Разработка методов компьютерного контроля газодинамических параметров потока газа в горне печи
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
Р и остается постоянной величиной по всей длине потока от сечения 1 к сечению 2, это уравнение имеет вид:
(1.2)
где Нтр- энергия движения единицы объема газа, которая в результате трения необратимо перешла в теплоту и, таким образом, оказалась потерянной, Дж.
Перед разработкой методик расчета полных энергий потока комбинированного дутья и потока горнового газа воспроизведем вывод уравнения полной энергии потока воздушного дутья.
Полная энергия потока воздушного дутья
Воспользовавшись выражением (1.1) и приняв ось фурмы за начало отсчета, запишем уравнение полной энергии потока воздушного дутья на срезе фурмы без учета изменения внутренней энергии:
(1.3)
где mд - массовый расход потока дутья через одну фурму, кг/с; Рд - абсолютное давление дутья, Па (Рд = 101325 + Ри, где Ри - избыточное давление дутья, измеренное прибором, Па); ?д - плотность воздушного дутья, кг/м3; ?д - средняя скорость потока дутья в фурме, м/с.
Массовый расход и средняя скорость потока дутья могут быть выражены через общий объемный расход дутья Qд (м3/c), количество n и площадь сечения Sф (м2) фурм:
(1.4)
(1.5)
Подставив выражения (4) и (5) в уравнение (3), получим:
(1.6)
Плотность дутья и объемный расход дутья могут быть определены из формул:
где Ро, То - давление и температура при нормальных условиях (101325 Па, 273 К), Па, К, соответственно; rод - плотность воздушного дутья при нормальных условиях, кг/м3; Qод - объемный расход дутья при нормальных условиях, измеренный приборами на печи, м3/с, ; Тд - температура дутья, К.
Подставив эти выражения в уравнение (1.6), после соответствующих преобразований получим уравнение для определения полной механической энергии потока дутья на срезе фурмы доменной печи:
(1.7)
Первое слагаемое уравнения (1.7) представляет собой запас энергии давления (компрессии), второе - кинетической энергии, потока нагретого атмосферного дутья.
Полная энергия потока комбинированного дутья
Для определения полной механической энергии потока комбинированного дутья на срезе фурмы доменной печи необходимо в уравнении (1.7) вместо расхода дутья использовать приведенный к нормальным условиям расход газо-воздушной смеси Qосм (м3/с), вместо температуры дутья - температуру смеси Тсм (К), вместо нормальной плотности дутья - плотность смеси при нормальных условиях - rосм (кг/м3). Для вычисления указанных параметров газовоздушной смеси необходимо, в первую очередь, определить долю (hг) природного газа, сгорающего в полости фурмы доменной печи.
В основу расчета доли сгорающего в фурме газа положены исследования формирования газовой фазы в фурме доменной печи при изменении расхода природного газа. В соответствии с этими исследованиями при расходе природного газа на одну фурму выше 700 м3/ч (приблизительно более 90 м3/т чугуна) содержание СО и СО2 в полости фурмы примерно одинаково и равно в сумме 2,0 %, причем график изменения содержания СО и СО2 имеет тенденцию к насыщению при увеличении расхода газа, поэтому рассчитаем долю сгорающего в фурме природного газа из условия, что содержание CO + CO2 в продуктах сгорания равно 2,0 %.
Запишем реакцию одновременного горения CH4 в CO, CO2, H2 и H2O (для простоты расчетов принято, что природный газ состоит только из CH4):
(1.8)
Из реакции (1.8) следует, что при сгорании hгQог природного газа (Qог - нормальный объемный расход природного газа, м3/c) образуется hгQог смеси оксида углерода и углекислоты, hгQог водорода, столько же влаги и расходуется 1,25hгQог кислорода. После сгорания остаточное количество CH4 составляет (1-hг)Qог.
Общее количество газовоздушной смеси, образовавшейся при горении природного газа в полости фурмы доменной печи, составит:
(1.9)
Доля сгорающего природного газа в фурме доменной печи может быть найдена из уравнения:
(1.10)
Откуда
(1.11)
Химический состав газовой фазы, образовавшейся в результате сгорания части природного газа, определяем из уравнений:
(1.12)
(1.13)
(1.14)
(1.15)
(1.16)
где О2 - содержание кислорода в дутье, м3/м3.
Нормальную плотность смеси газов определяем по формуле:
(1.17)
Удельную массовую теплоемкость газовой смеси при постоянном объеме cvсм, можно вычислить по формуле:
(1.18)
при этом удельные массовые теплоемкости отдельных компонентов газовой фазы можно определить по формуле:
(1.19)
где cрi - удельные объемные теплоемкости компонентов газовой фазы при постоянном давлении, Дж/(м3К).
Температуру смеси газов в полости фурмы определим из уравнения теплового баланса этой полости:
дутье горновой газ доменный
(1.20)
где Gд и Gг - количество тепла, внесенное дутьем и природным газом, соответственно, Дж/с; Gнг и Gпг - количество тепла, выделившееся при неполном и полном сгорании природного газа, Дж/с; - удельные объемные теплоемкости соответственно оксида углерода, углекислоты, водорода, влаги, метана, кислорода и азота при постоянном объеме Дж/(м3К), вычисленные по формуле cv'i = cpi - Ri.
Количество тепла, внесенное дутьем и природным газом, а также количество тепла, которое образуется при неполном (до СО и Н2) и полном (до СО2 и Н2О) сгорании части природного газа, находим из выражений:
(1.21)
(1.22)
(1.23)
(1.24)
где сvд - удельная объемная теплоемкос