Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Курочкин Б.Н. Теплотехнические испытания мартеновских печей

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
7.04 Mб
Скачать

ГЛАВА I

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Ниже приведены основные формулы для теплотехнических,

расчетов, связанных главным образом с вопросами горения топ­ лива. Все остальные формулы и расчетные данные помещены в

тексте в соответствии с содержанием разделов книги.

Расчеты горения топлива

Формулы для расчета горения топлива приведены в табл. 1.

Определение теплотворности топлива по его составу

Твердое и жидкое топливо (формула Менделеева);

Qh = 81СР + 300Нр — 26 [Ор — (Spp + Sp)] -

— 6(9НР 4- Wp) ккал!кг.

(1)

Газообразное топливо [1]:

Qh = 30,16СОТ 4-85,58СН4 + 133,85С2Н2 + 141,1С2НТ4* +

+ 152,31С2Нб + 55,85H2St -}-_25,76Н2 ккал/нм3.

(2)

Пересчет

 

теплотворности топлива

 

Твердое и жидкое топливо:

 

 

 

 

 

/тг

ЮО—1ГР — АР

с two

/

 

 

Qh = QH----------------------

 

100

 

6WP

ккал/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x-jP

 

ZTC ICO--

WP

C TWO

/

 

 

Qh

= QH--------------

 

6 U/p ккал/кг

 

 

 

 

 

юо

 

 

 

 

(3)

Г>р

 

 

nr 100 — FP— AP

 

.

 

 

 

 

 

 

Qb

= Qb--------

—-------

 

ккал/кг

 

 

 

лР

_c100- WP

 

,

 

 

 

Qv

= QB-----------

 

ккал/кг

 

 

* В дальнейшем во всех расчетах тяжелые углеводороды

(СтНп),

опре­

деляемые суммарно при

анализе

горючих газов,

принимаются

как

этилен

9

Формулы для расчета

 

 

 

 

Твердое и жидкое топливо

 

 

|

едини­

 

Наименование величин

 

 

обозначение

ца из­

расчетная формула

 

 

мере­

 

 

 

 

 

 

ния

 

Величина

К?

 

%

Лр=ср+ 0,375 (Sp + Spp )

Теоретически необходимый рас­

кг/кг

Z°=0,115Л’р+0,342//р- 0,0430р

ход воздуха для полного

 

 

 

сгорания

топлива

 

 

LQ

 

 

нм3[кг

 

 

У° =------- =0,0889/<р+0,26511р—0,033 ОР

 

 

 

 

1,293

Объем RO2 в продуктах пол­ ного сгорания

Объем сухих продуктов полно­ го сгорания

Теоретический объем водяного пара (при а=1)

Объем водяного пара (при данном значении а)

^ro2

нм3/кг

 

VRO. = 1.866—

 

 

 

ки2

100

 

^с.г

нм3/кг

^.r = Wb(o.79V°+O,8^o) +

 

 

 

 

 

 

 

+(а—1 ;

 

у

 

п

9Нр+№р+100Сф

dB п

н.ч/кг3

у0

_------!------ 1------- -_1_----уо

'в.п

в-п

80,4

1

04

^в.п нм3/кг

 

а d3

 

 

Ув.п^В-°*4.пЖ+^(°

 

 

Объем продуктов полного сго­

нм3/кг

V

г

= V

-

+ V ■

 

с.г

1

у в.п

рания

 

 

 

 

 

 

 

Удельный вес сухого газово­

 

 

 

 

го топлива

 

 

 

 

 

 

 

Удельный вес влажного газо­

 

 

 

 

вого топлива

 

 

 

 

 

 

 

Объем азота в продуктах пол­

 

 

 

 

 

ного сгорания

 

 

 

 

 

 

 

Объем кислорода в продуктах

 

 

 

 

полного сгорания

 

 

 

 

 

 

 

^Пересчет калорийности топлива и элементарного состава рабо­

чей массы с одной влажностью 1ГР на массу с другой

влаж­

ностью й7р/ производится по формулам

 

 

рР'

рр ЮО— U7P'

0/ .

