6. Пример расчета регенератора мартеновской печи

Задание. Произвести тепловой расчёт и определить основные размеры воздушного регенератора

Температура воздуха на входе в насадку	40°C
Средняя температура подогрева воздуха	950°C
Вид топлива	Прир.газ+20% мазута
Максимальная тепловая нагрузка	50МВт
Температура продуктов горения на входе в насадку	1530°C
Средний коэффициент расхода воздуха в регенераторе	1,3
Тип насадки	Каупера
Размер ячейки	120x120
Продолжительность периодов	10 мин
Влагосодержание природного газа	10г/м3

Состав сухого природного газа

CH₄ = 92,8%

C₂H₆ = 2,8%

C₃H₈ = 0,9%

C₄H₁₀ = 0,4%

C₅H₁₂ = 0,1%

N₂ = 2,5%

CO₂ = 0,5%

Состав мазута

W^р = 3%

A^р = 0,1%

S^р = 0,6%

C^р = 84,6%

H^р = 11,0%

N^р = 0,4%

O^р = 0,3%

6.1. Расчёт горения топлива

1. Расчёт горения природного газа

Проводим пересчет сухого газа на влажный с учетом влагосодержания природного газа d_г=10 г/м³.

Состав влажного газа:

CH₄ = 92,8%0,98=91,66%

C₂H₆ = 2,8%0,98=2,74%

C₃H₈ = 0,9%0,98=0,81%

C₄H₁₀ = 0,4%0,98=0,39%

C₅H₁₂ = 0,1%0,98=0,098%

N₂ = 2,5%0,98=2,45%

CO₂ = 0,5%0,98=0,49%

Принимаем величину коэффициента расхода воздуха

Расход кислорода на горение

ТТеоретический расход воздуха

Действительный расход воздуха

Объём отдельных составляющих продуктов сгорания

Общее количество продуктов сгорания (дыма)

Состав продуктов сгорания :

Теплота сгорания газа:

Плотность природного газа:

6.1.2. Расчёт горения мазута

Принимаем величину коэффициента расхода воздуха . Мазут распыливается паром, расход которого составляет мазута.

Расход кислорода на горение:

Теоретический расход воздуха:

Действительный расход воздуха:

Объёмы отдельных составляющих продуктов сгорания:

Суммарный объём продуктов сгорания:

Состав продуктов сгорания в процентах:

Теплота сгорания мазута:

3. Расчёт горения смеси

Суммарный расход воздуха:

Объёмы компонентов продуктов сгорания находим следующим образом:

Суммируя объёмы отдельных компонентов продуктов сгорания, получим суммарный объём продуктов сгорания газомазутной смеси:

Состав продуктов сгорания в процентах:

Плотность продуктов сгорания:

Теплота сгорания газомазутной смеси:

Найдём энтальпию продуктов сгорания при температуре (Приложение 1)

Поскольку , принимаем . Тогда:

Найдём калориметрическую температуру горения газомазутной смеси:

Действительная температура горения ( ):

,

где - пирометрический коэффициент (0,75),

- калориметрическая температура,

6.2. Расчёт насадки регенератора

Энтальпия воздуха на входе в насадку:

Конечная температура воздуха:

Энтальпия воздуха на выходе:

Количество воздуха, проходящего через насадку:

Тепло, затраченное на нагрев воздуха:

Среднелогарифмическая разность температур:

Тогда:

Скорость дымовых газов в мартеновской печи принимаем равной 1м/с, тогда скорость воздуха равна:

Энтальпия дымовых газов при :

Энтальпия дымовых газов при :

Расход дымовых газов:

Средние температуры верха и низа насадки в дымовом и воздушном периоде и за весь цикл:

Скорости дыма и воздуха при заданных температурах:

Таблица 5.

Определение коэффициентов теплоотдачи

Наименование, обозначение единицы измерения величины	Расчётная формула и источник	Верх камеры		Низ камеры
		дым	воздух	дым	воздух
Средние за период температуры дыма и воздуха, °C	см. в тексте	1322,5	737,5	907,5	272,5
Коэффициент теплопроводности дыма и воздуха , Вт/(м·град)	Приложение 2	13,70	6,88	10,09	4,42
Кинематическая вязкость дыма и воздуха , м2/с	» » »	252,2	122,5	154,1	44,6
Определяющий размер канала, м.	см. в тексте	0,12	0,12	0,12	0,12
Действительная скорость воздуха и дыма, м/с		5,84	5,87	4,32	3,15
Re		2778,7	5750	3360	8475
Nu		26,4	24,4	30,8	33,3
Коэффициент теплоотдачи конвекцией , Вт/(м2·град)		30,14	14,00	25,90	12,26
Коэффициент расхода воздуха	см. в тексте	1,3		1,3
Состав продуктов сгорания, %:	» » »
CO2		9,15		9,15
H2O		15,33		15,33
Эффективная длина луча , м.		0,108		0,108
	[3, рис.100-103, с.358-361]	0,22		0,23
		0,95		0,95

Продолжение таблицы 5

Наименование, обозначение единицы измерения величины	Расчётная формула и источник	Верх камеры		Низ камеры
		дым	воздух	дым	воздух
Коэффициент теплоотдачи излучением , Вт/(м2·град)	[ рис.7]	32		19
, Вт/(м2·град)		62,14	14,00	44,90	12,26

Поверхность нагрева насадки:

Объём кирпича насадки:

Живое сечение насадки:

Таблица 6.

Температура кирпича, физические величины материала и коэффициент аккумуляции тепла для верхней и нижней половины регенеративной насадки.

Наименование величин	Расчётная формула	Верх камеры (форстерит)	Низ камеры (шамот)
Средняя температура кирпича насадки, °C	См. в тексте	1030	590
Объёмная плотность , кг/м3		2525	2025
Коэффициент теплопроводности , Вт/(м·град)	Приложение 2	1,59	1,13
Теплоёмкость , кДж/(кг·град)	» » »	1,32	1,12
Коэффициент температуропроводности , м2/ч		0,00172	0,00180
Эквивалентная толщина кирпича (при )		0,03	0,03
		0,646	0,666
Коэффициент аккумуляции тепла		0,324	0,333

При расчёте коэффициента аккумуляции тепла в случае полутолщины кирпича оказалось , т.е. в этом случае целесообразно было бы уменьшить толщину кирпича. Однако дальнейшее уменьшение толщины кирпича для данной насадки нецелесообразно из-за возможного ухудшения её стойкости.

Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху ( ) равен:

где и - коэффициенты теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке и от стенки воздуху, Вт/(м²·град);

и - длительность дымового и воздушного периодов, ч.;

- коэффициент, корректирующий внутреннее тепловое сопротивление насадки при реальных циклических условиях её работы;

- эффективная полутолщина кирпича, м.;

- коэффициент теплопроводности материала кирпича, Вт/(м·град);

- объёмная плотность кирпича насадки, кг/м³;

- теплоёмкость кирпича насадки, кДж/(кг·град);

- коэффициент гистерезиса температуры насадки средней по массе в дымовой и воздушный периоды.

Принимаем , . Тогда:

В среднем (для насадки в целом):

Плотность нагрева насадки:

Объём насадки:

Площадь горизонтального сечения насадки в свету:

Общая площадь горизонтального сечения насадки:

Высота насадки: