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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date燃料燃烧及热平衡计算参考燃料燃烧及热平衡计算参考燃料燃烧及热平衡计算参考3.1 城市煤气的燃料计算3.1.1 燃料成分表2.2 城市煤气成分（%）2成分CO2COCH4C2H6H2O2N2合计含量105225462101003.1.2 城市煤气燃烧的计算1、助燃空气消耗量2（1）理论空气需要量Lo= Nm3/Nm3 (3.1) (3.1)式中：CO 、CH4 、 C2
2、H6 、 H2 、 O2每100Nm3湿气体燃料中各成分的体积含量（Nm3）。则Lo= = 4.143 Nm3/Nm3（2）实际空气需要量 Ln=nL0, Nm3/Nm3 (3.2) (1.2)式中：n空气消耗系数，气体燃料通常n=1.051.1现在n取1.05，则 Ln=1.054.143=4.35 Nm3/Nm3（3） 实际湿空气需要量Ln湿=（1+0.00124）Ln，Nm3/Nm3 （3.3）则Ln湿=（1+0.0012418.9）4.35=4.452 Nm3/Nm32、天然气燃烧产物生成量（1）燃烧产物中单一成分生成量 (3.4) (3.5) (3.6) (3.7)式中CO 、CH4
3、 、 C2H6 、 H2 每100Nm3湿气体燃料中各成分的体积含量。则 Nm3/Nm3=0.046 Nm3/Nm3=3.54 Nm3/Nm3=1.152 Nm3/Nm3（2）燃烧产物总生成量实际燃烧产物量 Vn = VCO2+VO2+VN2+VH2O Nm3/Nm3 (3.8)则V n=0.47+0.046+3.54+1.152=5.208 Nm3/Nm3理论燃烧产物量V0=Vn（n1）LO (3.9)V0=5.208（1.051）4.143=5.0 Nm3/Nm3(3) 燃料燃烧产物成分2 (3.10) (3.11) (3.12) (3.13)则 3.1.3 天然气燃烧产物密度的计算3已知
4、天然气燃烧产物的成分，则： 烟=，kg/Nm3 (3.14) 式中：CO2、H2O、N2、O2每100Nm3燃烧产物中各成分的体积含量烟= Nm3/Nm33.1.4 天然气发热量计算高发热量Q高=39842CH4+70351C2H6+12745H2+12636CO（kJ/Nm3 （3.15） 低发热量Q低= 35902CH4+64397C2H6+10786H2+12636CO (kJ/ Nm3) （3.16）式中：CH4、C2H6、 H2、CO 分别为天然气中可燃气体的体积分数（%）。则Q高=398420.22+703510.05+127450.46+126360.05=18777kJ/Nm3
5、Q低=359020.22+643970.05+107860.46+126360.05=16710kJ/ Nm33.1.5 天然气理论燃烧温度的计算 （3.17）式中：t理理论燃烧温度（） Q低低发热量(kcal/ Nm3)，Q低=16710kJ/ Nm3 Vn燃烧产物生成量（Nm3/Nm3）, Vn=5.208Nm3/Nm3 C1燃烧产物的平均比热KJ/(Nm3 )。估计理论燃烧温度在1900左右，查表3取C1=1.59 kJl/(Nm3 则 3.2 加热阶段的热平衡计算采用热平衡计算法, 热平衡方程式： Q收1Q支1 （3.18）3.2.1 热收入项目 天然气燃烧的化学热Q烧Q烧=BQ低 (
6、3.19) 式中:B1熔化室燃料的消耗量(Nm3/h) 83.2.2 热量支出项目1、加热工件的有效热量是物料所吸收的热量Q料，用下式计算【4】 【5】：Q料=G（t料t初）C料 (3.20) 式中:G物料的重量（kg/h ）,炉子加热能力为G=151813=3510 kg/h.t料被加热物料的出炉温度（ ）， 查表得t料=160， t初被加热物料的进炉温度（ ），为室温，则t初=20 C料物料的平均热容量,kJ/(kg ) 查表得C料=0.88 kJ /(kg )则Q料=3510（16020）0.88=432432 kJ/40min2、加热辅助工具的有效热Q（料筐的吸热）Q=G辅（t辅t初）
7、 (3.21)G辅助工具的重量（kg/h ）， G=20015=300 0 kg C料物料的平均热容量,kJ/(kg ) 查表得C料=0.88 kJ /(kg )则Q =3000(160-20)0.448=188160 KJ/40min3、通过炉体的散热损失Q散1（1）炉墙平均面积 炉墙面积包括外表面面积和内表面面积。简化计算可得： F外墙=（7.385+3.544）5.3292=116.49 m2 F内墙=(6.95+2.964)4.7592=94.37 m2 F墙均 = （F外墙+ F内墙）2=（116.49+94.37）2=105.43 m2 (2)炉底平均面积 炉底面积包括外底面面积和
