Suitsugaaside füüsikalised omadused. Korsten, arvutus. Tehnoloogilise skeemi kirjeldus
Ahju ehitamisel soovite ideaalis saada disaini, mis annaks automaatselt nii palju õhku kui vaja põlemiseks. Esmapilgul saab seda teha korstnaga. Tõepoolest, mida intensiivsemalt puit põleb, seda kuumem on suitsugaas, seda rohkem peaks tõukejõud olema (karburaatori mudel). See pole nii. Tõmme ei sõltu üldse tekkivate kuumade suitsugaaside hulgast. Tõmme on rõhu langus torus toru peast tulekambrisse. Selle määrab toru kõrgus ja suitsugaaside temperatuur, õigemini nende tihedus.
Veojõud määratakse valemiga:
F = A (p in - p d) h
kus F on tõukejõud, A on koefitsient, p in on välisõhu tihedus, p d on suitsugaaside tihedus, h on korstna kõrgus
Suitsugaaside tihedus arvutatakse järgmise valemi abil:
p d = p sisse (273 + t sisse) / (273 + t sisse)
kus t in ja t d on korstna välise atmosfääriõhu ja korstnas olevate suitsugaaside temperatuur Celsiuse kraadides.
Suitsugaaside liikumiskiirus torus (mahuline vool, see tähendab toru imemisvõime) G ei sõltu üldse toru kõrgusest ja selle määrab suitsugaaside ja välisõhu temperatuuri erinevus ning pindala ristlõige korsten. Sellest järeldub mitmeid praktilisi järeldusi.
Esiteks, korstnad tehakse kõrgeks üldse mitte selleks, et suurendada õhuvoolu läbi tulekolde, vaid ainult süvise (st toru rõhulanguse) suurendamiseks. See on väga oluline, et takistada tuuletõmbumist tuuletõmbuse (pliidi suitsu) ümbermineku korral (tuuletõmbuse väärtus peab alati ületama võimaliku tuuletuule).
Teiseks, on mugav reguleerida õhuvoolu seadmete abil, mis muudavad toru vaba ristlõike pindala, see tähendab klappide abil. Näiteks korstna kanali ristlõikepinna suurenemisega kahekordne on oodata umbes kahekordset tulekasti läbiva mahulise õhuvoolu suurenemist.
Selgitagem seda lihtsa ja illustreeriva näitega. Meil on kaks ühesugust ahju. Me ühendame need üheks. Saame kaks korda suurema ahju, milles on kaks korda rohkem põlevat puitu, kahekordse õhuvoolu ja toru ristlõikepinnaga. Või (mis on sama), kui kaminas põleb üha rohkem küttepuid, siis on vaja torul olevaid klappe üha rohkem avada.
Kolmandaks, kui ahi põleb püsivas olekus normaalselt ja lisaks laseme külma õhu voolu tulekambrisse mööda põlevat puitu korstnasse, siis jahtuvad suitsugaasid kohe ja õhuvool läbi ahju väheneb. Sel juhul hakkavad põlevad küttepuud tuhmuma. See tähendab, et me ei mõjuta otseselt küttepuid ja suuname täiendava voolu küttepuudest mööda, kuid selgub, et toru suudab mööduda vähem suitsugaasidest kui varem, kui seda täiendavat õhuvoolu ei olnud. Toru ise vähendab puidu õhuvoolu, mis oli varem, ja pealegi ei lase see täiendavat külma õhu voolu. Teisisõnu, korsten lukustatakse.
Seetõttu on külma õhu lekked korstnate pilude kaudu, liigne õhuvool tulekambris ja tõepoolest igasugune soojuskadu korstnas, mis viib suitsugaaside temperatuuri languseni, nii kahjulikud.
Neljandaks, seda suurem on korstna gaasidünaamilise takistuse koefitsient, seda väiksem on õhutarve. See tähendab, et korstna seinad on soovitav teha võimalikult siledad, ilma keeristeta ja pööreteta.
Viiendaks, mida madalam on suitsugaaside temperatuur, seda järsemalt muutub õhuvoolukiirus koos suitsugaaside temperatuuri kõikumistega, mis selgitab toru töö ebastabiilsuse olukorda ahju süttimisel.
Kuuendal, kell kõrged temperatuurid suitsugaasi õhuvool ei sõltu suitsugaasi temperatuurist. See tähendab, et ahju tugeva põlemise korral lakkab õhutarbimine suurenema ja hakkab sõltuma ainult toru sektsioonist.
Ebastabiilsuse probleemid tekivad mitte ainult toru soojuslike omaduste analüüsimisel, vaid ka toru gaasivoogude dünaamika kaalumisel. Tõepoolest, korsten on kergete suitsugaasidega täidetud kaev. Kui see kerge suitsugaas ei tõuse eriti kiiresti ülespoole, on võimalik, et raske välisõhk võib lihtsalt kergest gaasist uppuda ja tekitada virnas langeva allavoolu. See olukord on eriti tõenäoline, kui korstna seinad on külmad, see tähendab ahju süttimise ajal.
Joon. 1. Gaasi liikumise skeem külmas korstnas: 1 - tulekamber; 2 - õhuvarustus läbi puhuri; 3-korsten; 4 - väravaventiil; 5 - kaminahammas; 6 suitsugaasid; 7-vajuv külm õhk; 8 - õhuvool, mis põhjustab tõukejõu ümbermineku.
a) sile avatud vertikaalne toru
b) ventiili ja hambaga toru
c) ülemise ventiiliga toru
Tahked nooled - kergete kuumade suitsugaaside liikumissuund. Punktilised nooled - külma raske õhu atmosfäärist allavoolu suund.
On joon. 1a on skemaatiliselt kujutatud ahi, millesse juhitakse õhku 2 ja korstna kaudu eemaldatakse suitsugaasid 6. Kui korstna ristlõige on suur (või kui suitsugaaside kiirus on väike), siis mõningase kõikumise korral hakkab korstnasse tungima külm raske gaas atmosfääriõhk 7, jõudes isegi tulekoldeni. See langev vool võib asendada tavalise õhuvoolu läbi puhuri 2. Isegi kui ahi on lukustatud kõigile ustele ja kõik õhuvõtu amortisaatorid on suletud, võib ahi ülevalt tulev õhu tõttu ikkagi põleda. Muide, see juhtub sageli siis, kui kivisüsi põleb läbi suletud uksed ahjud. Võib juhtuda isegi tõmbe täielik ümberminek: õhk pääseb toru kaudu ülevalt ja suitsugaasid väljuvad ukse kaudu.
Tegelikult on korstna siseseinal alati ebakorrapärasused, kogunemised, karedus, mille kokkupõrkel suitsugaasid ja vastulaskuvad külma õhuvoolud omavahel keerlevad ja segunevad. Samal ajal surutakse külm allapoole suunatud õhuvool välja või hakkab kuumutamisel ülespoole tõusma, segunedes kuumade gaasidega.
Külma õhu laskuvate voogude üleslaotamise mõju suureneb osaliselt avatud ventiilide, samuti nn hamba olemasolul, mida kaminate tootmise tehnoloogias laialdaselt kasutatakse ( joon. 1b). Hammas takistab külma õhu voolamist korstnast kaminaruumi ja takistab seega kamina suitsetamist.
Korstna allapoole suunatud õhuvoolud on uduse ilmaga eriti ohtlikud: suitsugaasid ei suuda aurustada väikseimaid veetilku, need jahtuvad, süvis väheneb ja võib isegi üle minna. Samal ajal pliit suitsetab palju, ei sütti.
Samal põhjusel suitsetavad niiskete korstnatega ahjud tugevalt. Ülemised ventiilid ( joon. 1c), reguleeritud sõltuvalt suitsugaaside kiirusest korstnas. Selliste ventiilide töö on aga ebamugav.
Joon. 2. Liigse õhukoefitsiendi a sõltuvus ahju kuumutusajast (tahke kõver). Katkendlik kõver on nõutav õhutarve G, mis on vajalik küttepuude põlemisproduktide (sh tahma ja lenduvate ainete) täielikuks oksüdeerimiseks suitsugaasides (suhtelistes ühikutes). Katkendjoonega kõver on toru tõmbe tegelik õhuvoolukiirus G (suhtelistes ühikutes). Õhu liigsuhe on G toru eraldamise jagatis G tarbimise järgi
Stabiilne ja piisavalt tugev tõmme tekib alles pärast korstna seinte soojenemist, mis võtab kaua aega, mistõttu voolu alguses pole alati piisavalt õhku. Liigse õhu suhe on väiksem kui üks ja pliit suitsetab ( joon. 2). Ja vastupidi: tulistamise lõpus jääb korsten kuumaks, süvis püsib kaua, kuigi küttepuud on juba praktiliselt läbi põlenud (liigne õhukoefitsient on rohkem kui üks). Metallist isoleeritud korstnatega metallist ahjud jõuavad töörežiimi kiiremini, kuna neil on tellistest torudega võrreldes madal soojusmaht.
