Выделение тепла при газорезке

Материальный баланс ацетилено-кислородной резки можно представить следующим образом:

G_Fe + G_к.ок + G_{к. выд} + G_к.п + G_a = G_Fe + G_FeО + G_Fe304·Fe20 + G_г + G_к

где G_Fe — вес сгорающего железа (удаленного из

разреза);

G_к.ок, G_{к. выд}, G_{к.п -} вес кислорода, соответственно идущего на окисление металла, выдувание окислов и на подогревательное пламя;

G_a - вес ацетилена, идущего на подогревательное пламя;

G_Fe, G_Feo, G_Fe3o4,Fe2О3 - вес составляющих шлака (железа и его

окислов);

G_г - вес газовых продуктов окисления ацетилена (в основном СО₂ и H₂O с учетом и некоторого участия воздуха, не включенного в баланс);

G_к — вес неиспользованного кислорода. В упрощенном виде все основные составляющие материального баланса кислородной резки на основании рассмотренного выше и некоторых дополнительных сведений можно свести к количеству сжигаемого металла G_Fe.

Действительно для резки средних толщин расход кислорода на окисление G_к.оксоставляет 16/56 G_Fe = 0,285 G_Fe. Так как G_{к. выд} = G_к.ок, то G_к.выд = 0,285 G_Fe. Суммарно G_{K. ок} + G_K.выд = 0,57 G_Fe.

Расход ацетилена подогревательного пламени Ga по отношению к общему расходу кислорода на резку (G_к.ок + G_к.выд + + G_к.п) при малых толщинах составляет около 15-20%, при толщинах около 50 мм примерно 10%, а при толщинах около 100 мм - примерно 5%. Так как соотношение V_к/V_a в подогревательном пламени при резке имеет величину около 1,5, то и G_к.п и G_a могут быть определены. При резке средних толщин G_{к.п =} 0,15 G_Fe и G_a = 0,10 G_Fe.

Таким образом, общий весовой расход кислорода при резке средних толщин (G_к.ок + G_к.выд + G_к.п) составляет около 0,70-0,72 G_Fe или на сжигание металла объемом 1 см³ расходуется около 4 л кислорода и около 0,5-0,6 л ацетилена.

Правая часть уравнения материального баланса (если пренебречь величинами G_г и G_к, не представляющими практического значения) сводится к сумме окислов, которая может быть принята как FeO, т. е. 1,285 G_Fe.

Полный тепловой баланс кислородной резки представляется следующим выражением:

Q_п +Q_г.ж +Q_г.пр= Q_м.п +Q_{м(г. ж+г.пp)}+Q_м.ш + (Q_ш -Q_{м. ш})+Q_г

где Q_п - тепло, выделяемое подогревательным пламенем (рассчитывается, исходя из расхода горючего и его низшей теплотворной способности);

Q_г.ж - тепло, выделяемое при сгорании железа (определяемое удельной теплотой образования FeO из Fe, равной 1150 кал/г);

Q_г.пр - тепло, выделяемое при сгорании примесей в железе (при обычных составах низколегированных сталей дает увеличение общего теплового эффекта реакций горения металла на 2—4%);

Q_{м. п} - нагрев металла подогревающим пламенем;

Q_{м (г. ж+г. пр)} - нагрев металла сжиганием железа и примесей;

Q_ш - тепло, необходимое для нагрева сжигаемого металла до температуры воспламенения и для перегрева шлака до температуры, при которой он удаляется из разреза (~1600° С);

Q_м.ш - тепло, отдаваемое металлу шлаком, застывшим на кромках разрезанных частей металла (обычно 10—15% Q_ш);

Q_г — потери тепла с газами (унос перегретыми газами, потери на излучение, подогрев струи кислорода).

Наиболее интересными являются составляющие нагрева разрезаемого металла (Q_м.п; Q_{м(г.ж+г.пр)}; Q_м.ш). В связи с тем, что при резке низкоуглеродистой стали Q_г.ж+ Q_г..пр =1,03 Q_Fe можно приближенно считать Q_{м(г.ж+г.пр)}=Q_м.г.ж Тогда количество тепла, получаемое разрезаемым металлом, складывается из следующих факторов:

1) нагрева металла подогревательным пламенем;

2) тепла, получаемого от горения металла в резе (1150 кал/г);

3) тепла, отдаваемого металлу шлаком, остающимся на нижних кромках разрезаемого металла в виде грата.

Экспериментальные исследования показали, что при резке стали средних толщин (около 25 мм) на режимах, близких к оптимальным, составляющая тепла, получаемого металлом от подогревательного пламени Q_м.п =25-32% от общего тепловложения, тепло от грата примерно 5% и 63-70% от сжигания самого металла (Q_м.г.ж). При резке меньших толщин относительная доля тепла, получаемого разрезаемым металлом от подогревательного пламени, увеличивается, а при больших толщинах уменьшается. Поэтому при резке больших толщин почти все тепло, получаемое разрезаемым листом (изделием), определяется реакцией горения сжигаемого в резе металла. В связи с этим при резке больших толщин принципиально подогревательное пламя служит только для стабилизации процесса горения.

При поверхностной резке теплосодержание шлака оказывает большее влияние на нагрев металла, способствуя его тепловой подготовке и позволяя заметно увеличить количество сжигаемого в единицу времени металла.

Для простоты вычислений возьмем усредненные величины: 29% тепла идет от пламени резака, остальные 71% от горения металла и грата.

1 баллон пропана имеет объем 50 литров, давление у заправленного баллона 1,6 МПа. Из уравнения Клапейрона-Менделеева следует, что в одном баллоне 22 кг пропана. Если учитывать, что газ не совсем чистый (все равно будут примеси) и время простоя, то полезная масса (именно масса, считать удобнее) одного баллона будет составлять примерно 20 кг.

Удельная теплота сгорания метана 47,54 МДж, следовательно один баллон = 95,08 МДж.

В неделю привозят 40-50 баллонов пропана. Возьмем среднее значение, равное 45 шт. 95,08 МДж * 45= 4278,6 МДж.

В году 52 недели. За год 4278,6 МДж*52=222487,2 МДж. Это только 29%. Полное выделение тепла составит порядка 767,2 ГДЖ. Компания существует с 2002 года, за все свое время выделилось порядка 8439,2 ГДЖ (Для сравнения «Бомба Хиросимы» 60000 ГДж).

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 190; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!