Розрахунок насадки мартенівської печі

вихідні дані до курсового
№	п	tвверх	tдверх	tдніз	Wд	t	Q	% Сод газ
69	1.1	1190	1560	710	0.78	1.13	137000	76

склад природного газу									склад мазуту
СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	Н2S	N2		Cp	Hp	Np	Op	Sp	Wp	Ap
92.2	0.8	0	1	0	0	0	6		86.5	10.5	0.3	0.3	0.3	1.8	0.3

нижча теплота згоряння найпростіших газів
Н2	СО	СН4	С2Н2	С2Н4	С2Н6	С3Н6	С3Н8	С4Н8	С4Н10	С5Н10	С5Н12	С6Н6	Н2S
10.75	12.64	35.7	56.4	59.6	63.5	86.6	91.1	113.7	118.6	138.5	146.1	147.2	23.4

розрахункова частина
1. розрахунок горіння природного газу
1.1 визначаємо теплоту згоряння природного газу

Qнрпрг =	Qнрсн4 '	СН4 + Qнрс2н6 ×		С2Н6 +	Qнрс4н10 '	С4Н10		МДж/м3

Qнрпрг =	35.7	'	0.92	+	63.5	'	0.01	+	118.6	'	0.01	=	34.61

1.2 теоретично необхідне і дійсне кількість повітря
для 100 м3
склад га	утримуючи	хімічна реакція горіння			О2, м3	N2, м3	за все, м3
за	ня,%
СН4	92.2	СН4 +2 О2 = СО2 +2 Н2О			10.15	229.1
С2Н6	0.8	С2Н6 +3,5 О2 = 2СО2 +3 Н2О			17.76
С4Н10	1	С4Н10 +6,5 О2 = 4СО2 +5 Н2О			32.99
N2	6	-
S	100	при п =	1	м3	60.9	229.1	290
		при п =	1.1	м3	66.99	252.01	319
		%			21	79	100

для згоряння 1м3 газу потрібно наступну кількість повітря:

Lдвпрг =	319	/ 100 =	3.19	м3/кг

1.3 визначаємо кількість та склад продуктів згоряння
для 100 м3
склад га	утримуючи	хімічна реакція горіння			СО2, м3	Н2О, м3	О2, м3	N2, м3	за все, м3
за	ня,%
СН4	92.2	СН4 +2 О2 = СО2 +2 Н2О			97.8	383.6	6.7	25801
С2Н6	0.8	С2Н6 +3,5 О2 = 2СО2 +3 Н2О			195.6	575.4
С4Н10	1	С4Н10 +6,5 О2 = 4СО2 +5 Н2О			391.2	959
N2	6	-			-	-
S	100	при п =	1	м3	684.6	1918	6.7	25801	28410.3
		при п =	1.1	м3	753.06	2109.8	7.37	28381.1	31251.33
		%			2.41	6.75	0.02	90.82	100

при горінні 100м3 газу утворюється наступна кількість продуктів згоряння:

Vпрг прсг	=	31251.33	/ 100 =	312.51		при 1м3	3.13

2. розрахунок горіння мазуту
2.1 визначаємо теплоту згорання мазуту

Qнрмаз =	339,1 Ср +	1256Нр -	108,86 (Ор-Sр) -		25 (Wp +9 Hp)

Qнрмаз =	29332.15	+	13188	-	0	-	2407.5	=	44.93	МДж / кг

2.2 теоретично необхідне і дійсне кількість повітря
розрахунок теоретично необхідного і дійсного кількості повітря для горіння 100 кг мазуту

склад	утримуючи-	молек.	кол-во	хім реакція		О2	N2	всього
мазуту	ня,%	маса, кг	кмоль	горіння				кмоль	м3
З	86.5	12	7.21	С + О2 = СО2		24.36	91.64	116	69.6
Н	10.5	2	5.25	Н2 +0,5 О2 = Н2О		12.18	45.82	58	34.8
S	0.3	32	0.01	S + O2 = SO2		24.36	91.64	116	69.6
O	0.3	32	0.01	-		0.01	0.01	0.02	0.01
N	0.3	28	0.01	-		0.01	0.01	0.02	0.01
W	1.8	18	0.1	-		0.1	0.1	0.2	0.12
A	0.3	-	-	-
S	100
				при п =	1	61.02	229.22	290.24	174.14
				при п =	1.1	67.12	252.14	319.26	191.56
				%		21	79	100	100

