1.5.Розрахунок секційної печі для нагріву трубної заготівки.

1.5.1. Розрахунок горіння палива

Секційна піч працює на природному газі. Розрахунок горіння палива ведемо за методикою Б.І. Китаєва [1], звідки природний газ має такий склад: СН4 = 95,82%; С2Н8 == 2,04%; С3Н8 = 1,02%; С4Н10 = 0,41%; С02 = 0,2%; N2 = 0,51%; вміст вологи в сухому газі gсгН2О = 15,55 г /, і3.

 Обчислюємо теоретичну і балансову температури горіння за умови, що температури підігріву газу та повітря дорівнюють 350 ° С. Газ спалюється в гпальниках з частковим попереднім перемішуванням, тому коефіцієнт витрати повітря а = 1,1, а величина хімічного недопалу = 2%. Склад вологого газу.При g^сгН₂О = 15,55г/м³ вміст водяної пари в газі:

H₂O= = =1.9% (1.1)

При H₂O = 1,9% отримаємо, що

СН₄^вг= СН₄^{вг =95,82 =94%} (1.2)

Після перерахунку складу вологого газу: СН₄= 0,4%; СО_а= 0,2%; Н₂ = 0,5%; Н₂0 = 1,9%.

Витрата кисню на горіння:

Vo₂=0,01(m+ ) H_n=0,01(2CH₄+3,5C₂H₆+5C₃H₈+6,5C₄H₁₀)=0,01(2*94+3,5*2+5*1+6,5*0,4)=2,026 м³/м³ (1.3)

Теоретичний витрата повітря:

L₀(1+Ʀ)Vo₂= 4,76-2,026 = 9,65 м³/м³ (1.4)

Дійсна витрата повітря:

L_а = аL₀ = 1,1-9,65 = 10,62 м³/м³ (1.5)

Обсяги окремих складових продуктів згоряння, газу:

V =0,01(С0₂ + H_n) =0,01 (С0₂ + СН₄ + 2С₂Н_в + ЗС₃Н₈ + 4С₄H = = 0,01 (0,2+ 94+ 2*2+ +3*1+4*0,4) =2,019; (1.6)

V O=0,01( H_n+H₂O)= 0,01 (2СН₄ + ЗС₂Н₆ + 4С₃Н₈ + 5С₄Н₁₀ + 1,9) =

= 0,01 (2*94 + 3*2 + 4*1 + +5*0,4 + 1,9) = 2,019; (1.7)

V = 0,01N₂ + aƦ Vo₂= 0,005 + 1,1-3,76-2,026 = 8,385;

V0₂ = (а — 1) Vo₂ =0,1-2,026 =0,203. (1.8)

Загальна кількість продуктів згоряння (диму):

V_a=V_С02 + V_Н20 +V_Nг + V_O2 = 1,028 + 2,019 + 8,385 + 0,203 = 11,635 м³/м³. (1.9)

Внаслідок хімічного недожога розрахований обсяг продуктів згоряння та їх склад будуть дещо відрізнятися від фактичного. При відносно невеликій величині недопалу цією різницею можна знехтувати. Склад продуктів згоряння (диму):

CO₂= *100= *100= 8,83%; H₂O= =17,32%

N₂= *100=72,10% O₂=1,75%

Щільність продуктів згоряння:

ρ_н= = =1,23 кг/м³ (1.10)

Теплота згоряння газу:

Q^p_н= 358СН₄ + 636С₂Н₂ + 913С₃Н₈ + 1185С₄Н₁₀= 358*94 + 636*2 + 913*1 + 1185*0,4 =36328 кДж/м³. (1.11)

Визначимо Lа і Vа за спрощеними формулами. Для природного газу, що має

Q^p_н>36328 кДж/м³, ₁= 1,105; S₁ = 0,38; S₂ = 0,075 .Тоді:

L₀ = 0,001105-8630 = 9,49 м³/м³; (1.12)

L_а = аL₀ = 1,1-9,49 = 10,45 м³/м³; (1.13)

ΔV = 0,38+ 0,075-8,63 = 1,03 м³/м³; (1.14)

Vа = L_а + ΔV = 10,45 + 1,03 = 11,48 м³/м³. (1.15)

Хімічна ентальпія продуктів згоряння:

а) без урахування хімічного недожога

i_x= = =3120 кДж/м³ (1.16)

б) з урахуванням хімічного недожога

i_x= = =3060 кДж/м³ (1.17)

Ентальпію підігрітих газу та повітря можна також обчислити за допомогою таблиць [3, c.429 і 430]. При 300 ° С ентальпія повітря дорівнює 94,38 ккал/м3.

Середня теплоємність газу:

С = 0,01 [0,4505СН₄ + 0,596 (С₂Н₆ + С₃Н₈ + С₄Н₁₀) + 0,4449С0₂+ +0,3121N₂ + 0,3864Н₂0] =0,01 [0,4505*94 + 0,596*3,4 + +0,4449*0,2 + 0,3121 *0,5 + 0,3864*1,9] = 1,9 кДж/м³ (1.18)

Ентальпія продуктів згоряння без урахування хімічного недопалу:

i_общ = i_х+ 136 4,187 + 94,38 4,187=3120+136 *4,187++94,38 *4,187=3120+49+362=3531 кДж/м³

Загальна ентальпія з урахуванням хімічного недопалу:

i^б_общ=3060+49+362=3471кДж/м³ (1.19)

Вміст повітря в продуктах згоряння:

V_L= = =8,4% (1.20)

Тоді t^T_a = 2025⁰ С и t^б_a = 2090^о С