Korstnas toimuvate protsesside analüüsimist saab jätkata, kuid see on juba nii selge, et hoolimata sellest, kui hea ahi ise on, saab halva korstnaga kõik selle eelised nullida. Muidugi oleks ideaaljuhul vaja korsten välja vahetada. kaasaegne süsteem suitsugaaside sunnitud väljalaskmine muutuva voolukiirusega elektriventilaatori abil ja suitsugaasidest esialgse niiskuse kondenseerumisega. Selline süsteem võiks muuhulgas puhastada suitsugaase tahmast, süsinikmonooksiidist ja muudest kahjulikest lisanditest, samuti jahutada väljutatud suitsugaase ja tagada soojuse taastumise.
Kuid see kõik on kauges tulevikus. Suveelaniku ja aedniku jaoks võib korsten mõnikord kallimaks muutuda kui ahi ise, eriti mitmetasandilise maja kütmise korral. Saunakorstnad on tavaliselt lihtsamad ja lühemad, kuid pliidi soojusvõimsus võib olla väga kõrge. Sellised torud on reeglina kogu pikkuses väga kuumad, sageli lendavad neist välja sädemeid ja tuhka, kuid kondensaadi ja tahma kadu on tühine.
Kui plaanite ikkagi kasutada supelamuhoonet ainult supelrannana, siis saab toru teha ka isoleerimata. Kui vann on teie arvates ja võimaliku ööbimiskohana (ajutine elukoht, ööbimine), eriti talvel, siis on otstarbekam teha toru koheselt isoleeritud ja kvaliteetselt "kogu eluks". Samal ajal saab ahjusid vahetada vähemalt iga päev, disaini saab valida edukamalt ja sobivamalt ning toru on sama.
Vähemalt siis, kui pliit on režiimis kaua põlenud(hõõguvad küttepuud), siis on toru isolatsioon hädavajalik, kuna väikese võimsusega (1 - 5 kW) soojustamata metalltoru muutub täielikult külmaks, voolab rikkalikult kondensaati, mis kõige karmimate külmade korral võib isegi külmuda ja blokeerida toru jääga. See on eriti ohtlik sädemeid peatava võrgu ja väikeste avadega vihmavarjude olemasolul. Sädemepüüdjad on soovitatavad intensiivse kuumutamise korral suvel ja äärmiselt ohtlikud nõrkade küttepuude põletamise režiimide korral talvel. Torude võimaliku jääga ummistumise tõttu paigaldatakse deflektorid ja vihmavarjud korstnad keelati 1991. aastal (ja korstnatel) gaasiahjud isegi varem).
Samadel põhjustel ei tohiks te toru kõrgusele kaasa tõmmata - tõukejõu tase pole pööratava sauna ahju jaoks nii oluline. Kui see hakkab suitsetama, saate alati ruumi kiiresti ventileerida. Kuid tõukejõu tuulepuhangute ümbermineku vältimiseks tuleb jälgida katuseharja kõrgust (vähemalt 0,5 m). Madalatel katustel peaks toru välja ulatuma lumikatte kohal. Igal juhul on parem, kui toru on madalam, kuid soojem (kui kõrgem, kuid külmem). Talvel on kõrged torud alati külmad ja kasutamisel ohtlikud.
Külmadel korstnatel on palju puudusi. Samal ajal soojendavad isoleerimata, kuid mitte eriti pikad torud metallahjudes süttimise ajal kiiresti (palju kiiremini kui tellistest torud), jäävad tugeva kuumutamise korral kuumaks ja seetõttu kasutatakse neid vannides (ja mitte ainult vannides) väga laialdaselt. , eriti kuna need on suhteliselt odavad. Asbesttsemenditorusid ei kasutata metallahjudes, kuna need on rasked ja varisevad ka lenduvate fragmentidega ülekuumenemisel.
Joon. 3. Lihtsaimad metallkorstnate kujundused: 1 - ümmargune metallkorsten; 2 - sädemepüüdja; 3 - kork toru kaitsmiseks atmosfääri sademete eest; 4 - sarikad; 5 - katuse lattimine; 6 - puidust vardad sarikate (või talade) vahel katuse või lae tuleava (lõike) kujundamiseks (vajadusel); 7 - katusehari; kaheksa - pehme katus(katusekattematerjal, hüdrostekloizool, pehmed plaadid, lainepapist-bituumenist lehed jne); 9 - katusekatte ja ava kattumise metallleht (lubatud on kasutada tasast aceidi lehte - asbesttsemendist elektrilist isoleerivat plaati); 10 - metallist drenaažipadi; 11 - vahe (vuugi) asbesttihendamine; 12 - metallist saarma kork; 13 - laetalad (ruumi täitmisega isolatsiooniga); 14 - laekate; 15 - pööningukorrus (vajadusel); 16 - lakke lõigatud metallplaat; 17 - metallist tugevdavad nurgad; 18 - laelõike metallkate (vajadusel); 19 - mittesüttiv kuumuskindel isolatsioon (paisutatud savi, liiv, perliit, mineraalvill); 20 - kaitsekate (metallleht üle 8 mm paksuse asbestipappkihi); 21 - toru metallist kilp.
a) isoleerimata toru;
b) soojusisolatsiooniga varjestatud toru, mille soojusülekandetakistus on vähemalt 0,3 m 2 - deg / W (mis on samaväärne tellise paksusega 130 mm või 20 mm mineraalvilla isolatsiooniga).
On joon. 3 näidatud on isoleerimata tüüpilised ühendusskeemid metalltorud... Toru ise tuleks osta roostevabast terasest, mille paksus on vähemalt 0,7 mm. Vene toru kõige läbimõõt on 120 mm, Soome - 115 mm.
Vastavalt standardile GOST 9817-95 peab mitmekordse korstna ristlõikepind olema vähemalt 8 cm 2 1 kW nimisoojusvõimsuse kohta, mis puidu põlemisel ahjus vabaneb. Seda võimsust ei tohiks segi ajada ahju väliskivist pinnalt ruumis vabaneva soojaintensiivse ahju soojusvõimsusega vastavalt SNiP 2.04.05-91-le. See on üks paljudest meie arusaamatustest normdokumendid... Kuna soojust tarbivaid ahjusid soojendatakse tavaliselt ainult 2-3 tundi päevas, on ahju võimsus umbes kümme korda suurem kui tellistest ahju pinnalt eralduva soojuse võimsus.
Järgmine kord räägime korstnate paigaldamise omadustest.
2. suitsugaaside poolt kantud soojus. Määrake suitsugaaside soojusvõimsus tux = 8000C juures;
3. soojakaod müüritise kaudu soojusjuhtivusega.
Kaotus läbi võlvi
Võlvi paksus on 0,3 m, materjal on šamott. Nõustume, et temperatuur sisepind võlv on võrdne gaaside temperatuuriga.
Keskmine ahju temperatuur:
Sellel temperatuuril valime šamoti materjali soojusjuhtivuse koefitsiendi:
Seega on varahoidla kahjud järgmised:
kus α on soojusülekande koefitsient seinte välispinnalt välisõhku, võrdne 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)
Kahjud läbi seinte. Müüritis tehti kahes kihis (šamott 345 mm, diatomiit 115 mm)
Seina pindala, m2:
Metoodiline tsoon
Keevitamise tsoon
Keeltsoon
Lõpp
Kogu seina pindala 162,73 m2
Lineaarse temperatuuri jaotusega üle seina paksuse keskmine temperatuuršamott võrdub 5500C ja diatomiit - 1500C.
Seega.
Müüritise kahjumid kokku
4. Praktiliste andmete kohaselt võtame jahutusveega soojuskaod võrdse 10% Qx saabumisest, see tähendab Qx + Qp
5. Eeldatakse, et arvestamata kaod on 15% Q soojuse sisendist
Teeme võrrandi soojuse tasakaal ahjud
Ahi soojusbilanss on kokku võetud tabelis 1; 2
Tabel 1
tabel 2
| Tarbimine kJ / h | % |
| Metalli soojendamiseks kulutatud soojus
| 53 |
| suitsugaaside kuumus | 26 |
| kahjud müüritise läbi
| 1,9 |
| jahutusveekadud | 6,7 |
| arvestamata kahjumid | 10,6 |
| Kokku: | 100 |
Konkreetne soojustarve 1 kg metalli kuumutamiseks on
Põletite valik ja arvutamine
Eeldame, et ahju on paigaldatud torust torusse põletid.
