Proprietățile termofizice ale gazelor de ardere. Densitatea gazelor de ardere se calculează prin formula
2. căldură transportată de gazele de ardere. Determinați capacitatea termică gaze arse la tux = 8000C;
3. pierderi de căldură prin zidărie prin conductivitate termică.
Pierdere prin boltă
Grosimea boltii este de 0,3 m, materialul este argila refractara. Acceptăm că temperatura suprafata interioara bolta este egală cu temperatura gazelor.
Temperatura medie a cuptorului:
La această temperatură, selectăm coeficientul de conductivitate termică a materialului șamotă:
Astfel, pierderile prin boltă sunt:
unde α este coeficientul de transfer de căldură de la suprafața exterioară a pereților către aerul ambiental, egal cu 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)
Pierderi prin pereți. Zidaria peretilor este realizata din doua straturi (samota 345 mm, diatomit 115 mm)
Suprafata peretelui, m2:
Zona metodică
Zona de sudare
Zona de languire
Sfârșit
Suprafata completa perete 162,73 m2
Cu o distribuție liniară a temperaturii pe grosimea peretelui temperatura medieșamota va fi egală cu 5500C, iar diatomita - 1500C.
Prin urmare.
Pierderi totale prin zidărie
4. Pierderi de căldură cu apă de răcire, conform datelor practice, luăm egal cu 10% Qx din sosire, adică Qx + Qp
5. Se presupune că pierderile nesocotite reprezintă 15% Q din aportul de căldură
Să facem ecuația echilibru termic cuptoare
Bilanțul termic al cuptorului este rezumat în Tabelul 1; 2
tabelul 1
masa 2
| Consum kJ/h | % |
| Căldura consumată pentru încălzirea metalului
| 53 |
| căldura gazelor de ardere | 26 |
| pierderi prin zidărie
| 1,9 |
| pierderi de apă de răcire | 6,7 |
| pierderi nesocotite | 10,6 |
| Total: | 100 |
Consumul specific de căldură pentru încălzirea a 1 kg de metal va fi
Alegerea si calculul arzatoarelor
Presupunem că există arzătoare conductă în conductă instalate în cuptor.
Există 16 bucăți în zonele de sudură, 4 bucăți în zona de abur. numarul total de arzatoare este de 20 buc. Noi definim cantitate estimata aer care ajunge la un arzător.
Vв - consumul orar de aer;
TV - 400 + 273 = 673 K - temperatura de incalzire a aerului;
N este numărul de arzătoare.
Presiunea aerului din fața arzătorului este considerată 2,0 kPa. Rezultă că debitul de aer necesar este asigurat de arzătorul DBV 225.
Determinați cantitatea estimată de gaz per arzător;
VG = B = 2667 consum orar de combustibil;
TG = 50 + 273 = 323 K - temperatura gazului;
N este numărul de arzătoare.
8. Calculul recuperatorului
Pentru a încălzi aerul, proiectăm un recuperator de bucle metalice realizat din țevi cu diametrul de 57 / 49,5 mm cu un aranjament pe coridor al pasului acestora
Date inițiale pentru calcul:
Consum orar de combustibil В = 2667 kJ / h;
Consum de aer la 1 m3 de combustibil Lα = 13,08 m3 / m3;
Cantitatea de produse de ardere din 1 m3 de gaz combustibil Vα = 13,89 m3 / m3;
Temperatura de încălzire a aerului tv = 4000С;
Temperatura gazelor de ardere din cuptor este tux = 8000C.
Consumul orar de aer:
Debit orar de fum:
Cantitatea orară de fum care trece prin recuperator, ținând cont de pierderea de fum pentru detonare și prin clapeta de bypass și aspirația aerului.
Coeficientul m, ținând cont de pierderea fumului, este 0,7.
Coeficientul luând în considerare scurgerile de aer la porci este de 0,1.
Temperatura fumului in fata recuperatorului, tinand cont de scurgerile de aer;
unde iux este conținutul de căldură al gazelor de ardere la tux = 8000С
Acest conținut de căldură corespunde temperaturii fumului tD = 7500C. (vezi Fig. 67 (3))
Atunci când construiți o sobă, în mod ideal, doriți să aveți un design care să furnizeze automat cât de mult aer este necesar pentru ardere. La prima vedere, acest lucru se poate face cu șemineu... Într-adevăr, cu cât lemnul arde mai intens, cu atât ar trebui să fie mai multe gaze de ardere fierbinți, cu atât tirajul ar trebui să fie mai mare (model cu carburator). Dar acesta nu este cazul. Tirajul nu depinde deloc de cantitatea de gaze arse calde generate. Tirajul este căderea de presiune în conductă de la capul conductei la focar. Este determinată de înălțimea țevii și de temperatura gazelor de ardere, sau mai bine zis, de densitatea acestora.
Tracțiunea este determinată de formula:
F = A (p în - p d) h
unde F este împingerea, A este coeficientul, p in este densitatea aerului exterior, p d este densitatea gazelor de ardere, h este înălțimea coșului de fum
Densitatea gazelor de ardere se calculează prin formula:
p d = p in (273 + t in) / (273 + t in)
unde t in și t d este temperatura în grade Celsius a aerului atmosferic exterior din exteriorul coșului și a gazelor de ardere din coș.
Viteza de mișcare a gazelor de ardere în conductă (debitul volumetric, adică capacitatea de aspirație a conductei) G nu depinde deloc de inaltimea conductei si este determinata de diferenta de temperatura dintre gazele de ardere si aerul exterior, precum si de zona secțiune transversalășemineu. De aici rezultă o serie de concluzii practice.
La început, cosurile de fum sunt facute inalte deloc pentru a creste debitul de aer prin focar, ci doar pentru a mari tirajul (adica caderea de presiune in teava). Acest lucru este foarte important pentru a preveni răsturnarea curentului de aer (fum de la sobă) atunci când este vânt înapoi (valoarea tirajului trebuie să depășească întotdeauna posibilul vânt înapoi).
În al doilea rând, este convenabil să reglați fluxul de aer cu ajutorul dispozitivelor care modifică zona secțiunii transversale libere a țevii, adică cu ajutorul supapelor. Cu o creștere a secțiunii transversale a canalului de coș, de exemplu, de două ori, se poate aștepta o creștere de aproximativ două ori a fluxului de aer volumetric prin focar.
Să explicăm acest lucru cu un exemplu simplu și ilustrativ. Avem două cuptoare identice. Le combinăm într-una singură. Obținem o sobă de două ori mai mare, cu de două ori mai multă cantitate de lemn care arde, cu debitul de aer de două ori și cu suprafața în secțiune transversală a țevii. Sau (ceea ce este la fel), dacă în focar arde din ce în ce mai mult lemn de foc, atunci este necesar să deschideți din ce în ce mai mult supapele de pe țeavă.
