热风炉的有关计算
5.1.1 计算的原始数据
高风量 V f ' =2302 标米3/小时 . 08⨯60=138168热风出口处的平均温度 t R , f =1100℃ 冷风入口温度 t L , f =30℃ 规定的拱顶烟气温度t y 1=1400℃ 平均废气出口温度 t y 2=250℃ 净煤气温度 t m =35℃ 助燃空气温度 t k =20℃ 热风炉座数 n =3座
热风炉工作制度“二烧一送”,其中送风周期τf =1小时,燃烧周期时间
τr =1. 9小时,换炉时间∆τ=0. 1小时,总的周期时间τz =τf +τr +∆τ=3小时。
高炉煤气成分(干)%:
5.1.2 燃烧计算
(1)煤气成分换算
净煤气在35℃时饱和水含量为47.45克/标米3,1标米3干煤气的总含水量为 47. 45+20. 00=67. 45克/标米3。
换算水蒸气的体积百分含量: H 2O =
100W H 2O 803. 60+W H 2O
=
100⨯67. 45
=7. 74%
803. 60+67. 45
100-H 2O 100-7. 74
==0. 923
100100
则湿煤气成分的换算系数 m =湿煤气成分的体积含量(%):
CO 2 19. 9⨯0. 923=18. 37 CO 25. 8⨯0. 923=23. 89 H 2 0. 4⨯0. 923=0. 369 CH 4 0. 6⨯0. 923=0. 554 H 2O 7. 74
N 2 53. 19⨯0. 923=49. 09 总和 100. 00 (2)煤气发热值计算
3H
Q P =30. 2CO +25. 7H 2+85. 8CH 4+142C 2H 4+55. 3H 2S 千卡/标米
式中 CO , H 2, CH 4, C 2H 4, H 2S ——煤气中各成分的体积含量,%。
3P Q H =30. 2⨯23. 89+25. 7⨯0. 369+85. 8⨯0. 554=778. 49千卡/标米
(3)燃烧1标米3煤气的空气需要量
0. 5H 2+0. 5CO +2CH 4+3C 2H 4-O 2+1. 5H 2S
标米3/标米3煤气
21
0. 5⨯0. 369+0. 5⨯23. 89+2. 0⨯0. 554
=0. 63标米3/标米3煤气 则 L 0=
21
L 0=
计算实际空气需要量,设过剩空气系数α=1. 20,则 L =α⋅L 0=1. 20⨯0. 63=0. 756 标米3/标米3煤气 (4)燃烧1标米3煤气生成的烟气量百分组成 助燃空气中带入的水忽略不计,按下式计算: V y , m =V CO 2+V H 2O +V N 2+V O 2+V SO 2 标米3/标米3煤气 V H 2O =0. 01(2CH 4+2C 2H 4+H 2+H 2S +H 2O +H 2O ' ⋅L ) V CO 2=0. 01(CO +CO 2+CH 4+2C 2H 4) V N 2=0. 01(N 2+79L ) V O 2=0. 21(α-1) L V SO 2=0. 01H 2S
式中 CO , CO 2, CH 4, O 2, H 2S 等——湿煤气中各成分的体积含量,%; H 2O ' ——助燃空气中水的体积含量,%。 则 V CO 2=0. 01⨯(23. 89+18. 37+0. 554) =0. 43
V H 2O =0. 01⨯(2⨯0. 554+7. 74+0. 369+7. 74⨯0. 768) =0. 16 V N 2=0. 01⨯(49. 09+79⨯0. 768) =1. 10 V O 2=0. 21⨯(1. 20-1) ⨯0. 768=0. 032
V y , m =0. 43+0. 16+1. 10+0. 032=1. 722 标米3/标米3煤气 烟气成分,%: CO 2=
V CO 2V y , m
⨯100=25. 44
H 2O =
V H 2O V y , m
⨯100=4. 49
N 2=
V N 2V y , m
⨯100=65. 42
O 2=
V O V y , m
⨯100=4. 65
合计 100. 00 (5)理论燃烧温度和实际燃烧温度计算 1)烟气热含值计算
煤气在35℃时带入的显热C m t m 及助燃空气在20℃时带入的显热C k t k L 按下式计算:
C m t m =0. 01t m (CO 2⋅C CO 2+CO ⋅C CO +H 2⋅C H 2+CH 4⋅C CH 4+H 2O ⋅C H 2O +N 2⋅C N 2)
C t t k =0. 01t k (O 2⋅C O 2+N 2⋅C N 2+H 2O ⋅C H 2O )
式中 CO , CO 2, N 2等——煤气或助燃空气所含 各成分的体积含量,%;
C CO 2, C CO , C H 2O 等——煤气或助燃空气中各 成分在温度为t m 或t k 时的平均热容量,千卡/标米3·℃; 则
C m t m =0. 01⨯35⨯(18. 37⨯0. 3123+23. 89⨯0. 311+0. 369⨯0. 305+49. 09⨯0. 3103) =9. 979千卡/标米3煤气
3C k t k L =0. 01⨯20⨯(21⨯0. 3123+79⨯0. 3103) ⨯0. 768=4. 77 千卡/标米煤气
则烟气热含量为:
H
Q P +C m t m +C k t k L q
i y 0=千卡/标米3煤气 =
V y , m V y , m
式中 t m ——煤气温度,℃;
C m ——在温度为t m 时煤气的平均热容量,千卡/标米3·℃; t k ——助燃空气温度,℃;
C k ——在温度为t k 时助燃空气的平均热含量,千卡/标米3·℃。
778. 49+9. 979+4. 77
=460. 64 千卡/标米3烟气
1. 722
2)燃烧温度计算
i y 0=
当烟气热含量为460.64千卡/标米3烟气时,查表得此时t x 约为t x =1300℃。 当t x =1300℃时烟气中各成分的热含量计算如下:
查《炼铁设计参考资料》有, i CO 2=0. 2336⨯655. 92=153. 22 i H 2O =0. 0935⨯506. 04=47. 31 i N 2=0. 6542⨯405. 96=265. 58 i O 2=0. 0187⨯430. 56=8. 05
烟气在t x =1300℃热含量为:
3i x =i CO 2+i H 2O +i N 2+i O 2 =153.22+47.31+265.58+8.05=474.16千卡/标米
i x 与i y 0基本接近,故可按下式计算理论燃烧温度:
t 0=t x
i y 0i x
=1300⨯
474. 16
=1338℃
460. 64
若考虑实际温度比理论温度低70~80℃,则实际燃烧温度为:
t y 1=t 0-71=1267℃ 温度为t y 1 时烟气热含量为:
i y 1=0. 2336⨯593. 56+0. 0935⨯457. 05+0. 6542⨯369. 27+0. 0187⨯391. 93=430. 29千卡/标米3烟气
通过热风炉散失的热量为:
q w =i y 0-i y 1=460. 64-430. 29=30. 35千卡/标米3 相当于散失热量百分数 ηw =
q w 30. 35==6. 58% i y 0460. 64
5.2 热平衡计算
5.2.1 计算鼓风从80℃提高到1150℃所增加的热含量
根据公式 ∆i f =i R , f -i L , f 千卡/标米3 其中i R , f ——温度为时鼓风的热含量; i L , f ——温度为时鼓风的热含量。
380
∆i f =i 1150 千卡/标米鼓风 -i =400. 21-24. 85=375. 36f f
5.2.2 加热1标米3鼓风需要的煤气量
废气温度为250℃时热含量按下式计算:
i y 2=CO 2⋅i CO 2+H 2O ⋅i H 2O +N 2⋅i N 2+O 2⋅i O 2 千卡/标米3 式中 CO 2, H 2O , N 2, O 2——烟气中各成分的含量,%;
i CO 2, i H 2O , i N 2, i O 2——废气温度位250℃时废气中各成分的热含量,千卡/标米3 则
i y 2=0. 2336⨯110. 56+0. 0935⨯91. 34+0. 6542⨯77. 98+0. 0187⨯80. 59=86. 89千卡/标米3
计算热风炉的总热效率:
ηk =
i y o -i y 2-q w
i y 0
⨯100%=
460. 64-86. 89-36. 29
⨯100%=73. 26%
460. 64
则加热1标米3鼓风消耗的煤气量为: V m , f =
∆i f
ηR ⋅q
千卡/标米3鼓风
式中——燃烧1标米3煤气带入的化学热和显热; V m , f =
375. 363
=0. 599千卡/标米鼓风
0. 79⨯(778. 46+9. 979+4. 77)
5.2.3 煤气消耗量及烟气量
周期中加热鼓风的总流量,按下式计算:
V z , f =V f '⋅τ=138168 标米3/周期 ⨯3=414504周期中的煤气总的消耗量按下式计算:
3 V z , m =V z , f ⨯V m , f =414504⨯0. 599=248287. 9标米/周期
通过一座热风炉的平均小时鼓风量及煤气量:
由于采用“二烧一送”的工作制度,通过一座热风炉的平均小时鼓风流量为: V f =
V f '
τf
3
=138168标米/小时
按下式计算通过每座热风炉的平均小时煤气消耗量: V m =
V f ⋅V m , f
τr
=
138168⨯0. 5993
=43559. 28标米/小时
1. 9
按下式计算一座热风炉的平均小时烟气量:
3
V y =V m ⋅V y , m =43559. 28⨯1. 722=75009. 08标米/小时