Теплотехнические процессы, протекающие в печах

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 13Следующая ⇒

Тепловая энергия, подводимая в печи к обрабатываемому материалу, получается за счет сжигания соответствующего топлива или за счет преобразования электрической энергии в тепловую. При этом часть тепловой энергии расходуется непосредственно на проведение технологического процесса (на нагрев обрабатываемого материала, на его физико-химическое преобразование), а часть затрачивается на компенсацию тепловых потерь (тепло отходящих газов и продуктов, тепло, теряемое через футеровку).

Наибольшее распространение для промышленных печей получило углеводородное топливо (уголь, жидкие углеводороды, углеводородные газы). Твердое топливо в химических отраслях промышленности используется относительно редко. Жидкое и газообразное топливо подразделяются на природное (нефть, природный газ) и искусственное, являющееся продуктом переработки нефти, сланцев и других материалов природного происхождения (мазут, бензин, керосин, сжиженные газы, вторичные газы нефтепереработки и т.д.).

Жидкое топливо

Наибольшее распространение в качестве жидкого топлива получил мазут, являющийся одним из продуктов (в некоторых случаях остатков) нефтепереработки. В соответствии с ГОСТ 10585-63 мазут выпускается шести марок: флотский – Ф5, Ф12, топочный – 40, 100, 200 и для мартеновских печей – МП. Основные усредненные теплотехнические характеристики топочных мазутов приведены в табл. 1 и 2.

В теплотехнических расчетах теплоемкость мазута можно принимать равной 2 кДж/(кг×^оС), коэффициент теплопроводности – 0,13 Вт/(м×^оС), скрытую теплоту испарения – 170 ¸ 250 кДж/кг [1].

Табл.1

Характеристики мазута по ГОСТ 10585-63

Табл. 2

Состав и расчетные теплотехнические характеристики топочных мазутов [1]

Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха, необходимого для обеспечения полного сгорания мазута, рекомендуется принимать в пределах 1,1 ¸1,2. При особо тонком распылении топлива и благоприятных гидродинамических условиях в камере горения коэффициент избытка воздуха может быть принят равным 1,05 ¸1,1.

Мазут может гореть только в определенных условиях, причем горение мазута происходит только в паровой фазе. Поэтому перед сжиганием мазут должен быть испарен. Для обеспечения горения топливо распыляется в топочной камере с помощью форсунок. Чем выше дисперсность распыла (чем меньше диаметр капелек мазута после распыла), тем больше суммарная поверхность образовавшегося ансамбля капелек и тем эффективнее протекает последующий процесс прогрева и испарения капель. Для нормальной работы форсунок топливо должно поступать в эти устройства при постоянном давлении и при температуре, отвечающей оптимальной вязкости. Обычно давление жидкого топлива на входе в форсунку колеблется в пределах 0,2  ¸ 0,5 МПа.

В форсунках смешение топлива с воздухом достигается испарением, распылением и комбинированием первых двух способов. Чаще используется комбинированный способ, при котором распыление и испарение топлива осуществляется подачей в форсунку в качестве распыливающего агента нагретого воздуха или перегретого пара. При распылении топливо рассеивается в виде тумана (ансамбль капель с очень малым диаметром и соответственно с большой суммарной поверхностью). Затраты энергии на распыление жидкости зависят от её вязкости и парциального давления паров жидкости (мазута). Поэтому мазут перед форсункой должен быть нагрет до максимальной температуры, допускаемой условиями эксплуатации и правилами безопасности. Обычно эта температура соответствует точке начала кипения мазута.

Газообразное топливо

Наилучшим видом топлива для использования в печах является газообразное, обладающее в сравнении с твердыми и жидкими видами топлив следующими преимуществами:

· простота регулирования процесса горения при малом коэффициенте избытка воздуха;

· возможность подогрева топлива и воздуха перед сгоранием до высоких температур;

· исключение застывания топлива в подводящих коммуникациях и др.

Чаще всего в качестве топлива используется природный газ, состоящий главным образом из метана. В некоторых случаях в печах используются отходящие газы конкретных технологических процессов (например, сухие газы нефтепереработки). Состав этих газов существенно зависит от вида конкретного технологического процесса. Сжиженные газы (пропан, бутан) используются существенно реже и только в экономически обоснованных случаях.

Основные формулы, используемые при расчете процесса горения газообразного топлива, а также теплотехнические характеристики некоторых газов [1] приведены в табл. 3 ¸ 7.

Табл. 3

Основные расчетные формулы, применяемые при расчете процесса горения газообразного топлива

Определяемая величина		Формулы (номер формулы)  (расшифровка входящих величин)
Теплота сгорания сухого газа, высшая, кДж/м3		(3.1)
Теплота сгорания сухого газа, низшая, кДж/м3		(3.2)
Соотношения между высшей и низшей теплотами сгорания		(3.3)
Здесь:	, ,  и т. д. – объемные доли компонентов, входящих в смесь газов, %
Теплота сгорания влажного газа низшая при давлении и температуре, отличных от нормальных, кДж/м3		(3.4)
Здесь:	– теплота сгорания низшая, кДж/м3;  – давление насыщенного пара, Па;   – относительная влажность;  – абсолютная температура, равная 273 К
Количество воздуха теоретически необходимого для сгорания, м3/м3		(3.5)
Объем продуктов сгорания газа при теоретическом количестве воздуха, м3/м3		(3.6)
Здесь:	; ;  – объемы отдельных компонентов в продуктах сгорания 1 м3 горючего газа, м3
Объем углекислого газа в продуктах сгорания газа, м3/м3		(3.7)
Объем водяных паров в продуктах сгорания газа, м3/м3		(3.8)
Здесь:	и - влажность горючего газа и воздуха, г/м3
Объем азота в продуктах сгорания газа, м3/м3		(3.9)
Средняя объемная теплоемкость смеси газов, кДж/(м3 оС)		(3.10)
Здесь:	, , … – содержание отдельных горючих компонентов газовой смеси, объемн. %; , , … – средняя объемная теплоемкость отдельных компонентов смеси, кДж/(м3 оС
Пределы воспламенения смеси газов, верхний и нижний (приближенно, при незначительном содержании балластных примесей), объемн.% газовоздушной смеси		(3.11)
Здесь:	, …  – содержание отдельных горючих компонентов газовой смеси, объемн. %; , …  – содержание отдельных горючих компонентов газовой смеси соответственно при верхнем или нижнем пределах воспламенения, объемн. %
Максимальная скорость распространения пламени горючей газовой смеси, м/с		(3.12)
Здесь:	–  содержание горючего газа в смеси, дающей максимальную скорость распространения пламени, объемн. %; , ,  – максимальная скорость распространения пламени отдельных газов, м/с; , …  – содержание отдельных газов в смеси, дающее .

Табл. 4

Составы и теплотехнические характеристики природных газов некоторых месторождений

Табл. 5

Характеристика основных реакций, протекающих при горении газообразного топлива

Табл. 6

 Основные теплотехнические характеристики природных газов некоторых газовых и нефтяных месторождений

Табл. 7

Температура воспламенения и пределы взрываемости смесей различных газов с воздухом

3.3. Получение тепловой энергии за счет преобразования электрической энергии

Нагрев некоторых твердых и жидких материалов проводится с использованием электрического тока по методу сопротивления. В этом случае обрабатываемый материал непосредственно включается в электрическую цепь (последовательное подключение). При преодолении электрического сопротивления материала в нем выделяется тепло.

Используется также преобразование электрической энергии в тепловую в газовой дуге преимущественно в газовом пространстве, разделяющем электроды, и на концах электродов. При этом могут быть использованы следующие виды нагрева:

· прямой (дуга горит между электродом и расплавом материала);

· косвенный (дуга горит между двумя электродами, а расплав находится на некотором расстоянии от дуги);

· комбинированный (дуга создается между шихтой и погруженным в шихту или расплав электродом);

· нагрев в дуговых плазмотронах (материал помещается в потоке низкотемпературной плазмы).

Наконец, для электропроводящих материалов используется индукционный метод преобразования электрической энергии в тепловую. При этом выделение тепловой энергии происходит за счет индукционных токов, возникающих в расплавленном металле, помещенном в электрическое поле.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов