кг.
Тепловой поток, воспринятый водяным паром в радиантных трубах:
где Нп - энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов па перевале, кДж/кг;
ηт - коэффициент полезного действия топки; рекомендуется принимать его равным 0,95 - 0,98;
Вт.Тепловой поток, воспринятый водяным паром в конвекционных трубах:
