燃料燃燒及熱平衡計算參考

1、燃料燃燒及熱平衡計算參考3.1城市煤氣的燃料計算3.1.1燃料成分表2.2 城市煤氣成分(% 2成分CO2COCH4C2H6H2O2N2合計含量105225462101003.1.2 城市煤氣燃燒的計算1、助燃空氣消耗量2(1) 理論空氣需要量Nm3/Nm3(3.1),0.5CO 2 CH4 3.5C2H6 0.5H2O-O2Lo=21(3.1) 式中：CO、CH4、C2H6、H2、O2每100Nm3濕氣體燃料中各成分的體 積含量(Nm3)。貝U,0.5漢5 +2 漢22+3.5 匯5+0.5漢46 2Lo=214.143Nm3/Nm3(2) 實際空氣需要量33Ln=n L0, Nm3/Nm3

2、(3.2)(1.2) 式中：n空氣消耗系數(shù)，氣體燃料通常n=1.05：1.1現(xiàn)在n取1.05，則33Ln=1.05X 4.143=4.35 Nm3/Nm3(3) 實際濕空氣需要量干(1+0.00124gH2o)Ln,Nm3/Nm3(3.3)則33Ln 濕=(1+0.00124X 18.9)X 4.35=4.452 Nm3/Nm32、天然氣燃燒產(chǎn)物生成量(1) 燃燒產(chǎn)物中單一成分生成量V'co2 =0.01 (CO2 CH 4 2C2H6 CO)(3.4)VO 二 0.21 (n- 1)L。(3.5)O2VN2 = (N2+79L0.01 (3.6)干Vh2。=0.01(2CH4 3C2

3、H6 H2 0.124gH2oLn)(3.7)式中CO、CH4、C2H6、H2每100Nm3濕氣體燃料中各成分的體積含量。 則33VCO2 =0.01X(10 +22 +2X5+5) =0.47 Nm /Nm33VO=0.21(1.05 -1)4.413=0.046Nm /Nm33Vn2=(1079 4.35)0.01=3.54Nm3/Nm333VH2O =0.01 "2 漢22 +3汽 5+46 +0.124 "8.9汽 4.35) =1.152Nm3/Nm3(2) 燃燒產(chǎn)物總生成量實際燃燒產(chǎn)物量33Vn = V CO2+V O2+V N2+V H2O Nm /Nm(3.

4、8)則33V n=0.47+0.046+3.54+1.152=5.208 Nm /Nm理論燃燒產(chǎn)物量(3.9)Vo=Vn -( n -1)Lo,、33Vo=5.2O8 一 (1.05 一1)X 4.143=5.0 Nm /Nm(3)燃料燃燒產(chǎn)物成分2CO2VCO100%(3.10)O2Vo100%(3.11)N2Vn2Vn 100%(3.12)H2OVh2oVn100%(3.13)則0.47CO?100% =9%5.2080.046O2100% =0.8%25.2083 54N2100% =68%5.2081 152 H2O100% =2 2. 2%5.2083.1.3天然氣燃燒產(chǎn)物密度的計算

5、3已知天然氣燃燒產(chǎn)物的成分，貝、 44CO2 18H2O 28N232O2i .煙=22.4如00kg/Nm3(3.14)式中：CO2、H2O、N2、02每100Nm3燃燒產(chǎn)物中各成分的體積含量Nm3/Nm344 918 竺228 68 32 0.8 胡.2仃22.4 1003.1.4天然氣發(fā)熱量計算高發(fā)熱量3Q 高=39842CH4+70351C2H6+12745H2+12636CO( kJ/Nm3(3.15)低發(fā)熱量3Q 低=35902CH4+64397C2H6+10786H2+12636CO(kJ/ Nm )（3.16）式中：CH4、C2H6、H2、CO分別為天然氣中可燃氣體的體積分數(shù)（

6、 %）Q 高=39842X 0.22+70351 X 0.05+12745X 0.46+12636X 0.05=18777kJ/Nm33Q 低=35902X 0.22+64397X 0.05+10786X 0.46+12636X 0.05=16710kJ/ Nm3 3.1.5天然氣理論燃燒溫度的計算丄Q低t理=VnG式中：t理一一理論燃燒溫度C)Q低一一低發(fā)熱量(kcal/ Nm3), Q低=16710kJ/ Nm3VnCl燃燒產(chǎn)物生成量(Nm3/Nm3) , Vn=5.208Nm3/Nm3燃燒產(chǎn)物的平均比熱KJ/(Nm3?C)。估計理論燃燒溫度在1900C 左右，查表3取 C1=1.59 k

