Задание1. Расчёт горения топлива Для расчёта горения топлива необходимо

Задача по предмету «Энергетика»
Информация о работе
  • Тема: Задание1. Расчёт горения топлива Для расчёта горения топлива необходимо
  • Количество скачиваний: 4
  • Тип: Задача
  • Предмет: Энергетика
  • Количество страниц: 21
  • Язык работы: Русский язык
  • Дата загрузки: 2014-05-05 16:54:53
  • Размер файла: 226.89 кб
Помогла работа? Поделись ссылкой
Ссылка на страницу (выберите нужный вариант)
  • Задание1. Расчёт горения топлива Для расчёта горения топлива необходимо [Электронный ресурс]. – URL: https://www.sesiya.ru/zadacha/energetika/zadanie1-raschyot-goreniya-topliva-dlya-raschyota-goreniya-topliva-neobhodimo/ (дата обращения: 08.03.2021).
  • Задание1. Расчёт горения топлива Для расчёта горения топлива необходимо // https://www.sesiya.ru/zadacha/energetika/zadanie1-raschyot-goreniya-topliva-dlya-raschyota-goreniya-topliva-neobhodimo/.
Есть ненужная работа?

Добавь её на сайт, помоги студентам и школьникам выполнять работы самостоятельно

добавить работу
Обратиться за помощью в подготовке работы

Заполнение формы не обязывает Вас к заказу

Информация о документе

Документ предоставляется как есть, мы не несем ответственности, за правильность представленной в нём информации. Используя информацию для подготовки своей работы необходимо помнить, что текст работы может быть устаревшим, работа может не пройти проверку на заимствования.

Если Вы являетесь автором текста представленного на данной странице и не хотите чтобы он был размешён на нашем сайте напишите об этом перейдя по ссылке: «Правообладателям»

Можно ли скачать документ с работой

Да, скачать документ можно бесплатно, без регистрации перейдя по ссылке:

Задание1. Расчёт горения топлива
Для расчёта горения топлива необходимо:
1.Выполнить аналитический расчёт полного горения топлива с составлением материального баланса, а также рассчитать калориметрическую и действительную температуры горения топлива при следующих условиях:
а)коэффициент расхода топлива α = 1; температура подогрева воздуха и топлива равны нулю; т.е.tB = 0 и tm = 0; для горения подаётся необогащённый кислородом воздух(Ск = 21%);
б) α = 1,5; tB = 3500C; tm = 0; воздух необогащённый(СК = 21%);
в) α = 1,5; tB = 3500C; tm = 0; СК = 30%.
Во всех вариантах недожог отсутствует.
2.Составить сравнительную таблицу расчётов.
3.Сделать выводы о влияниях различных факторов(α; tB; tm; СК) на температуру горения топлива.
Состав топлива: Сг = 72%; Нг = 5,1%; Sr = 1,8%; Nr = 1,7%; Or = 19,4%; Wp = 18%; Ac = 23,5%.
Решение:
Произведём пересчёт массы топлива на рабочую.
Коэффициент пересчёта с сухой массы на рабочую:
k = (100 – Wp)/100 = (100 – 18)/100 = 0,82
тогда зольность топлива будет равна
Ap = 0,82Ac = 0,82*23,5 = 19,27%.
Коэффициент пересчёта с горючей массы на рабочую:
k = [100 – (Ap + Wp)]/100 = [100 – (19,27 + 18)]/100 = 0,627
получаем состав рабочей массы топлива:
Сp = Сг*k = 72*0,627 = 45,15%;
Нp = Нг *k = 5,1*0,627 = 3,20%;
Sp = Sr*k = 1,8*0,627 = 1,13%;
Np = Nr *k = 1,7*0,627 = 1,07%;
Op = Or*k = 19,4*0,627 = 12,18%;
Cp + Hp + Sp + Np + Op + Ap + Wp = 100%.
При известном элементарном составе жидкого и твёрдого топлива низшую теплоту сгорания (кДж/кг) определяют по эмпирической формуле, предложенной Д.И.Менделеевым:
Q pн = 339С р + 1030Н р – 109(О р – S р) – 25W р, кДж/кг,
где С р, Н р,О р, S р, W р, – процентное содержание компонентов в рабочей массе топлива.
Q pн = 339*45,15 + 1030*3,2 – 109(12,18 – 1,13) – 25*18 = 16948кДж/кг.
Теоретический расход кислорода, необходимый для сгорания топлива:
VOтеор = 0,01[1,867CP + 5,6HP + 0,7(SP - OP) = 0,01[1,867*45,15 + 5,6*3,2 + 0,7*(1,13 – 12,18) = 0,95 м3/кг.
а)коэффициент расхода топлива α = 1; температура подогрева воздуха и топлива равны нулю; т.е.tB = 0 и tm = 0; для горения подаётся необогащённый кислородом воздух(Ск = 21%)
Теоретический расход воздуха на горение:
L0 = VOтеор/nO2 = 0,95/0,21 = 4,52 м3/кг.
Объём продуктов сгорания:
V0 CO2 = 0,01*1,875Cp = 0,01*1,875*45,15 = 0,85м3/кг
V0 H2O = 0,01(11,2Hp + 1,24Wp) = 0,01(11,2*3,2 + 1,24*18) = 0,58м3/кг
V0 SO2 = 0,01*0,7*Sp = 0,01*0,7*1,13 = 0,01м3/кг
V0 N2 = 0,01*0,8*Np + (1 – nO2)*L0 = 0,01*0,8*1,07 + (1 – 0,21)*4,52 = 3,58 м3/кг
Общий объём продуктов сгорания:
V0 = V0 CO2 + V0 H2O + V0 SO2 + V0 N2 = 0,85 + 0,58 + 0,01 + 3,58 = 5,02 м3/кг
Состав продуктов сгорания:
CO2 = V0 CO2*100/V0 = 0,85*100/5,02 = 16,93%;
H2O = V0 H2O*100/V0 = 0,58*100/5,02 = 11,55%;
SO2 =V0 SO2*100/V0 = 0,01*100/5,02 = 0,20%;
N2 =V0 N2*100/V0 = 3,58*100/5,02 = 71,32%.
Плотность продуктов сгорания:
ρпс = (µСО2*СО2 + µН2О*H2O + µSО2*SО2 + µN2*N2)/(22,4*100)
ρпс = (44*16,93 + 18*11,55 + 64*0,20 + 28*71,32)/(22,4*100) = 1,322 кг/м3
Материальный баланс горения топлива
Статьи прихода Масса, кг % Статьи расхода Масса, кг %
Топливо 1 14,6 Продукты сгорания 5,02*1,322 =6,6364 97
Воздух 5,83 85,4 Зола топлива 0,1927 3
ИТОГО: 6,83 100 6,8291 100
Определение калориметрической и действительной температур горения топлива.
Калориметрическая энтальпия продуктов сгорания:
i0 = QHP/V0 = 16948/5,02 = 3376 кДж/м3
Задаёмся t1 = 20000C, при этой температуре вычисляем энтальпию продуктов сгорания:
i1 = 0,01(iCO2*%CO2 + iH2O*%H2O + iSO2*%SO2 + iN2*%N2)
i1 = 0,01(4910*16,93 + 3889*11,55+ 4932*0,20 + 2970*71,32) = 3408 кДж/м3
Так как i1 > i0, принимаем t2 = t1 – 100 = 19000C и при этой температуре вычисляем энтальпию продуктов сгорания:
i2 = 0,01(iCO2*%CO2 + iH2O*%H2O + iSO2*%SO2 + iN2*%N2)
i2 = 0,01(4585*16,93 + 3656*11,55+ 4651*0,20 + 2819*71,32) = 3218 кДж/м3
Так как i2 < i0, расчёт заканчиваем. Тогда искомая температура равна:
tK = 2000 – (3408 – 3376)/(3376 – 3218) = 19990C.
Действительная температура горения:
t = 0,75* tK = 0,75*1999 = 14990С.
б) α = 1,5; tB = 3500C; tm = 0; воздух необогащённый(СК = 21%)
Теоретический расход воздуха на горение:
L0 = VOтеор/nO2 = 0,95/0,21 = 4,52 м3/кг.
Действительный расход воздуха на горение:
Lα = α*L0 = 1,5*4,52 = 6,78 м3/кг.
Объём продуктов сгорания:
V CO2 = 0,01*1,875Cp = 0,01*1,875*45,15 = 0,85м3/кг
V H2O = 0,01(11,2Hp + 1,24Wp) = 0,01(11,2*3,2 + 1,24*18) = 0,58м3/кг
V SO2 = 0,01*0,7*Sp = 0,01*0,7*1,13 = 0,01м3/кг
V N2 = 0,01*0,8*Np + (1 – nO2)*Lα = 0,01*0,8*1,07 + (1 – 0,21)*6,78 = 5,37 м3/кг
VO2изб = nO2(α – 1)L0 = 0,21(1,5 – 1)*4,52 = 0,48 м3/кг
Общий объём продуктов сгорания:
V = VCO2 + VH2O + VSO2 + VN2 + VO2изб = 0,85 + 0,58 + 0,01 + 5,37 + 0,48 = 7,29 м3/кг
Состав продуктов сгорания:
CO2 = VCO2*100/V = 0,85*100/7,29 = 11,66%;
H2O = VH2O*100/V = 0,58*100/7,29 = 7,96%;
SO2 =VSO2*100/V = 0,01*100/7,29 = 0,14%;
N2 =VN2*100/V = 5,37*100/7,29 = 73,66%;
O2 = VO2изб*100/V = 0,48*100/7,29 = 6,58%.
Плотность продуктов сгорания:
ρпс = (µСО2*СО2 + µН2О*H2O + µSО2*SО2 + µN2*N2+ µO2*O2)/(22,4*100)
ρпс = (44*11,66 + 18*7,96 + 64*0,14 + 28*73,66 + 32*6,58)/(22,4*100) = 1,312 кг/м3
Материальный баланс горения топлива
Статьи прихода Масса, кг % Статьи расхода Масса, кг %
Топливо 1 10,3 Продукты сгорания 7,29*1,312 =9,5645 98
Воздух 8,75 89,7 Зола топлива 0,1927 2
ИТОГО: 9,75 100 9,7572 100
Определение калориметрической и действительной температур горения топлива.
Калориметрическая энтальпия продуктов сгорания:
i0 = (QHP + Qв)/V = (QHP + Св*tв*Lα)/V = (16948 + 1,32*350*6,78)/7,29 = 2755 кДж/м3
Задаёмся t1 = 20000C, при этой температуре вычисляем энтальпию продуктов сгорания:
i1 = 0,01(iCO2*%CO2 + iH2O*%H2O + iSO2*%SO2 + iN2*%N2+ iO2*%O2)
i1 = 0,01(4910*11,66 + 3889*7,96+ 4932*0,14 + 2970*73,66 + 3142*6,58) = 3284 кДж/м3
Так как i1 > i0, принимаем t2 = t1 – 100 = 19000C и при этой температуре вычисляем энтальпию продуктов сгорания:
i2 = 0,01(iCO2*%CO2 + iH2O*%H2O + iSO2*%SO2 + iN2*%N2+ iO2*%O2)
i2 = 0,01(4585*11,66 + 3656*7,96+ 4651*0,14 + 2819*73,66 + 2975*6,58) = 3093 кДж/м3
Так как i2 > i0, принимаем t3 = t2 – 100 = 18000C и при этой температуре вычисляем энтальпию продуктов сгорания:
i3 = 0,01(iCO2*%CO2 + iH2O*%H2O + iSO2*%SO2 + iN2*%N2+ iO2*%O2)
i3 = 0,01(4317*11,66 + 3430*7,96+ 4263*0,14 + 2660*73,66 + 2802*6,58) = 2926 кДж/м3
Так как i3 > i0, принимаем t4 = t3 – 100 = 17000C и при этой температуре вычисляем энтальпию продуктов сгорания:
i4 = 0,01(iCO2*%CO2 + iH2O*%H2O + iSO2*%SO2 + iN2*%N2+ iO2*%O2)
i4 = 0,01(4050*11,66 + 3205*7,96+ 4005*0,14 + 2497*73,66 + 2630*6,58) = 2745 кДж/м3
Так как i4 < i0, расчёт заканчиваем. Тогда искомая температура равна:
tK = 1800 – (2926 – 2755)/(2755 – 2745) = 17830C.
Действительная температура горения:
t = 0,75* tK = 0,75*1783 = 13370С.
в) α = 1,5; tB = 3500C; tm = 0; СК = 30%.
Теоретический расход воздуха на горение:
L0 = VOтеор/nO2 = 0,95/0,30 = 3,17 м3/кг.
Действительный расход воздуха на горение:
Lα = α*L0 = 1,5*3,17 = 4,76 м3/кг.
Объём продуктов сгорания:
V CO2 = 0,01*1,875Cp = 0,01*1,875*45,15 = 0,85м3/кг
V H2O = 0,01(11,2Hp + 1,24Wp) = 0,01(11,2*3,2 + 1,24*18) = 0,58м3/кг
V SO2 = 0,01*0,7*Sp = 0,01*0,7*1,13 = 0,01м3/кг
V N2 = 0,01*0,8*Np + (1 – nO2)*Lα = 0,01*0,8*1,07 + (1 – 0,30)*4,76 = 3,34 м3/кг
VO2изб = nO2(α – 1)L0 = 0,30(1,5 – 1)*3,17 = 0,48 м3/кг
Общий объём продуктов сгорания:
V = VCO2 + VH2O + VSO2 + VN2 + VO2изб = 0,85 + 0,58 + 0,01 + 3,34 + 0,48 = 5,26 м3/кг
Состав продуктов сгорания:
CO2 = VCO2*100/V = 0,85*100/5,26 = 16,16%;
H2O = VH2O*100/V = 0,58*100/5,26 = 11,03%;
SO2 =VSO2*100/V = 0,01*100/5,26 = 0,19%;
N2 =VN2*100/V = 3,34*100/5,26 = 63,49%;
O2 = VO2изб*100/V = 0,48*100/5,26 = 9,13%.
Плотность продуктов сгорания:
ρпс = (µСО2*СО2 + µН2О*H2O + µSО2*SО2 + µN2*N2+ µO2*O2)/(22,4*100)
ρпс = (44*16,16 + 18*11,03 + 64*0,19 + 28*63,49 + 32*9,13)/(22,4*100) = 1,32кг/м3


Материальный баланс горения топлива
Статьи прихода Масса, кг % Статьи расхода Масса, кг %
Топливо 1 14 Продукты сгорания 5,26*1,32 =6,9474 97,3
Воздух 6,14 86 Зола топлива 0,1927 2,7
ИТОГО: 7,14 100 7,1401 100
Определение калориметрической и действительной температур горения топлива.
Калориметрическая энтальпия продуктов сгорания:
i0 = (QHP + Qв)/V = (QHP + Св*tв*Lα)/V = (16948 + 1,32*350*4,76)/5,26 = 3640 кДж/м3
Задаёмся t1 = 20000C, при этой температуре вычисляем энтальпию продуктов сгорания:
i1 = 0,01(iCO2*%CO2 + iH2O*%H2O + iSO2*%SO2 + iN2*%N2+ iO2*%O2)
i1 = 0,01(4910*16,16 + 3889*11,03 + 4932*0,19 + 2970*63,49 + 3142*9,13) = 3404 кДж/м3
Так как i1 < i0, принимаем t2 = t1 + 100 = 21000C и при этой температуре вычисляем энтальпию продуктов сгорания:
i2 = 0,01(iCO2*%CO2 + iH2O*%H2O + iSO2*%SO2 + iN2*%N2+ iO2*%O2)
i2 = 0,01(5125*16,16 + 4128*11,03 + 5025*0,19 + 3143*63,49 + 3315*9,13) = 3591 кДж/м3
Так как i2 < i0, принимаем t3 = t2 + 100 = 22000C и при этой температуре вычисляем энтальпию продуктов сгорания:
i3 = 0,01(iCO2*%CO2 + iH2O*%H2O + iSO2*%SO2 + iN2*%N2+ iO2*%O2)
i3 = 0,01(5397*16,16 + 4363*11,03 + 5284*0,19 + 3309*63,49 + 3486*9,13) = 3783 кДж/м3
Так как i3 > i0, расчёт заканчиваем. Тогда искомая температура равна:
tK = 2100 – (3783 – 3640)/(3640 – 3591) = 20970C.
Действительная температура горения:
t = 0,75* tK = 0,75*2097 = 15730С.
Результаты расчётов сводим в таблицу.
Показатели Размерность Варианты расчёта
а б в
Теоретический расход воздуха L0 м3/кг 4,52 4,52 3,17
Объём продуктов сгорания V0 м3/кг 5,02 - -
Действительный расход воздуха Lα м3/кг 4,52 6,78 4,76
Действительный объём продуктов сгорания Vα м3/кг 5,02 7,29 5,26
Теплосодержание: кДж/м3
-химическое ix кДж/м3 3376 2325 3222
-физическое тепло топлива ir кДж/м3 - - -
-физическое тепло воздуха iB кДж/м3 - 430 418
Температура горения: 0С
-калориметрическая tK 0С 1999 1783 2097
-действительная tд 0С 1499 1337 1573
Как показали расчёты, с увеличением коэффициента расхода воздуха температура горения уменьшается; с введением подогрева воздуха температура горения увеличивается; с введение обогащения воздуха кислородом температура горения возрастает.
Задание2. Расчёт дымовой трубы и подбор вентилятора
В рекуперативной пламенной печи сжигается газообразное топливо в количестве В = м3/с. с теплотой сгорания QHP = кДж/м3, с коэффициентом расхода топлива α = 1,1. Коэффициент расхода топлива вследствие подсоса на пути вертикальным каналам и борову, а также температура продуктов горения изменяются в указанных пределах.
Bоздух, поступающий для горения. подогревается в игольчатом рекуператоре, имеющий трубы соответствующего типа, длиной L = мм, с чистотой секций (ходов по пути воздуха) m = 2, количество труб в направлении потока продуктов горения n =10 , в сечении, перпендикулярном потоку дымовых газов S= 4. Рекуператор расположен в борове так, как показано на схеме, включая сечение ВВ. Давление в газовой горелке 600 Н/м2.

Требуется:
1)определить сумму всех сопротивлений на пути движения продуктов горения, высоту и диаметры кирпичной трубы;
2)Найти размеры поперечного сечения воздухопровода, рассчитав сопротивление воздуха от вентилятора до газовой горелки и подобрать вентилятор для подачи воздуха.
В условие даётся ссылка на схему, но вместо неё у вас приведён рисунок рекуператора.
Задание3. Расчёты по теплотехнике
Задача 1. Плоская печная стенка состоит их слоя шамота толщиной S1= 0,23м и теплоизоляционного слоя толщиной S2 = 0,23м. Коэффициенты теплопроводности равны: первого – λ1= 1Вт/(м*град), второго – λ2=0,09Вт/(м*град). Температура горения продуктов, омывающих внутреннюю поверхность стенки – t’ = 8500C, температура воздуха в цехе, омывающего наружную поверхность стенки - t’’ = 150C. Коэффициенты теплоотдачи к внутренней поверхности α1 = 100Вт/(м2*град), от наружной стенки к воздуху α2 = 12Вт/(м2*град). Площадь стенки F = 12м2
Необходимо:
1)определить общее тепловое сопротивление от дыма к воздуху;
2)общий коэффициент теплопередачи К, плотность теплового потока q и тепловой поток Q, теряемые в единицу времени при трёх вариантах;
3)найти температуры на стыке слоёв t1, t2, t3 для I, II и III вариантов;
4)определить снижение потерь тепла во II и III вариантах по сравнению с I(в процентах); потери в I варианте принимаются за 100%;
5)результаты расчётов представить в таблице и сделать выводы о роли тепловой изоляции для снижения потерь тепла через кладку.

Решение:
Частные тепловые сопротивления:
-дымовых газов r1 = 1/α1 = 1/100 = 0,001 м2*град/Вт;
-шамотного слоя r2 = S1/λ1 = 0,23/1 = 0,23 м2*град/Вт;
-теплоизоляционного слоя r3 = S2/λ2 = 0,23/0,09 = 2,56 м2*град/Вт;
-воздуха r4 = 1/α2 = 1/12 = 0,083 м2*град/Вт.
I вариант – без теплоизоляции.
Общее тепловое сопротивление от дыма к воздуху:
R= r1 + r2 + r4 = 0,001 + 0,23 + 0,083 = 0,314 м2*град/Вт.
Коэффициент теплопередачи К, плотность теплового потока q и тепловой поток Q, теряемые в единицу времени:
К = 1/R = 1/0,314 = 3,185 Вт/(м2град);
q = K*(t’ – t’’) = 3,185(850 – 15) = 2659 Вт/м2;
Q = q*F = 2659*12 = 31908 Вт.
Температуры на стыке слоёв:
t1 = t’ – q*r1 = 850 – 2659*0,001 = 8470C;
t2 = t1 – q*r2 = 847 – 2659*0,23 = 2350C.
II вариант – c теплоизоляцией.
Общее тепловое сопротивление от дыма к воздуху:
R= r1 + r2 + r3 + r4 = 0,001 + 0,23 + 2,56 + 0,083 = 2,874 м2*град/Вт.
Коэффициент теплопередачи К, плотность теплового потока q и тепловой поток Q, теряемые в единицу времени:
К = 1/R = 1/2,874 = 0,348 Вт/(м2град);
q = K*(t’ – t’’) = 0,348(850 – 15) = 291 Вт/м2;
Q = q*F = 291*12 = 3492 Вт.
Температуры на стыке слоёв:
t1 = t’ – q*r1 = 850 – 291*0,001 = 8490C;
t2 = t1 – q*r2 = 849 – 291*0,23 = 7820C;
t3 = t2 – q*r3 = 782 – 291*2,56 = 370C.
II Iвариант – c удвоенной теплоизоляцией.
Общее тепловое сопротивление от дыма к воздуху:
R= r1 + r2 + 2r3 + r4 = 0,001 + 0,23 + 2*2,56 + 0,083 = 5,434 м2*град/Вт.
Коэффициент теплопередачи К, плотность теплового потока q и тепловой поток Q, теряемые в единицу времени:
К = 1/R = 1/5,434 = 0,184 Вт/(м2град);
q = K*(t’ – t’’) = 0,184(850 – 15) = 154 Вт/м2;
Q = q*F = 154*12 = 1848 Вт.
Температуры на стыке слоёв:
t1 = t’ – q*r1 = 850 – 154*0,001 = 849,80C;
t2 = t1 – q*r2 = 849,8 – 154*0,23 = 8140C;
t3 = t2 – q*2r3 = 814 – 154*2*2,56 = 25,50C.



