Les propriétés physiques des gaz de combustion. Cheminée, calcul. Description du schéma technologique
Lorsque le périphérique de la fournaise est idéalement, je souhaite avoir une conception qui a automatiquement donné de l'air si nécessaire pour brûler. À première vue, cela peut être fait avec une cheminée. En effet, le bois de chauffage plus intensif est brûlant, plus chaud gaz de combustionPlus devrait être la poussée (modèle du carburateur). Mais ce n'est pas. La poussée ne dépend pas de la quantité de gaz de combustion à chaud formée. La poussée est la chute de pression dans le tuyau du réservoir du tube avant le carburant. Il est déterminé par la hauteur du tuyau et la température des gaz de combustion, ou plutôt leur densité.
La poussée est déterminée par la formule:
F \u003d A (p b - p d) h
où F est la traction, et le coefficient, p B est la densité de l'air extérieur, p d - la densité de gaz de combustion, h est la hauteur du tuyau
La densité des gaz de combustion est calculée par la formule:
p d \u003d p en (273 + t c) / (273 + t)
où t b et t d est la température en degrés Celsius d'air atmosphérique externe à l'extérieur du tuyau et des gaz de combustion dans le tuyau.
La vitesse du mouvement des gaz de combustion dans le tuyau (consommation de volume, c'est-à-dire la capacité d'aspiration du tuyau) G. Il ne dépend pas de la hauteur du tuyau et est déterminé par la différence de température des gaz de combustion et de l'air extérieur, ainsi que de la zone la Coupe transversale cheminée. D'où le nombre de conclusions pratiques.
d'abordLes tuyaux de combustion sont élevés du tout afin d'augmenter le flux d'air à travers le cinquièmement, mais seulement pour augmenter la poussée (c'est-à-dire la chute de la pression dans le tuyau). Il est très important d'empêcher le renversement de la poussée (étouffement du four) avec un windrop (la magnitude de la poussée doit toujours dépasser la possible la sauvegarde possible).
en deuxième, Ajustez le flux d'air utilise facilement des périphériques qui changent la zone de la section transversale en direct du tuyau, à l'aide de vannes. Avec une augmentation de la zone transversale du canal de cheminée, par exemple deux fois, vous pouvez vous attendre à une augmentation approximativement double du flux volumétrique de l'air à travers le carburant.
Expliquons-le un exemple simple et visuel. Nous avons deux fours identiques. Nous les combinons en un. Nous obtenons un double four avec un bois de chauffage à deux dureries, avec une consommation d'air à deux reprises et un tuyau transversal. Ou (qui est la même chose) si plus d'une flambée de bois de chauffage dans la FIFUEL, vous devez ouvrir de plus en plus les vannes sur le tuyau de plus en plus.
TroisièmementSi le poêle brûle normalement en mode stable et que nous ajouterons un courant d'air froid par le bois de chauffage brûlant dans la cinquièmement, les gaz de combustion viendront immédiatement et le flux d'air à travers le four sera réduit. Dans le même temps, le bois de chauffage brûlant commencera à s'estomper. C'est-à-dire que nous semblons que le bois de chauffage n'affecte pas et envoie un flux supplémentaire par du bois de chauffage, et il s'avère que le tuyau peut sauter moins de gaz de combustion qu'auparavant, lorsque ce flux d'air supplémentaire était absent. Le tuyau lui-même réduira le flux d'air sur le bois de chauffage, qui était auparavant, et de plus, cela ne permet pas le flux supplémentaire d'air froid. En d'autres termes, le tube de fumée est en marche.
C'est pourquoi il est si nocif pour la superstar d'air froid à travers les fentes des tuyaux de combustion, l'air inutile s'écoule dans la pile à combustible et toute la luminosité thermique de la cheminée, ce qui entraîne une diminution de la température des gaz de combustion.
QuatrièmePlus le coefficient de la résistance à gaz-dynamique de la cheminée est grand, plus le flux d'air est grand. C'est-à-dire que les murs de la cheminée sont de préférence effectués comme lisses, sans tordre et sans tour.
CinquièmePlus la température des gaz de combustion est faible, plus fortement change le flux d'air pendant les fluctuations de la température des gaz de combustion, ce qui explique la situation du décapage du tuyau sous l'allumage du four.
À la sixième, P. hautes températures Les gaz de combustion d'air ne dépendent pas de la température des gaz de combustion. C'est-à-dire avec un oeight forte du four, le flux d'air cesse d'augmenter et commence à ne dépendre que sur la section transversale du tuyau.
Les problèmes d'instabilité découlent non seulement lors de l'analyse des caractéristiques thermiques du tuyau, mais également lorsque vous envisagez la dynamique des flux de gaz dans le tuyau. En effet, la cheminée est bien remplie de cheminées légères. Si ce gaz de combustion de lumière se lève pas très vite, la probabilité n'est pas exclue que l'air extérieur lourd peut simplement se noyer dans le gaz léger et créer une chute en aval dans le tuyau. Ceci est particulièrement susceptible d'une telle situation avec les murs froids de la cheminée, c'est-à-dire pendant le four à l'étranger.
Figure. 1. Schéma de mouvement de gaz dans une cheminée froide: 1 - un carburant; 2 - l'alimentation en air à travers pisser; Trompette de 3 fumée; 4 - attrape; 5 - dent de cheminée; 6-gaz fumeurs; Air froide à défaut à défaut; 8 - Flux d'air, provoquant une poussée de basculement.
a) Tuyau vertical ouvert lisse
b) tube avec une vanne et une dent
c) Tuyau avec vanne supérieure
Flèches solides - Directions de mouvement des gaz de combustion à chaud légers. Flèches en pointillé - Direction du mouvement des flux descendants d'air lourd froid de l'atmosphère.
Sur le figure. 1a. Le four est décrits schématiquement dans lequel les gaz de combustion sont fournis et sont affichés à travers le tube de combustion. air atmosphérique 7, atteignant même le carburant. Ce flux incident peut remplacer le flux d'air "régulier" par confus 2. Même si le four est verrouillé sur toutes les portes et que tous les volets des trous d'admission d'air seront fermés, le four peut être brûlé en raison de l'air d'en haut. Au fait, il est si souvent que cela arrive lorsque le charbon expansant avec portes fermées poêles. Il peut même arriver de basculement complet de poussée: l'air viendra sur le dessus dans le tuyau et les gaz de combustion - sortez à travers la porte.
En fait, sur la paroi intérieure de la cheminée, il y a toujours des irrégularités, une épaississement, une rugosité, avec les gaz de combustion et les flux d'air froid contre le froid sont placés et mélangés les uns avec les autres. Un flux d'air froid en aval est poussé ou, chauffant, commence à monter un mélangé avec des gaz chauds.
L'effet du déploiement de flux d'air froid en aval est amélioré en présence de vannes partiellement ouvertes, ainsi que de la dent dite, largement utilisée dans la fabrication de foyers. figure. 1b). La dent empêche le flux d'air froid du tuyau dans l'espace de la cheminée et empêche ainsi la fusion de la cheminée.
Les flux d'air aval dans le tuyau sont particulièrement dangereux dans le temps brumeux: les gaz de combustion ne sont pas en mesure d'évaporer les plus petites gouttelettes d'eau, refroidies, la poussée est réduite et peut même incliner. Le four est très fumeur, il n'empêche pas.
Pour la même raison, la poêle avec des tuyaux fumés bruts fume fortement. Pour empêcher la survenue des descendances, les vannes supérieures sont particulièrement efficaces ( figure. 1v.), réglementé en fonction de la vitesse des gaz de combustion dans la cheminée. Cependant, le fonctionnement de telles vannes est gênant.
Figure. 2. La dépendance du coefficient d'air en excès est à partir du temps de la manifestation du four (courbe solide). La courbe en pointillé est le débit d'air requis G de la poche pour l'oxydation complète des produits de bois de chauffage (y compris la suie et les substances volatiles) dans des gaz de combustion (dans des unités relatives). Courbe en pointillé à barres - la consommation d'air réelle du tuyau fourni par le tube (dans des unités relatives). L'excès de coefficient d'air est un compartiment privé G tuyau g sur g Potch
Une poussée stable et suffisamment forte ne se produit qu'après chauffer les murs du tube de fumée, ce qui nécessite un temps considérable, de sorte que au début de la protestation de l'air est toujours manquant. Le coefficient de l'excès d'air à la fois moins d'un, et le four fumeurs ( figure. 2.). Inversement: À la fin de la PROTOOD, le tube de fumée reste chaud, la poussée est préservée pendant une longue période, bien que le bois de chauffage ait déjà été presque brûlé (l'excès de coefficient d'air est supérieur à un). Les fours métalliques avec des tuyaux de combustion chauffés en métal sont plus rapides au régime en raison d'une faible capacité thermique par rapport aux trompettes de briques.
L'analyse des processus dans la cheminée peut être poursuivie, mais il est déjà si clair que, peu importe la qualité de la fournaise elle-même, tous ses avantages peuvent être réduits à zéro par une mauvaise cheminée. Bien sûr, dans la version parfaite, le tuyau de fumée devrait remplacer système moderne Échappement de rinçage forcé avec un ventilateur électrique avec une consommation réglable et une précontrainte d'humidité des gaz de combustion. Un tel système, entre autres choses, pourrait nettoyer les gaz de combustion de la suie, du monoxyde de carbone et d'autres impuretés nocives, ainsi que des gaz de combustion déchargés de refroidissement et assurer la récupération de la chaleur.
Mais tout cela est dans une perspective lointaine. Pour un coin bord et un jardinier, la trompette de fumée peut parfois devenir beaucoup plus chère que le four lui-même, en particulier en cas de chauffage d'une maison à plusieurs niveaux. Les tuyaux de combustion interdits sont généralement plus simples et plus courts, mais le niveau de puissance thermique de la fournaise peut être très grand. De tels tuyaux, en règle générale, sont fortement lancés sur toute la longueur, ils volent souvent des étincelles et des cendres, mais des cendres, mais le condensat et la suie tombant de manière insignifiance.
Si vous envisagez d'utiliser un bâtiment de bain seulement comme un bain, le tuyau peut être fait et serré. Si le bain réfléchit par vous et comme lieu de séjour possible (résidence temporaire, nuit), en particulier en hiver, il est plus opportun de faire immédiatement l'isolation et qualitativement »pour la vie." Les poêles peuvent être changés au moins tous les jours, ramassent la conception du sale et plus en détail, et le tuyau sera le même.
Au moins si le poêle fonctionne en mode brûlant (Séchage), puis l'isolation du tuyau est absolument nécessaire, car dans des installations basse (1 à 5 kW), le tuyau métallique étanche deviendra complètement froid, le condensat s'écoulera abondamment, ce qui, dans les gelées les plus fortes, peut même grimper et chevaucher le tuyau. Ceci est particulièrement dangereux en présence d'étincelles de maillage et de parapluies avec de petites lacunes de passage. Les incrovolateurs conviennent aux intenses proticules en été et sont extrêmement dangereuses pour les modes de bois de chauffage faibles de bois de chauffage en hiver. En raison du colmatage possible de la glace, de l'installation de déflecteurs et de parapluies sur pipes de cheminée a été banni en 1991 (et à Chimneys fours à gaz Même plus tôt).
Selon les mêmes considérations, il n'est pas nécessaire de s'impliquer dans la hauteur du tuyau - le niveau de poussée n'est pas si important pour un four sans bain sans bain. Si cela simulera, vous pouvez toujours vous ventiler rapidement la pièce. Mais la hauteur au-dessus de la crête du toit (pas moins de 0,5 m) doit être observée pour empêcher la poussée de basculement pendant les rafales de vent. Sur les toits doux, le tuyau doit effectuer sur la couverture de neige. En tout cas, il vaut mieux avoir un tuyau, mais plus chaud (ce qui est plus élevé, mais plus froid). Les hauts tuyaux en hiver sont toujours froids et dangereux en fonctionnement.
Les tuyaux de combustion froide ont beaucoup de défauts. En même temps, enchevêtrement, mais pas de très longs tuyaux sur les fours métalliques pendant les extracteurs chauffés rapidement (beaucoup plus rapides que les tuyaux de briques), restent chauds avec une manifestation énergique et donc dans les bains (et non seulement dans les bains) sont très largement utilisés. , surtout depuis qu'ils sont relativement peu coûteux. Les tuyaux de ciment ASBIC sur les fours métalliques ne sont pas utilisés, car ils ont beaucoup de poids et détruisent également lorsqu'ils surchauffent avec la poussée de fragments.
Figure. 3. Les conceptions les plus simples de tuyaux de combustion en métal: 1 - Cheminée ronde en métal; 2 - étincelant; 3 - Capuchon pour protéger le tuyau des précipitations atmosphériques; 4 - chevrons; 5 - Lambers de toit; 6 - Brucki Drainy entre les chevrons (ou les faisceaux) pour l'enregistrement de la pompier (coupe) dans le toit ou le chevauchement (si nécessaire); 7 - Freule du toit; huit - toit souple (caoutchouchement, hydrokhotloizol, tuile molle, feuilles de carton ondulé-bitudi, etc.); 9 - Tôle métallique pour le revêtement de sol sur le toit et le chevauchement de la sortie (il est permis d'utiliser une feuille plate d'une ACEIDA - une carte isolante électrique asco-ciment); 10 - Doublure de drainage en métal; 11 - Scellage de l'amiante de l'écart (articulation); 12 - Cap-Otter métallique; 13 - poutres de plafond (avec le remplissage de l'espace par isolation); 14 - Couvercle de plafond; 15 - le sexe du grenier (si nécessaire); 16 - Coupe de plafond en feuille métallique; 17 - Coins de renforcement des métaux; 18 - Couverture métallique de la découpe du plafond (si nécessaire); 19 - isolation résistant à la chaleur non combustible (céramzit, sable, perlite, minvat); 20 - Tampon de protection (tôle métallique sur une couche de carton d'amiante avec une épaisseur de 8 mm); 21 - Tuyau d'écran en métal.
a) tube non pavillon;
b) Le tuyau blindé à l'isolation thermique avec une résistance au transfert de chaleur d'au moins 0,3 m 2 -grad / w (ce qui équivaut à l'épaisseur de la brique de 130 mm ou à l'épaisseur de l'isolation de la mintata de type 20 mm).
Sur le figure. 3. Schémas de montage typiques présenté en tangled tuyaux métalliques. Le tuyau lui-même doit être acheté en acier inoxydable d'une épaisseur d'au moins 0,7 mm. Le diamètre du tuyau russe de 120 mm est de 120 mm, finnois - 115 mm.
Selon GOST 9817-95, la surface transversale de la cheminée multi-tours doit être d'au moins 8 cm 2 pour 1 kW de la puissance thermique nominale libérée dans la chambre de combustion lors de la combustion de bois de chauffage. Cette puissance ne doit pas être confondue avec la puissance thermique du four, libérée de la surface de brique extérieure du four à la pièce par Snip 2.04.05-91. C'est l'un de nos nombreux malentendus. documents réglementaires. Étant donné que les fours de séchage thermique sont généralement jumelés à seulement 2-3 heures par jour, puis la puissance de la fournaise est d'environ dix fois la puissance du dégagement de chaleur de la surface du four à briques.
La prochaine fois, nous parlerons des caractéristiques du montage des tuyaux d'inondation.
2. Chaleur emportée en laissant des gaz. Nous définissons la capacité de chaleur des gaz de combustion à tukh \u003d 8000s;
3. Perte de chaleur à travers la maçonnerie de conductivité thermique.
Pertes via arc
L'épaisseur de la voûte est de 0,3 m, l'arbre de matériau. Nous acceptons cette température surface interne La voûte est égale à la température des gaz.
La température moyenne dans le four:
À cette température, nous choisissons le coefficient de conductivité thermique du matériau de chamotte:
Ainsi, les pertes à travers la voûte sont:
où α est le coefficient de transfert de chaleur de la surface extérieure des murs à l'air environnant, égal à 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)
Pertes à travers les murs. La maçonnerie des murs est composée de deux couches (arbre de 345 mm, diatomées 115 mm)
Mur carré, M2:
Zone méthodique
Zone de soudage
Zone Tomil
Déchiré
Zone complète des murs 162.73 m2
Avec une distribution de température linéaire de l'épaisseur de la paroi température moyenne Chamot sera égal à 5500 ° C et Diatomitia 1500c.
D'où.
Pertes pleines de la maçonnerie
4. Pertes de chauffage avec de l'eau de refroidissement selon des données pratiques que nous acceptons égale à 10% d'arrivée QX, c'est-à-dire QX + Q
5. Les pertes non comptabilisées prennent le montant de 15% q d'arrivée thermique
Faire une équation balance thermique le fourneau
L'équilibre thermique du four que nous cohérons dans le tableau 1; 2.