Keevitustsoonides on 16 tükki, aurutsoonis 4 tükki. põletite koguarv 20tk. Me määratleme hinnanguline summaühe põleti juurde tuleb õhk.
Vв - õhutarbimine tunnis;
TV - 400 + 273 = 673 K - õhukütte temperatuur;
N on põletite arv.
Põleti ees on õhurõhk väärtuseks 2,0 kPa. Sellest järeldub, et vajaliku õhuvoolu tagab DBV 225 põleti.
Määrake hinnanguline gaasikogus põleti kohta;
VG = B = 2667 tunni kütusekulu;
TG = 50 + 273 = 323 K - gaasi temperatuur;
N on põletite arv.
8. Rekuperaatori arvutamine
Õhu soojendamiseks kavandame 57 / 49,5 mm läbimõõduga torudest metallist silmaga rekuperaatori, mille samm on koridoris
Algandmed arvutamiseks:
Tunni kütusekulu В = 2667 kJ / h;
Õhukulu 1 m3 kütuse kohta Lα = 13,08 m3 / m3;
1 m3 põlevgaasi põlemisproduktide kogus Vα = 13,89 m3 / m3;
Õhukütte temperatuur tv = 4000С;
Ahjust väljuvate suitsugaaside temperatuur on tux = 8000C.
Õhutarbimine tunnis:
Tunnine suitsu väljund:
Tunnis suitsukogust, mis läbib rekuperaatorit, võttes arvesse väljakukutamiseks ja möödaviigu siiberist ning õhu imemisest tulenevat suitsukadu.
Koefitsient m, võttes arvesse suitsukadu, on 0,7.
Sigade õhuleket arvestav koefitsient on 0,1.
Suitsutemperatuur rekuperaatori ees, võttes arvesse õhulekkeid;
kus iux on suitsugaaside soojussisaldus tux = 8000С juures
See soojussisaldus vastab suitsu temperatuurile tD = 7500C. (vt joonis 67 (3))
Põlemissoojus. Kuiva gaaskütuse kütteväärtus Qf varieerub suuresti 4–47 MJ / m3 ja sõltub selle koostisest - põlevate ja mittesüttivate suhete ja kvaliteedi suhtest
Komponendid. Väikseim Qf väärtus on kõrgahjugaasil, mille keskmine koostis on umbes 30% põlevaid gaase (peamiselt süsinikmonooksiidi CO) ja umbes 60% mittesüttivat lämmastikku N2. Suurim
Selliste gaaside Qf väärtus, mille koostist iseloomustab suurenenud raskete süsivesinike sisaldus. Maagaaside põlemissoojus kõigub kitsas vahemikus Qf = 35,5 ... 37,5 MJ / m3.
Gaasiliste kütuste koostises sisalduvate üksikute gaaside madalaim põlemissoojus on toodud tabelis. 3.2. Gaaskütuste kütteväärtuse määramise meetodite kohta vt 3. jagu.
Tihedus. Tehke vahet absoluutse ja suhtelise tiheduse vahel.
Absoluutne gaasitihedus pg, kg / m3 on gaasi mass 1 m3 selle gaasi hõivatud mahu kohta. Üksiku gaasi tiheduse arvutamisel võetakse selle kilomooli maht 22,41 m3 (nagu ideaalse gaasi puhul).
Gaasi suhteline tihedus Rotn on gaasi absoluutse tiheduse suhe normaalsetes tingimustes ja sama õhutihedus:
Ротн = Рг / Рв = Рг / 1.293, (6.1)
Kus pg, pE - vastavalt gaasi ja õhu absoluutne tihedus normaalsetes tingimustes, kg / m3. Gaaside suhtelist tihedust kasutatakse tavaliselt erinevate gaaside üksteisega võrdlemiseks.
Lihtgaaside absoluut- ja suhtelise tiheduse väärtused on toodud tabelis. 6.1.
Gaasisegu tihedus pjM, kg / m3, määratakse additiivsuse reegli alusel, mille kohaselt summeeritakse gaaside omadused vastavalt nende mahuosale segus:
Kus Xj on kütuse seitsmenda gaasi mahuline sisaldus,%; (pg); on kütusesse lisatud j-nda gaasi tihedus, kg / m3; n on üksikute gaaside arv kütuses.
Gaaskütuste tiheduse väärtused on toodud tabelis. A.5.
Gaaside tihedust p, kg / m3, sõltuvalt temperatuurist ja rõhust, saab arvutada valemiga
Kus p0 on gaasi tihedus normaalsetes tingimustes (T0 = 273 K ja p0 = 101,3 kPa), kg / m3; p ja T - vastavalt tegelik rõhk, kPa ja gaasi absoluutne temperatuur K.
Peaaegu kõik tüüpi gaaskütused on õhust kergemad, nii et lekke korral koguneb gaas lagede alla. Ohutuse huvides on enne katla käivitamist hädavajalik kontrollida gaasi puudumist selle kogunemise kõige tõenäolisemates kohtades.
Gaaside viskoossus suureneb temperatuuri tõustes. Dünaamilise viskoossuse koefitsiendi p, Pa-s väärtusi saab arvutada empiirilise Sezer-Landi võrrandi abil
Tabel 6.1
Gaaskütuse komponentide omadused (t - О ° С chr = 101,3 kPa)
|
Keemiline |
Molaarmass M, |
Tihedus |
Mahuline kontsentraat |
||
|
Gaasi nimi |
Absoluutne |
Suhteline |
Õhuga segatud gaasi tsioonsüttimispiirid,% |
||
|
Tuleohtlikud gaasid |
|||||
|
Propüleen |
|||||
|
Vingugaas |
|||||
|
Vesiniksulfiid |
|||||
|
Mittesüttivad gaasid |
|||||
|
Süsinikdioksiid |
|||||
|
vääveldioksiid |
|||||
|
Hapnik |
|||||
|
Atmosfääri õhk. |
|||||
|
Veeaur |
Kus p0 on gaasi dünaamilise viskoossuse koefitsient normaalsetes tingimustes (G0 = 273 K ja p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T on absoluutne gaasitemperatuur, K; C - gaasi tüübist sõltuv koefitsient K võetakse tabeli järgi. 6.2.
Gaaside segu puhul saab dünaamilise viskoossuse koefitsiendi ligikaudselt määrata üksikute komponentide viskoossuse väärtuste põhjal:
Kus gj on kütuses oleva j-gaasi massiosa,%; Tsu on j-nda komponendi dünaamilise viskoossuse koefitsient Pa-s; n on üksikute gaaside arv kütuses.
Praktikas kasutatakse laialdaselt kinemaatilist viskoossustegurit V, m2 / s, mis
ry on seotud dünaamilise viskoossusega p tiheduse p kaudu sõltuvuse järgi
V = p / p. (6.6)
Võttes arvesse punkte (6.4) ja (6.6), saab kinemaatilise viskoossuse koefitsiendi v, m2 / s sõltuvalt rõhust ja temperatuurist arvutada valemiga
Kus v0 on gaasi kinemaatilise viskoossuse koefitsient normaalsetes tingimustes (Go = 273 K ja p0 = 101,3 kPa), m2 / s; p ja G - vastavalt tegelik rõhk, kPa ja gaasi absoluutne temperatuur K; C - gaasi tüübist sõltuv koefitsient K võetakse tabeli järgi. 6.2.
Gaasiliste kütuste kinemaatilise viskoossuse koefitsientide väärtused on esitatud tabelis. A.9.
Tabel 6.2
Gaaskütuse komponentide viskoossuse ja soojusjuhtivuse koefitsiendid
(t = 0 ° C juures = 101,3 kPa)
|
Gaasi nimi |
Viskoossuse indeks |
Soojusjuhtivuse koefitsient NO3, W / (m-K) |
Sutherlandi koefitsient C, K |
|
|
Dünaamiline p-106, Pa-s |
Kinemaatiline v-106, m2 / s |
|||
|
Tuleohtlikud gaasid |
||||
|
Propüleen |
||||
|
Vingugaas |
||||
|
Vesiniksulfiid |
||||
|
Mittesüttivad gaasid Süsinikdioksiid |
||||
|
Hapnik |
||||
|
Atmosfääri õhk |
||||
|
Aurutada 100 ° C juures |
Soojusjuhtivus. Molekulaarset energiaülekannet gaasides iseloomustab soojusjuhtivuse koefitsient 'k, W / (m-K). Soojusjuhtivuse koefitsient on pöördvõrdeline rõhuga ja tõuseb temperatuuri tõustes. X koefitsiendi väärtusi saab arvutada Sutherlandi valemi abil
Kus X, 0 on gaasi soojusjuhtivuse koefitsient normaalsetes tingimustes (G0 = 273 K ja Po = 101,3 kPa), W / (m-K); p ja T - vastavalt tegelik rõhk kPa ja gaasi absoluutne temperatuur K; C - gaasi tüübist sõltuv koefitsient K võetakse tabeli järgi. 6.2.
Gaasiliste kütuste soojusjuhtivuskoefitsientide väärtused on toodud tabelis. A.9.
Gaaskütuse soojusvõimsus 1 m3 kuiva gaasi kohta sõltub selle koostisest ja on üldiselt määratletud kui
4L = 0, 01 (СН2Н2 + Ссос0 +
СН4СН4 + сСо2сОг + - + cx. X;), (6.9) kus cH2, cC0, cCsh, cC02, ..., cx. - kütuse koostisosade, vastavalt vesiniku, süsinikmonooksiidi, metaani, süsinikdioksiidi ja i-nda komponendi soojusvõimsus, kJ / (m3-K); H2, CO, CH4, CO2, ..., Xg--
Gaaskütuse põlevate komponentide soojusvõimsused on toodud tabelis. Klausel 6, mittesüttiv - tabelis. A.7.
Märggaasilise kütuse erisoojus
Crgtl, kJ / (m3-K) on määratletud kui
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Plahvatuslikkus. Tule või isegi säde korral võib põleva gaasi segu teatud proportsioonides õhuga plahvatada, st selle süttimis- ja põlemisprotsess toimub heli levimiskiirusele lähedase kiirusega. Tuleohtliku gaasi plahvatusohtlikud kontsentratsioonid õhus sõltuvad gaasi keemilisest koostisest ja omadustest. Õhuga segatud üksikute põlevate gaaside süttimismahu piirnormid on toodud tabelis varem. 6.1. Vesinikul (4 .., 74 mahuprotsenti) ja süsinikmonooksiidil (12,5… 74%) on kõige laiemad tuleohtlikkuse piirid. Maagaasi keskmine süttivuse alumine ja ülemine piir on vastavalt 4,5 ja 17 mahuprotsenti; koksiahju jaoks - 5,6 ja 31%; domeeni jaoks - 35 ja 74%.
Toksilisus. Toksilisuse all mõistetakse gaasi võimet põhjustada elusorganismide mürgistust. Mürgisuse aste sõltub gaasi tüübist ja selle kontsentratsioonist. Selles osas on kõige ohtlikumad gaasikomponendid süsinikmonooksiid CO ja vesiniksulfiid H2S.
Gaasisegude toksilisuse määrab peamiselt segus sisalduvate komponentide kõige mürgisem kontsentratsioon, samal ajal kui selle kahjulik mõju teiste kahjulike gaaside olemasolul reeglina oluliselt suureneb.
Ohtlike gaaside olemasolu ja kontsentratsiooni õhus saab määrata spetsiaalse seadmega - gaasianalüsaatoriga.
Peaaegu kõik looduslikud gaasid on lõhnatud. Gaasilekete tuvastamiseks ja ohutusmeetmete võtmiseks lõhnastatakse enne gaasijuhtmesse sisenemist maagaas, see on küllastunud terava lõhnaga ainega (näiteks merkaptaanid).
Põlemissoojus erinevad tüübid kütus on väga erinev. Näiteks kütteõli puhul on see üle 40 MJ / kg ning kõrgahjugaasi ja mõne kaubamärgiga põlevkivi puhul - umbes 4 MJ / kg. Ka energiakütuste koostis on väga erinev. Seega võivad samad kvalitatiivsed omadused, sõltuvalt kütuse tüübist ja margist, üksteisest järsult kvantitatiivselt erineda.
Antud kütuse omadused. Võrdleva analüüsi jaoks kütuse kvaliteeti üldistavate omaduste rollis kasutatakse kütuse etteantud omadusi% -kg / MJ, mis üldises vormis arvutatakse valemiga
Kus xg on töökütuse kvaliteedi näitaja,%; Q [- eripõlemissoojus (madalaim), MJ / kg.
Nii näiteks vähendatud arvutamiseks
Väävlituha niiskus S „p ja
Lämmastik N ^ p (kütuse tööolukorra jaoks)
Valem (7.1) on järgmisel kujul,% -kg / MJ:
TOC o "1-3" h z KP = Kl GT; (7.2)
4ph = l7e [; (7.3)
Snp= S ’/ Єї; (7.4)
^ p = N7 Q [. (7.5)
Illustreeriva näitena on järgmine võrdlus soovituslik tingimusel, et sama soojusvõimsusega kateldes põletatakse erinevaid kütuseid. Niisiis, süsiniku vähendatud niiskusesisalduse võrdlus Moskva lähedal
Hinne 2B (WЈp = 3,72% -kg / MJ) ja Nazarov-
Kivisüsi 2B (W ^ p = 3,04% -kg / MJ) näitab, et esimesel juhul on kütusega katlaahju sisestatud niiskuse kogus umbes 1,2 korda suurem kui teises, hoolimata asjaolust, et tööniiskus Moskva lähedal on kivisüsi (W [= 31%) väiksem kui
Nazarovski kivisüsi (Wf = 39%).
Tavakütus. Energeetikas, et võrrelda kütuse kasutamise efektiivsust erinevates katlamajades, planeerida kütuse tootmist ja tarbimist majandusarvutustes, on kasutusele võetud samaväärse kütuse mõiste. Kütus on ekvivalentkütus, mille eripõlemissoojus (madalaim) tööolukorras on Qy T = 29300 kJ / kg (või
7000 kcal / kg).
Iga loodusliku kütuse jaoks on niinimetatud E mõõtmeteta termiline ekvivalent, mis võib olla suurem või väiksem kui üks:
Kütusesüsiniku põlemisel õhus moodustab võrrand (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2) vastavalt iga põlemisproduktide CO2 maht 79: 21 = 3,76 mahuosa N2.
Antratsiidi, lahja söe ja muude kõrge süsinikusisaldusega kütuste põletamisel tekivad põlemisproduktid, mis on koostiselt sarnased süsiniku põlemissaadustele. Vesiniku põletamisel vastavalt võrrandile
42H2 + 2102 + 79N2 = 42H20 + 79N2
Iga N20 mahu kohta on lämmastikku 79:42 = 1,88 mahtu.
Looduslike, veeldatud ja koksiahjugaaside, vedelkütuse, küttepuude, turba, pruunsöe, pika leegi ja gaasisöe ning muude kütuseliikide põlemisproduktides, millel on põlevas massis märkimisväärne vesinikusisaldus, on suur kogus veeauru moodustub, ületades mõnikord CO2 mahtu. Niiskuse olemasolu ülaosas
|
Tabel 36 Soojusmaht, kcal / (m3. ° С) |
Elus looduslikult suurendab põlemissaaduste veeauru sisaldust.
Toodete koostis täielik põlemine peamised kütuse tüübid stöhhiomeetrilises õhumahus on toodud tabelis. 34. Selle tabeli andmetest võib näha, et kõigi kütuseliikide põlemisproduktides ületab N2 sisaldus oluliselt kogu C02-f-H20 sisaldust ja süsiniku põlemisproduktides on see 79%.
Vesiniku põlemissaadused sisaldavad 65% N2, looduslike ja veeldatud gaaside, bensiini, kütteõli ja muud tüüpi süsivesinikkütuste põlemisproduktides on selle sisaldus 70–74%.
Joon. 5. Mahuline soojusmaht
Põlemisproduktid
4 - süsiniku põlemisproduktid
5 - vesiniku põlemisproduktid
Hapnikku mittesisaldavate täielike põlemisproduktide keskmise soojusvõimsuse saab arvutada valemi abil
C = 0,01 (Cc02C02 + Cso2S02 + C „20H20 + CN2N2) kcal / (m3- ° C), (VI. 1)
Kui Cc0g, Cso2, CHa0, CNa on süsinikdioksiidi, vääveldioksiidi, veeauru ja lämmastiku mahuline soojusmahtuvus ja CO2, S02, H20 ja N2 on põlemissaaduste vastavate komponentide sisaldus,% (maht).
Seetõttu on valemil (VI. 1) järgmine vorm:
C = 0,01. (C02 / 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 “° C). (VI.2)
CO2, H2O ja N2 keskmine mahuline soojusmahtuvus temperatuurivahemikus 0 kuni 2500 ° C on toodud tabelis. 36. Kõverad, mis iseloomustavad nende gaaside keskmise mahulise soojusvõimsuse muutumist temperatuuri tõustes, on toodud joonisel. viis.
Tabelis toodud omadest. 16 andmeid ja kõveraid, mis on kujutatud joonisel fig. 5 on nähtav järgmine:
1. CO2 mahuline soojusvõimsus ületab oluliselt H20 soojusvõimsust, mis omakorda ületab N2 soojusvõimsust kogu temperatuurivahemikus 0 kuni 2000 ° C.
2. CO2 soojusvõimsus suureneb temperatuuri tõustes kiiremini kui H20 soojusvõimsus ja H20 soojusvõimsus on kiirem kui N2 soojusmahtuvus. Vaatamata sellele erinevad süsiniku ja vesiniku põlemisproduktide kaalutud keskmised mahulised soojusvõimsused õhu stöhhiomeetrilises mahus vähe.
See esmapilgul mõnevõrra ootamatu olukord on tingitud asjaolust, et õhus oleva süsiniku täieliku põlemise produktides on iga kuupmeetri süsinikdioksiidi kohta, millel on kõige suurem mahuline soojusmaht, 3,76 m3 N2-d minimaalselt mahuline maht.
|
Süsiniku ja vesiniku põlemisproduktide keskmine mahuline soojusmahtuvus teoreetiliselt vajalikus õhuhulgas, kcal / (m3- ° С)
|
Soojusvõimsus ja vesiniku põlemisproduktides on iga kuupmeetri veeauru kohta, mille mahuline soojusvõimsus on väiksem kui COg, kuid suurem kui N2, on pool lämmastiku kogusest (1,88 m3) ).
Selle tulemusel on õhus sisalduvate süsiniku ja vesiniku põlemisproduktide keskmine mahuline soojusmahtuvus ühtlustunud, nagu on näha tabeli andmetest. 37 ja kõverate 4 ja 5 võrdlus joonisel fig. 5. Süsiniku ja vesiniku põlemisproduktide kaalutud keskmise soojusvõimsuse erinevus õhus ei ületa 2%. Loomulikult asuvad peamiselt süsinikust ja vesinikust koosneva kütuse põlemisproduktide soojusmahud stöhhiomeetrilises õhumahus kitsas piirkonnas kõverate 4 ja 5 vahel (varjutatud joonisel 5).
Erinevat tüüpi täielikud põlemissaadused; stöhhiomeetrilises õhus temperatuurivahemikus 0 kuni 2100 ° С olevate kütuste soojusvõimsus on järgmine, kcal / (m3> ° С):
Erinevat tüüpi kütuste põlemisproduktide soojusvõimsuse kõikumine on suhteliselt väike. On tahke kütus kõrge niiskusesisaldusega (küttepuud, turvas, pruunsüsi jne) põlemisproduktide soojusvõime samas temperatuurivahemikus on suurem kui madala niiskusesisaldusega kütustel (antratsiit, kivisüsi, kütteõli, maagaas, jne) ... See on tingitud asjaolust, et põlemisproduktides kõrge niiskusesisaldusega kütuse põlemisel suureneb veeauru sisaldus, millel on suurem diatoomilise gaasi soojusmaht, lämmastik.
Tabel 38 näitab täieliku põlemisproduktide keskmist mahulist soojusvõimsust õhuga lahjendamata kujul erinevate temperatuurivahemike korral.
Tabel 38
|
Õhuga lahjendamata kütuse ja õhupõlemisproduktide keskmine soojusmahtuvus temperatuurivahemikus 0 kuni t ° С
|
Kütuse niiskusesisalduse suurenemine suurendab põlemisproduktide soojusvõimsust, kuna veeauru sisaldus suureneb neis samas temperatuurivahemikus, võrreldes madalama niiskusega kütuse põlemisproduktide soojusvõimsusega. sisaldus ja samal ajal alandab kütuse põlemistemperatuuri vee paarist tingitud põlemisproduktide mahu suurenemise tõttu.
Kütuse niiskusesisalduse suurenemisega suureneb põlemisproduktide mahuline soojusmahtuvus antud temperatuurivahemikus ja samal ajal väheneb temperatuuri vahemik 0 kuni £ max väärtuse vähenemise tõttu<тах. ПОСКОЛЬКУ ТЄПЛОЄМКОСТЬ ГЭЗОВ уМвНЬ — шается с понижением температуры, теплоемкость продуктов сгорания топлива с различной влажностью в интервале температур от нуля до <тах для данного топлива претерпевает незначительные колебания (табл. 39). В соответствии с этим можно принять теплоемкость продуктов сгорания всех видов твердого топлива от 0 до tmax равной 0,405, жидкого топлива 0,401, природного, доменного и генераторного газов 0,400 ккал/(м3-°С).
See võimaldab oluliselt lihtsustada kalorimeetriliste ja arvutatud põlemistemperatuuride määramist (vastavalt VII peatükis kirjeldatud meetodile). Sellisel juhul ei ületa lubatud viga tavaliselt 1% ehk 20 °.
Kõverate 4 ja 5 kaalumisel joonisel fig. 5 on näha, et süsiniku täieliku põlemise saaduste soojusvõimsuste suhted stöhhiomeetrilises õhumahus temperatuurivahemikus 0 kuni t ° С, näiteks 0 kuni
|
Põlemisproduktide soojusvõime 0 kuni t'võib olla erinevat tüüpi tahkeid kütuseid, mille niiskusesisaldus on 0 kuni 40%, stöhhiomeetrilises õhumahus
|
200 ja 0 kuni 2100 ° C on praktiliselt võrdsed vesiniku põlemisproduktide soojusvõimsuste suhtega samades temperatuurivahemikes. Soojusvõimsuste määratud suhe C 'jääb stöhhiomeetrilises õhuhulgas erinevat tüüpi kütuste täieliku põlemise saaduste puhul praktiliselt konstantseks.
Tabel 40 näitab madala ballastisisaldusega kütuse täieliku põlemise ja gaasiliste põlemisproduktide (antratsiit, koks, kivisüsi, vedelkütus, looduslik, nafta, koksiahjugaasid jne) muundamise saaduste soojusvõimsuste suhet. temperatuurivahemikus 0 kuni t ° C ja temperatuurivahemikus 0 kuni 2100 ° C. Kuna nende kütuste soojusvõimsus on lähedane 2100 ° C, on soojusmahtuvuste näidatud suhe C 'võrdne soojusvõimsuste suhtega temperatuurivahemikus 0 kuni t ja 0 kuni tm & x-
Tabel 40 on näidatud ka kõrge ballastisisaldusega kütuse põlemisproduktidele arvutatud C 'väärtused, mis kütuse põlemisel muunduvad gaasilisteks põlemissaadusteks, st tahkekütuse niiskus, gaasilises lämmastik ja süsinikdioksiid . Seda tüüpi kütuste (puit, turvas, pruunsüsi, segugeneraator, õhu- ja kõrgahjegaasid) küttevõimsus on 1600–1700 ° C.
Tabel 40
|
Põlemisproduktide C 'ja õhu K soojusvõimsuste suhe temperatuurivahemikus 0 kuni t ° C põlemisproduktide soojusvõimsuse 0 kuni (uax
|
Nagu tabelist näha. 40, erinevad C 'ja K väärtused isegi ballastisisalduse ja erineva soojusvõimsusega kütuse põlemissaaduste osas vähe.
Riiklik kõrgkool
Samara Riiklik Tehnikaülikool
Keemiatehnoloogia ja tööstusökoloogia osakond
KURSUSETÖÖ
erialal "Tehniline termodünaamika ja soojustehnika"
Teema: Tehnoloogilise ahju heitgaaside soojuse kasutamise ühiku arvutamine
Viis läbi: üliõpilane Ryabinina E.A.
ZF III kursuse 19. rühm
Kontrollib: konsultant Churkina A.Yu.
Samara 2010
Sissejuhatus
Enamikus keemiatehastes tekivad kõrge ja madala temperatuuriga termojäätmed, mida saab kasutada sekundaarsete energiaallikatena (RER). Nende hulka kuuluvad mitmesuguste katelde ja protsessiahjude heitgaasid, jahutatud voogud, jahutusvesi ja heitgaas.
Termiline VER katab suures osas üksikute tööstusharude soojusvajaduse. Näiteks lämmastikutööstuses rahuldab taastuvenergia üle 26% soojuse vajadusest, soodatööstuses - üle 11%.