În al treilea rând, dacă soba arde normal într-o stare constantă și, în plus, lăsăm fluxul de aer rece în focar pe lângă lemnul care arde în coș, atunci gazele de ardere se vor răci imediat, iar fluxul de aer prin sobă va scădea. În acest caz, lemnul de foc ars va începe să se estompeze. Adică nu pare să afectăm direct lemnul de foc și să direcționăm un flux suplimentar pe lângă lemn de foc, dar se dovedește că conducta poate trece mai puține gaze de ardere decât înainte, când acest flux suplimentar de aer era absent. Conducta în sine va reduce fluxul de aer pentru lemn, care era anterior și, în plus, nu va lăsa să intre un flux suplimentar de aer rece. Cu alte cuvinte, coșul de fum va fi blocat.
De aceea, scurgerile de aer rece prin fantele din coșurile de fum, fluxurile excesive de aer în focar și într-adevăr orice pierdere de căldură în coș, ducând la scăderea temperaturii gazelor de ardere, sunt atât de nocive.
În al patrulea rând, cu cât coeficientul de rezistență gazodinamică al coșului de fum este mai mare, cu atât consumul de aer este mai mic. Adică, este de dorit ca pereții coșului de fum să fie cât mai netezi, fără vârtejuri și fără viraje.
a cincea, cu cât temperatura gazelor de ardere este mai scăzută, cu atât debitul de aer se modifică mai dramatic odată cu fluctuațiile de temperatură a gazelor de ardere, ceea ce explică situația de instabilitate a funcționării conductei la pornirea cuptorului.
La al şaselea, la temperaturi mari debitul gazelor arse nu depinde de temperatura gazelor arse. Adică, cu o ardere puternică a cuptorului, consumul de aer încetează să crească și începe să depindă doar de secțiunea conductei.
Problemele de instabilitate apar nu numai atunci când se analizează caracteristicile termice ale unei conducte, ci și când se ia în considerare dinamica fluxurilor de gaz într-o conductă. Într-adevăr, coșul de fum este un puț umplut cu gaze arse ușoare. Dacă acest gaz de ardere ușoare nu se ridică foarte repede în sus, atunci este posibil ca aerul greu exterior să se înece pur și simplu în gazul ușor și să creeze un curent descendent în coș. Această situație este mai ales probabilă atunci când pereții coșului sunt reci, adică în timpul aprinderii cuptorului.
Orez. 1. Schema mișcării gazelor într-un coș rece: 1 - focar; 2 - alimentare cu aer prin suflante; 3-cos de fum; 4 - robinet; 5 - dinte de semineu; 6-gaze de ardere; 7-aer rece scufundat; 8 - flux de aer care provoacă răsturnarea împingerii.
a) conductă verticală netedă deschisă
b) teava cu supapa si dinte
c) conductă cu robinet superior
Săgeți solide - direcția de mișcare a gazelor de ardere ușoare fierbinți. Săgeți punctate - direcția fluxului descendent al aerului rece și greu din atmosferă.
Pe orez. 1a este reprezentat schematic un cuptor în care este introdus aer 2 și gazele de ardere 6 sunt îndepărtate prin coș. aerul atmosferic 7, ajungând chiar și la focar. Acest debit în scădere poate înlocui debitul de aer „obișnuit” prin suflantul 2. Chiar dacă soba este blocată pe toate ușile și toate clapetele de admisie a aerului sunt închise, aragazul poate arde din cauza aerului care vine de sus. Apropo, asta se întâmplă adesea când cărbunele arde la uși închise cuptoare. Poate apărea chiar și o răsturnare completă a tirajului: aerul va intra de sus prin țeavă, iar gazele de ardere vor ieși prin ușă.
De fapt, pe peretele interior al coșului de fum, există întotdeauna nereguli, depuneri, rugozități, la ciocnire cu care gazele de ardere și curenții de aer rece contra-descendenți se învârtesc și se amestecă între ele. În același timp, fluxul de aer rece descendent este împins în afară sau, atunci când este încălzit, începe să se ridice, amestecat cu gaze fierbinți.
Efectul derulării curenților descendenți ai aerului rece în sus este îmbunătățit în prezența supapelor parțial deschise, precum și a așa-numitului dinte, care este utilizat pe scară largă în tehnologia de fabricare a șemineelor ( orez. 1b). Dintele împiedică trecerea aerului rece din coș în spațiul șemineului și astfel previne fumul din șemineu.
Curenții de aer descendenți din coș sunt deosebit de periculoși pe vreme cețoasă: gazele de ardere nu sunt capabile să evapore cele mai mici picături de apă, se răcesc, tirajul este redus și chiar se pot răsturna. În același timp, aragazul fumează mult, nu se aprinde.
Din același motiv, sobele cu coșuri umede fumează puternic. Supape superioare ( orez. 1c), reglată în funcție de viteza gazelor de ardere în coș. Cu toate acestea, funcționarea unor astfel de supape este incomod.
Orez. 2. Dependenţa coeficientului de aer în exces a de timpul de încălzire al cuptorului (curbă solidă). Curba întreruptă reprezintă consumul de aer necesar G consumabil pentru oxidarea completă a produselor de ardere a lemnului (inclusiv funingine și substanțe volatile) în gazele de ardere (în unități relative). Curba liniuță-punctată este debitul real de aer G al țevii furnizat de tirajul țevii (în unități relative). Raportul de exces de aer este coeficientul separării țevii G cu consumul de G
Un tiraj stabil și suficient de puternic apare numai după ce pereții coșului s-au încălzit, ceea ce durează mult timp, astfel încât întotdeauna nu există suficient aer la începutul curgerii. Raportul de exces de aer este mai mic de unu, iar aragazul fumează ( orez. 2). Și invers: la sfârșitul arderii, hornul rămâne fierbinte, tirajul persistă mult timp, deși lemnul de foc s-a ars deja practic (coeficientul de aer în exces este mai mare de unu). Cuptoarele metalice cu coșuri izolate metalice intră în modul de funcționare mai repede datorită capacității termice reduse în comparație cu coșurile de cărămidă.
Analiza proceselor din coș poate fi continuată, dar este deja atât de clar că oricât de bun ar fi cuptorul în sine, toate avantajele sale pot fi anulate de un coș de fum prost. Desigur, în mod ideal, coșul de fum ar trebui înlocuit. sistem modern evacuarea forțată a gazelor arse prin intermediul unui ventilator electric cu debit variabil și cu condensarea prealabilă a umidității din gazele arse. Un astfel de sistem, printre altele, ar putea purifica gazele de ardere din funingine, monoxid de carbon și alte impurități dăunătoare, precum și să răcească gazele de ardere evacuate și să ofere recuperarea căldurii.
Dar toate acestea sunt într-un viitor îndepărtat. Pentru rezidentul de vară și grădinar, coșul de fum poate deveni uneori mult mai scump decât soba în sine, mai ales în cazul încălzirii unei case cu mai multe niveluri. Coșurile de saună sunt de obicei mai simple și mai scurte, dar puterea de căldură a sobei poate fi foarte mare. Astfel de țevi, de regulă, sunt foarte fierbinți pe toată lungimea lor, scântei și cenușă zboară adesea din ele, dar căderea condensului și a funinginei este neglijabilă.
Dacă încă intenționați să utilizați clădirea băii doar ca baie, atunci conducta poate fi neizolată. Dacă baia este gândită de dvs. ca un loc de posibilă ședere (reședință temporară, înnoptări), mai ales iarna, atunci este mai oportun să faceți conducta imediat izolat, și calitativ, „pe viață”. Totodată, sobele pot fi schimbate cel puțin în fiecare zi, designul poate fi ales cu mai mult succes și mai adecvat, iar conducta va fi aceeași.
Cel putin daca aragazul este in modul ardere lungă(lemn de foc mocnit), atunci izolarea conductei este absolut necesară, deoarece la puteri mici (1 - 5 kW) conducta metalică neizolată se va răci complet, condensul va curge abundent, care în cele mai severe înghețuri poate chiar îngheța și bloca conducta cu gheaţă. Acest lucru este deosebit de periculos în prezența unei plase de oprire a scânteilor și a umbrelelor cu deschideri mici. Descărcătoarele sunt recomandabile pentru încălzirea intensivă vara și extrem de periculoase pentru modurile de ardere slabă a lemnului de foc iarna. Datorită posibilului înfundare a conductelor cu gheață, instalarea deflectoarelor și a umbrelelor pe cosuri de fum a fost interzis în 1991 (și pe coșuri de fum cuptoare pe gaz chiar mai devreme).
Din aceleași motive, nu trebuie să vă lăsați dus de înălțimea țevii - nivelul de împingere nu este atât de important pentru o sobă de saună reversibilă. Dacă începe să fumeze, puteți oricând aerisi rapid camera. Dar înălțimea deasupra coamei acoperișului (cel puțin 0,5 m) trebuie respectată pentru a preveni răsturnarea împingerii în rafale de vânt. Pe acoperișurile plate, țeava ar trebui să iasă deasupra stratului de zăpadă. In orice caz, este mai bine sa ai o teava mai jos, dar mai calda (decat mai sus, dar mai rece). Țevile înalte iarna sunt întotdeauna reci și periculoase de utilizat.
Coșurile de fum reci au o mulțime de dezavantaje. În același timp, țevile neizolate, dar nu foarte lungi de pe cuptoarele metalice se încălzesc rapid în timpul aprinderii (mult mai repede decât țevile de cărămidă), rămân fierbinți la încălzire puternică și, prin urmare, sunt foarte utilizate pe scară largă în băi (și nu numai în băi) , mai ales că sunt relativ ieftine. Țevile de azbest-ciment nu sunt utilizate pe cuptoarele metalice, deoarece sunt grele și, de asemenea, se prăbușesc atunci când sunt supraîncălzite cu fragmente care zboară.
Orez. 3. Cele mai simple modele de coșuri de fum metalice: 1 - coș de fum metalic rotund; 2 - parascantei; 3 - un capac pentru a proteja conducta de precipitațiile atmosferice; 4 - căpriori; 5 - strungirea acoperișului; 6 - bare de lemnîntre căpriori (sau grinzi) pentru proiectarea unei deschideri de foc (tăiere) în acoperiș sau tavan (dacă este necesar); 7 - coama acoperișului; opt - acoperiș moale(material de acoperiș, hidrostekloizol, gresie moi, foi de carton ondulat-bitum etc.); 9 - tablă metalică pentru acoperiș și suprapunerea deschiderii (este permisă utilizarea unei foi plate de aceid - o placă izolatoare electrică din azbociment); 10 - tampon de drenaj metalic; 11 - etanșarea cu azbest a golului (articulației); 12 - capac de vidre metalice; 13 - grinzi de tavan (cu umplerea spațiului cu izolație); 14 - înveliș de tavan; 15 - mansardă (dacă este necesar); 16 - tablă tăiată de tavan; 17 - colțuri de armare metalice; 18 - capacul metalic al tavanului tăiat (dacă este necesar); 19 - izolație termorezistentă incombustibilă (argilă expandată, nisip, perlit, vată minerală); 20 - capac de protectie (tabla metalica peste un strat de carton de azbest grosime 8 mm); 21 - scut metalic al conductei.
a) conducta neizolata;
b) o țeavă ecranată izolată termic, cu o rezistență la transferul de căldură de cel puțin 0,3 m 2 - grade/W (care echivalează cu o grosime de cărămidă de 130 mm sau o grosime de izolație din vată minerală de 20 mm).
Pe orez. 3 prezentate sunt diagrame tipice de cablare pentru non-izolate tevi metalice... Țeava în sine trebuie achiziționată din oțel inoxidabil cu o grosime de cel puțin 0,7 mm. Cel mai mare diametru al țevii rusești este de 120 mm, cel finlandez - 115 mm.
Conform GOST 9817-95, aria secțiunii transversale a unui coș cu mai multe ture trebuie să fie de cel puțin 8 cm 2 la 1 kW de putere termică nominală eliberată în cuptor atunci când arde lemnul. Această putere nu trebuie confundată cu puterea termică a unui cuptor consumator de căldură eliberată de pe suprafața exterioară de cărămidă a cuptorului în cameră, conform SNiP 2.04.05-91. Aceasta este una dintre multele neînțelegeri ale noastre documente normative... Deoarece sobele cu căldură intensivă sunt de obicei încălzite doar 2-3 ore pe zi, puterea din cuptor este de aproximativ zece ori mai mare decât puterea de eliberare a căldurii de pe suprafața unei sobe de cărămidă.
Data viitoare vom vorbi despre caracteristicile instalării coșurilor de fum.
În arderea carbonului combustibil în aer, conform ecuației (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2), fiecare volum de CO2 din produsele de ardere reprezintă 79: 21 = 3,76 volume de N2.
Arderea antracitului, a cărbunelui slab și a altor combustibili cu un conținut ridicat de carbon produce produse de ardere care sunt similare ca compoziție cu produsele de ardere a carbonului. În arderea hidrogenului conform ecuaţiei
42H2 + 2102 + 79N2 = 42H20 + 79N2
Pentru fiecare volum de Н20, există 79:42 = 1,88 volume de azot.
În produsele de ardere a gazelor naturale, lichefiate și de cocserie, combustibil lichid, lemn de foc, turbă, cărbune brun, cărbune cu flacără lungă și gaz și alte tipuri de combustibil cu un conținut semnificativ de hidrogen în masa combustibilă un numar mare de vapori de apă, depășind uneori volumul de CO2. Prezența umidității în partea de sus
|
Tabelul 36 Capacitate termică, kcal / (m3. ° С) |
Vii, în mod natural, crește conținutul de vapori de apă din produsele de ardere.
Compoziția produselor de ardere completă a principalelor tipuri de combustibil în volumul stoichiometric de aer este dată în tabel. 34. Din datele din acest tabel se poate observa că în produsele de ardere a tuturor tipurilor de combustibil, conținutul de N2 depășește semnificativ conținutul total de C02-f-H20, iar în produsele de ardere a carbonului este de 79%.
Produșii de combustie ai hidrogenului conțin 65% N2, în produsele de ardere a gazelor naturale și lichefiate, benzină, păcură și alte tipuri de combustibili cu hidrocarburi, conținutul său este de 70-74%.
Orez. 5. Capacitate termică volumetrică
Produse de ardere
4 - produse ale arderii carbonului
5 - produse de ardere a hidrogenului
Capacitatea termică medie a produselor complete de ardere care nu conțin oxigen poate fi calculată folosind formula
C = 0,01 (Cc02C02 + Cso2S02 + C „20H20 + CN2N2) kcal / (m3- ° C), (VI. 1)
Unde Cc0g, Cso2, CHA0, CNa sunt capacitățile termice volumetrice ale dioxidului de carbon, dioxidului de sulf, vaporilor de apă și azotului, iar CO2, S02, H20 și N2 sunt conținutul componentelor corespunzătoare din produsele de ardere, % (vol.).
Prin urmare, formula (VI.1) ia următoarea formă:
C = 0,01.(Cc02/? 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 “° C). (VI.2)
Capacitatea termică medie volumetrică a CO2, H2O și N2 în intervalul de temperatură de la 0 la 2500 ° C este dată în tabel. 36. Curbele care caracterizează modificarea capacității termice volumetrice medii a acestor gaze cu creșterea temperaturii sunt prezentate în Fig. 5.
Din cele date în tabel. 16 date și curbe prezentate în Fig. 5, sunt vizibile următoarele:
1. Capacitatea termică volumetrică a CO2 depășește semnificativ capacitatea termică a H20, care, la rândul său, depășește capacitatea termică a N2 în întregul interval de temperatură de la 0 la 2000 ° C.
2. Capacitatea termică a CO2 crește odată cu creșterea temperaturii mai repede decât capacitatea termică a H20, iar capacitatea termică a H20 este mai rapidă decât capacitatea termică a N2. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, capacitatea termică volumetrică medie ponderată a produselor de ardere a carbonului și hidrogenului în volumul stoichiometric aerul diferă puțin.
Această situație, oarecum neașteptată la prima vedere, se datorează faptului că în produsele de ardere completă a carbonului în aer, pentru fiecare metru cub de CO2, care are cea mai mare capacitate termică volumetrică, există 3,76 m3 de N2 cu un minim. volumul volumetric.
|
Capacități termice volumetrice medii ale produselor de combustie ai carbonului și hidrogenului în cantitatea de aer necesară teoretic, kcal / (m3- ° С)
|
Capacitatea termică și în produsele de ardere a hidrogenului pentru fiecare metru cub de vapori de apă, a căror capacitate termică volumetrică este mai mică decât cea a COg, dar mai mare decât cea a N2, există jumătate din cantitatea de azot (1,88 m3) .
Ca urmare, capacitățile termice volumetrice medii ale produselor de ardere a carbonului și hidrogenului din aer sunt nivelate, după cum se poate observa din datele din tabel. 37 și compararea curbelor 4 și 5 din Fig. 5. Diferența capacităților termice medii ponderate ale produselor de ardere a carbonului și hidrogenului din aer nu depășește 2%. Desigur, capacitățile termice ale produselor de combustie ale unui combustibil constând în principal din carbon și hidrogen dintr-un volum stoechiometric de aer se află într-o regiune îngustă între curbele 4 și 5 (umbrite în Fig. 5) ..
Produse complete de combustie de diferite specii; combustibilii din aerul stoechiometric în intervalul de temperatură de la 0 la 2100 ° С au următoarea capacitate termică, kcal / (m3> ° С):
Fluctuații ale capacității termice a produselor de ardere tipuri diferite combustibilii sunt relativ mici. Avea combustibil solid cu un conținut ridicat de umiditate (lemn de foc, turbă, cărbune brun etc.), capacitatea termică a produselor de ardere în același interval de temperatură este mai mare decât cea a combustibililor cu conținut scăzut de umiditate (antracit, cărbune, păcură, gaze naturale, etc.)... Acest lucru se datorează faptului că, în timpul arderii combustibilului cu un conținut ridicat de umiditate în produsele de ardere, crește conținutul de vapori de apă, care are o capacitate termică mai mare decât cea a unui gaz biatomic, azotul.
Masa 38 prezintă capacităţile termice volumetrice medii ale produselor de ardere completă, nediluate cu aer, pentru diferite intervale de temperatură.
Tabelul 38
|
Capacitatea termică medie a combustibilului și a produselor de ardere a aerului nediluate cu aer în intervalul de temperatură de la 0 la t ° С
|
O creștere a conținutului de umiditate în combustibil crește capacitatea termică a produselor de ardere datorită creșterii conținutului de vapori de apă din acestea în același interval de temperatură, în comparație cu capacitatea termică a produselor de ardere a combustibilului cu o umiditate mai mică. continut, si in acelasi timp scade temperatura de ardere a combustibilului datorita cresterii volumului produselor de ardere datorita perechii de apa.
Odată cu creșterea conținutului de umiditate din combustibil, capacitatea termică volumetrică a produselor de ardere într-un anumit interval de temperatură crește și, în același timp, intervalul de temperatură scade de la 0 la £ max datorită scăderii valorii.<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).
Aceasta face posibilă simplificarea considerabilă a determinării temperaturilor calorimetrice și calculate de ardere (după metoda descrisă în Capitolul VII). Eroarea permisă în acest caz nu depășește de obicei 1% sau 20 °.
Luând în considerare curbele 4 și 5 din Fig. 5 se poate observa că rapoartele capacităților termice ale produselor de ardere completă a carbonului într-un volum stoechiometric de aer în intervalul de temperatură de la 0 la t ° С, de exemplu, de la 0 la
|
Capacitatea termică a produselor de ardere de la 0 la t'mayL a diferitelor tipuri de combustibili solizi cu un conținut de umiditate de la 0 la 40%, într-un volum stoichiometric de aer
|
200 și de la 0 la 2100 ° C sunt practic egale cu raportul dintre capacitățile termice ale produselor de ardere a hidrogenului în aceleași intervale de temperatură. Raportul specificat al capacităților termice C 'rămâne practic constant pentru produsele de ardere completă a diferitelor tipuri de combustibil într-un volum stoichiometric de aer.