Tableau 1
Tableau 2
| Consommation CD / H | % |
| Chaleur passée sur le chauffage en métal
| 53 |
| chaleur de gaz sortants | 26 |
| pertes à travers la maçonnerie
| 1,9 |
| pertes d'eau de refroidissement | 6,7 |
| pertes non enregistrées | 10,6 |
| LE TOTAL: | 100 |
Consommation de chaleur spécifique pour le chauffage 1 kg de métal sera
Le choix et le calcul du brûleur
Nous acceptons que les fours sont installés des brûleurs de type "tuyau dans le tuyau".
Dans les zones de soudage de 16 pièces, dans la Temile 4pcs. Le nombre total de brûleurs 20pcs. Déterminer nombre calculé Air venant par brûleur.
Flux d'air VV-Hour;
TV - 400 + 273 \u003d 673 K - Température de chauffage de l'air;
N - le nombre de brûleurs.
La pression atmosphérique devant le brûleur accepte 2,0 kPa. Il s'ensuit que la consommation d'air requise assure un brûleur DBV 225.
Nous définissons la quantité calculée de gaz par brûleur;
Vg \u003d b \u003d consommation de carburant de 2667 heures;
Tg \u003d 50 + 273 \u003d 323 k - température de gaz;
N - le nombre de brûleurs.
8. Calcul de la récupération
Pour le chauffage à l'air, nous concevons une récupération de chaleur en boucle métallique des tuyaux de diamètre de 57 / 49,5 mm avec une position corridous
Données initiales pour le calcul:
Consommation horaire de carburant B \u003d 2667 kj / h;
Flux d'air par 1 m3 de carburant Lα \u003d 13,08 m3 / m3;
La quantité de produits de combustion de 1 m3 de gaz combustible Vα \u003d 13,89 m3 / m3;
Température de chauffage TB \u003d 4000С;
La température des gaz sortants de la remorquage du four \u003d 8000s.
Hour d'air flux:
Stablie de fumée:
Une quantité horaire de fumée passant par le récupérateur, en tenant compte de la perte de fumée sur l'élimination et à travers le cordon de dérivation et l'alimentation en air.
Le coefficient de M, en tenant compte de la perte de fumée, de 0,7.
Le coefficient, en tenant compte de la sous-pièce aérienne dans les factures, nous prenons 0,1.
La température de la fumée devant le récupérateur en tenant compte de l'alimentation en air;
où i - Gaz contenant de la chaleur à tuch \u003d 8000s
Cette génération de chaleur correspond à la température de la fumée TD \u003d 7500C. (Voir Fig.67 (3))
Combustion de chaleur. La combustion de chaleur la plus basse du carburant gazeux sec QF varie considérablement de 4 à 47 mJ / m3 et dépend de sa composition - le rapport et la qualité de combustibles et non combustibles
Composants. La plus petite valeur de QF dans le gaz de domaine, dont la composition moyenne est d'environ 30% composée de gaz combustibles (principalement des oxydes de carbone) et d'environ 60% de l'azote non combustible N2. Les plus
La valeur de QF dans les gaz associés, caractérisée par une teneur accrue d'hydrocarbures lourds. La chaleur de la combustion des gaz naturels varie dans la gamme étroite QF \u003d 35.5 ... 37,5 mJ / m3.
La chaleur inférieure de la combustion de gaz individuels inclus dans la composition des combustibles gazeux est indiqué dans le tableau. 3.2. Sur les méthodes de détermination de la chaleur de la combustion du combustible gazeux, voir la section 3.
Densité. Il existe une densité de gaz absolue et relative.
La densité absolue du gaz RG, kg / m3, est la masse de gaz, qui vient de 1 m3 de ce gaz dans ce gaz. Lors du calcul de la densité d'un gaz séparé, le volume de son kilomètre est pris égal à 22,41 m3 (comme pour le gaz parfait).
La densité de gaz relative RTT est le rapport de la densité de gaz absolue dans des conditions normales et une densité d'air similaire:
ROTT \u003d RG / PV \u003d RG / 1 293, (6.1)
Lorsque RG, respectivement, la densité absolue du gaz et de l'air dans des conditions normales, kg / m3. La densité relative des gaz est généralement utilisée pour comparer divers gaz entre eux.
Les valeurs de la densité absolue et relative de gaz simples sont présentées dans le tableau. 6.1.
La densité du mélange de gaz PJM, kg / m3 est déterminée sur la base de la règle d'additivité, selon laquelle les propriétés des gaz sont résumées par leur fraction de volume dans le mélange:
Où XJ est la teneur volumétrique du 7ème gaz dans le carburant,%; (Rg); - la densité du J-ème gaz inclus dans le carburant, kg / m3; Le nombre de gaz individuels dans le carburant.
Les valeurs de la densité de combustibles gazeux sont présentées dans le tableau. P.5.
La densité des gaz P, kg / m3, en fonction de la température et de la pression, peut être calculée par la formule
Où p0 est la densité de gaz dans des conditions normales (T0 \u003d 273 K et P0 \u003d 101,3 kPa), kg / m3; P et t-, respectivement, pression valable, kPa et température de gaz absolue, K.
Presque toutes sortes de combustibles gazeux sont plus légers que l'air, donc lorsque la fuite, le gaz s'accumule sous les sols. Pour des raisons de sécurité avant de commencer la chaudière, l'absence de gaz est vérifiée dans les endroits les plus probables de son groupe.
La viscosité du gaz augmente avec une température croissante. Les valeurs de la viscosité dynamique du R, PA-C peuvent être calculées par l'équation empirique Siezer - prêter
Tableau 6.1
Caractéristiques des composants de carburant à gaz (à T - O ° C Chr \u003d 101,3 kPa)
|
Chimique |
Masse masse m, |
Densité |
Concentré de volume |
||
|
Nom Gaza |
Absolu |
Relatif |
Les limites de l'inflammabilité des gaz dans un mélange avec de l'air,% |
||
|
Gaz combustible |
|||||
|
Propylène |
|||||
|
Oxyde de carbone |
|||||
|
Sulfure d'hydrogène |
|||||
|
Gaz non combustible |
|||||
|
Gaz carbonique |
|||||
|
le dioxyde de soufre |
|||||
|
Oxygène |
|||||
|
Atmosphère aérienne. |
|||||
|
Eau par |
Où P0 est le coefficient de la viscosité dynamique du gaz dans des conditions normales (G0 \u003d 273 K et P0 - 101,3 kPa), PA-C; T - Température de gaz absolue, K; C est un coefficient en fonction du type de gaz, K, est accepté dans le tableau. 6.2.
Pour un mélange de gaz, le coefficient de viscosité dynamique peut être approximativement déterminé par les valeurs de viscosité des composants individuels:
Où la GJ est une fraction de masse du J-ème gaz de carburant,%; La viscosité dynamique du j-Th Composant, PA-C; P est le nombre de gaz individuels dans le carburant.
En pratique, le coefficient de viscosité cinématique V, M2 / C, qui
ry associé à une viscosité dynamique p à travers la densité p dépendance
V \u003d p / p. (6.6)
Prise en compte (6.4) et (6.6), le coefficient de viscosité cinématique V, M2 / S, en fonction de la pression et de la température, peut être calculé par la formule
Où v0 est le coefficient de la viscosité cinématique du gaz dans des conditions normales (TH \u003d 273 K et P0 \u003d 101,3 kPa), M2 / S; P et G-Pression respectivement valide, KPA et température de gaz absolue, K; C est un coefficient en fonction du type de gaz, K, est accepté dans le tableau. 6.2.
Les valeurs de coefficients de viscosité cinématiques pour les combustibles gazeux sont présentées dans le tableau. P.9.
Tableau 6.2.
Les coefficients de la viscosité et de la conductivité thermique des composants de carburant à gaz
(à T \u003d 0 ° С IR \u003d 101,3 kPa)
|
Nom Gaza |
Coefficient de viscosité |
Le coefficient de conductivité thermique de YO3, W / (M-K) |
Ceff Seserld avec, à |
|
|
Dynamique R-106, PA-C |
Kinematic V-106, M2 / S |
|||
|
Gaz combustible |
||||
|
Propylène |
||||
|
Oxyde de carbone |
||||
|
Sulfure d'hydrogène |
||||
|
Gaz non combustible Gaz carbonique |
||||
|
Oxygène |
||||
|
Air atmosphérique |
||||
|
Vapeur d'eau à 100 ° C |
Conductivité thermique. Le transfert de puissance moléculaire dans les gaz est caractérisé par le coefficient de conductivité thermique 'K, W / (M-K). Le coefficient de conductivité thermique est inversement proportionnel à la pression et augmente avec une température croissante. Les valeurs du coefficient X peuvent être calculées par la formule de la SEORERAND
Où x, 0 est le coefficient de conductivité thermique du gaz dans des conditions normales (G0 \u003d 273 K et PO \u003d 101,3 kPa), avec (m-k); P et t-, respectivement, la pression valide, la KPA et la température absolue du gaz, K; C est un coefficient en fonction du type de gaz, K, est accepté dans le tableau. 6.2.
