Читать онлайн «Термодинамические процессы применительно к газовым вагранкам: Учебное пособие»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» А. А. Черный ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ГАЗОВЫМ ВАГРАНКАМ Учебное пособие Пенза 2008 УДК 669. 621. 74 Р е ц е н з е н т ы: Научный совет Пензенского научного центра; главный металлург ОАО «Пензадизельмаш» А. С. Белоусов Черный А. А. Термодинамические процессы применительно к газовым вагранкам: учебное пособие / А. А. Черный. – Пенза: Пензенский государственный уни- верситет, 2008. – 41с. Изложена методика термодинамического расчета горения метана применительно к условиям сжигания газовоздушной смеси в газовых вагран- ках. Приводятся новые разработки, позволяющие рационально сжигать газ в шахтных чугуноплавильных печах. Учебное пособие разработано применительно к учебному процессу по кафедре «Машины и технология литейного производства». Оно может быть использовано при изучении курсов «Термодинамика», «Печи литейных цехов», «Математическое моделирование в литейном производстве», а также при выполнении курсовых и научно-исследовательских работ. В пособии использованы оригинальные разработки автора, являю- щиеся его интеллектуальной собственностью. © Черный А. А. , 2008 2  ВВЕДЕНИЕ Горение топлива сложный физико-химический процесс. Для отопле- ния печей широко используется газообразное топливо – природный газ (ме- тан). Природный газ дешевле других видов топлива и его рационально ис- пользовать для плавки чугуна в вагранках. Однако многочисленные исследо- вания показали недостаточную изученность процессов горения углеводород- ного топлива в частности, применительно к газоотапливаемых чугунопла- вильным агрегатам. Поэтому потребовалось проведение теоретических и экспериментальных исследований, которые позволили бы теоретически обосновать и практически подтвердить возможность эффективного сжигания природного газа в промышленных чугуноплавильных печах. Основой теоре- тической части обоснования послужили термодинамические расчеты высо- котемпературного сжигания природного газа в смеси с воздухом. Анализ ре- зультатов этих расчетов выявил направление разработки эффективных спо- собов сжигания природного газа в газовых вагранках. 3  МЕТОДИКА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ГОРЕНИЯ МЕТАНА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ СЖИГАНИЯ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ГАЗОВЫХ ВАГРАНКАХ 1. Методика расчета процесса горения метано-азотно-кислородных смесей Термодинамический расчет изобарного процесса горения состоит в определении теоретической температуры горения, равновесного состава про- дуктов, отвечающего этой температуре, и их термодинамических свойств. В общем случае горения углеводородов CnHm в азотнокислородных смесях левая часть уравнения реакции имеет вид: ⎛ m⎞ ⎛ m ⎞ ⎛ 100 ⎞ C n H m + α⎜ n + ⎟ O 2 + α⎜ n + ⎟ ⎜ − 1⎟ N 2 , (1) ⎝ n⎠ ⎝ 4 ⎠⎝ A ⎠ где А – содержание кислорода в кислородно – азотной смеси,% α - коэффициент расхода окислителя. ⎛ 100 ⎞ CH 4 + 2αO 2 + 2α ⎜ − 1⎟ N 2 . (2) ⎝ A ⎠ Продукты горения при высоких температурах состоят из следующих компонентов: СО2; СО; Н2; Н; ОН; Н2О; О2; О; N2; N; NO.