Kasutatud RER-i arv sõltub kolmest tegurist: RER-i temperatuur, nende soojuslik võimsus ja väljundi järjepidevus.
Praegu on kõige laialdasem tööstusgaaside jäätmete soojuse kasutamine, millel on peaaegu kõigi tuletehniliste protsesside jaoks kõrge temperatuuripotentsiaal ja mida saab enamikus tööstusharudes pidevalt kasutada. Heitgaasiga soojus on energiabilansi põhikomponent. Seda kasutatakse peamiselt tehnoloogilistel ja mõnel juhul ka energiaotstarbel (heitküttekatlates).
Kõrgtemperatuurilise termilise taastuvenergia laialdane kasutamine on aga seotud kasutusmeetodite väljatöötamisega, sealhulgas hõõguvate räbu, toodete jms soojuse, heitgaasisoojuse uute meetodite väljatöötamise ja olemasoleva kasutusviisi kujunduse täiustamisega. seadmed.
1. Tehnoloogilise skeemi kirjeldus
Toruküttega ahjudes, millel pole konvektsioonikambrit, või kiirguskonvektsiooni tüüpi ahjudes, kuid kuumutatud toote suhteliselt kõrge algtemperatuuri korral võib heitgaaside temperatuur olla suhteliselt kõrge, mis toob kaasa suurenenud soojuskadusid, ahju efektiivsuse langus ja suurem kütusekulu. Seetõttu on vaja kasutada heitgaaside soojust. Seda on võimalik saavutada kas õhukütteseadme abil, mis kütab ahju sisenevat õhku kütuse põletamiseks, või paigaldades heitsoojuskatlad, mis võimaldavad saada tehnoloogilisteks vajadusteks vajalikku veeauru.
Õhukütte rakendamiseks on aga vaja lisakulusid nii õhukütteseadme, puhuri ehitamiseks kui ka puhuri mootori tarbitavaks täiendavaks elektritarbimiseks.
Õhukütteseadme normaalse töö tagamiseks on oluline vältida selle pinna korrosiooni tekkimist suitsugaasivoolu küljel. See nähtus on võimalik, kui soojusvahetuspinna temperatuur on kastepunkti temperatuurist madalam; sel juhul osa õhukütteseadme pinnaga otse kokkupuutes olevatest suitsugaasidest oluliselt jahutatakse, neis sisalduv veeaur kondenseerub osaliselt ja neelates gaasidest vääveldioksiidi moodustab agressiivse nõrga happe.
Kastepunkt vastab temperatuurile, mille juures küllastunud veeauru rõhk võrdub suitsugaasides sisalduva veeauru osalise rõhuga.
Üks usaldusväärsemaid korrosioonivastaseid kaitsemeetodeid on õhu eelkuumutamine mingil viisil (näiteks vees või aurukütteseadmes) kastepunktist kõrgemale temperatuurile. Selline korrosioon võib esineda ka konvektsioonitorude pinnal, kui ahju siseneva tooraine temperatuur on kastepunktist madalam.
Soojusallikaks küllastunud auru temperatuuri tõstmiseks on primaarkütuse oksüdeerumis (põlemis) reaktsioon. Põlemisel tekkivad suitsugaasid loovad oma soojuse kiirguses ja seejärel konvektsioonikambrid etteandevoolu (veeaur). Ülekuumutatud aur satub tarbijasse ja põlemisproduktid väljuvad ahjust ja sisenevad heitsoojuskatlasse. WHB väljalaskeavas juhitakse küllastunud veeaur tagasi auru ülekuumenemisahju ja söödavesi jahutatavad suitsugaasid sisenevad õhukütteseadmesse. Õhukütteseadmest lähevad suitsugaasid KTAN-i, kus mähise kaudu voolav vesi kuumutatakse ja läheb otse tarbijani ning suitsugaasid - atmosfääri.
2. Ahju arvutamine
2.1 Põlemisprotsessi arvutamine
Määrake kütuse alumine kütteväärtus Q R n... Kui kütus on individuaalne süsivesinik, siis selle põlemissoojus Q R n võrdne standardse põlemissoojusega, millest on lahutatud põlemisproduktides sisalduva vee aurustumissoojus. Seda saab arvutada ka Hessi seadusele tuginevate alg- ja lõpptoodete moodustumise standardsete termiliste mõjude põhjal.
Süsivesinike segust koosneva kütuse puhul määratakse põlemissoojus, kuid lisavusreegel:
Kus Q pi n- põlemissoojus i-mine kütusekomponent;
y i- kontsentratsioon i- minna kütusekomponendiks ühiku osades, siis:
Q R n cm = 35,84 ∙ 0,987 + 63,80 ∙ 0,0033+ 91,32 ∙ 0,0012+ 118,73 ∙ 0,0004 + 146,10 ∙ 0,0001 = 35,75 MJ / m 3.
Kütuse molaarmass:
M m = Σ M i ∙ y i ,
Kus M i- molaarmass i- minna kütusekomponenti, seega:
M m = 16,042 ∙ 0,987 + 30,07 ∙ 0,0033 + 44,094 ∙ 0,0012 + 58,120 ∙ 0,0004 + 72,15 ∙ 0,0001 + 44,010 ∙ 0,001 + 28,01 ∙ 0,007 = 16,25 kg / mol.
kg / m 3,
siis Q R n cm, väljendatuna MJ / kg, on võrdne järgmisega:
MJ / kg.
Arvutustulemused on kokku võetud tabelis. üks:
Kütuse koostis Tabel 1
Määratleme kütuse põhikoostis,% (mass):
,
Kus n i C , NIH , n i N , n i O- süsiniku, vesiniku, lämmastiku ja hapniku aatomite arv kütuse moodustavate üksikute komponentide molekulides;
Iga kütuse komponendi sisaldus, massi järgi %;
x i- kütuse iga komponendi sisaldus. %;
M i- kütuse üksikute komponentide molaarmass;
M m on kütuse molaarmass.
Koostise kontrollimine :
C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100% (mass).
Tehkem kindlaks 1 kg kütuse põletamiseks vajalik teoreetiline õhuhulk, see määratakse põlemisreaktsiooni stöhhiomeetrilise võrrandi ja atmosfääriõhu hapnikusisalduse põhjal. Kui kütuse elementaarne koostis on teada, siis teoreetiline õhuhulk L 0, kg / kg, arvutatakse järgmise valemi abil:
Praktikas juhitakse kütuse põlemise täielikkuse tagamiseks ahju liigne õhuhulk, leiame tegeliku õhuvoolu kiiruse α = 1,25:
L = αL 0 ,
Kus L- tegelik õhutarbimine;
α - liigõhu koefitsient,
L = 1,25 ∙ 17,0 = 21,25 kg / kg.
1 kg kütuse põlemiseks ettenähtud õhu erihulk (n.a.):
Kus ρ sisse= 1,293 - õhutihedus normaalsetes tingimustes,
m 3 / kg.
Leiame 1 kg kütuse põlemisel tekkinud põlemisproduktide koguse:
kui kütuse elementaarne koostis on teada, saab suitsugaaside massi koostise 1 kg kütuse kohta selle täieliku põlemisega määrata järgmiste võrrandite põhjal:
Kus m CO2 , m H20 , m N2 , mO2 on vastavate gaaside mass, kg.
Põlemissaaduste üldkogus:
m lk alates = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2,
m lk alates= 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 kg / kg.
Kontrollime saadud väärtust:
Kus W f- düüsi auru eritarbimine vedelkütuse põletamisel, kg / kg (gaasikütuse puhul) W f = 0),
Kuna kütus on gaas, jätame tähelepanuta niiskusesisalduse õhus ja veeauru hulga.
Leidkem 1 kg kütuse põlemisel tekkinud põlemisproduktide maht normaalsetes tingimustes:
Kus m i- 1 kg kütuse põlemisel tekkinud vastava gaasi mass;
ρ i- selle gaasi tihedus normaalsetes tingimustes, kg / m 3;
M i- antud gaasi molaarmass, kg / kmol;
22,4 - molaarne maht, m 3 / kmol,
m 3 / kg; 
m 3 / kg;
m 3 / kg; 
m 3 / kg.
Põlemissaaduste kogumaht (n.a.) tegeliku õhutarbimise juures:
V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,
V = 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 = 17,89 m3 / kg.
Põlemissaaduste tihedus (n.a.):
kg / m 3.
Leiame tabeli andmeid kasutades 1 kg kütuse põlemisproduktide soojusvõimsus ja entalpia temperatuurivahemikus 100 ° C (373 K) kuni 1500 ° C (1773 K). 2.