Les valeurs des coefficients de conductivité thermique pour les combustibles gazeux sont présentées dans le tableau. P.9.
La capacité de chaleur du combustible gazeux classée par 1 m3 de gaz sec dépend de sa composition et est généralement définie comme
4L \u003d 0. , 01 (CH2N2 + SS0 +
SSN4SH4 + CSO2COG + - + CX. X;), (6.9) où CH2, CRS0, Schsch, SS02, ..., CX. - capacité de chaleur des composants des composants de carburant, respectivement hydrogène, monoxyde de carbone, méthane, dioxyde de carbone et composant, kj / (m3-k); H2, CO, CH4, C02, ..., XG--
La capacité de chaleur des composants combustibles des combustibles gazeux est indiquée dans le tableau. P.6, non combustible - dans le tableau. P.7.
La capacité de chaleur du carburant gazeux humide
Sggtl, kj / (m3-k) est défini comme
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Explosion. Un mélange de gaz combustible avec de l'air dans certaines proportions en présence d'incendie ou même d'étincelles peut exploser, c'est-à-dire que le processus de son allumage et de sa combustion à une vitesse proche de la vitesse de propagation du son se produit. Les concentrations de gaz combustibles explosives dans l'air dépendent de la composition chimique et des propriétés du gaz. Les limites de concentration volumétriques de l'allumage pour les gaz combustibles individuels dans le mélange avec de l'air sont présentés auparavant dans le tableau. 6.1. L'hydrogène a les limites les plus larges de l'allumage (4 .74% en volume) et de l'oxyde de carbone (12,5 ... 74%). Pour le gaz naturel, les limites inférieures et supérieures d'inflammation moyennes sont respectivement de 4,5 et 17%; pour Coke - 5,6 et 31%; Pour le domaine - 35 et 74%.
Toxicité. Sous la toxicité, la capacité du gaz à provoquer une intoxication des organismes vivants. Le degré de toxicité dépend du type de gaz et de sa concentration. Les composants de gaz les plus dangereux à cet égard sont des h2s de monoxyde de carbone et de sulfure d'hydrogène.
La toxicité des mélanges de gaz est principalement déterminée par la concentration de la composante la plus toxique présente dans le mélange, avec son effet néfaste, en règle générale, est sensiblement améliorée en présence d'autres gaz nocifs.
La présence et la concentration dans l'air des gaz nocives peuvent être déterminées par un instrument spécial - un analyseur de gaz.
Presque tous les gaz naturels ne sentent pas. Pour détecter les fuites de gaz et les mesures de sécurité, le gaz naturel avant l'admission à l'autoroute est saturé, c'est-à-dire saturé d'une substance ayant une odeur acérée (par exemple, mercaptans).
Combustion de chaleur différentes espèces Le carburant fluctue largement. Pour l'huile de carburant, par exemple, il est de plus de 40 mJ / kg, ainsi que pour le gaz de domaine et certaines marques de flacon de carburant - environ 4 mj / kg. La composition des carburants d'énergie varie également largement. Ainsi, les mêmes caractéristiques qualitatives en fonction du type et de la marque de carburant peuvent être très différentes entre elles quantitativement.
Caractéristiques de carburant spécifiées. Pour une analyse comparative dans le rôle des caractéristiques, généraliser la qualité du carburant, les caractéristiques de carburant données,% -kg / mj, sont utilisées, généralement calculées par la formule
Où HG est un indicateur de la qualité du carburant de travail,%; Q [- Combustion de chaleur spécifique (inférieure), MJ / kg.
Donc, par exemple, pour calculer ce qui précède
Humidité du soufre soufre S "p et
Azote n ^ p (pour l'état de fonctionnement du carburant)
La formule (7.1) acquiert le formulaire suivant,% -KG / MJ:
Toc o "1-3" H z kp \u003d kl gt; (7.2)
4f \u003d l7e [; (7.3)
SNP. \u003d S '/ ї; (7.4)
^ p \u003d n7 q [. (7.5)
Par exemple visuel, la comparaison suivante indique l'incinération de divers combustibles dans les chaudières de la même puissance thermique. Donc, une comparaison de la réduction de l'humidité du charbon
Marques 2B (WP \u003d 3,72% -KG / MJ) et Nazarov
2b charbon (W ^ p \u003d 3,04% -kg / mj) montre que dans le premier cas, la quantité d'humidité entrée dans la boîte de combustion de la chaudière de carburant sera d'environ 1,2 fois plus que dans la seconde, malgré le fait que l'humidité de travail dans le charbon près de Moscou (W [\u003d 31%) est inférieur à cela
Charbon Nazarovsky (WF \u003d 39%).
Carburant conditionnel. Dans le secteur de l'énergie pour comparer l'efficacité de l'utilisation de carburant dans diverses installations de chaudières, le concept de carburant conditionnel est introduit pour planifier la production et la consommation de carburant dans des calculs économiques. Ce carburant est accepté comme combustible conditionnel, la chaleur spécifique de la combustion (inférieure) dont dans l'état de fonctionnement est égale à la qy T \u003d 29300 kJ / kg (ou
7000 kcal / kg).
Pour chaque combustible naturel, il y a un équivalent thermique dié de la dimension E, qui peut être plus grand ou moins d'une:
Lorsque la combustion de carburant de carburant dans l'air, l'équation (21C + 2102 + 79N2 \u003d 21C02 + 79N2) sur chaque volume C02 dans les produits de combustion représente 79: 21 \u003d 3,76 volume N2.
Lorsque la combustion d'anthracite, de charbons maigres et d'autres types de carburant à haute teneur en carbone, les produits de combustion sont formés près de la composition de produits de combustion de carbone. Lorsque la combustion d'hydrogène par équation
42h2 + 2102 + 79N2 \u003d 42h20 + 79N2
Sur chaque volume H20 comptes pour 79:42 \u003d 1,88 volume d'azote.
Dans les produits de combustion des gaz naturels, liquéfiés et de coke, combustible liquide, bois de chauffage, cheerie, charbon brun, charbon de flamme et autres types de carburant avec une teneur importante d'hydrogène dans une masse combustible, une grande quantité de vapeur d'eau est formé, dépassant parfois le volume C02. La présence d'humidité dans le dessus
|
Tableau 36. Capacité thermique, KCAL / (MW. ° C) |
LIVE, Naturellement, augmente la teneur en vapeur d'eau dans les produits de combustion.
Composition des produits combustion complète Les principaux types de carburant dans le volume chiométrique à vapeur sont donnés dans le tableau. 34. À partir de ceux-ci, on peut constater que, dans des produits de combustion de tous types de carburant, la teneur en N2 dépasse de manière significative la teneur totale de C02-F-H20 et dans les produits de combustion de carbone, il est de 79%.
Les produits de combustion d'hydrogène contiennent 65% N2, dans les produits de combustion des gaz naturels et liquéfiés, de l'essence, du mazout et d'autres types de combustibles hydrocarbonés, sa teneur est de 70 à 74%.
Figure. 5. Capacité de chaleur volumétrique
Combustion de produits
4 - Produits de combustion de carbone
5 - Produits de combustion d'hydrogène
La capacité de chaleur moyenne des produits de combustion complètes qui ne contiennent pas d'oxygène peut être calculée par la formule
C \u003d 0,01 (CC02C02 + CSO2S02 + C "20H20 + CN2N2) KCAL / (M3- ° C), (VI. 1)
Lorsque CC0G, CSO2, Sina0, CNA, la capacité de chaleur volumétrique du dioxyde de carbone, du gaz soufre, de la vapeur d'eau et de l'azote, et C02, S02, H20 et N2 sont la teneur des composants correspondants dans les produits de combustion,% (volume).
Conformément à cela, la formule (VI. 1) acquiert le formulaire suivant:
C \u003d 0,01. (CC02 /? 02 + CHJ0H20-BCNI! N2) KCAL / (M3 "° С). (Vi.2)
La capacité de chaleur volumétrique moyenne C02, H20 et N2 dans la plage de température de 0 à 2500 ° C est donnée dans le tableau. 36. Les courbes caractérisant la variation de la capacité de chaleur volumétrique moyenne de ces gaz avec une augmentation de la température sont illustrées à la Fig. cinq.