Masa 40 prezintă raporturile capacităților termice ale produselor de ardere completă a combustibilului cu conținut scăzut de balast, transformându-se în produse gazoase de ardere (antracit, cocs, cărbune, combustibil lichid, natural, petrol, gaze de cocs etc.) în intervalul de temperatură de la 0 la t ° C și în domeniul de temperatură de la 0 la 2100 ° C. Deoarece puterea termică a acestor combustibili este aproape de 2100 ° C, raportul specificat al capacităților termice C ' este egal cu raportul capacităților termice în intervalul de temperatură de la 0 la t și de la 0 la tm & x-
Masa 40 arată și valorile valorii C calculate pentru produsele de ardere a combustibilului cu conținut ridicat de balast, care, în timpul arderii combustibilului, se transformă în produși gazoși de ardere, adică umiditatea în combustibilul solid, azotul și dioxidul de carbon în cel gazos. . Capacitatea de încălzire a tipurilor de combustibil indicate (lemn, turbă, cărbune brun, generator mixt, aer și gaze de furnal) este de 1600-1700 ° C.
Tabelul 40
|
Raportul dintre capacitățile termice ale produselor de ardere C 'și aerul K în intervalul de temperatură de la 0 la t ° C la capacitatea termică a produselor de ardere de la 0 la (uax
|
După cum puteți vedea din tabel. 40, valorile C și K diferă puțin chiar și pentru produsele de ardere a combustibilului cu conținut de balast și putere termică diferite.
Instituție de învățământ de stat de învățământ profesional superior
Universitatea Tehnică de Stat din Samara
Departamentul de Tehnologie Chimică și Ecologie Industrială
LUCRARE DE CURS
la disciplina „Termodinamică tehnică și inginerie termică”
Tema: Calculul unității de utilizare a căldurii gazelor reziduale dintr-un cuptor tehnologic
Completat de: Studenta Ryabinina E.A.
ZF curs III grupa 19
Verificat de: Consultant Churkina A.Yu.
Samara 2010
Introducere
Majoritatea instalațiilor chimice generează deșeuri termice de înaltă și joasă temperatură, care pot fi utilizate ca resurse energetice secundare (RER). Acestea includ gazele de evacuare de la diferite cazane și cuptoare de proces, fluxuri răcite, apă de răcire și abur rezidual.
Thermal VER acoperă în mare măsură cererea de căldură a industriilor individuale. Astfel, în industria azotului, mai mult de 26% din cererea de căldură este satisfăcută de WER, în industria sifonului - mai mult de 11%.
Numărul RER utilizat depinde de trei factori: temperatura RER, puterea termică a acestora și continuitatea ieșirii.
În prezent, cea mai răspândită este utilizarea căldurii gazelor industriale reziduale, care au un potențial de temperatură ridicat pentru aproape toate procesele tehnice de incendiu și pot fi utilizate continuu în majoritatea industriilor. Căldura gazelor reziduale este componenta principală a bilanţului energetic. Este folosit în principal pentru scopuri tehnologice, iar în unele cazuri - pentru scopuri energetice (în cazane de căldură reziduală).
Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă a SRE termică de înaltă temperatură este asociată cu dezvoltarea metodelor de utilizare, inclusiv a căldurii zgurii incandescente, a produselor etc., a noi metode de utilizare a căldurii gazelor reziduale, precum și cu îmbunătățirea designului echipamentele de utilizare existente.
1. Descrierea schemei tehnologice
În cuptoarele tubulare care nu au cameră de convecție, sau în cuptoarele de tip radiant-convecție, dar cu o temperatură inițială relativ ridicată a produsului încălzit, temperatura gazelor de evacuare poate fi relativ ridicată, ceea ce duce la pierderi de căldură crescute, o scădere a eficienței cuptorului și un consum mai mare de combustibil. Prin urmare, este necesar să se folosească căldura gazelor reziduale. Acest lucru se poate realiza fie prin utilizarea unui încălzitor de aer, care încălzește aerul care intră în cuptor pentru arderea combustibilului, fie prin instalarea de cazane de căldură reziduală, care permit obținerea vaporilor de apă necesari nevoilor tehnologice.
Cu toate acestea, pentru a efectua încălzirea cu aer, sunt necesare costuri suplimentare pentru construcția unui încălzitor de aer, a suflantei, precum și a consumului de energie suplimentară consumat de motorul suflantei.
Pentru a asigura funcționarea normală a încălzitorului de aer, este important să preveniți posibilitatea coroziunii suprafeței sale pe partea fluxului de gaze arse. Acest fenomen este posibil atunci când temperatura suprafeței de schimb de căldură este sub temperatura punctului de rouă; În acest caz, o parte din gazele de ardere, direct în contact cu suprafața încălzitorului de aer, este răcită semnificativ, vaporii de apă conținuti în ele se condensează parțial și, absorbind dioxidul de sulf din gaze, formează un acid slab agresiv.
Punctul de roua corespunde temperaturii la care presiunea vaporilor de apa saturati este egala cu presiunea partiala a vaporilor de apa continuti in gazele de ardere.
Una dintre cele mai fiabile metode de protecție împotriva coroziunii este preîncălzirea aerului într-un fel (de exemplu, în încălzitoare cu apă sau cu abur) la o temperatură peste punctul de rouă. O astfel de coroziune poate apărea și pe suprafața conductelor de convecție dacă temperatura materiei prime care intră în cuptor este sub punctul de rouă.
Sursa de căldură pentru creșterea temperaturii aburului saturat este reacția de oxidare (combustie) a combustibilului primar. Gazele de ardere formate în timpul arderii își renunță căldura în radiație și apoi în camerele de convecție către fluxul de alimentare (vapori de apă). Aburul supraîncălzit intră în consumator, iar produsele de ardere părăsesc cuptorul și intră în cazanul de căldură reziduală. La ieșirea din WHB, vaporii de apă saturati sunt reintroduși în cuptorul de supraîncălzire cu abur, iar gazele de ardere, fiind răcite de apa de alimentare, intră în încălzitorul de aer. De la reîncălzitor de aer, gazele de ardere ajung la KTAN, unde apa care curge prin serpentină este încălzită și merge direct la consumator, iar gazele de ardere - în atmosferă.
2. Calculul cuptorului
2.1 Calculul procesului de ardere
Determinați puterea calorică netă a combustibilului Q R n... Dacă combustibilul este o hidrocarbură individuală, atunci căldura de ardere a acesteia Q R n egală cu căldura standard de ardere minus căldura de vaporizare a apei din produsele de ardere. De asemenea, poate fi calculată din efectele termice standard ale formării produselor inițiale și finale pe baza legii Hess.
Pentru un combustibil constând dintr-un amestec de hidrocarburi, se determină căldura de ardere, dar regula aditivității:
Unde Q pi n- caldura de ardere i-go componenta combustibil;
y eu- concentrare i- mergeți componenta de combustibil în fracțiuni de unitate, apoi:
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 35,73
Masa molară a combustibilului:
M m = Σ M i ∙ y eu ,
Unde M i- Masă molară i-go componenta de combustibil, prin urmare:
M m = 16,042 ∙ 0,987 + 30,07 ∙ 0,0033 + 44,094 ∙ 0,0012 + 58,120 ∙ 0,0004 + 72,15 ∙ 0,0001 + 44,094 ∙ 0,0012 + 58,120 ∙ 0,0004 + 72,15 ∙ 0,0001 + 0,0001 + 1,0 ∙ 44,0 kg
kg / m 3,
atunci Q R n cm, exprimat în MJ/kg, este egal cu:
MJ/kg.
Rezultatele calculului sunt rezumate în tabel. 1:
Compoziția combustibilului tabelul 1
Să determinăm compoziția elementară a combustibilului, % (masă):
,
Unde n i C , NIH , n i N , n i O- numărul de atomi de carbon, hidrogen, azot și oxigen din moleculele componentelor individuale care alcătuiesc combustibilul;
Conținutul fiecărei componente de combustibil, în greutate. %;
x i- conținutul fiecărei componente a combustibilului, spun ei. %;
M i- masa molară a componentelor individuale de combustibil;
M m este masa molară a combustibilului.
Verificarea compozitiei :
C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100% (masă).
Să determinăm cantitatea teoretică de aer necesară arderii a 1 kg de combustibil, aceasta se determină din ecuația stoechiometrică a reacției de ardere și conținutul de oxigen din aerul atmosferic. Dacă se cunoaște compoziția elementară a combustibilului, cantitatea teoretică de aer L 0, kg / kg, se calculează prin formula:
În practică, pentru a asigura complet arderea combustibilului, se introduce o cantitate în exces de aer în cuptor, găsim debitul real de aer la α = 1,25:
L = αL 0 ,
Unde L- consumul real de aer;
α - coeficientul de exces de aer,
L = 1,25 ∙ 17,0 = 21,25 kg / kg.
Volumul specific de aer (n.a.) pentru arderea a 1 kg de combustibil:
Unde ρ în= 1,293 - densitatea aerului în condiții normale,
m 3 / kg.
Să aflăm cantitatea de produse de ardere formată în timpul arderii a 1 kg de combustibil:
dacă se cunoaște compoziția elementară a combustibilului, atunci compoziția în masă a gazelor de ardere la 1 kg de combustibil cu arderea sa completă poate fi determinată pe baza următoarelor ecuații:
Unde m CO2 , m H2O , m N2 , m O2 este masa gazelor corespunzătoare, kg.
Cantitatea totală de produse de ardere:
m p. din = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2,
m p. din= 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 kg / kg.
Verificăm valoarea rezultată:
Unde W f- consumul specific de abur al duzei la arderea combustibilului lichid, kg/kg (pentru combustibil gazos W f = 0),
Deoarece combustibilul este un gaz, neglijăm conținutul de umiditate din aer și neglijăm cantitatea de vapori de apă.
Să aflăm volumul produselor de ardere în condiții normale, formate în timpul arderii a 1 kg de combustibil:
Unde m i- masa gazului corespunzător format în timpul arderii a 1 kg de combustibil;
ρ i- densitatea acestui gaz în condiții normale, kg/m 3;
M i- masa molară a gazului dat, kg/kmol;
22,4 - volum molar, m 3 / kmol,
m 3 / kg; 
m 3 / kg;
m 3 / kg; 
m 3 / kg.
Volumul total al produselor de ardere (n.a.) la consumul real de aer:
V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,
V = 1,38 + 2,75+ 13,06 + 0,70 = 17,89 m3 / kg.
Densitatea produselor de ardere (n.a.):
kg/m3.
Să găsim capacitatea termică și entalpia produselor de ardere a 1 kg de combustibil în intervalul de temperatură de la 100 ° C (373 K) la 1500 ° C (1773 K), folosind datele din tabel. 2.
Capacități termice specifice medii ale gazelor cu p, kJ / (kg ∙ K) masa 2
| t, ° С |
|||||
Entalpia gazelor de ardere formate în timpul arderii a 1 kg de combustibil:
Unde cu CO2 , cu H2O , cu N2 , cu O2- capacitati termice specifice medii la presiune constanta corespunzatoare gazonului la temperatura t, kJ/(kg K);
cu T este capacitatea termică medie a gazelor de ardere formate în timpul arderii a 1 kg de combustibil la o temperatură t, kJ/(kg K);
la 100 ° C: kJ / (kg ∙ K);
la 200 ° C: kJ / (kg ∙ K);
la 300 ° C: kJ / (kg ∙ K);
la 400 ° C: kJ / (kg ∙ K);
la 500 ° C: kJ / (kg ∙ K);
la 600 ° C: kJ / (kg ∙ K);
la 700 ° C: kJ / (kg ∙ K);
la 800 ° C: kJ / (kg ∙ K);
la 1000 ° C: kJ / (kg ∙ K);
la 1500 ° C: kJ / (kg ∙ K);
Rezultatele calculului sunt rezumate în tabel. 3.
Entalpia produselor de ardere Tabelul 3
Conform tabelului. 3 construiți un grafic de dependență H t = f ( t ) (fig. 1) vezi Atașament .
2.2 Calculul bilanţului termic al cuptorului, randamentul cuptorului şi consumul de combustibil
Flux de căldură primit de abur în cuptor (sarcină termică utilă):
Unde G- cantitatea de vapori de apă supraîncălziți pe unitatea de timp, kg/s;
H vp1și H vp2
Considerăm că temperatura gazelor de ardere este de 320 ° C (593 K). Pierderea de căldură prin radiație în mediu se va ridica la 10%, din care 9% se pierde în camera radiantă și 1% în camera de convecție. Randamentul cuptorului este η t = 0,95.
Neglijăm pierderea de căldură din cauza arderii chimice insuficiente, precum și cantitatea de căldură a combustibilului și a aerului care intră.
Determinați eficiența cuptorului:
Unde Uh- entalpia produselor de ardere la temperatura gazelor de ardere care ies din cuptor, t yh; temperatura gazelor arse de evacuare este de obicei luată la 100 - 150 ° C mai mare decât temperatura inițială a materiei prime la intrarea în cuptor; q transpira- pierderi de căldură prin radiație în mediu, % sau fracțiune din etaj Q ;
Consum de combustibil, kg/s:
kg/s.
2.3 Calculul camerelor radiante și de convecție
Setăm temperatura gazelor arse la trecere: t NS= 750 - 850 ° С, acceptăm
t NS= 800 ° C (1073 K). Entalpia produselor de ardere la temperatura de trecere
H NS= 21171,8 kJ/kg.
Fluxul de căldură primit de vaporii de apă în tuburi radiante:
Unde H n este entalpia produselor de ardere la temperatura gazelor de ardere în trecere, kJ/kg;
η t este randamentul cuptorului; se recomandă să o luați egal cu 0,95 - 0,98;
Fluxul de căldură primit de vaporii de apă în conductele de convecție:
Entalpia vaporilor de apă la intrarea în secțiunea radiantă va fi:
kJ/kg.
Luăm valoarea pierderii de presiune în camera de convecție ∆ P La= 0,1 MPa, atunci:
P La = P - P La ,
P La= 1,2 - 0,1 = 1,1 MPa.
Temperatura de intrare a vaporilor de apă în secțiunea radiantă t La= 294 ° С, atunci temperatura medie a suprafeței exterioare a tuburilor radiante va fi:
Unde Δt- diferenta dintre temperatura suprafetei exterioare a tuburilor radiante si temperatura vaporilor de apa (materia prima) incalziti in tuburi; Δt= 20 - 60 ° C;
LA.
Temperatura maximă de ardere proiectată:
Unde la- temperatura redusa a amestecului initial de combustibil si aer; luate egale cu temperatura aerului furnizat pentru ardere;
THX.- caldura specifica a produselor de ardere la temperatura t NS;
°C.
La t max = 1772,8 ° C și t n = 800 ° C densitatea termică a unei suprafețe absolut negre q s pentru diferite temperaturi ale suprafeței exterioare a tuburilor radiante are următoarele valori:
Θ, ° С 200 400 600
q s, W / m 2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5
Construim un grafic auxiliar (Fig. 2) vezi Atașament, conform căreia găsim densitatea căldurii la Θ = 527 ° C: q s= 0,95 ∙ 10 5 W / m 2.
Calculăm debitul total de căldură introdus în cuptor:
Valoarea preliminară pentru suprafața unei suprafețe absolut negre echivalente:
m 2.
Luăm gradul de ecranare al zidăriei Ψ = 0,45 iar pentru α = 1,25 constatăm că
H s /H l = 0,73.
Suprafață plană echivalentă:
m 2.
Acceptăm plasarea țevilor pe un singur rând și un pas între ele:
S = 2d n= 2 ∙ 0,152 = 0,304 m. Pentru aceste valori, factorul de formă LA = 0,87.
Dimensiunea suprafeței de zidărie ecranată:
m 2.
Suprafața de încălzire a tuburilor radiante:
m 2.
Alegem un cuptor BB2, parametrii acestuia:
suprafața camerei de radiații, m 2 180
suprafața camerei de convecție, m 2 180
lungimea de lucru a cuptorului, m 9
lățimea camerei de radiație, m 1,2
execuție b
metoda de ardere a combustibilului fără flacără
diametrul tubului camerei de radiație, mm 152 × 6
diametrul țevilor camerei de convecție, mm 114 × 6
Numărul de tuburi din camera de radiație:
Unde d n - diametrul exterior al conductelor din camera de radiație, m;
l podea - lungimea utilă a conductelor radiante spălate de fluxul de gaze arse, m,
l podea = 9 - 0,42 = 8,2 m,
.
Densitatea termică a suprafeței tuburilor radiante:
W/m2.
Determinați numărul de țevi ale camerei de convecție:
Le aranjam într-un model de șah de 3 într-un rând orizontal. Pas între conducte S = 1,7 d n = 0,19 m.
Diferența medie de temperatură este determinată de formula:
°C.
Coeficientul de transfer de căldură în camera de convecție:
W / (m 2 ∙ K).
Densitatea de căldură a suprafeței conductelor de convecție este determinată de formula:
W/m2.
2.4 Calculul hidraulic al bobinei cuptorului
Calculul hidraulic al serpentinei cuptorului este de a determina pierderea de presiune a vaporilor de apă în conductele radiante și de convecție.
Unde G
ρ către V.P. - densitatea vaporilor de apă la temperatura și presiunea medie în camera de convecție, kg/m 3;
dк - diametrul interior al conductelor de convecție, m;
z k este numărul de fluxuri în camera de convecție,
Domnișoară.
ν k = 3,311 ∙ 10 -6 m 2 / s.
Valoarea criteriului Reynolds:
m.
Pierderea de presiune prin frecare:
Pa = 14,4 kPa.
Pa = 20,2 kPa.
unde Σ ζ la
- numărul de ture.
Pierderea totală de presiune:
2.5 Calculul pierderii de presiune a vaporilor de apă în camera de radiație
Viteza medie a vaporilor de apă:
Unde G- consumul de abur supraîncălzit în cuptor, kg/s;
ρ r vp - densitatea vaporilor de apă la temperatura și presiunea medie în camera de convecție, kg/m 3;
d p este diametrul interior al conductelor de convecție, m;
z p este numărul de fluxuri din camera de ventilație,
Domnișoară.
Vâscozitatea cinematică a vaporilor de apă la temperatura și presiunea medie în camera de convecție ν p = 8,59 ∙ 10 -6 m 2 / s.
Valoarea criteriului Reynolds:
Lungimea totală a conductei într-o secțiune dreaptă:
m.
Coeficientul de frecare hidraulic:
Pierderea de presiune prin frecare:
Pa = 15,1 kPa.
Pierderi de presiune pentru a depăși rezistența locală:
Pa = 11,3 kPa,
unde Σ ζ p= 0,35 - coeficient de rezistență la întoarcerea cu 180 ºС,
- numărul de ture.
Pierderea totală de presiune:
Calculele au arătat că cuptorul selectat va asigura procesul de supraîncălzire a vaporilor de apă într-un mod dat.
3. Calculul cazanului de căldură reziduală
Să aflăm temperatura medie a gazelor de ardere:
Unde t 1 - temperatura gazelor de ardere la intrare,
t 2 - temperatura gazelor de ardere la ieșire, ° С;
° C (538 K).
Debitul masic al gazelor arse:
unde B este consumul de combustibil, kg/s;
Pentru gazele de ardere, entalpia specifică se determină pe baza datelor din tabel. 3 și fig. 1 prin formula:
Entalpiile lichidelor de răcire Tabelul 4
Fluxul de căldură transmis de gazele de ardere:
Unde H 1 și H 2 - entalpia gazelor arse la temperaturile de intrare și respectiv de ieșire din camera de ardere, formată în timpul arderii a 1 kg de combustibil, kJ/kg;
B - consumul de combustibil, kg/s;
h 1 și h 2 - entalpiile specifice ale gazelor de ardere, kJ/kg,
Debitul de căldură primit de apă, W:
Unde η ku este coeficientul de utilizare a căldurii în KU; η ku = 0,97;
G n - capacitatea aburului, kg/s;
h la VP - entalpia vaporilor de apă saturați la temperatura de ieșire, kJ / kg;
h n în - apa de alimentare entalygaya, kJ / kg,
Cantitatea de vapori de apă primită în KU este determinată de formula:
kg/s.
Fluxul de căldură primit de apă în zona de încălzire:
Unde h kv - entalpia specifică a apei la temperatura de evaporare, kJ/kg;
Fluxul de căldură transferat de gazele de ardere către apa din zona de încălzire (căldură utilă):
Unde h x - entalpia specifică a gazelor de ardere la temperatură t x, deci:
kJ/kg.
Entalpia de ardere pentru 1 kg de combustibil:
Smochin. 1 temperatură de fum corespunzătoare valorii H x = 5700,45 kJ / kg:
t x = 270 ° C.
Diferența medie de temperatură în zona de încălzire:
°C.
270 gaze arse 210 Ținând cont de indicele de contracurent:
Unde LA f - coeficientul de transfer termic;
m 2.
Diferența medie de temperatură în zona de evaporare:
°C.
320 gaze arse 270 Luând în considerare indicele de contracurent:
187 vapori de apă 187
Suprafața de schimb de căldură în zona de încălzire:
Unde LA f - coeficient m6transmisie;
m 2.
Suprafața totală de transfer de căldură:
F = F n + F tu,
F= 22,6 + 80 = 102,6 m 2.
În conformitate cu GOST 14248-79, selectăm un evaporator standard cu cameră de vapori cu următoarele caracteristici:
diametrul carcasei, mm 1600
numărul de fascicule de tuburi 1
numărul de țevi dintr-un pachet 362
suprafață de schimb de căldură, m 2 170
aria secțiunii transversale de o singură cursă
prin conducte, m 2 0,055
4. Echilibrul termic al aerotermei
Aerul atmosferic cu temperatura t ° în-x intră în aparat, unde se încălzește până la o temperatură t x în-x datorită căldurii gazelor de ardere.
Consumul de aer, kg / s este determinat în funcție de cantitatea necesară de combustibil:
Unde V- consum de combustibil, kg/s;
L- consumul real de aer pentru arderea a 1 kg de combustibil, kg/kg,
Gazele de ardere, care degajă căldura, sunt răcite din t dgZ = t dg2 inainte de t dg4 .
=
Unde H 3și H 4- entalpia gazelor de ardere la temperaturi t dg3și t dg4 respectiv, kJ / kg,
Debitul de căldură primit de aer, W:
Unde cu in-x- capacitatea termică specifică medie a aerului, kJ/(kg K);
0,97 - eficiența încălzitorului de aer,
Temperatura finală a aerului ( t x în-x) se determină din ecuația bilanţului termic:
LA.
5. Bilanțul termic al KTAN
După încălzitorul de aer, gazele de ardere intră într-un aparat de contact cu o duză activă (KTAN), unde temperatura lor scade de la t dg5 = t dg4 la temperatură t dg6= 60 ° C.
Îndepărtarea căldurii gazelor de ardere se realizează prin două fluxuri separate de apă. Un flux intră în contact direct cu gazele de ardere, iar celălalt schimbă căldură cu acestea prin peretele serpentinei.
Fluxul de căldură emis de gazele de ardere, W:
Unde H 5și H 6- entalpia gazelor de ardere la temperatura t dg5și t dg6 respectiv, kJ / kg,
Cantitatea de apă de răcire (totală), kg / s, este determinată din ecuația bilanţului termic:
unde η este eficiența KTAN, η = 0,9,
kg/s.
Debitul de căldură primit de apa de răcire, W:
Unde G apă- consum de apă de răcire, kg/s:
cu apă- capacitatea termică specifică a apei, 4,19 kJ/(kg K);
t n apăși t la apa- temperatura apei la intrarea si respectiv la iesirea din KTAN,
6. Calculul randamentului unității de recuperare a căldurii
La determinarea valorii randamentului sistemului sintetizat ( η tu) se foloseşte abordarea tradiţională.
Calculul eficienței unității de recuperare a căldurii se efectuează după formula:
7. Evaluarea exergică a sistemului „cuptor - cazan de căldură reziduală”.
Metoda exergică de analiză a sistemelor tehnologice energetice permite evaluarea cât mai obiectivă și calitativă a pierderilor de energie, care nu sunt relevate în niciun fel în timpul unei evaluări convenționale folosind prima lege a termodinamicii. În acest caz, eficiența exergiei este utilizată ca criteriu de evaluare, care este definit ca raportul dintre exergia alocată și exergia furnizată sistemului:
Unde E sub- exergia combustibilului, MJ/kg;
E gaura- exergie percepută de fluxul de vapori de apă în cuptor și cazan de căldură reziduală.
În cazul combustibilului gazos, exergia furnizată este suma exergiei combustibilului ( E sub1) și exergia aerului ( E sub2):
Unde N nși Dar- entalpia aerului la temperatura intrării cuptorului, respectiv temperatura ambiantă, kJ/kg;
Acea- 298 K (25 ° C);
ΔS- modificarea entropiei aerului, kJ / (kg K).
În cele mai multe cazuri, magnitudinea exergiei aerului poate fi neglijată, adică:
Exergia alocată sistemului în cauză constă în exergia percepută de vaporii de apă din cuptor ( E gaura 1), și exergie percepută de vaporii de apă din KU ( E otv2).
Pentru un flux de abur încălzit într-un cuptor:
Unde G- consumul de abur în cuptor, kg/s;
H VP1și H vp2- entalpia vaporilor de apa la intrarea si respectiv iesirea din cuptor, kJ/kg;
ΔS vp- modificarea entropiei vaporilor de apă, kJ / (kg K).
Pentru fluxul de vapori de apă primit în KU:
Unde G n- consumul de abur in centrala, kg/s;
h la vp- entalpia vaporilor de apă saturați la ieșirea din WHB, kJ/kg;
h n in este entalpia apei de alimentare la intrarea în CH, kJ/kg.
E gaura = E gaura 1 + E gaura 2 ,
E gaura= 1965,8 + 296,3 = 2262,1 J/kg.
Concluzie
După calcularea instalației propuse (utilizarea căldurii gazelor reziduale ale cuptorului tehnologic), putem concluziona că pentru o anumită compoziție de combustibil, productivitatea cuptorului pentru vapori de apă și alți indicatori - valoarea eficienței sistemului sintetizat este ridicat, astfel - instalația este eficientă; Acest lucru a fost demonstrat și de evaluarea exergie a sistemului „cuptor - cazan de căldură reziduală”, însă, în ceea ce privește costurile energetice, instalația lasă de dorit și necesită îmbunătățiri.
Lista literaturii folosite
1. Kharaz D .ȘI... Modalități de utilizare a resurselor energetice secundare în industriile chimice / D. I. Kharaz, B. I. Psakhis. - M .: Chimie, 1984 .-- 224 p.
2. Skoblo A . ȘI... Procese și aparate ale industriei de rafinare a petrolului și petrochimice / A. I. Skoblo, I. A. Tregubova, Yu. K., Molokanov. - Ed. a II-a, Rev. si adauga. - M .: Chimie, 1982 .-- 584 p.
3. Pavlov K .F... Exemple și sarcini pentru cursul proceselor și dispozitivelor de tehnologie chimică: Manual. Manual pentru universități / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Noskov; Ed. P.G. Romankova. - Ed. a 10-a, Rev. si adauga. - L .: Chimie, 1987 .-- 576 p.
Aplicație