для згоряння 1м3 мазуту потрібно наступну кількість повітря:

Lдвмаз =	191.56	/ 100 =	1.92	м3/кг

2.3 визначаємо кількість та склад продуктів згоряння при згорянні 100 кг мазуту

розрахунок кількості та складу продуктів згоряння при горінні 100 кг мазуту

склад	утримуючи-	молек.	кол-во	хім реакція		СО2	Н2О	SO2	О2	N2	всього
мазуту	ня,%	маса, кг	кмоль	горіння		СО2	Н2О	SO2	О2	N2	кмоль	м3
З	86.5	12	7.21	С + О2 = СО2		7.22					7.22	3.18
Н	10.5	2	5.25	Н2 +0,5 О2 = Н2О			5.26				5.26	1.79
S	0.3	32	0.01	S + O2 = SO2				0.02			0.02	0.01
O	0.3	32	0.01	-					61.02		61.02	19.53
N	0.3	28	0.01	-						229.22	229.22	64.18
W	1.8	18	0.1	-
A	0.3	-	-	-
S	100
				при п =	1	7.22	5.26	0.02	61.02	229.22	302.74	88.68
				при п =	1.1	7.94	5.79	0.02	67.12	252.14	333.01	97.55
				%		2.38	1.74	0.01	20.16	75.72	100	100

при згорянні 1кг мазуту утворюється наступна кількість продуктів згоряння:

Vмаз прсг	=	97.55	/ 100 =	0.98	м3/кг


3. розрахунок горіння 1 кг суміші
визначаємо щільність природного газу

rпрг =	16 СН4 + 30С2Н6 + 44С3Н8 + 58С4Н10 + 72С5Н12 + 28N2							кг/м3
		100 * 22,4

rпрг =	1475.2	+	24	+	0	+	58	+	0	+	168	=	1725.2

Qнр (т) ПРГ =		Qнрпрг	=	3460.94	=	2.01	кДж / кг
		rпрг		1725.2

Lдв (т) ПРГ =		Lдвпрг	=	3.19	=	0	м3/кг
		rпрг		1725.2

Vпрг (т) прсг =		Vпргпрсг	=	3.13	=	0	м3/кг
		rпрг		1725.2

	а -	частка природного газу
	в -	частка мазуту

Qнрсм =	а * Qнр (т) ПРГ + в * Qнрмаз =			0.76	*	2.01	+	0.24	*	44.93	=	12.31	кДж / кг


Lдвсм =	а * Lдв (т) ПРГ + в * Lдвмаз =			0.76	*	0	+	0.24	*	1.92	=	0.46	м3/кг


Vпрсгсм =	а * Vпрг (т) прсг + в * Vпрсгмаз =			0.76	*	0	+	0.24	*	0.98	=	0.24	м3/кг


СО2см =	а * СО2прг + в * СО2маз =			0.76	*	2.41	+	0.24	*	2.38	=	2.4	%

Н2Осм =	а * Н2Опрг + в * Н2Омаз =			0.76	*	6.75	+	0.24	*	1.74	=	5.55	%

SO2см =	в * SO2маз =			0.24	*	0.01	=	0	%

О2cм =	а * О2прг + в * О2маз =			0.76	*	0.02	+	0.24	*	20.16	=	4.86	%

N2см =	а * N2прг + в * N2маз =			0.76	*	90.82	+	0.24	*	75.72	=	87.19	%

склад продуктів згоряння
СО2	Н2О	SO2	O2	N2	S
2.4	5.55	0	4.86	87.19	100

4. розрахунок калориметричної температури горіння
4.1 Визначаємо початкову ентальпію

І0 =	Qнрсм + iв'Vв		=	12.31	+	1709.67	*	5.11	=	482.55	кДж/м3
	Vпрсг					18.11

ІСО2 =	2.4	*	2727.79	=	65.56	кДж/м3		tк '=	1190	º C
	100

ІН2О =	5.55	*	2104.38	=	116.75	кДж/м3
	100

ІО2 =	4.86	*	1790.52	=	86.94	кДж/м3
	100

ІN2 =	87.19	*	1688.22	=	1471.99	кДж/м3
	100

ІТК '=	65.56	+	116.75	+	86.94	+	1471.99	=	435.31	кДж/м3
			4

ІСО2 =	2.4	*	3010.58	=	72.36	кДж/м3		tк''=	1300	º C
	100

ІН2О =	5.55	*	2328.01	=	129.15	кДж/м3
	100

ІО2 =	4.86	*	1966.06	=	95.46	кДж/м3
	100

ІN2 =	87.19	*	1857.74	=	1619.8	кДж/м3
	100

ІТК''=	72.36	+	129.15	+	95.46	+	1619.8	=	479.19	кДж/м3
			4

4.2 визначаємо калориметричну температуру

tк =	tк '+	І0 - ІТК '	100	=	1190	+	482.55	-	435.31	*	100	=	1297.65	º C
		ІТК''-ІТК '					479.19	-	435.31

4.3 дійсна температура продуктів згоряння дорівнює

tд =	hпір * tк =	0.95	*	1297.65	=	1232.77	º C

5. Розрахунок поверхні нагріву регенератора
5.1 розрахунок водяного еквівалента
5.1.1 витрати природного газу

Vсг =	Q * a		=	137000	*	0.76	=	0.84	м3 / с
	3600 * Qнрпрг			3600 *	34.61

5.1.2 витрата мазуту

Vсм =	Q * в		=	137000	*	0.24	=	0.2	кг / с
	3600 * Qнрмаз			3600 *	44.93

5.1.3 витрата повітря

Vв =	Vсг * Lдвпрг +		Vсм * Lдвмаз =		0.84	*	3.19	+	0.2	*	1.92	=	3.06	м3 / с

5.1.4 водяний еквівалент повітря

W'в =	Vв * с * t * 3600 =		3.06	*	1.44	*	1.13	* 3600 =	17897.25	кДж / пер * До

5.2 розрахунок середнього коефіцієнта теплопередачі
5.2.1 коефіцієнт тепловіддачі конвекцією

aкверх =	1,6 * Wо0, 5 * (tдверх + 273) ^ 0,25 * d ^ -0,33 =					1,6 *	0.88	(	1560	+	273) ^ 0,25 * 0,2 ^ -0,33 =		15.73	Вт/м2К

aкніз =	1,6 * Wо0, 5 * (tдніз + 273) ^ 0,25 * d ^ -0,33 =					1,6 *	0.88	(	710	+	273) ^ 0,25 * 0,2 ^ -0,33 =		13.46	Вт/м2К

5.2.2 приведена товщина шару СО2

С = Рсо2 * S =		98.1	*	0.2	*	0.02	=	0.47	кН / м

5.2.3 приведена товщина шару Н2О

С = РН2О * S =		98.1	*	0.2	*	0.06	=	1.09	кН / м

5.2.4 питома інтенсивність випромінювання СО2 і Н2О при t1верх

q1верх = q1co2 + q1н2о =			15100	+	9300	=	24400	Вт/м2

5.2.5 коефіцієнт тепловіддачі конвекцією при t2

aк2верх =	1,6 * Wо0, 5 * (t2верх + 273) ^ 0,25 * d ^ -0,33 =					1,6 *	0.88	(	1410	+	273) ^ 0,25 * 0,2 ^ -0,33 =		15.39	Вт/м2К

aк2ніз =	1,6 * Wо0, 5 * (t2ніз + 273) ^ 0,25 * d ^ -0,33 =					1,6 *	0.88	(	560	+	273) ^ 0,25 * 0,2 ^ -0,33 =		12.91	Вт/м2К

5.2.6 питома інтенсивність випромінювання СО2 і Н2О при t2верх

q2верх = q2co2 + q2н2о =			12733	+	6800	=	19533	Вт/м2

5.2.7 коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

aізлверх =	4 * (q1верх - q2верх)		=	4 * (	24400	-	19533	) =	19468	=	22.38	Вт/м2К
	5,8 * (t1верх - t2верх)			5,8 * (	1560	-	1410	)	870

5.2.8 питома інтенсивність випромінювання СО2 і Н2О при t1ніз

q1ніз = q1co2 + q1н2о =			2100	+	2100	=	4200	Вт/м2

5.2.9 питома інтенсивність випромінювання СО2 і Н2О при t2ніз

q2ніз = q2co2 + q2н2о =			1000	+	1700	=	2700	Вт/м2

5.2.10 коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

aізлніз =	4 * (q1ніз - q2ніз)		=	4 * (	4200	-	2700	) =	16800	=	19.31	Вт/м2К
	5,8 * (t1ніз - t2ніз)			5,8 * (	710	-	560	)	870