р

р

;

С

=

Too —tr/p

(аналогично для *Н ,

№ и др

 

р'

Р 100— ГР'

. ДППГР-№Р'

,

(4)

 

н

= Vh ———

+ 600----------- ккал!кг.

 

 

100— И^Р

100 —^р

 

 

Таблица 1

горения топлива

 

 

 

едини­

Газообразное топливо

обоз­

наче­

 

 

ние

ца из­

расчетная формула

мере­

 

 

 

ния

 

V0 нм3/нм3

нм3/нм3

lZc.r нм3/нм3

^.п нм3/нм3

17в.п нм3/нм3

17г нм3/нм3

т кг/нм3

Тсух

Твл кг/нм3

l/N3 нм3/нм3

%нм3/нм3

V° = 0,0476 0,5СОТ+0,5Н£ +l,5H2ST+2CHj +

+ s(m+J)cmH"-O2T]

VRO2=0,01 [CO^COT+H2ST+CHj+SmCmH^]

(

Nl \

Vc.r =’/RO2+ 0,79V°+—i- +(a-l)V°

\100/

V° „=0,01 H+H2St+2CH4t+

CmH;+0,124dT]+ d-V°

L 2

 

 

2 m

"

J 804

V

 

dB

(a—1)

 

В.П

=l/O +

 

 

E.n~ 804

'

 

 

Vг=Vс.г+' Vв.п

^yx=0,0196CO2+0,0152H2ST +0,0125 NJ+0,01430^ +

+0,0125COT+0,0009HP +S f0,536m+0,045 n) Qm]\

100

т_ 7cTyx+ ^/Ю00

ВЛ

1 +d 7804

NT

=0,79 V°a+-A 2 100

VO2=0,21 V°(a-1)

Газообразное топливо

(Эс

(5)

2—• ккал!нм?.

dT

 

1 +-----

 

804

 

Смесь газообразного и жидкого топлив

 

Qh см = <2н газа + GQ2 ККС1Л/НМ?,

(6)

где G — расход жидкого топлива на 1 нм3 газа,

кг/нм3-,

Qp — низшая теплотворность жидкого топлива, ккал/кг.

10

11

Определение объемов сухих продуктов горения

В формулах по расчету количества продуктов горения и воз­ духа для горения, содержание горючей серы в топливе и соот­ ветственно SO2 в продуктах горения учитывается путем замены величины СО2 в продуктах горения величиной RO2 = СО2 + SO2

и величины Ср в топливе (твердом и жидком) величиной №=Срф-

+0;375 (Sp +£Рр)

Всвязи с тем, что содержание SO2 в продуктах горения мар­ теновских печей, работающих на газовом топливе, обычно невы­ соко, в теплотехнических расчетах оно в большинстве случаев не

учитывается. Однако некоторые сорта мазута имеют значитель­ ное содержание серы, поэтому при сжигании таких мазутов в ви­

де карбюратора или как основного топлива содержание серы

следует учитывать.

Объем сухих продуктов горения необходим для подсчета по­ терь с уходящими газами, от химической неполноты горения и коэффициента избытка воздуха. В мартеновских печах задача определения этой величины осложняется наличием газовыделе-

ния из ванны, благодаря чему приходится рассматривать две ве­

личины, — полное количество сухих газов, с учетом газовыделения ванны (К.), и ту часть этих газов, которая получается за счет горения топлива —Ес.г- В периоды заправки, завалки и про­ грева, когда газовыделение относительно невелико, его величи­ ной можно пренебречь и в расчетах использовать величину Ус.г-

При заданных избытках воздуха и отсутствии газовыделения

величина Ис.г может определяться по формулам, приведенным в табл. 1. Если величина коэффициента избытка воздуха неизвест­

на, а заданным является состав дымовых газов продуктов горе­

ния, то величина Vc r может определяться по

балансу углерода

в топливе и продуктах горения

 

 

 

СО; + СОТ +2С2НТ + CH; + H2ST + 1,866КР —

 

Ес г =

 

вс

(7)

-----------------------------------------------------------ROf + CO^ + CH^

 

V '

В тех случаях, когда имеет место газовыделение для опреде­ ления полного количества сухих газов необходимо учесть также

газы, выделяющиеся из ванны. Величина

Ес в этом случае мо­

жет определяться по формуле

 

 

v _ *со + со7 + 2С2н; + сн; + H2ST

 

RO§ + СОД + СНД

 

 

 

(Си — Ск) G

+ 1,866

_________ Вг

,

'tnep-Br_____

РОд + СОд+СНд

 

(8)

 

КОД + СОД+СН£

где G — вес металлической ванны,

кг;

 

12

Сн; Ck — начальное и конечное содержание углерода в ван­ не за рассматриваемый период плавки, %;

^пер — продолжительность периода, час.

При подсчете потерь с уходящими газами и при определении

коэффициента избытка

воздуха для периодов плавки с газовы-

делением, используется

величина

Ус , которая в этом случае

определяется

по формуле

 

 

1/г

со^4-2С)н: + сот + сн:; + ^ ,

=----------------------------- ----------------- -г и,/УУ

 

 

100

 

 

I 4 >76

V О'? 4-

1’866КР5м

 

100

с 2

ЮОВ£

Понятно, что, когда газовыделения нет, Vc=Vc.r-

При пользовании формулой (8) для периода плавления начальное содержание углерода Сн принимается как среднедина­

мическое

из содержания

углерода отдельных составляющих

завалки.

Конечное содержание углерода Ск определяется по пер­

вой пробе в жидкой ванне.

Продолжительностью периода считает­

ся время от конца слива чугуна и до момента взятия пробы пос­ ле расплавления. Для печей, работающих на твердой шихте, ве­ личина tnep представляет собой время между концом завалки и взятием первой пробы металла по расплавлении.

В доводку величина скорости выгорания углерода определяет­

ся по периодическим анализам на углерод проб металла.

Определение коэффициента избытка воздуха

При отсутствии в продуктах горения значительного количе­ ства технологических газов от разложения известняка, выгорания

углерода и т.

д. коэффициент избытка воздуха для

всех

видов

топлив может определяться

по формуле

 

 

 

 

Од — 0,5 (СОД + Hf) — 2СНД

 

7

 

1-3,76

NA-N-/Vc.r

 

 

 

При этом

величина Кс.г

подсчитывается по

формуле

(7).

В твердом и жидком топливе содержание азота

(М)

обычно на­

ходится в пределах 0,3—2,5%. В этих случаях без большой по­

грешности можно пренебречь членом Л^/Кс.г- Величина

а будет

подсчитываться по

формуле

 

1 _ 3 7Г °2 ~ °’5 (С°Д + Нз) - 2СН4 '

( 1 1)

 

*N

 

Таким образом,

формулы (10) и (11) справедливы

только

при отсутствии технологических газов, выделяющихся из ванны.

13

Когда имеет место газовыделение, величина а , подсчитываемая по этим формулам, является условной.

Для приблизительной оценки величины Л^/Ус.г можно пользо­ ваться данными табл. 2 [12], где в последнем столбце для раз­

личных горючих газов дана величина

jVs/Vc.r — отношение со­

держания в топливе азота к объему сухих

продуктов

горения

при а =1,0.

 

Таблица 2

N2

 

 

 

 

Значения ----- для некоторых газов

 

Vc.r

 

 

 

Газ

NT

Vc.r

N2/^c.r

 

1n2

 

 

Доменный (коксовых печей).......................

58,5

1,57

37,26

Генераторный из коксовой мелочи . .

52,4

1,7

30,89

Генераторный из низкокалорийного угля

50,6

1,88

26,91

Генераторный из машинного торфа . .

45,3

1,96

23,11

При работе мартеновских печей с использованием кислорода

для сжигания топлива формулы (10) и (11) неприменимы. В этом

случае расчет величины а может быть произведен

по

следую­

щему выражению:

 

 

 

 

О, —05СОД

 

 

v '

1 — 3,76---------------------------------------—

 

 

vo2

 

N2

 

 

-^(4,76?-1) +N«-—-

 

 

v с.г

 

Чг

 

 

где УО2—расход кислорода, «ж3

на ж3 или кг топлива;

кг *топ

К:.г — количество продуктов

горения на

1 нж3

или

лива;

 

 

 

 

Ф — степень чистоты технического кислорода, в долях. Ниже приводится метод расчета избытка воздуха без опреде­

ления расхода кислорода или процентного содержания его в воз­ духе для горения [39].

Необходимое для горения топлива количество кислорода бу­

дет

 

-J- W п

О., =а • VRn

RO2 1

Н2О>

где аи & — соответственно

расход

кислорода (в нж3) на обра­

зование 1 нж3 RO2 и Н2О. Следовательно,

а = УОг изб + дУКО2 + 6УН2о

a RO2 + b Н2О

или

а =

Од + п RO5

,

2

 

nRO*

 

14

где 02 и R02 —содержание этих компонентов в сухих продуктах горения по данным анализа;

flRO2 + R*&YH 100

п =

V С.Г

ко;

Vh2o — содержание влаги

в дымовых газах.

Значения п для различных топлив легко вычислить. Для неко­ торых видов топлива значения п приведены ниже: коксовый газ (неочищенный) — 2,2; генераторный газ из газового угля — 0,75; природный газ— 1,98; мазут (сернистый) — 1,40.

Топливная характеристика р

Для твердого и жидкого топлива

 

= 2,37 H>-O.126(Q- + O,3O2N>) + 0005

(13)

№ принимается по табл. 1.

Для газообразного топлива [28]

п

+*0,79[0,5(Н СОТ)+ 2СН] + 2С2Н+*

H2STО2] + 0,21Nj

(14)

И

=----------

i----------------------------------

----------------

U,/У

 

 

СОТ + RO2 + сн; + 2С2Н$ + 2H2St

 

 

 

Для комбинированного топлива

(газ+жидкое топливо)

 

 

 

р = ^аз + ?Рж.т .

 

(15)

 

 

1 + ?

 

 

 

 

 

G — расход жидкого топлива

на 1 нм3 газа,

г!нм3-,

 

 

^когж.т — содержание СО2 + SO2 в продуктах полного горения

 

 

жидкого топлива, нм31нм3-,

 

 

 

VRO газ — ТО Же ДЛЯ г'азового ТО'ПЛИВЗ.

 

 

 

Максимальное содержание RO2

в продуктах

горения

будет

при

а =•■ 1, оно определяется формулой

 

 

 

 

RO2max = 1

_|_ р

 

 

Зная величину 0 для данного вида топлива, для случаев, ког­ да отсутствует газовыделение из ванны, можно по анализу про­ дуктов горения на RO2 и О2 вычислить содержание СО

CQ __ (21 — Р ROa) — (КОг 4~ Од)

(16)

0,6+3

V 7

Для приближенных расчетов можно пользоваться значения­

ми р

и RO2, приведенными в табл. 3 [12]. Величина р для твер­

дого

и жидкого топлива

почти всегда положительна, а

RO2may< 21 %. Для газов и

газовых топлив величина р может

также быть отрицательной и

в этом случае RO2max > 21 %.

15

Таблица 3

Значения и R0Jmelдля некоторых видов топлива и газов

Топливо

 

%

Топливо

 

^тах

 

 

 

 

%

Водород ....

оо

0

Торф . ...

0,07

19,6

Метан................

0,79

И,7

Антрацит. . .

0,03

20,4

Мазут...............

0,33

16,0

Древесное топ­

0,03

20,4

 

 

 

ливо ....