De ceux montrés dans le tableau. 16 données et courbes décrites à la Fig. 5, vous pouvez voir ce qui suit:
1. La capacité thermique en vrac de C02 dépasse de manière significative la capacité thermique H20, qui dépasse à son tour la capacité de chaleur N2 dans la plage de température de 0 à 2000 ° C.
2. La capacité de chaleur de C02 augmente avec une température croissante plus rapidement que la capacité de chaleur H20 et la capacité de chaleur H20 est plus rapide que la capacité de chaleur N2. Cependant, malgré cela, la capacité de chaleur volumétrique moyenne pondérée de la combustion de la combustion de carbone et d'hydrogène dans le volume stoechiométrique d'air diffère peu.
La position spécifiée, quelque peu inattendue à première vue, est due au fait que, dans les produits de la combustion complète de carbone dans l'air pour chaque mètre cube de C02, qui présente la capacité de chaleur volumétrique la plus élevée, représente 3,76 m3 N2 avec un minimum de volumétrique volumétrique.
|
Capacité de chaleur volumétrique moyenne des produits de combustion de carbone et d'hydrogène dans une quantité théoriquement nécessaire d'air, KCAL / (m3- ° C)
|
Capacité thermique et produits de combustion d'hydrogène pour chaque mètre cube de vapeur d'eau, dont la capacité de chaleur volumétrique est inférieure à celle du sho, mais plus que dans N2, il y a une demi-quantité d'azote (1,88 m3).
En conséquence, la capacité de chaleur volumétrique moyenne des produits de combustion de carbone et d'hydrogène dans l'air est alignée, comme on peut le voir à partir de la table de données. 37 et comparaison des courbes 4 et 5 de la Fig. 5. La différence dans les produits d'alimentation en chaleur moyenne pondérée de la combustion du carbone et de l'hydrogène dans l'air ne dépasse pas 2%. Naturellement, la capacité thermique des produits de combustion de carburant constitué principalement de carbone et d'hydrogène, dans le volume stoechiométrique d'air, se situant dans une zone étroite entre les courbes 4 et 5 (ombragée de la figure 5) ..
Produits de combustion complètes de différents types; Le carburant dans l'air stœchiométrique dans la plage de température de 0 à 2100 ° C présente la capacité thermique suivante, KCAL / (m3\u003e ° C):
Les essuie-glaces de la capacité de chaleur dans les produits de combustion de différents types de carburant sont relativement petits. W. carburant solide Avec une teneur élevée en humidité (bois de chauffage, tourbe, brouillons, etc.) La capacité thermique des produits de combustion dans la même plage de température est supérieure à celle du carburant à faible teneur en humidité (anthracite, charbons en pierre, huile de carburant, gaz naturel, etc. ). Cela est dû au fait que lorsque la combustion de carburant avec une teneur élevée en humidité dans les produits de combustion, la teneur en vapeur d'eau a une capacité thermique plus élevée par rapport au dioxyde de gaz - azote.
Dans l'onglet. 38 montre la capacité de chaleur volumétrique moyenne des produits de combustion complètes qui ne sont pas dilués avec de l'air pour différentes plages de température.
Tableau 38.
|
La valeur de la chaleur moyenne non diluée avec la combustion d'air et la combustion d'air dans la plage de température de 0 à t ° C
|
L'augmentation de la teneur en humidité dans le carburant augmente la capacité de chaleur des produits de combustion dues à l'augmentation de la teneur en vapeur d'eau dans la même plage de température par rapport à la capacité thermique des produits de combustion de carburant avec une teneur en humidité inférieure et réduit en même temps La température de combustion du carburant due à l'augmentation du volume de produits de combustion dues au couple d'eau.
Avec une augmentation de la teneur en humidité dans le combustible, la capacité de chaleur en vrac des produits de combustion dans une plage de température donnée augmente et, en même temps, la plage de température de 0 à £ Takh est réduite en raison d'une diminution de la valeur de la valeur.<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).
Cela permet de simplifier de manière significative la détermination des températures de combustion calorimétriques et calculées (selon la procédure décrite dans CH. VII). La précision de l'erreur ne dépasse généralement pas 1%, ou 20 °.
De la considération des courbes 4 et 5 de la Fig. 5 On peut voir que le rapport entre les conteneurs de chaleur de combustion complète de carbone dans le volume stoechiométrique d'air dans la plage de température de 0 à t ° C, par exemple de 0 à
|
Capacité thermique des produits de combustion de 0 à T'MayL de divers types de combustibles solides avec une teneur allant de 0 à 40% d'humidité, dans un volume d'air stœchiométrique
|
200 et de 0 à 2100 ° C sont pratiquement égaux au rapport de la chaleur des produits de la combustion d'hydrogène dans les mêmes intervalles de température. Le rapport spécifié de la capacité de chaleur C 'reste presque constant et pour les produits de combustion complète de divers types de carburant dans le volume d'air de stoichiométon.
Dans l'onglet. 40 montre les relations de produits de capacité de chaleur de la totalité de combustion de carburant avec une petite teneur en ballast, se déplaçant dans des produits à combustion gazeux (anthracite, coke, charbons en pierre, carburant liquide, gaz naturel, gaz à coke, etc.) vont de 0 à t ° C et dans la plage de température de 0 à 2100 ° C. Étant donné que la production de chaleur de ces carburants est proche de 2100 ° C, le rapport spécifié de la capacité de chaleur avec 'est égal au rapport de capacité de chaleur dans la plage de température de 0 à t et de 0 à TM & x-
Dans l'onglet. 40 sont également donnés des valeurs de la valeur c ', comptées pour les produits de combustion de carburant avec une teneur élevée de ballast, se déplaçant lors de la combustion de carburant dans des produits de combustion gazeuse, c'est-à-dire une humidité dans le carburant solide, l'azote et le dioxyde de carbone dans le gazoux . La productivité thermique des combustibles spécifiés (bois de chauffage, tourbe, brouillons, générateur mixte, gaz et gaz de domaine) est égal à 1600-1700 ° C.
Tableau 40.
|
Le traitement de la capacité de chaleur des produits de combustion avec 'et de l'air k dans une plage de température de 0 à t ° C à la capacité thermique des produits de combustion de 0 à (SCH
|
Comme on peut le voir de la table. 40, valeurs avec 'et à peu diffèrent même pour les produits de combustion de carburant avec une teneur différente de ballast et de la chaleur.
État pédagogique de l'enseignement supérieur d'une formation professionnelle supérieure
"Université technique de Samara State"
Département "Technologie chimique et écologie industrielle"
Travail de cours
sous la discipline "Technique thermodynamique et ingénierie thermique"
Sujet: Calcul de l'installation de la chaleur des gaz de déchets du four technologique
Terminé: Étudiant Ryabinin E.A.
Cours zf III Groupe 19
Vérifié: consultant churkina a.yu.
Samara 2010
introduction
La plupart des entreprises chimiques ont formé des déchets thermiques élevés et basse température, qui peuvent être utilisés comme ressources énergétiques secondaires (WEP). Ceux-ci incluent des gaz sortants de diverses chaudières et des fours technologiques, des ruisseaux refroidis, de l'eau de refroidissement et de la vapeur usée.
Thermal Wer couvre largement la nécessité de la chaleur des industries individuelles. Ainsi, dans l'industrie de l'azote, au détriment de la WEP, la Bole est satisfaite d'un besoin de chaleur de 26%, dans l'industrie de la Soda - plus de 11%.
La quantité de WER utilisée dépend de trois facteurs: la température de la WeP, leur puissance thermique et la continuité de sortie.
Actuellement, l'élimination de la chaleur des gaz de production d'échappement a été la plus grande répartition, que presque tous les processus de lutte contre les incendies ont un potentiel de température élevé et que la plupart des industries peuvent être utilisées en permanence. La chaleur des gaz d'échappement est la principale balance énergétique de fond. Il est principalement utilisé pour la technologie et, dans certains cas, à la fois à des fins énergétiques (dans les chaudières - UTILISERS).
Cependant, l'utilisation généralisée de Thermal Thermo-Thermique à haute température est associée au développement de méthodes d'utilisation, notamment à la chaleur chaude chaude, aux produits, etc., de nouvelles méthodes d'élimination de la chaleur des gaz d'échappement, ainsi que de l'amélioration des conceptions de la conception existante. équipement d'utilisation.
1. Description du schéma technologique
Dans les fours tubulaires qui n'ont pas de chambres à convection, ni dans des fours de type à convection par rayonnement, mais ayant une température initiale relativement élevée du produit chauffant, la température des gaz d'échappement peut être relativement élevée, ce qui entraîne une perte de chaleur accrue, une diminution dans l'efficacité de la fournaise et une plus grande consommation de carburant. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser la chaleur des gaz d'échappement. Cela peut être réalisé soit en utilisant un chauffe-air, de l'air chauffant entrant dans le four à combustion de carburant, soit l'installation de recyclars de déchets qui vous permettent d'obtenir une vapeur d'eau nécessaire aux besoins technologiques.
Cependant, des coûts supplémentaires du chauffe-air, de la soufflante et d'une consommation d'électricité supplémentaire consommée par le moteur de ventilateur sont nécessaires pour effectuer le chauffage de l'air.
Pour assurer le fonctionnement normal du chauffe-air, il est important d'empêcher la possibilité d'une corrosion de sa surface du côté de la combustion des gaz de combustion. Ce phénomène est possible lorsque la température de la surface d'échange de chaleur est inférieure à la température du point de rosée; Dans ce cas, une partie des gaz de combustion, directement en contact avec la surface du chauffe-air, est considérablement refroidie, la vapeur d'eau contenue en eux est partiellement condensée et absorbe du dioxyde de soufre des gaz, forme l'acide faible agressif.
Le point de rosée correspond à la température à laquelle la pression de l'eau de vapeur saturée s'avère égale à la pression partielle de la vapeur d'eau contenue dans des gaz de combustion.
L'une des méthodes de protection contre la corrosion les plus fiables est un préchauffage de l'air de quelque manière que ce soit (par exemple, dans l'eau ou le canal de vapeur) à une température supérieure au point de rosée. Une telle corrosion peut se produire sur la surface des tuyaux de convection, si la température de la matière première entrant dans le four est inférieure à celle du point de rosée.
La source de chaleur, pour augmenter la température d'une vapeur saturée, est la réaction d'oxydation (combustion) du carburant primaire. Les gaz de fumée formés lors de la combustion donnent leur chaleur en rayonnement, puis des chambres à convection avec un débit brut (paire d'eau). La vapeur d'eau surchauffée entre le consommateur et les produits de combustion quittent le four et entrent dans la chaudière de recycleur. À la sortie de la KU, la vapeur d'eau saturée arrive à la fourniture de surchauffe à la vapeur dans le four et les gaz de combustion, ce qui refroidit l'eau nutritive est entrée dans le chauffe-air. De l'appareil de chauffage à l'air, les gaz de combustion vont à la tente, où l'eau venant sur la bobine est chauffée et va directement au consommateur et les gaz de combustion dans l'atmosphère.
2. Calcul du four
2.1 Calcul du processus de brûlage
Nous définissons la faible combustion de chaleur du carburant Q. R N. . Si le carburant est un hydrocarbure individuel, puis de la combustion de chaleur Q. R N. Il est égal à la chaleur standard de la combustion moins la chaleur de l'évaporation de l'eau dans les produits de combustion. Il peut également être calculé en fonction des effets thermiques standard de la formation de produits source et de produits finis basés sur la loi Gess.
Pour le carburant constitué d'un mélange d'hydrocarbures, la chaleur de la combustion est déterminée, mais la règle d'additivité:
où Q pi n. - Chaleur de combustion jE. -Ho Composant de carburant;
y I. - Concentration jE. -Go Composant de carburant en fractions d'un, puis:
Q. R N. cm = 35.84 ∙ 0.987 + 63,80 ∙ 0.00333+ 91.32 0.0012+ 118.73 ∙ 0,0004 + 146.10 ∙ 0,0001 \u003d 35,75 MJ / m 3.
Masse molaire de carburant:
M. = Σ M i. ∙ y I. ,
où M i. - masse molaire jE. -Ho Composant de carburant, d'ici:
M m \u003d. 16,042 ∙ 0,987 + 30.07 ∙ 0 0033 + 44.094 0,0012 + 58,120 ∙ 0,0004 + 72,15 ∙ 0,0001 + 44.15 ∙ 0,001 + 28,010 ∙ 0,001 + 28.01 ∙ 0,007 \u003d 16,25 kg / mol.
kg / m 3,
ensuite Q. R N. cm , exprimé en MJ / kg, est égal à:
Mj / kg.
Les résultats du calcul sont réduits dans le tableau. une:
Composition du carburant Tableau 1
Nous définissons la composition élémentaire du carburant,% (masse):
,
où n i C. , nIH. , n i n. , n i O. - le nombre de carbone, d'atomes d'hydrogène, d'azote et d'oxygène dans les molécules de composants individuels inclus dans le carburant;
Le contenu de chaque composant de carburant, masses. %;
x I. - Le contenu de chaque composant de carburant, disent-ils. %;
M i. - masse molaire de composants individuels du carburant;
M. - masse molaire de carburant.
Vérification de la composition :
C + H + O + N \u003d 74.0 + 24,6 + 0,2 + 1.2 \u003d 100% (masse.).
Nous définissons la quantité théorique d'air requise pour l'incinération de 1 kg de carburant, elle est déterminée à partir de l'équation stoechiométrique de la réaction de combustion et de la teneur en oxygène dans l'air atmosphérique. Si la composition élémentaire du carburant, la quantité théorique d'air est connue L 0. , kg / kg, calculé par la formule:
En pratique, une quantité excessive d'air est introduite pour assurer la complétude de la combustion de carburant dans le four, nous trouverons un flux d'air valide à α \u003d 1,25:
L. = αl 0 ,
où L. - flux d'air valide;
α - coefficient d'air en excès,
L. = 1,25 ∙ 17.0 \u003d 21,25 kg / kg.
Volume d'air spécifique (n. Y.) pour la combustion de 1 kg de carburant:
où ρ B. \u003d 1 293 - Densité d'air dans des conditions normales,
m 3 / kg.
Nous trouvons le nombre de produits de combustion formés lors de la combustion de 1 kg de carburant:
si la composition élémentaire du carburant est connue, la composition de masse de gaz de combustion par 1 kg de carburant dans sa combustion complète peut être déterminée sur la base des équations suivantes:
où m CO2. , m h2o. , m n2. , m o2. - Masse de gaz appropriés, kg.
Produits de combustion totale:
m. p. S. = m CO2 + M H2O + M N2 + M O2
m. p. S. \u003d 2.71 + 2.21 + 16.33 + 1,00 \u003d 22,25 kg / kg.
Vérifiez la valeur obtenue:
où W F. - Consommation spécifique de vapeur de buse lors de la combustion de carburant liquide, kg / kg (pour le carburant de gaz W F. = 0),
Étant donné que le carburant est gazeux, la teneur en humidité dans l'air est négligée et la quantité de vapeur d'eau ne prend pas en compte.
Trouvez le volume de produits de combustion dans des conditions normales formées lors de la combustion de 1 kg de carburant:
où m i. - la masse du gaz correspondant généré lors de la combustion de 1 kg de carburant;
ρ I. - densité de ce gaz dans des conditions normales, kg / m 3;
M i. - masse molaire de ce gaz, kg / kmol;
22.4 - Volume molaire, m 3 / kmol,
m 3 / kg; 
m 3 / kg;
m 3 / kg; 
m 3 / kg.
Le volume total de produits de combustion (n. Y.) dans le flux d'air réel:
V \u003d V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,
V. = 1.38 + 2.75+ 13,06 + 0,70 \u003d 17,89 m 3 / kg.
La densité de produits de combustion (n. Y.):
kg / m 3.
Nous trouverons la capacité de chaleur et l'enthalpie de produits de combustion 1 kg de carburant dans la plage de températures allant de 100 ° C (1773 k) à 1500 ° C (1773 k) à l'aide d'une table de données. 2.