5.2.11 Для верху насадки

aверх =	aкверх	+	aізлверх =	15.73	+	22.38	=	38.1	Вт/м2К	=	137.17	кДж/м2К

5.2.12 Для низу насадки

aніз =	aкніз	+	aізлніз =	13.46	+	19.31	=	32.77	Вт/м2К	=	117.96	кДж/м2К

5.3 витрата палива

Vст =	Q		=	137000		=	3.09	кг / с
	3600 * Qнрсм			3600 *	12.31

5.3.1 секундне кількість продуктів згоряння з урахуванням виділення газів з ванни, вибивання газів з робочого простору і підсмоктування повітря

Vспрсг =	1,2 * Vпрсгсм * Vст =			1,2 *	0.24	*	3.09	=	0.87	м3 / с

5.4 число осередків

Z =	Vспрсг	=	0.87		=	28.01	осередків
	Wд * d2		0.78	* 0,2 ^ 2

5.5 живий перетин насадки

Sж = d2 * Z =		0,2 ^ 2 *	28.01	=	1.12	м2

5.6 швидкість руху повітря в насадці

Wов =	Vв	=	3.06	=	2.73	м / с
	Sж		1.12

5.7 коефіцієнт тепловіддачі конвекцією для верху

a'кверх =	1,6 * Wов0, 5 * (tвверх + 273) ^ 0,25 * d ^ -0,33 =					1,6 *	1.65	* (	1190	+	273) ^ 0,25 * 0,2 ^ -0,33 =		27.79	=	100.06	кДж/м2К

5.8 коефіцієнт тепловіддачі конвекцією для низу

a'кніз =	1,6 * Wов0, 5 * (tвніз + 273) ^ 0,25 * d ^ -0,33 =					1,6 *	1.65	* (	50	+	273) ^ 0,25 * 0,2 ^ -0,33 =		19.05	=	68.59	кДж/м2К

5.9 коефіцієнт температуропровідності

а =	l	=	7.32		=	0	м2 / год
	з * r		1099.67	2050

5.10 критерій фур'є

F0 =	4 * a * tп	=	4 *	0	*	7.5	=	0
	d2			0.02

5.11 акумулююча здатність цегли насадки

qак =	d * с * r * HАК * j		=	0,15 *	1099.67	*	2050	*	0.38	* 2,5	=	161028.39	кДж/м2перК
	2					2

5.12 коефіцієнт тепловіддачі для верху

Догори =	1					=	1									=
	1	+	1	+	1		1			+	1	+	1
	aверх * t		Qак		a'верх * t		137.17	*	1.13		161028.39		100.06	*	1.13

=	1					=	1					=	65.35	кДж/м2перК
	1	+	1	+	1		0.01	+	0	+	0.01
	155		161028.39		113.06

5.13 коефіцієнт тепловіддачі для низу

Донизу =	1					=	1									=
	1	+	1	+	1		1			+	1	+	1
	aніз * t		Qак		a'ніз * t		117.96	*	1.13		161028.39		68.59	*	1.13

=	1					=	1					=	48.99	кДж/м2перК
	1	+	1	+	1		0.01	+	0	+	0.01
	133.3		161028.39		77.5

5.14 середній коефіцієнт тепловіддачі

КСР =	Догори + Донизу		=	65.35	+	48.99	=	57.17	кДж/м2перК
	2				2

5.15 розрахунок середнього перепаду температур

DТср =	(T'д - t'в) + (t''д - t''в)		=	(	1560	-	50	) + (	710	-	1190	) =	515	º С
	2			2

5.16 розрахунок поверхні нагріву повітряної насадки

Fв =	W'в (t''в - t'в)		=	17897.25	* (	1190	-	50	) =	692.95	м2
	КСР * Dtср				57.17	*	515

6. Розрахунок основних параметрів регенератора
6.1 питома поверхня нагріву

f =	2	+	1,5 * d * d		=	2	+	1,5 * 0,2 * 0,15		=	5.71	+	3.67	=	9.39	м2/м3
	d + d		(D + d) 2 * hк			0,2 + 0,15		(0,2 + 0,15) ^ 2 * 0,1

6.2 обсяг повітряної насадки

V =	Fв	=	692.95	=	73.81	м3
	f		9.39

6.3 висота насадки

Hв =	V		=	73.81			=	21.51	м
	Z * (d + d) 2			28.01	* (0,2 + 0,15) ^ 2