8、内底面面积。简化计算可得：F底均=(6.952.964+7.3853.544)2=23.39 m2(3)炉顶平均面积 由于炉子是规则的长方形，故炉底和炉顶近似看做相等的面积，故 F顶均=F底均=23.39 m2 计算炉墙散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子，本炉子炉墙所用材料及厚度如下选用：外层为不锈钢钢板：s4=6mm，4=32.6W/(m)钢板是外壳，厚度较薄，计算炉体散热损失时，最外层温度计算到炉衬材料的最外层，钢板不计算在内。以下都是这样。内层也采用不锈钢板：s1=0.8mm，1=32.6W/(m) 炉衬材料：第二层为硅酸铝耐火纤维，s2=100mm, 2=0.083W/(m)
9、 第三层硅钙板，s3=75mm, 3=0.056+0.1110-3 tW/(m) 炉墙结构如下图： 图3.1 时效炉炉墙结构图计算炉墙散热，根据下式： (3.22)首先，炉内温度达到250才可以满足要求，因为炉膛内壁为不锈钢板，导热极好，可以计算可以忽略。第二层耐火纤维内侧温度为=250。我们假定界面上的温度及炉壳温度，=135，=60， 则耐火纤维的平均温度=（250+135）/2=192.5,硅钙板的平均温度 =（135+60）/2=97.5，则=0.083 W/(m)=0.0560.1110-3 97.5=0.0667 W/(m) 当炉壳温度为60，室温ta=20时，查表得=12.17
10、W/(m2)求热流 验算交界面上的温度、=135.06 =5%，满足设计要求。计算炉壳温度t1t5=27.760，满足满足炉壳表面平均温度60的要求。计算炉墙散热损失Q墙散=qF墙均=95.4105.43=10058W=36207 KJ/40min计算炉底散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子，本炉子炉底和炉顶结构和炉墙类似，它们的热流密度平均综合起来计算。通过查表得知炉顶炉底的综合传热系数为：13.93 W/(m2.)， 9.83 W/(m2.）Q顶底=(+)2=11.88 W/(m2.）则炉底和炉顶的散热量为 Q顶底= q1（F底均+F顶均) =107.5（23.29+23.29)=
11、5029 W =12069KJ/40min通过炉体的散热量为Q散= Q顶底+Q墙散=36207+12069=48276 KJ/40min4、废烟气带走的热量Q烟Q烟=BVnt烟c烟 (3.23) 式中：Vn实际燃烧产物量（N Nm3/Nm3），前面计算得V n=5.208 N Nm3/Nm3 t烟出炉废烟气温度（）， t烟=160 c烟出炉烟气的平均比热容，查表得c烟=1.42 kJ/(Nm3)则 Q烟=B5.2081601.42=1183B5、炉子的蓄热Q 炉体的蓄热可分为三部分，金属的蓄热Q金、耐火纤维毡的蓄热Q耐、和硅钙板、蓄热Q板。查表可知：金属的比热容C金=0.49 KJ/(Kg.)
12、 耐火纤维毡的比热容C耐=0.835 KJ/(Kg.) 硅钙板的比热容C板=0.75 KJ/(Kg.) Q=GC金(t均-to）则Q金=435708 KJ/40min Q耐=110565 KJ/40min Q板=166725 KJ/40minQ蓄=Q金+Q耐+Q板=435708+110565+166725=712998 KJ/40min 6、燃料漏失引起的热损失Q漏Q漏=BKQ低 (3.24) 式中：K燃料漏失的百分数，对于气体燃料，指经储气器和气管漏气，取K=1% 则Q漏=B1%16710=167.1B7、燃料不完全燃烧的热损失Q不 在有焰燃烧炉中，废烟气中通常含有未燃烧的可燃气体，对于城市
13、煤气，它的不完全燃烧的热损失用下式：Q不=BVnbQ低 (3.25)式中b为不完全燃烧气体的百分比，取2%。Q不=B5.2082%16710=1740B8、其它热损失Q它 例如炉子计算内外表面积时，实际炉子比计算中的要复杂，表面积要比计算的大，这部分还有能量损失。等还有其它的损失。其它热损失约为上述热损失之和的5%7%，取7%，故Q它=0.07（Q料+Q辅+Q散+Q蓄+Q烟+Q漏+Q不) (3.26)根据热量的收支平衡，由公式（3.14），可从中求出每小时的平均燃料消耗量B。Q烧=Q料+Q辅+Q散+Q蓄+Q烟+Q漏+Q不 +Q它 (3.27)代入前面计算数值得16710B=3307.5B+14
14、78596.6则B=110.3 Nm3/40min=165.45 Nm3/h在工程设计中，炉子的最大燃料消耗量应比理论消耗量大，即：Bmax=(1.31.5)B式中：1.31.5为燃料储备系数。取1.3，则Bmax=1.3110.3=143.4 Nm3/40min=214.5Nm3/h根据最大燃料消耗量来确定燃烧器的数目，其总燃烧能力应大于Bmax3.2.3 利用求得的B值计算上面的未知量 天然气燃烧的化学热Q烧= BQ低=110.316710=1843113 kJ/40min 废烟气带走的热量Q烟=1183B=1183110.3= 130485 kJ/40min 燃料漏失引起的热损失Q漏=167.1B=167.1110.3=18431 kJ/40min 燃料不完全燃烧的热损失Q不=1740B=1740110.3=191922 kJ/40min Q它=0.07（Q料+Q辅+Q散+Q蓄+Q烟+Q漏+Q不） =0.07（432432+188160+48276+712998+130485+18431+191922） =120589 kJ/40min-