7、Jl/(Nm3 ?C16710=2018C5.208 1.593.2加熱階段的熱平衡計算采用熱平衡計算法，熱平衡方程式:Q收1 = Q支1(3.18)3.2.1 熱收入項目天然氣燃燒的化學熱Q燒Q燒=BQ低(3.19) 式中:B1熔化室燃料的消耗量(Nm3/h) 83.2.2熱量支出項目1、加熱工件的有效熱量 是物料所吸收的熱量Q料，用下式計算：Q 料=G (t 料一 t初)C料(3.20) 式中:G物料的重量(kg/h )，爐子加熱能力為 G=15X 18X 13=3510 kg/h.t料一一被加熱物料的出爐溫度(C), 查表得t料=160C,t初一一被加熱物料的進爐溫度(C)，為室溫，貝U

8、 t初=20CC料一一物料的平均熱容量,kJ/(kg ?C) 查表得C 料=0.88 kJ /(kg ?C)則Q 料=3510X( 160-20)X 0.88=432432 kJ/40min2、加熱輔助工具的有效熱 Q輔(料筐的吸熱)Q 輔=G 輔 x( t 輔一t 初)(3.21)G輔助工具的重量(kg/h ),G=200X 15=300 0 kgC料一一物料的平均熱容量，kJ/(kg ?C) 查表得C料=0.88 kJ /(kg ?C)則Q輔=3000X (160-20) X 0.448=188160 KJ/40min3、通過爐體的散熱損失Q散1( 1 )爐墻平均面積爐墻面積包括外表面面積

9、和內(nèi)表面面積。簡化計算可得：2F 外墻=(7.385+3.544)X 5.329X 2=116.49 m22F 內(nèi)墻=(6.95+2.964)X 4.759X 2=94.37 m2F 墻均=(F 外墻 + F 內(nèi)墻)* 2= (116.49+94.37)* 2=105.43 m(2) 爐底平均面積爐底面積包括外底面面積和內(nèi)底面面積。簡化計算可得：2F 底均=(6.95 X 2.964+7.385X 3.544)* 2=23.39 m2(3) 爐頂平均面積由于爐子是規(guī)則的長方形，故爐底和爐頂近似看做相等的面積，故2F頂均=F底均=23.39 m計算爐墻散熱損失：根據(jù)經(jīng)驗，參照生產(chǎn)中應用的同類爐子

10、， 本爐子爐墻所用材料及厚度如下選用：外層為不銹鋼鋼板：S4=6mm,加=32.6W/(m?°C)鋼板是外殼， 厚度較薄， 計算爐體散熱損失時， 最外層溫度計算到爐襯材料的最外層，鋼板不計算在內(nèi)。以下都是這樣。內(nèi)層也采用不銹鋼板：S1=0.8mm, A1=32.6W/(m?C)爐襯材料：第二層為硅酸鋁耐火纖維，S2=100mm,力=0.083W/(m?C)-3第三層硅鈣板，S3=75mm, ；3=0.056+0.11X 10- tW/(m?C)爐墻結構如下圖：計算爐墻散熱，根據(jù)下式：首先，爐內(nèi)溫度達到X - tn 1 Q散二n瓦、Si=1 ' iFi(3.22)250 C才可

11、以滿足要求，因為爐膛內(nèi)壁為不銹鋼板，導熱極好，可以計算可以忽略。第二層耐火纖維內(nèi)側溫度為12 =250C。我們假定界面上的溫度及爐殼溫度，t3=135C, t4=60C,則耐火纖維的平均溫度ts2均=(250+135) /2=1925C,硅鈣板的平均溫度ts3均 = (135+60) /2=97.5C，則 2 =0.083 W/(m?C)33 =0.056 X 0.11 X 10 X 97.5=0.0667 W/(m?C)當爐殼溫度為60C，室溫ta=20C時，查表得八.=12.17 W/(m2?C ) 求熱流t2 -taqS2S31A2九 a250-20295.4W/m 0.10.07510