Gaaside keskmine erisoojusvõimsus p, kJ / (kg ∙ K) tabel 2
| t, ° С |
|||||
1 kg kütuse põlemisel tekkinud suitsugaaside entalpia:
Kus koos CO2-ga , koos H2O-ga , koos N2-ga , koos O2-ga- keskmised erisoojusvõimsused püsirõhul, mis vastavad muru temperatuuril t, kJ / (kg K);
koos t on 1 kg kütuse põletamisel temperatuuril tekkivate suitsugaaside keskmine soojusvõimsus t, kJ / (kg K);
temperatuuril 100 ° C: kJ / (kg-K);
temperatuuril 200 ° C: kJ / (kg∙K);
temperatuuril 300 ° C: kJ / (kg-K);
temperatuuril 400 ° C: kJ / (kg-K);
temperatuuril 500 ° C: kJ / (kg∙K);
temperatuuril 600 ° C: kJ / (kg-K);
temperatuuril 700 ° C: kJ / (kg-K);
temperatuuril 800 ° C: kJ / (kg-K);
temperatuuril 1000 ° C: kJ / (kg-K);
temperatuuril 1500 ° C: kJ / (kg-K);
Arvutustulemused on kokku võetud tabelis. 3.
Põlemisproduktide entalpia Tabel 3
Tabeli järgi. 3 ehitada sõltuvuse graafik H t = f ( t ) (joonis 1) vt lisa .
2.2 Ahi soojusbilansi, ahju efektiivsuse ja kütusekulu arvutamine
Soojusvoo auruga saadav ahi (kasulik soojuskoormus):
Kus G- ülekuumendatud veeauru kogus ajaühikus, kg / s;
H vp1 ja H vp2
Me võtame suitsugaaside temperatuuriks 320 ° C (593 K). Soojuskadu keskkonda kiirgamise kaudu on 10%, millest 9% kaob kiirguskambris ja 1% konvektsioonikambris. Ahi efektiivsus on η t = 0,95.
Jätame tähelepanuta keemilise põletamise tõttu tekkiva soojuskadu, samuti sissetuleva kütuse ja õhu soojuskoguse.
Määrake ahju efektiivsus:
Kus Uh- põlemisproduktide entalpia ahjust väljuvate suitsugaaside temperatuuril, t yh; heitgaaside temperatuur võetakse tavaliselt 100 - 150 ° C võrra kõrgemaks kui tooraine algtemperatuur ahju sissepääsu juures; q higi- soojuskaod kiirguse kaudu keskkonda,% või osa Q korrus ;
Kütusekulu, kg / s:
kg / s.
2.3 Kiirgus- ja konvektsioonikambri arvutamine
Seadistame läbipääsu suitsugaaside temperatuuri: t P= 750 - 850 ° С, aktsepteerime
t P= 800 ° C (1073 K). Põlemissaaduste entalpia läbipääsu temperatuuril
H P= 21171,8 kJ / kg.
Kiiretorudes veeauru poolt vastuvõetud soojusvoo:
Kus H n on põlemisproduktide entalpia läbipääsu suitsugaaside temperatuuril, kJ / kg;
η t on ahju kasutegur; soovitatav on võtta see võrdne 0,95 - 0,98;
Konvektsioonitorudes veeauru poolt vastuvõetud soojusvoog:
Kiirgava sektsiooni sissepääsu juures on veeauru entalpia:
kJ / kg.
Võtame konvektsioonikambris oleva rõhukao väärtuse ∆ P kuni= 0,1 MPa, siis:
P kuni = P - P kuni ,
P kuni= 1,2 - 0,1 = 1,1 MPa.
Veeauru sisenemise temperatuur kiirgavasse sektsiooni t kuni= 294 ° С, siis on kiirgavate torude välispinna keskmine temperatuur:
Kus Δt- kiirgavate torude välispinna ja torudes kuumutatud veeauru (tooraine) temperatuuri erinevus; Δt= 20-60 ° C;
TO.
Maksimaalne kavandatud põlemistemperatuur:
Kus t o- kütuse ja õhu esialgse segu alandatud temperatuur; võetakse võrdseks põlemiseks ettenähtud õhu temperatuuriga;
TÄNUD.- põlemisproduktide erisoojus temperatuuril t P;
° C
Millal t max = 1772,8 ° C ja t n = absoluutselt musta pinna soojustihedus 800 ° C q s kiirgustorude välispinna erinevatel temperatuuridel on järgmised väärtused:
Θ, ° С 200 400 600
q s, W / m 2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5
Ehitame abigraafi (joonis 2) vt lisa, mille järgi leiame soojustiheduse Θ = 527 ° C juures: q s= 0,95 ∙ 105 W / m 2.
Arvutame ahju sisestatud kogu soojusvoo:
Ekvivalentse absoluutselt musta pinna pindala esialgne väärtus:
m 2.
Võtame müüritise sõelumisastme Ψ = 0,45 ja α = 1,25 korral leiame selle
H s /H l = 0,73.
Ekvivalentne tasane pind:
m 2.
Aktsepteerime torude üherealist paigutust ja nende vahelist sammu:
S = 2d n= 2 ∙ 0,152 = 0,304 m. Nende väärtuste korral vormitegur TO = 0,87.
Varjestatud müüritise pind:
m 2.
Kiirgavate torude küttepind:
m 2.
Valime BB2 ahju, selle parameetrid:
kiirituskambri pind, m 2 180
konvektsioonikambri pind, m 2 180
ahju tööpikkus, m 9
kiirituskambri laius, m 1.2
hukkamine b
leegita kütuse põlemismeetod
kiirituskambri toru läbimõõt, mm 152 × 6
konvektsioonikambri torude läbimõõt, mm 114 × 6
Kiirguskambris olevate torude arv:
Kus d n - torude välisläbimõõt kiirguskambris, m;
l põrand - suitsugaasivooluga pestud kiirgavate torude kasulik pikkus, m,
l korrus = 9 - 0,42 = 8,2 m,
.
Kiirgavate torude pinna soojustihedus:
W / m 2.
Määrake konvektsioonikambri torude arv:
Me paigutame need ruudulisse mustrisse 3 horisontaalses reas. Torude vaheline samm S = 1,7 d n = 0,19 m.
Keskmine temperatuuride erinevus määratakse valemiga:
° C
Soojusülekandetegur konvektsioonikambris:
W / (m 2 = K).
Konvektsioonitorude pinna soojustihedus määratakse valemiga:
W / m 2.
2.4 Ahju mähise hüdrauliline arvutus
Ahju mähise hüdrauliline arvutus on veeauru rõhukadude määramine kiirgus- ja konvektsioonitorudes.
Kus G
ρ kuni V.P. - veeauru tihedus keskmisel temperatuuril ja rõhul konvektsioonikambris, kg / m 3;
dк - konvektsioonitorude siseläbimõõt, m;
z k on konvektsioonikambri voogude arv,
Prl.
ν k = 3,311 ∙ 10-6 m 2 / s.
Reynoldsi kriteeriumi väärtus:
m.
Hõõrderõhu kadu:
Pa = 14,4 kPa.
Pa = 20,2 kPa.
kus Σ ζ kuni
- pöörete arv.
Kogu rõhukadu:
2.5 Kiirguskambris oleva veeauru rõhukadude arvutamine
Keskmine veeauru kiirus:
Kus G- ahjus ülekuumenenud auru tarbimine, kg / s;
ρ r vp - veeauru tihedus keskmisel temperatuuril ja rõhul konvektsioonikambris, kg / m 3;
dр - konvektsioonitorude siseläbimõõt, m;
z p on voogude arv ventilatsioonikambris,
Prl.
Veeauru kinemaatiline viskoossus konvektsioonikambris keskmisel temperatuuril ja rõhul ν p = 8,59 ∙ 10-6 m 2 / s.
Reynoldsi kriteeriumi väärtus:
Toru kogupikkus sirgjooneliselt:
m.
Hüdrauliline hõõrdetegur:
Hõõrderõhu kadu:
Pa = 15,1 kPa.
Rõhukaod kohaliku vastupanu ületamiseks:
Pa = 11,3 kPa,
kus Σ ζ lk= 0,35 - takistuskoefitsient 180 ºС pööramisel,
- pöörete arv.
Kogu rõhukadu:
Arvutused on näidanud, et valitud ahi tagab veeauru ülekuumenemise antud režiimis.
3. Heitsoojuskatla arvutamine
Leiame suitsugaaside keskmise temperatuuri:
Kus t 1 - suitsugaaside temperatuur sisselaskeava juures,
t 2 - suitsugaaside temperatuur väljalaskeavas, ° С;
° C (538 K).