Capacité thermique spécifique moyenne des gaz avec p, kj / (kg ∙ k) Tableau 2
| t. , ° S. |
|||||
Enthalpie de gaz de combustion formée lors de la combustion de 1 kg de carburant:
où avec CO2. , avec H2O. , avec n2. , avec O2. - capacité de chaleur moyenne spécifique à la pression constante de la pelouse correspondante à des températures t. , Kj / (kg · k);
avec T. - la capacité de chaleur moyenne des gaz de combustion formée lors de la combustion de 1 kg de carburant à des températures t. , kj / (kg k);
à 100 ° C: kj / (kg ∙ k);
à 200 ° C: kj / (kg ∙ k);
à 300 ° C: kj / (kg ∙ k);
à 400 ° C: kj / (kg ∙ k);
à 500 ° C: kj / (kg ∙ k);
à 600 ° C: kj / (kg ∙ k);
à 700 ° C: kj / (kg ∙ k);
à 800 ° C: kj / (kg ∙ k);
à 1000 ° C: kj / (kg ∙ k);
à 1500 ° C: kj / (kg ∙ k);
Les résultats des calculs sont réduits dans le tableau. 3.
Enlèvement Produits de combustion Tableau 3.
Selon le tableau. 3 Construire un calendrier de dépendance H t. = f. ( t. ) (Fig. 1) voir pièce jointe .
2.2 Calcul de la balance thermique du four, de l'efficacité du four et de la consommation de carburant
Le flux de chaleur, perçu par la vapeur d'eau dans le four (charge thermique utile):
où G. - la quantité de vapeur d'eau surchauffée par unité de temps, kg / s;
H v1. et N vp2.
Prenez la température des gaz de combustion à l'écoulement égal à 320 ° C (593 K). La perte de chaleur par rayonnement à l'environnement sera de 10% et 9% d'entre elles sont perdues dans la chambre radieuse et 1% en convection. L'efficacité du four η t \u003d 0,95.
Perte de chaleur de Nosta chimique, ainsi que le nombre de chaleur de carburant entrant et de négligence de l'air.
Déterminez le four KPD:
où Comment - Produits d'enthalpie de combustion à la température des gaz de combustion quittant le four, t UK ; La température des gaz de combustion sortante est généralement prise de 100 à 150 ° C au-dessus de la température initiale de la matière première à l'entrée de la fournaise; q transpiration - perte de chaleur par rayonnement à l'environnement,% ou actions de Q étage ;
Consommation de carburant, kg / s:
kg / s.
2.3 Calcul de la caméra radiante et de la caméra de convection
Nous définissons la température des gaz de combustion sur le laissez-passer: t. P \u003d 750 - 850 ° C, accepter
t. P \u003d 800 ° С (1073 K). Enlèvement de produits de combustion à une température de la passe
H. P \u003d 21171.8 KJ / kg.
Flux thermique, perçu par la vapeur d'eau dans des tuyaux radiants:
où N. P - enthalpie de produits de combustion à la température des gaz de combustion PA pervali, kj / kg;
η t - l'efficacité du four; Il est recommandé de le prendre égal à 0,95 - 0,98;
Flux thermique, perçu par la vapeur d'eau dans les tuyaux de convection:
L'enthalpie de vapeur d'eau à l'entrée de la section radieuse sera la suivante:
Kj / kg.
Nous acceptons l'ampleur de la perte de pression dans la chambre de convection ∆ P. à \u003d 0.1 MPa, puis:
P. à = P. - P. à ,
P. à \u003d 1.2 - 0,1 \u003d 1.1 MPa.
Température d'entrée de vapeur d'eau dans la section radiante t. à \u003d 294 ° C, la température moyenne de la surface extérieure des tuyaux radiants sera la suivante:
où ΔT. - la différence entre la température de la surface extérieure des tuyaux radiants et la température de la vapeur d'eau (matières premières) chauffées dans les tuyaux; ΔT. \u003d 20 - 60 ° C;
À.
Température de combustion calculée maximale:
où À. - la température réduite du mélange initial de carburant et d'air; Il est accepté égal à la température de l'air fourni à la combustion;
mERCI. - Capacité de chaleur spécifique des produits de combustion à des températures t. P;
° С.
Pour t max = 1772.8 ° C et t. P \u003d 800 ° C thermique de surface absolument noire q S. Pour différentes températures de la surface extérieure des tuyaux radiants, les valeurs suivantes sont:
Θ, ° C 200 400 600
q S. , W / m 2 1.50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5
Nous construisons une carte auxiliaire (Fig. 2) voir pièce jointe Où nous trouvons de la chaleur à θ \u003d 527 ° C: q S. \u003d 0,95 ∙ 10 5 W / m 2.
Nous calculons le flux thermique complet introduit dans la fournaise:
Valeur préliminaire de la zone de la surface absolument noire équivalente:
m 2.
Nous acceptons le degré de blindage de maçonnerie ψ \u003d 0,45 et pour α \u003d 1,25 nous trouvons que
H S. /H. L. = 0,73.
La valeur de la surface plane équivalente:
m 2.
Nous acceptons le placement des tuyaux à rangée et l'étape entre eux:
S. = 2rÉ. N. \u003d 2 ∙ 0,152 \u003d 0,304 m. Pour ces valeurs, facteur de forme À = 0,87.
La magnitude de la surface de maçonnerie couverte:
m 2.
La surface des tuyaux radiants de chauffage:
m 2.
Sélectionnez Furnace BB2, ses paramètres:
surface de la chambre de rayonnement, M 2 180
surface de la chambre de convection, M 2 180
longueur de travail Four, M 9
largeur de la chambre de rayonnement, M 1,2
b. Exécution
méthode de combustion de carburant Flame
diamètre du rayonnement de diamètre du tuyau, mm 152 × 6
diamètre des tubes de chambre à convection, mm 114 × 6
Le nombre de tuyaux dans la chambre de rayonnement:
où rÉ. H est le diamètre extérieur des tuyaux dans la chambre de rayonnement, M;
l. Paul - Longueur utile des tuyaux radiants, lavés par des gaz de combustion, M,
l. sexe \u003d 9 - 0,42 \u003d 8,2 m,
.
Le changement de chaleur de la surface des tuyaux radiants:
W / m 2.
Nous déterminons le nombre de tuyaux de la chambre de convection:
Nous les avons dans un ordre de vérificateur 3 en une rangée horizontale. Étape entre les tuyaux S \u003d 1,7 rÉ. H \u003d 0,19 m.
La différence de température moyenne est déterminée par la formule:
° С.
Coefficient de transfert de chaleur dans la chambre de convection:
W / (m 2 ∙ k).
Le changement de chaleur de la surface des tuyaux de convection est déterminé par la formule:
W / m 2.
2.4 Calcul hydraulique de la bobine de poêle
Le calcul hydraulique de la bobine du four est de déterminer la perte de pression de vapeur d'eau dans des tuyaux radiants et de convection.
où G.
ρ V.P. - la densité de vapeur d'eau à une température moyenne et à une pression dans la chambre de concentration, kg / m 3;
rÉ. k - le diamètre intérieur des tuyaux de convection, m;
z. K - le nombre de flux dans la chambre de convection,
mme.
ν K \u003d 3,311 ∙ 10 -6 m 2 / s.
La valeur du critère Reynolds:
m.
Perte de pression pour friction:
Pa \u003d 14.4 kPa.
PA \u003d 20,2 kPa.
où σ. ζ K.
- le nombre de tours.
Perte de pression totale:
2.5 Calcul de la perte de pression de la vapeur d'eau dans la chambre de rayonnement
Vitesse moyenne de la vapeur d'eau:
où G. - Consommation de surchauffe dans le four de vapeur d'eau, kg / s;
ρ R.p. - la densité de vapeur d'eau à une température moyenne et à une pression dans la chambre de concentration, kg / m 3;
rÉ. P - diamètre intrunémique des tuyaux de convection, m;
z. P est le nombre de flux dans la chambre de la cellule,
mme.
La viscosité cinématique de la vapeur d'eau à une température moyenne et une pression dans la chambre de convection ν P \u003d 8,59 ∙ 10 -6 m 2 / s.
La valeur du critère Reynolds:
La longueur totale des tuyaux sur la zone droite:
m.
Coefficient de frottement hydraulique:
Perte de pression pour friction:
PA \u003d 15,1 kPa.
Perte de pression pour surmonter la résistance locale:
Pa \u003d 11,3 kPa,
où σ. ζ R. \u003d 0,35 - le coefficient de résistance lors de la rotation de 180 ºС,
- le nombre de tours.
Perte de pression totale:
Les calculs ont montré que le four sélectionné fournira le processus de surchauffe de la vapeur d'eau en mode donné.
3. Calcul de l'utilisation de la chaudière
Nous trouvons la température moyenne des gaz de combustion:
où t. 1 - température des gaz de combustion à l'entrée,
t. 2 - la température des gaz de combustion à la sortie, ° C;
° С (538 K).