12、.0830.066712.17 驗算交界面上的溫度t3、t4弋 7 免=250 一95.4 琵=13506C：=135-135.06= 0.4%5%，滿足設計要求 計算爐殼溫度tlt5 =t4 =t3 q 邑=135.06 -95.40127.7 °C30.0667t5=27.7C 60C，滿足滿足爐殼表面平均溫度乞60C的要求。 計算爐墻散熱損失Q墻散=q?F墻均 =95.4 X 105.43=10058W=36207 KJ/40mi n計算爐底散熱損失：根據(jù)經(jīng)驗，參照生產(chǎn)中應用的同類爐子，本爐子爐底和爐頂結構和爐墻類似， 它們的熱流密度平均綜合起來計算。通過查表得知爐頂爐底的綜合

13、傳熱系數(shù)為：2 2: ' 頂=13.93 W/(m2.C )，: ' 底二9.83 W/(m2.C)2Q 頂?shù)?(八 頂 + 八 底)-2=11.88 W/(m . C)則爐底和爐頂?shù)纳崃繛镼頂?shù)?q1 X ( F底均+F頂均)=107.5 X( 23.29+23.29)=5029 W=12069KJ/40mi n通過爐體的散熱量為Q散=Q 頂?shù)?Q 墻散=36207+12069=48276 KJ/40min4、廢煙氣帶走的熱量Q煙Q煙=BV nt煙c煙(3.23)式中：Vn實際燃燒產(chǎn)物量(N Nm3/Nm3)，前面計算得V n=5.208 N Nm3/Nm3 t煙一一出爐廢

14、煙氣溫度(C)，t煙=160Cc煙一一出爐煙氣的平均比熱容，查表得c煙=1.42 kJ/(Nm3?C)則Q 煙=B X 5.208X 160X 1.42=1183B5、爐子的蓄熱Q蓄爐體的蓄熱可分為三部分，金屬的蓄熱Q金、耐火纖維氈的蓄熱Q耐、和硅鈣板、蓄熱Q板。查表可知：金屬的比熱容 C金=0.49 KJ/(Kg.C)耐火纖維氈的比熱容 C耐=0.835 KJ/(Kg. C)硅鈣板的比熱容C板=0.75 KJ/(KgC )Q=GC 金(t 均-to)則 Q 金=435708 KJ/40minQ 耐=110565 KJ/40minQ 板=166725 KJ/40minQ «=Q 金+

15、Q 耐+Q 板=435708+110565+166725=712998 KJ/40min&燃料漏失引起的熱損失Q漏Q漏=BKQ低(3.24) 式中：K燃料漏失的百分數(shù)，對于氣體燃料，指經(jīng)儲氣器和氣管漏氣，取K=1%則Q s=B X 1%X 16710=167.1B7、燃料不完全燃燒的熱損失 Q不在有焰燃燒爐中，廢煙氣中通常含有未燃燒的可燃氣體，對于城市煤氣，它 的不完全燃燒的熱損失用下式：Q 不=BV nbQ 低(3.25) 式中b為不完全燃燒氣體的百分比，取 2%。Q 不=B X 5.208X 2% X 16710=1740B8、其它熱損失Q它例如爐子計算內(nèi)外表面積時，實際爐子比計算

16、中的要復雜，表面積要比計算 的大，這部分還有能量損失。等還有其它的損失。其它熱損失約為上述熱損失之 和的5% : 7%,取7%,故Q 它=0.07 (Q 料+Q 輔+Q 散+Q 蓄+Q 煙+Q 漏+Q 不)(3.26)根據(jù)熱量的收支平衡，由公式(3.14)，可從中求出每小時的平均燃料消耗 量B。Q燒=Q 料+Q輔+Q散+Q 蓄+Q煙+Q漏+Q不+Q它(3.26) 代入前面計算數(shù)值得16710B=3307.5B+1478596.6則33B=110.3 Nm3/40mi n=165.45 Nm3/h在工程設計中，爐子的最大燃料消耗量應比理論消耗量大，即：Bmax=(1.3 ： 1.5)B式中：1.3 : 1.5為燃料儲備系數(shù)。33取 1.3，貝U Bmax=1.3X 110.3=143.4 Nm/40min=214.5Nm /h根據(jù)最大燃料消耗量來確定燃燒器的數(shù)目，其總燃燒能力應大于Bmax 3.2.3利用求得的B值計算上面的未知量天然氣燃燒的化學熱 Q燒=BQ低=110.3 X6710=1843