 

 

 

Генераторный

0,100—0,118

 

Жирные камен­

 

 

газ .

 

0,13

18,6

Доменный газ

—0,129

 

ные угли . . .

Окись углеро­

 

 

Бурые угли . . .

0,08

19,4

—0,395

34,7

Коксовый газ . .

1,05

 

да .. .

 

Углекислый газ

—0,79

100,0

Теоретическая температура горения

Теоретической (адиабатической) называют температуру го­ рения, которая получилась бы при горении топлива без тепло­

отдачи в камере сжигания

/

__

Сн + Зф + б'ф —<2з

ог

 

‘гор—

■—-

 

 

 

 

 

 

 

СГ *с-г

 

 

 

 

Теплосодержание газов

 

 

Теплосодержание воздуха

при

а =< 1

и температуре t

 

 

i°B

= V° с™ t

ккал/нм3,

 

(18)

где с вл — средняя

теплоемкость

влажного

воздуха при

данном

содержании влаги яа 1

нм3 сухого воздуха,

ккал/нм3 град.

Объемные теплоемкости

св и св.п

приведены в Приложе­

нии II, табл. 4.

 

 

 

 

 

 

 

Теплосодержание дымовых газов

при а = 1 и полном го­

рении равно

 

 

 

 

 

 

 

= (гсо2 ссо2 + %

 

^в.пСв.п) t

ккал/нм3-,

(19)

при а > 1,0

 

 

 

 

 

 

 

4 — (^сог ссо2

% cn2

^вп Св п “Ь ^02 со2) ккал/нм3.

Величины ir и

связаны формулой-

 

 

 

ir = £ 4-(а-1)1°.

 

 

(20)

16

Физические параметры газов

Коэффициент динамической вязкости

,

(t + 273)3'2

,

(21)

т( = k

--------+ 273) +------с

кг/мсек.

 

(/

 

V

Значения k и с приведены

в табл. 4.

Таблица 4

 

 

 

 

 

Значения коэффициентов k и с

 

 

Газ

 

 

k ■ 10’

С

 

со2 ...........................................

 

15,52

233

 

Воздух ... ...........................

15,06

122

 

Водяной пар (Н О) . . .

22,36

961

 

n2............................................

 

 

13,85

102

 

о2................... ...

 

 

16,49

110

 

Коэффициенты динамической вязкости различных газов в за­ висимости от температуры приведены в Приложении II, табл. 5.

Коэффициент кинематической вязкости

 

v = — мНсек.

(22)

Величины у для различных газов приведены в Приложении II,

табл.

6.

 

Коэффициент теплопроводности газов

 

 

X = vj (аср — Ь) ккал/м час град,

(23)

где

ср — истинная молекулярная теплоемкость

газа при по­

стоянном давлении, ккал/моль град.

 

Коэффициенты теплопроводности

наиболее

распространенных

газов в пределах температур

от 0 до 1200° С приведены в При­

ложении II,

табл. 7; значения а и b — в табл.

5.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

 

 

Значения коэффициентов а и b [26]

 

 

Газ

а

b

 

Газ

а

ь

Воздух ........................

155

— 167

Н2О—пао . . .

• • 400

+ 1500

n2

•’..................

215

+205

О2

. . ‘....................

195

+257

со3

•.......................

147,2

4-357

 

 

 

 

 

 

Гидравлические сопротивления

 

 

Гидравлическое сопротивление канала или трубопровода, по

которому течет жидкость

(газ), обусловливается двумя видами

потерь напора движущейся средой:

 

 

 

 

2

Б. Н. Курочкин

 

 

 

 

17

 

ГОС. ПУБЛИЧНАЯ

 

 

/

 

 

НАУЧН-ТЕХНИЧЕСНАЯ

/

 

 

 

 

CUE ПМЛТГЦ А Г'Г'ЛАГ»

Г

ЧГ

1)потерей напора на преодоление сопротивления трения (Лт), зависящего в основном от скорости движения (или от Re) и от состояния поверхности канала;

2)потерей напора на преодоление местных сопротивлений

(Ам),

вызванной главным образом

перераспределением

скоро­

стей

на различных участках

канала, а

также изменением его

геометрической формы.