Flux de masse de gaz de combustion:
là où la consommation de carburant, kg / s;
Pour les gaz de combustion, enthalpie spécifique détermine basé sur la table de données. 3 et la Fig. 1 par formule:
Transporteurs de chaleur en entrée Tableau 4.
Flux de chaleur transmis par des gaz fumeurs:
où N. 1 I. H. 2 - l'enthalpie de gaz de combustion à la température de l'entrée et la sortie de Ku, respectivement, formée lors de la combustion de 1 kg de carburant, KJ / kg;
B - Consommation de carburant, kg / s;
h. 1 I. h. 2 - enthousiasme spécifiques de gaz de combustion, kj / kg,
Flux de chaleur, perçu par l'eau, W:
où η Ku - le coefficient d'utilisation de la chaleur à Ku; η ku \u003d 0,97;
G. n - sortie de vapeur, kg / s;
h. VP - enthalpie de vapeur d'eau saturée à la température de sortie, KJ / kg;
h. n Intallant de l'eau nutritive, kj / kg,
La quantité de vapeur d'eau obtenue à Ku, nous définissons la formule:
kg / s.
Le flux de chaleur, perçu par l'eau dans la zone de chauffage:
où h. enthalpie d'eau spécifique à la température d'évaporation, KJ / kg;
Flux thermique fabriqué par des gaz de combustion d'eau dans la zone de chauffage (chaleur utile):
où h. X - enthalpie spécifique de gaz de combustion à des températures t. X, Par conséquent:
kj / kg.
La valeur de la combustion de 1 kg de carburant:
En figue. 1 température de fumée correspondant à la valeur H. x \u003d 5700.45 KJ / kg:
t. X \u003d 270 ° C.
La différence de température moyenne dans la zone de chauffage:
° С.
270 gaz de combustion 210, en tenant compte de l'indice de contre-courant:
où À F - coefficient de transfert de chaleur;
m 2.
La différence de température moyenne dans la zone d'évaporation:
° С.
320 gaz de combustion 270, en tenant compte de l'indice de contre-courant:
187 Vapeur d'eau 187
La surface de l'échange de chaleur dans la zone de chauffage:
où À F-t6 coefficient;
m 2.
La surface totale de la surface d'échange de chaleur:
F. = F. N +. F. u,
F. \u003d 22,6 + 80 \u003d 102,6 m 2.
Conformément au GOST 14248-79, nous choisissons un évaporateur standard avec un espace de vapeur avec les caractéristiques suivantes:
diamètre de boîtier, mm 1600
le nombre de poutres 1
le nombre de tuyaux dans un ensemble 362
exchange de chaleur de surface, M 2 170
chanter célibataire
par des tuyaux, m 2 0,055
4. Chauffage d'air de balance de chaleur
Air atmosphérique avec température t ° dans x Entre le périphérique où chauffe la température t x en x En raison de la chaleur des gaz de combustion.
Le flux d'air, kg / s est déterminé en fonction de leur quantité de carburant requise:
où DANS - consommation de carburant, kg / s;
L. - flux d'air valide pour brûler 1 kg de carburant, kg / kg,
Gaz de combustion, céder leur chaleur, refroidie de t DHG. = t DG2. avant que t DG4 .
=
où H 3. et H 4. - L'enthalpie de gaz de combustion à des températures t DG3 et t DG4 En conséquence, kj / kg,
Flux thermique, perçu par l'air, W:
où avec in-x - la capacité de chaleur spécifique moyenne, KJ / (kg à);
0,97 - Efficacité du chauffe-air,
Température de l'air ultime ( t x en x) Déterminé à partir de l'équation de la balance de chaleur:
À.
5. Balance thermique de Ktana
Après l'appareil de chauffage d'air, les gaz de combustion pénètrent dans l'appareil de contact avec une buse active (TANTON), où leur température diminue de t DG5 = t DG4 à la température t DG6. \u003d 60 ° C.
La chaleur des gaz de combustion est éliminée par deux flux d'eau distincts. Un flux entre en contact direct avec les gaz de combustion, et l'autre est alterné avec eux chaleureusement à travers la paroi de la bobine.
Flux de chaleur donné par des gaz fumeurs, W:
où H 5. et H 6. - L'enthalpie de gaz de combustion à des températures t DG5 et t DG6. En conséquence, kj / kg,
La quantité d'eau de refroidissement (totale), kg / s est déterminée à partir de l'équation de la balance de chaleur:
où η - kpd ktan, η \u003d 0,9,
kg / s.
Flux thermique, perçu par de l'eau de refroidissement, W:
où G de l'eau - Consommation d'eau de refroidissement, kg / s:
avec de l'eau - capacité de chaleur de l'eau spécifique, 4,19 kJ / (kg à);
t n eau et t à l'eau - température de l'eau à l'entrée et à la sortie de Ktana, respectivement,
6. Calcul de l'efficacité de l'installation de l'enlèvement de chaleur
Lors de la détermination de l'efficacité du système synthétisé ( η TU) L'approche traditionnelle est utilisée.
Le calcul de l'efficacité de l'installation de l'électricité est effectué par la formule:
7. Évaluation exergétique du système du système - Système Utilistor Coile
La méthode d'analyse d'analyse des systèmes technologiques de l'énergie permet d'évaluer les pertes énergétiques les plus objectivement et qualitativement, qui ne sont détectées de quelque manière que ce soit avec l'estimation habituelle à l'aide de la première loi de thermodynamique. En tant que critère d'estimation dans le cas considéré, une efficacité extractique est utilisée, qui est définie comme la relation de l'exergy réservé à l'exergy de la liste énumérée dans le système:
où E néerlandais - exsert de carburant, MJ / kg;
E n'importe quel - Exserty, perçu par le flux de vapeur d'eau dans le four et l'utilisation de la chaudière.
Dans le cas du carburant gazeux, l'extériorique externe est consigné de l'exserve carburant ( E dt1) Et l'air exserve ( E play2.):
où N n. et NON. - enthalpie d'air à la température de l'entrée dans la fournaise de la fournaise et la température de l'ambulsion, respectivement, KJ / kg;
À. - 298 K (25 ° C);
Δs. - Changement d'entropie d'air, kj / (kg k).
Dans la plupart des cas, la quantité d'exsertion d'air peut être négligée, c'est-à-dire:
L'exsert réservé pour le système à l'étude est constitué d'exsetiga, perçu par le ferry de l'eau dans le four ( E ans1), et l'exsiiga, perçue par le ferry de l'eau à Ku ( E avd2.).
Pour le flux de vapeur d'eau chauffée dans le four:
où G. - consommation de vapeur dans le four, kg / s;
N vp1. et N vp2. - enthalpie de vapeur d'eau à l'entrée et à la sortie du four, respectivement, kj / kg;
ΔS vp - Changement d'entropie de vapeur d'eau, kj / (kg k).
Pour le flux de vapeur d'eau obtenue à Ku:
où G n. - consommation de vapeur à KU, kg / s;
h à vp - enthalpie de vapeur d'eau saturée à la sortie de Ku, KJ / kg;
h n b. - Enthalpie d'eau nutritive à l'entrée de Ku, KJ / kg.
E n'importe quel = E DV1 + E ANS2 ,
E n'importe quel \u003d 1965.8 + 296.3 \u003d 2262.1 J / kg.
Conclusion
Conduisant le calcul de l'installation proposée (utilisation de la chaleur des gaz d'échappement du four technologique), on peut conclure qu'avec cette composition du carburant, la performance du four sur une paire d'eau, d'autres indicateurs - la magnitude de L'efficacité du système synthétisé est élevée. L'installation est donc efficace; Cela a également montré l'évaluation extractique du système "Fouruaire-chaudière-chaudière", mais à l'énergie coûte que l'installation laisse beaucoup à désirer et nécessite un raffinement.
Liste des littérature d'occasion
1. Kharaz D. . ET . Façons d'utiliser des ressources énergétiques secondaires dans les industries chimiques / D. I. KHARAZ, B. I. PSAKHIS. - M.: Chimie, 1984. - 224 p.
2. Skoblo A. . ET . Processus et dispositifs du raffinage de l'huile et de l'industrie pétrochimique / A. I. Skoblo, I. A. Tregubova, Yu. K., Molokanov. - 2e éd., Pererab. et ajouter. - M.: Chimie, 1982. - 584 p.
3. Pavlov K. . F. . Exemples et tâches au taux de processus et de dispositifs de technologie chimique: études. Allocation pour les universités / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Soskov; Ed. P. G. ROMAKOVA. - 10ème éd., Pererab. et ajouter. - L.: Chimie, 1987. - 576 p.
application
