燃料燃烧及热平衡计算参考

燃料燃烧及热平衡计算参考 3 1 城市煤气的燃料计算 3 1 1 燃料成分 表 2 2 城市煤气成分 2 成分CO2COCH4C2H6H2O2N2合计 含量10522546210100 3 1 2 城市煤气燃烧的计算 1 助燃空气消耗量 2 1 理论空气需要量 Lo Nm3 Nm3 3 1 21 OO0 5HH3 5CCH20 5CO 22624 3 1 式中 CO CH4 C2H6 H2 O2 每 100Nm3湿气体燃料中各成分的 体积含量 Nm3 则 Lo 21 2465 055 322255 0 4 143 Nm3 Nm3 2 实际空气需要量 Ln nL0 Nm3 Nm3 3 2 1 2 式中 n 空气消耗系数 气体燃料通常 n 1 051 1 现在 n 取 1 05 则 Ln 1 05 4 143 4 35 Nm3 Nm3 3 实际湿空气需要量 Ln 湿 1 0 00124 Ln Nm3 Nm3 2 H O g低 3 3 则 Ln 湿 1 0 00124 18 9 4 35 4 452 Nm3 Nm3 2 天然气燃烧产物生成量 1 燃烧产物中单一成分生成量 CO H2CCH CO0 01V 6242 CO2 3 4 2 O V0 21 0 n 1 L 3 5 2 2n N V N79L 0 01 3 6 L0 124gHH3C 2CH0 01V n 干 OH2624OH 22 3 7 式中 CO CH4 C2H6 H2 每 100Nm3湿气体燃料中各成分的体积含量 则 Nm3 Nm30 475 5222 100 01V 2 CO 0 046 Nm3 Nm34 4131 1 050 21V 2 O 3 54 Nm3 Nm301 0 35 47910 V 2 N 1 152 Nm3 Nm34 35 18 90 124465322 20 01V OH2 2 燃烧产物总生成量 实际燃烧产物量 Vn VCO2 VO2 VN2 VH2O Nm3 Nm3 3 8 则 V n 0 47 0 046 3 54 1 152 5 208 Nm3 Nm3 理论燃烧产物量 V0 Vn n1 LO 3 9 V0 5 208 1 051 4 143 5 0 Nm3 Nm3 3 燃料燃烧产物成分 2 3 10 100 V V CO n CO 2 2 3 11 100 V V O n O 2 2 3 12 100 V V N n N 2 2 100 V V OH n OH 2 2 3 13 则 9 100 5 208 0 47 CO2 0 8 100 5 208 0 046 O2 68 100 5 208 3 54 N2 22 2 100 5 208 1 152 OH2 3 1 3 天然气燃烧产物密度的计算 3 已知天然气燃烧产物的成分 则 烟 kg Nm3 10022 4 32O28NO18H44CO 2222 3 14 式中 CO2 H2O N2 O2 每 100Nm3燃烧产物中各成分的体积含量 烟 Nm3 Nm3 217 1 10022 4 0 832682822 218944 3 1 4 天然气发热量计算 高发热量 Q高 39842CH4 70351C2H6 12745H2 12636CO kJ Nm3 3 15 低发热量 Q低 35902CH4 64397C2H6 10786H2 12636CO kJ Nm3 3 16 式中 CH4 C2H6 H2 CO 分别为天然气中可燃气体的体积分数 则 Q高 39842 0 22 70351 0 05 12745 0 46 12636 0 05 18777kJ Nm3 Q低 35902 0 22 64397 0 05 10786 0 46 12636 0 05 16710kJ Nm3 3 1 5 天然气理论燃烧温度的计算 n1 Q t V C 低 低 3 17 式中 t理 理论燃烧温度 Q低 低发热量 kcal Nm3 Q低 16710kJ Nm3 Vn 燃烧产物生成量 Nm3 Nm3 Vn 5 208Nm3 Nm3 C1 燃烧产物的平均比热 KJ Nm3 估计理论燃烧温度在 1900 左右 查表 3 取 C1 1 59 kJl Nm3 则 2018 59 1 208 5 16710 t 理 3 2 加热阶段的热平衡计算 采用热平衡计算法 热平衡方程式 Q收 1 Q支 1 3 18 3 2 1 热收入项目 天然气燃烧的化学热 Q烧 Q烧 BQ低 3 19 式中 B1 熔化室燃料的消耗量 Nm3 h 8 3 2 2 热量支出项目 1 加热工件的有效热量 是物料所吸收的热量 Q料 用下式计算 4 5 Q料 G t料t初 C料 3 20 式中 G 物料的重量 kg h 炉子加热能力为 G 15 18 13 3510 kg h t料 被加热物料的出炉温度 查表得 t料 160 t初 被加热物料的进炉温度 为室温 则 t初 20 C料 物料的平均热容量 kJ kg 查表得 C料 0 88 kJ kg 则 Q料 3510 16020 0 88 432432 kJ 40min 2 加热辅助工具的有效热 Q 料筐的吸热 辅 Q G辅 t辅 t初 辅 3 21 G 辅助工具的重量 kg h G 200 15 300 0 kg C料 物料的平均热容量 kJ kg 查表得 C料 0 88 kJ kg 则 Q 3000 160 20 0 448 188160 KJ 40min 辅 3 通过炉体的散热损失 Q散 1 1 炉墙平均面积 炉墙面积包括外表面面积和内表面面积 简化计算可得 F外墙 7 385 3 544 5 329 2 116 49 m2 F内墙 6 95 2 964 4 759 2 94 37 m2 F墙均 F外墙 F内墙 2 116 49 94 37 2 105 43 m2 2 炉底平均面积 炉底面积包括外底面面积和内底面面积 简化计算可得 F底均 6 95 2 964 7 385 3 544 2 23 39 m2 3 炉顶平均面积 由于炉子是规则的长方形 故炉底和炉顶近似看做相等的面积 故 F顶均 F底均 23 39 m2 计算炉墙散热损失 根据经验 参照生产中应用的同类炉子 本炉子炉墙所用材料及厚度如下 选用 外层为不锈钢钢板 s4 6mm 4 32 6W m 钢板是外壳 厚度较薄 计算炉体散热损失时 最外层温度计算到炉衬材 料的最 外层 钢板不计算在内 以下都是这样 内层也采用不锈钢板 s1 0 8mm 1 32 6W m 炉衬材料 第二层为硅酸铝耐火纤维 s2 100mm 2 0 083W m 第三层硅钙板 s3 75mm 3 0 056 0 11 10 3 tW m 炉墙结构如下图 图 3 1 时效炉炉墙结构图 计算炉墙散热 根据下式 1n 1 n i i 1 ii tt Q s F 低 3 22 首先 炉内温度达到 250 才可以满足要求 因为炉膛内壁为不锈钢板 导热极好 可以计算可以忽略 第二层耐火纤维内侧温度为 250 我们假t2 定界面上的温度及炉壳温度 135 60 3 t 4 t 则耐火纤维的平均温度 250 135 2 192 5 硅钙板的平均温度 s2 t 低 135 60 2 97 5 则 s3 t 低 0 083 W m 2 0 056 0 11 10 3 97 5 0 0667 W m 3 当炉壳温度为 60 室温 ta 20 时 查表得 12 17 W m2 求热流 验算交界面上的温度 3 t 4 t 135 06 083 0 1 0 4 95250t 2 2 23 s qt 5 满足设计要求 4 0 135 06 135135t 3 3 3 t t 2 3 3 2 2 a2 95 4W m 12 17 1 0 0667 0 075 0 083 0 1 20250 1 s s tt q 计算炉壳温度 t1 7 27 0667 0 1 0 4 9506 135tt 3 3 345 s qt t5 27 7 60 满足满足炉壳表面平均温度60 的要求 计算炉墙散热损失 Q墙散 q F墙均 95 4 105 43 10058W 36207 KJ 40min 计算炉底散热损失 根据经验 参照生产中应用的同类炉子 本炉子炉底和炉顶结构和炉墙类 似 它们的热流密度平均综合起来计算 通过查表得知炉顶炉底的综合传热系 数为 13 93 W m2 9 83 W m2 顶 底 Q顶底 2 11 88 W m2 顶 底 则炉底和炉顶的散热量为 Q顶底 q1 F底均 F顶均 107 5 23 29 23 29 5029 W 12069KJ 40min 通过炉体的散热量为 Q散 Q顶底 Q墙散 36207 12069 48276 KJ 40min 4 废烟气带走的热量 Q烟 Q烟 BVnt烟c烟 3 23 式中 Vn 实际燃烧产物量 N Nm3 Nm3 前面计算得 V n 5 208 N Nm3 Nm3 t烟 出炉废烟气温度 t烟 160 c烟 出炉烟气的平均比热容 查表得 c烟 1 42 kJ Nm3 则 Q烟 B 5 208 160 1 42 1183B 5 炉子的蓄热 Q 蓄 炉体的蓄热可分为三部分 金属的蓄热 Q金 耐火纤维毡的蓄热 Q耐 和 硅钙板 蓄热 Q板 查表可知 金属的比热容 C金 0 49 KJ Kg 耐火纤维毡的比热容 C耐 0 835 KJ Kg 硅钙板的比热容 C板 0 75 KJ Kg Q GC金 t均 to 则 Q金 435708 KJ 40min Q耐 110565 KJ 40min Q板 166725 KJ 40min Q蓄 Q金 Q耐 Q板 435708 110565 166725 712998 KJ 40min 6 燃料漏失引起的热损失 Q漏 Q漏 BKQ低 3 24 式中 K 燃料漏失的百分数 对于气体燃料 指经储气器和气管漏气 取 K 1 则 Q漏 B 1 16710 167 1B 7 燃料不完全燃烧的热损失 Q不 在有焰燃烧炉中 废烟气中通常含有未燃烧的可燃气体 对于城市煤气 它 的不完全燃烧的热损失用下式 Q不 BVnbQ低 3 25 式中 b 为不完全燃烧气体的百分比 取 2 Q不 B 5 208 2 16710 1740B 8 其它热损失 Q它 例如炉子计算内外表面积时 实际炉子比计算中的要复杂 表面积要比计算 的大 这部分还有能量损失 等还有其它的损失 其它热损失约为上述热损失 之和的 5 7 取 7 故 Q它 0 07 Q料 Q辅 Q散 Q蓄 Q烟 Q漏 Q不 3 26 根据热量的收支平衡 由公式 3 14 可从中求出每小时的平均燃料消 耗量 B Q烧 Q料 Q辅 Q散 Q蓄 Q烟 Q漏 Q不 Q它 3 27 代入前面计算数值得 16710B 3307 5B 1478596 6 则 B 110 3 Nm3 40min 165 45 Nm3 h 在工程设计中 炉子的最大燃料消耗量应比理论消耗量大 即 Bmax 1 31 5 B 式中 1 31 5 为燃料储备系数 取 1 3 则 Bmax 1 3 110 3 143 4 Nm3 40min 214 5Nm3 h 根据最大燃料消耗量来确定燃烧器的数目 其总燃烧能力应大于 Bmax 3 2 3 利用求得的 B 值计算上面的未知量 天然气燃烧的化学热 Q烧 BQ低 110 3 16710 18431