 

 

 

 

 

Потери напора

на

трение

 

Потери напора на трение для круглых каналов (трубопрово­

дов)

подсчитываются по формуле

 

 

 

 

/

7

 

 

(24)

 

hr = ^ — ------ — мм вод. ст.,

 

d

2g

 

 

 

где

I — длина трубопровода,

м;

 

 

 

d — диаметр, ж;

Т —средний удельный вес газа на данном участке, кг/м3',

)Fcp=---- -—- — средняя скорость между начальной и конечной

скоростями движения газа на данном участке длиной I,

м/сек.

При турбулентном движении газа, которое обычно имеет ме­ сто в промышленных газоходах и трубопроводах (Re >5000), ве­ личину л можно определить по следующим формулам:

для гладких стенок и Re <105 по формуле Блазиуса

 

Хгл =

;

(25а)

 

/Re

 

для гладких стенок и Re =■ 105->108

 

_

0,857

(256)

~ (1g Re)2'4

 

для шероховатых труб по формуле Якимова

 

аш = 0,19 k

= Vd >

(25в>

где z — высота выступов, мм. Последняя формула применима для

г30

d> Re0’875 ‘

Востальных случаях расчет ведется по формулам для глад­ ких труб.

Втабл. 6 приведены значения г и а для различных видов трубопроводов [3].

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6

 

 

 

Значения

коэффициентов z и а для различных труб

Трубы

 

z

■ 1 О3

а

 

Трубы

г • 103

а

Стальные тру-

 

 

 

Старые

сталь-

 

 

бопроводы су-

 

 

 

ные

клепа-

 

 

хого

газа

и

 

 

 

ные и чугун-

 

 

паропроводы,

 

 

 

ные газопро-

 

 

подвержен-

 

 

 

 

воды

сырого

 

 

ные

корро-

0,4

0,014

 

газа

и водо-

0,85

0,018

ЗИИ

....

 

проводы . .

Новые

сталь-

 

 

 

Новые стальные

 

ные

трубо-

 

 

 

клепаные и

 

 

проводы

су-

 

 

 

чугунные га-

 

 

хого

газа

и

 

 

 

зопроводы

 

 

новые

паро-

 

 

 

сырого газа

 

 

проводы,

под-

 

 

 

и водопрово-

0,5

0,015

верженные

и

 

 

 

ДЫ...............

коррозии

 

 

 

 

Бетонные и же-

 

 

хорошо смон-

 

 

 

лезобетонные

1,1

0,02

тированные,

 

 

 

трубы . .

технически

 

 

 

 

Кирпичные га-

 

 

гладкие

па-

 

 

 

зоходы и тру-

0,047

ропроводы

0,15—0,1 0,01—0,009

бы...............

15,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Для некруглых каналов (трубопроводов)

также можно поль­

зоваться

формулой

(24), при

этом диаметр d заменяется экви­

валентным гидравлическим диаметром

 

 

 

 

 

 

 

 

d3

= 4—,

 

 

(26)

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

где F — сечение канала, ж2;

рпериметр канала, м.

Вчастности, для каналов прямоугольного сечения со сторо­ нами с и b

Местные сопротивления

Общая формула для расчета местных сопротивлений

,

>

7 IF2

мм вод.

ст.,

/о_,

(27)

лм

=;J----

 

 

 

2g

 

 

 

 

где 5 ■— коэффициент

местного

сопротивления.

 

Значения величины

?

и скорости W,

которые следует прини­

мать при определении сопротивлений для наиболее распростра­ ненных случаев местных сопротивлений, приведены в Приложе­

нии II, табл. 8. Коэффициенты сопротивления при дросселирова-

*2 19

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