Suitsugaaside massivool:
kus B on kütusekulu, kg / s;
Suitsugaaside puhul määratakse spetsiifiline entalpia tabelis 1 esitatud andmete põhjal. 3 ja joon. 1 valemiga:
Jahutusvedelike entalpiad Tabel 4
Suitsugaaside poolt edastatav soojusvoo:
Kus H 1 ja H 2 - 1 kg kütuse põlemisel tekkinud suitsugaaside entalpia vastavalt põlemiskambri sisselaske- ja väljalasketemperatuuril, kJ / kg;
B - kütusekulu, kg / s;
h 1 ja h 2 - suitsugaaside spetsiifilised entalpiad, kJ / kg,
Vee vastuvõetud soojusvoog, W:
Kus η ku - soojuskasutuse koefitsient KÜ-s; η ku = 0,97;
G n - aurumaht, kg / s;
h kuni VP - küllastunud veeauru entalpia väljundtemperatuuril, kJ / kg;
h n sisse - entalygaya söödavesi, kJ / kg,
KU-sse vastuvõetud veeauru kogus määratakse järgmise valemi abil:
kg / s.
Küttevööndis vee vastuvõetud soojusvoog:
Kus h kv - vee spetsiifiline entalpia aurustumistemperatuuril, kJ / kg;
Suitsugaaside abil kuumaveevööndisse veetav soojusvoog (kasulik soojus):
Kus h x - suitsugaaside spetsiifiline entalpia temperatuuril t x, seega:
kJ / kg.
1 kg kütuse põlemis entalpia:
Joon. 1 suitsutemperatuur, mis vastab väärtusele H x = 5700,45 kJ / kg:
t x = 270 ° C.
Keskmine temperatuuri erinevus küttevööndis:
° C
270 suitsugaasid 210 Vastuvoolu indeksit arvesse võttes:
Kus TO f - soojusülekandetegur;
m 2.
Keskmine temperatuuri erinevus aurustustsoonis:
° C
320 suitsugaasid 270 Vastuvoolu indeksit arvesse võttes:
187 veeaur 187
Soojusvahetuse pindala küttevööndis:
Kus TO f - koefitsient m6ülekanne;
m 2.
Soojusülekande kogu pind:
F = F n + F u,
F= 22,6 + 80 = 102,6 m2.
Vastavalt standardile GOST 14248-79 valime standardse aurukambri aurusti, millel on järgmised omadused:
korpuse läbimõõt, mm 1600
torukimpude arv 1
torude arv ühes kimpus 362
soojusvahetuspind, m 2 170
ühe löögi ristlõikepindala
torude kaudu, m 2 0,055
4. Õhukütteseadme termiline tasakaal
Temperatuuriga atmosfääriõhk t ° sisse x siseneb seadmesse, kus see kuumeneb temperatuurini t x sisse-x suitsugaaside kuumuse tõttu.
Õhukulu, kg / s, määratakse vajaliku kütusekoguse põhjal:
Kus IN- kütusekulu, kg / s;
L- tegelik õhukulu 1 kg kütuse põletamisel, kg / kg,
Soojust eraldavad suitsugaasid jahutatakse t dgZ = t dg2 enne t dg4 .
=
Kus H 3 ja H 4- suitsugaaside entalpia temperatuuril t dg3 ja t dg4 vastavalt kJ / kg,
Õhu kaudu saadud soojusvoog, W:
Kus x-ga- õhu keskmine erisoojusvõimsus, kJ / (kg K);
0,97 - õhukütteseadme efektiivsus,
Lõplik õhutemperatuur ( t x sisse-x) määratakse soojusbilansi võrrandist:
TO.
5. KTANi soojusbilanss
Pärast õhukütteseadet sisenevad suitsugaasid aktiivdüüsiga (KTAN) kontaktseadmesse, kus nende temperatuur langeb t dg5 = t dg4 temperatuurini t dg6= 60 ° C.
Suitsugaaside soojuse eemaldamine toimub kahe eraldi veevoolu abil. Üks voog puutub otseselt kokku suitsugaasidega ja teine vahetab nendega mähiseina kaudu soojust.
Suitsugaaside eraldatav soojusvoog, W:
Kus H 5 ja H 6- suitsugaaside entalpia temperatuuril t dg5 ja t dg6 vastavalt kJ / kg,
Jahutusvee kogus (kokku), kg / s, määratakse soojusbilansi võrrandist:
kus η on KTAN-i efektiivsus, η = 0,9,
kg / s.
Jahutusveega saadud soojusvoog, W:
Kus G vesi- jahutusvee tarbimine, kg / s:
veega- vee erisoojusvõimsus, 4,19 kJ / (kg K);
t n vett ja t kasta- veetemperatuur vastavalt KTAN-i sisse- ja väljalaskeavas,
6. Soojustagastusseadme efektiivsuse arvutamine
Sünteesitud süsteemi efektiivsuse väärtuse määramisel ( η tu) kasutatakse traditsioonilist lähenemist.
Soojustagastusseadme efektiivsuse arvutamine toimub vastavalt valemile:
7. Süsteemi "ahi - heitsoojuskatel" eksergiline hindamine
Energiatehnoloogiliste süsteemide analüüsimise eksergiameetod võimaldab kõige objektiivsemat ja kvalitatiivsemat energiakadude hindamist, mida tavapärase hindamise käigus termodünaamika esimese seaduse abil kuidagi ei avaldata. Sellisel juhul kasutatakse hindamiskriteeriumina eksergia efektiivsust, mis on määratletud kui eraldatud eksergia ja süsteemile tarnitud eksergia suhe:
Kus E alamrühm- kütuseeksergia, MJ / kg;
E auk- eksergia, mida tajub veeauru vool ahjus ja heitsoojuse katlas.
Gaaskütuse korral on tarnitud eksergia kütuse eksergia summa ( E sub1) ja õhueksergia ( E sub2):
Kus N n ja N umbes- õhu entalpia ahju sissepääsu temperatuuril ja ümbritseval temperatuuril vastavalt kJ / kg;
T umbes- 298 K (25 ° C);
ΔS- õhu entroopia muutus, kJ / (kg K).
Enamasti võib õhu eksergia suuruse tähelepanuta jätta, see tähendab:
Vaatlusalusele süsteemile eraldatud eksergia koosneb eksergiast, mida tajub ahjus veeaur ( E auk1) ja KU-s veeauruga tajutav eksergia ( E otv2).
Ahjus kuumutatud auruvoolu jaoks:
Kus G- auru tarbimine ahjus, kg / s;
H VP1 ja H vp2- veeauru entalpia ahju sisse- ja väljapääsu korral, vastavalt kJ / kg;
ΔS vp- muutus veeauru entroopias, kJ / (kg K).
KU-sse vastuvõetud veeauru voolu jaoks:
Kus G n- aurutarve katelseadmes, kg / s;
h kuni vp- küllastunud veeauru entalpia WHB väljalaskeavas, kJ / kg;
h n sisse on söödavee entalpia CH sisselaskeava juures, kJ / kg.
E auk = E auk 1 + E ava 2 ,
E auk= 1965,8 + 296,3 = 2262,1 J / kg.
Järeldus
Pärast kavandatava käitise (tehnoloogilise ahju heitgaaside soojuse kasutamine) arvutamist võime järeldada, et antud kütuse koostise, veeauru ahju tootlikkuse ja muude näitajate puhul - sünteesitud süsteemi efektiivsuse väärtus on kõrge, seega - paigaldus on tõhus; Seda näitas ka „ahju - heitsoojuskatla“ süsteemi eksergia hindamine, kuid energiakulude osas jätab paigaldus palju soovida ja vajab parandamist.
Kasutatud kirjanduse loetelu
1. Kharaz D .JA... Sekundaarsete energiaallikate kasutamise viisid keemiatööstuses / D. I. Kharaz, B. I. Psakhis. - M.: Keemia, 1984. - 224 lk.
2. Skoblo A . JA... Nafta rafineerimise ja naftakeemia tööstuse protsessid ja seadmed / A. I. Skoblo, I. A. Tregubova, Yu. K., Molokanov. - 2. väljaanne, Rev. ja lisage. - M.: Keemia, 1982. - 584 lk.
3. Pavlov K .F... Näited ja ülesanded keemiatehnoloogia protsesside ja seadmete kulgemiseks: õpik. Käsiraamat ülikoolidele / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Noskov; Ed. P.G.Romankova. - 10. väljaanne, Ilm. ja lisage. - L.: Keemia, 1987. - 576 lk.
rakendus