3)найти температуры на стыке слоёв t1, t2 , t3 для I, II и III вариантов
№варианта R,
м2гр/Вт K=1/R,
Вт/м2гр q,
Вт/м2 Q,
Вт Температура,0С
t’ tt t2 t3 t’’
I.Расчёты по-терь тепла кла-дкой без тепло-изоляции
-тепловые показатели 0,314 3,185 2659 31908
-температуры 850 847 235 - 15
II. Расчёты потерь тепла кладкой с
теплоизоля-цией
-тепловые показатели 2,874 0,348 291 3492
-температуры 850 849 782 37 15
III. Расчёты потерь тепла кладкой с удвоенной
теплоизоля-цией
-тепловые показатели 5,434 0,184 154 1848
-температуры 850 849,8 814 25,5 15
IV.Снижение потерь тепла (%) по сравнению
-с I вариантом 0%
-со II вариантом 89%
-с III вариантом 94%

Как показали расчёты, с введением изоляции тепловые потери с поверхности трубопровода уменьшаются.
Задача 2. Определить потери тепла в единицу времени 1 м длины горизонтального расположения трубки, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура tc = 2400C температура воздуха tв = 200С в помещении, а диаметр трубы d = 230 мм. Лучистым теплообменом пренебречь.
Для воздуха при tв = 200 С:
-коэффициент теплопроводности λ = 0,0259 Вт/(м*К);
-коэффициент кинематической вязкости ν = 15,06*10-6 м2/с;
-число Прандтля Pr = 0,703;
-коэффициент объёмного расширения β = 1/293 К-1.
Определяем число Грасгофа:
Gr = g*β*d3*∆t/ν2 = 9,81*0,233*(240-20)/[293*(15,06*10-6)2] = 3,95*107
Произведение Gr*Pr = 0,703*3,95*107= 2,78*107, следовательно для горизонтальной трубки число Нуссельта определяется по формуле:
Nu = 0,5*(Gr*Pr)0,25 = 0,5*(2,78*107)0,25 = 36.
Коэффициент теплоотдачи:
α = Nu*λ/d = 36*0,0259/0,23 = 4,1 Вт/(м2*град).
Потери тепла в единицу времени 1 м длины горизонтального расположения трубки:
Ql = α*(tс – tв.)*π*d = 4,1*(240 – 20)*3,14*0,23 = 651Вт/м.

Задача 3. Определить тепловой поток QГКМ, Вт, переданный излучением от газов и кладки металлу. Металл лежит в печи сплошным слоем и его поверхность равна площади пода. Печь имеет форму параллепипеда. Передачу тепла конвекцией не учитывать.
Сделать выводы о влиянии величины степени черноты газов на QГКМ, повторив расчёт при увеличении полученной εГ на 30%.
Размеры печи (2,3х1,0х0,9)м; состав газа СО2 = 15,4%; СО = 12,6%; средняя температура печи tn = 10500C; температура поверхности металла tM = 9000C; степень черноты металла εМ = 0,35.
Решение:
Эффективная длина луча:

где V – объём, заполненный излучающим газом;
F– площадь стенок, ограничивающих этот объём.
Произведение эффективной длины на парциальное давление излучающих газов(давление в печи принимаем 98 кПа):
Sэф*РСО2 = 0,71*15,4*98/100 = 10,7 кПа*м
При температуре печи (газов) 1050С и Sэф*РСО2 = 10,7 кПа*м определяем по графику для СО2 степень черноты
Степень черноты газов:

Степень развития кладки:

где Fкл - поверхность кладки печи без пода;
FМ - поверхность металла, лежащего на поду.
Приведённый коэффициент излучения:

Тепловой поток QГКМ, Вт, переданный излучением от газов и кладки металлу:
QГКМ = Cпр[(Tп/100)4 – (Тм/100)4]*F =
=1,16[(1323/100)4 – (1173/100)4]*2,3*1*0,9 = 28105 Вт.
При увеличении εГ на 30%:
εГ = 1.3*0,11 = 0,143

Тепловой поток QГКМ, Вт, переданный излучением от газов и кладки металлу:
QГКМ = Cпр[(Tп/100)4 – (Тм/100)4]*F =
=1,31[(1323/100)4 – (1173/100)4]*2,3*1*0,9 = 31739 Вт.
Как показали расчёты, при увеличении степени черноты излучающих газов, тепловой поток переданный излучением от газов и кладки металлу, возрастает.
Задача 4. В печь, температура которой поддерживается постоянной tпеч=11000C, помещается длинный стальной цилиндр диаметром d =0,20 м. Начальная температура металла(одинаковая по всему сечению цилиндра) составляет tнач=150C. Физические свойства стали условно принимаются постоянными, не изменяющимися с температурой. Коэффициент теплопроводности металла – λ =33Вт/(м*град), весовая теплоёмкость – С = 0,54кДж/(кг*град), плотность ρ = 7820кг/м3. Коэффициент теплоотдачи печной атмосферы к поверхности металла принимается также постоянным и равным α = 220Вт/(м2*град). Металл нагревается до момента достижения температуры, средней по всей массе нагреваемого цилиндра tмас=10000C.
Определить время нагрева τ, а также температуры центра и его поверхности в момент выгрузки металла из печи.
Решение:
Определяем критерий Био:
Bi = α*S/λ = 220*0,1/33 = 0,67,
где S = d/2 = 0,2/2 = 0,1 м – глубина прогрева.
Температурный критерий для средней по всей массе нагреваемого цилиндра:

По графикам Д.В. Будрина для средней по всей массе нагреваемого цилиндра при Bi=0,678 и ср=0,09 критерий Фурье равен Fo=0,2.
Время нагрева заготовки:
τ = Fo*S2/a = Fo*S2*C*ρ/λ = 0,2*0,12*540*7820/33 = 256c.
По графикам Д.В. Будрина для поверхности нагреваемого цилиндра при Bi=0,678 и Fo=0,2 определяем п=0,25.
Температура поверхности заготовки в момент выгрузки из печи:
tnк = tn - п(tn – tнач) = 1100 – 0,25(1100 – 15) = 8290С.
По графикам Д.В. Будрина для центра нагреваемого цилиндра при Bi=0,678 и Fo=0,2 определяем ц=0,06.
Температура поверхности заготовки в момент выгрузки из печи:
tцк = tn - ц(tn – tнач) = 1100 – 0,06(1100 – 15) = 10350С.
Задача 5. В пламенной стационарной печи производительностью Р = 1,5т/ч, плавится металл(сплав). Начальная температура металла - tнач=200C, конечная – tкон=15300C, степень черноты – εМ = 0,65. Размеры печи LxBxH = (7,3х3,1х2,2)м, площадь зеркала металла равна площади пода печи.
Печь отапливается природным газом с теплотой сгорания QHP= 34000кДж/м3, температура подогрева воздуха на горение - tнв=7000C; температура газов в печи – tг=16500C. Для сжигания газа требуется 9,9 м3 воздуха; количество продуктов горения СО2 – 9,13%; Н2О – 18,1%; О2 – 0,90%; N2 – 71,87%.
Футеровка печи имеет следующую толщину: свод и стены – 230 мм огнеупорного кирпича(магнезита) и 120 мм теплоизоляционного кирпича(шамота); под – 420 мм огнеупорного кирпича(магнезита) и 120 мм теплоизоляции(шамота). Печь имеет два окна с размерами ВхН = (0,75х0,9)м. Марка металла(сплава) Ст.45.
Определить:
1)расход топлива, м3/с;
2)коэффициент полезного теплоиспользования и коэффициент использования топлива.
Решение:
Составляем тепловой баланс печи.
Приход тепла.
1)Определим химическое тепло топлива:

где В(м3/с) – расход газа подаваемого па печь.
2)Физическое тепло воздуха:

где iВ – энтальпия воздуха при tВ=700 оС.
3)Тепло экзотермических реакций:

где а=0,012 – доля окисленного металла;
5650 – тепловой эффект окисления 1 кг железа, ;
Р=1,5 т/ч – производительность печи.
Общий приход тепла:

Расход тепла.
1) Расход тепла на нагрев металла:

где iк=861(кДж/кг) и iн=9,386(кДж/кг) - энтальпия металла в конце и начале нагрева.
2) Потери тепла на нагрев окалины:

где m – количество окалины от окисления 1 кг железа, m=1,38
С0 – теплоёмкость окалины, С0=1
tм и tн - температура окалины, принимается равной температуре поверхности металла соответственно в начале и конце нагрева.
3) Потери тепла с уходящими газами:
- нет данных по объёму уходящих газов
Энтальпия уходящих газов:

4)Потери тепла через кладку теплопроводностью.
свод и стены – 230 мм огнеупорного кирпича(магнезита) и 120 мм теплоизоляционного кирпича(шамота);
под – 420 мм огнеупорного кирпича(магнезита) и 120 мм теплоизоляции(шамота).
Формулы для расчёта теплопроводности материалов кладки:
Шамотный кирпич ША:
Магнезитовый кирпич:
где - средняя по толщине температура слоя.
Расчёт ведётся методом последовательных приближений.
5) Потери тепла через окна:

6)Неучтённые потери тепла составляют (10-15)% от суммы расходных статей
Общий расход тепла:

Приравнивая расход тепла к приходу, получим уравнение теплового баланса: