Termofyzikálne vlastnosti spalín. Hustota spalín sa vypočíta podľa vzorca
2. teplo odvádzané výfukovými plynmi. Definujme tepelnú kapacitu spalín pri tux = 800 °C;
3. tepelné straty murivom tepelnou vodivosťou.
Straty cez klenbu
Hrúbka klenby je 0,3 m, materiál je šamot. Akceptujeme, že teplota vnútorný povrch klenba sa rovná teplote plynov.
Priemerná teplota rúry:
Podľa tejto teploty volíme súčiniteľ tepelnej vodivosti šamotového materiálu:
Straty cez trezor sú teda:
kde α je koeficient prestupu tepla z vonkajšieho povrchu stien do okolitého vzduchu, rovný 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)
Straty cez steny. Murivo stien je dvojvrstvové (šamot 345 mm, kremelina 115 mm)
Plocha steny, m2:
metodická zóna
zóna zvárania
Tomilská zóna
koniec
Celková plocha stien 162,73 m2
S lineárnym rozložením teploty po hrúbke steny priemerná teplotašamot sa bude rovnať 5500C a diatomit 1500C.
Preto
Celková strata murovaním
4. Podľa praktických údajov sa tepelné straty chladiacou vodou rovnajú 10 % Qx príjmu, teda Qx + Qp
5. Akceptujeme nezapočítané straty vo výške 15% Q tepelného príkonu
Urobme rovnicu tepelná bilancia pece
Tepelná bilancia pece je zhrnutá v tabuľke 1; 2
stôl 1
tabuľka 2
| Spotreba kJ/h | % |
| Teplo vynaložené na ohrev kovu
| 53 |
| teplo spalín | 26 |
| straty cez murivo
| 1,9 |
| straty chladiacej vody | 6,7 |
| nezaúčtované straty | 10,6 |
| Celkom: | 100 |
Merná spotreba tepla na ohrev 1 kg kovu bude
Výber a výpočet horákov
Akceptujeme, že v peci sú inštalované horáky typu "potrubie v potrubí".
V zónach zvárania je 16 kusov, v zóne držania 4 kusy. Celkom horáky 20ks. Poďme definovať odhadované množstvo vzduch prichádza do jedného horáka.
Vв - hodinová spotreba vzduchu;
TV - 400 + 273 = 673 K - teplota ohrevu vzduchu;
N je počet horákov.
Predpokladá sa, že tlak vzduchu pred horákom je 2,0 kPa. Z toho vyplýva, že potrebný prietok vzduchu zabezpečuje horák DBV 225.
Určite odhadované množstvo plynu na horák;
VG \u003d V \u003d 2667 hodinová spotreba paliva;
TG \u003d 50 + 273 \u003d 323 K - teplota plynu;
N je počet horákov.
8. Výpočet výmenníka tepla
Pre ohrev vzduchu navrhujeme kovový slučkový výmenník tepla z rúrok s priemerom 57/49,5 mm s chodbovým usporiadaním ich rozstupov.
Počiatočné údaje pre výpočet:
Hodinová spotreba paliva B=2667 kJ/h;
Spotreba vzduchu na 1 m3 paliva Lα = 13,08 m3/m3;
Množstvo splodín horenia z 1 m3 horľavého plynu Vα =13,89 m3/m3;
Teplota ohrevu vzduchu tv = 4000С;
Teplota spalín z pece = 8000C.
Hodinová spotreba vzduchu:
Hodinový výstup dymu:
Hodinové množstvo dymu prechádzajúceho cez výmenník tepla, berúc do úvahy stratu dymu pre vyrazenie a cez obtokovú klapku a únik vzduchu.
Koeficient m, berúc do úvahy stratu dymu, berieme 0,7.
Koeficient zohľadňujúci únik vzduchu u ošípaných budeme brať 0,1.
Teplota dymu pred výmenníkom tepla, berúc do úvahy únik vzduchu;
kde iух je tepelný obsah spalín pri tух=8000С
Tento tepelný obsah zodpovedá teplote dymu tD=7500C. (Pozri Obr. 67(3))
Pri konštrukcii pece by bolo ideálne mať taký dizajn, ktorý by automaticky poskytoval toľko vzduchu, koľko je potrebné na spaľovanie. Na prvý pohľad sa to dá zvládnuť komín. Skutočne, čím intenzívnejšie palivové drevo horí, čím by mali byť horúcejšie spaliny, tým väčší by mal byť ťah (model karburátora). Ale nie je. Ťah vôbec nezávisí od množstva vznikajúcich horúcich spalín. Ťah je pokles tlaku v potrubí od hlavy potrubia po ohnisko. Je určená výškou potrubia a teplotou spalín, respektíve ich hustotou.
Ťah je určený vzorcom:
F \u003d A (p v - p d) h
kde F je ťah, A je koeficient, p in je hustota vonkajšieho vzduchu, p d je hustota spalín, h je výška potrubia
Hustota spalín sa vypočíta podľa vzorca:
p d \u003d p in (273 + t in) / (273 + t d)
kde t in at d - teplota v stupňoch Celzia vonkajšieho atmosférického vzduchu mimo potrubia a spalín v potrubí.
Rýchlosť spalín v potrubí (objemový prietok, t.j. sacia kapacita potrubia) G vôbec nezávisí od výšky potrubia a je daná teplotným rozdielom medzi spalinami a vonkajším vzduchom, ako aj plochou prierez komín. Z toho vyplýva množstvo praktických záverov.
Po prvé, komíny sa vyrábajú vysoko nie kvôli zvýšeniu prietoku vzduchu cez ohnisko, ale iba kvôli zvýšeniu ťahu (teda poklesu tlaku v potrubí). Toto je veľmi dôležité, aby sa zabránilo prevráteniu ťahu (dymenie pece) v prípade tlaku vetra (hodnota ťahu musí vždy prevyšovať možný tlak vetra).
Po druhé, je vhodné regulovať prietok vzduchu pomocou zariadení, ktoré menia plochu voľného úseku potrubia, to znamená pomocou ventilov. Pri zväčšení plochy prierezu komínového kanála napríklad o faktor dva možno očakávať približne dvojnásobné zvýšenie objemového prietoku vzduchu cez ohnisko.
Vysvetlíme si to na jednoduchom a názornom príklade. Máme dve rovnaké rúry. Spojíme ich do jedného. Získame kachle dvojitej veľkosti s dvojnásobným množstvom horiaceho dreva, s dvojnásobným prietokom vzduchu a prierezovou plochou potrubia. Alebo (čo je to isté), ak v ohnisku vzplane stále viac palivového dreva, potom je potrebné stále viac otvárať ventily na potrubí.
Po tretie Ak kachle v ustálenom stave normálne horia a popri horiacom dreve do komína pustíme do ohniska navyše prúd studeného vzduchu, tak sa spaliny okamžite ochladia a zníži sa prúdenie vzduchu cez kachle. Súčasne začne slabnúť horiace palivové drevo. To znamená, že sa nezdá, že by sme priamo ovplyvňovali palivové drevo a usmerňovali dodatočný tok okolo palivového dreva, ale ukázalo sa, že potrubím môže prechádzať menej spalín ako predtým, keď tento dodatočný tok vzduchu chýbal. Samotné potrubie zníži prietok vzduchu do palivového dreva, ktoré bolo predtým, a okrem toho neprepustí ďalší prúd studeného vzduchu. Inými slovami, komín bude upchatý.
Preto uniká studený vzduch škárami v komínoch, nadmerné prúdenie vzduchu v ohnisku a vlastne aj akékoľvek tepelné straty v komíne vedúce k zníženiu teploty spalín sú také škodlivé.
Po štvrté, čím väčší je koeficient plynodynamického odporu komína, tým je prietok vzduchu nižší. To znamená, že je žiaduce, aby boli steny komína čo najhladšie, bez turbulencií a bez zákrut.
Po piate, čím nižšia je teplota spalín, tým prudšie sa mení prúdenie vzduchu s kolísaním teploty spalín, čo vysvetľuje situáciu nestability potrubia pri zapálení pece.
O šiestej, o vysoké teploty prietok spalín je nezávislý od teploty spalín. To znamená, že pri silnom ohreve pece sa prietok vzduchu prestáva zvyšovať a začína závisieť iba od prierezu potrubia.
Problémy nestability vznikajú nielen pri analýze tepelných charakteristík potrubia, ale aj pri zvažovaní dynamiky prúdenia plynu v potrubí. Komín je totiž studňa naplnená ľahkými spalinami. Ak tieto ľahké spaliny nestúpajú veľmi rýchlo, potom existuje možnosť, že ťažký vonkajší vzduch jednoducho klesne do ľahkého plynu a vytvorí klesajúci prúd v potrubí smerom nadol. Táto situácia je obzvlášť pravdepodobná, keď sú steny komína studené, to znamená počas zapaľovania pece.
Ryža. 1. Schéma pohybu plynov v studenom komíne: 1 - ohnisko; 2 - prívod vzduchu cez dúchadlo; 3-komínový; 4 - ventil; 5 - komínový zub; 6-splodiny; 7-zlyhajúci studený vzduch; 8 - prúdenie vzduchu spôsobujúce preklápanie ťahu.
a) hladké otvorené vertikálne potrubie
b) potrubie s ventilom a zubom
c) potrubie s horným ventilom
Plné šípky ukazujú smer pohybu ľahkých horúcich spalín. Prerušované šípky ukazujú smer prúdenia studeného ťažkého vzduchu z atmosféry smerom nadol.
Na ryža. 1a je schematicky znázornená pec, do ktorej sa privádza vzduch 2 a spaliny 6 sa odvádzajú komínom. atmosférický vzduch 7, dosahujúci dokonca aj ohnisko. Toto klesajúce prúdenie môže nahradiť „bežný“ prúd vzduchu cez dúchadlo 2. Aj keď sú kachle uzamknuté so všetkými dvierkami a všetky klapky nasávania vzduchu sú zatvorené, kachle môžu stále horieť kvôli vzduchu prichádzajúcemu zhora. Mimochodom, presne to sa často stáva, keď uhlie dohorí zatvorené dvere pece. Môže dokonca dôjsť k úplnému prevráteniu ťahu: vzduch bude vnikať zhora cez potrubie a spaliny budú vychádzať dverami.
V skutočnosti sú na vnútornej stene komína vždy hrbolčeky, výrastky, nerovnosti, s ktorými sa pri zrážke spaliny a prichádzajúci studený vzduch víria a navzájom miešajú. Súčasne sa prúd studeného vzduchu smerom nadol vytlačí von alebo pri zahrievaní začne stúpať nahor zmiešaný s horúcimi plynmi.
Účinok otáčania prúdov studeného vzduchu smerom nahor sa zvyšuje v prítomnosti čiastočne otvorených klapiek, ako aj takzvaného zuba, ktorý je široko používaný v technológii výroby krbov ( ryža. 1b). Zub bráni prúdeniu studeného vzduchu z komína do priestoru krbu a tým zabraňuje dymeniu krbu.
Dolné ťahy vzduchu v potrubí sú nebezpečné najmä v hmlistom počasí: spaliny nedokážu odpariť najmenšie kvapôčky vody, ochladzujú sa, znižuje sa ťah a môžu sa aj prevrátiť. Kachle zároveň silno dymia, nevzplanú.
Z rovnakého dôvodu kachle s vlhkými komínmi veľa dymia. Horné uzatváracie ventily sú obzvlášť účinné pri zamedzovaní prietoku smerom nadol ( ryža. 1v), nastaviteľná v závislosti od rýchlosti spalín v komíne. Prevádzka takýchto ventilov je však nepohodlná.
Ryža. Obr. 2. Závislosť súčiniteľa prebytočného vzduchu a od času ohrevu pece (plná krivka). Bodkovaná krivka je požadovaná spotreba vzduchu G spotreba na úplnú oxidáciu produktov spaľovania palivového dreva (vrátane sadzí a prchavých látok) v spalinách (v relatívnych jednotkách). Prerušovaná krivka predstavuje skutočnú spotrebu vzduchu G potrubia poskytovanú ťahom potrubia (v relatívnych jednotkách). Koeficient prebytočného vzduchu je podielom oddelenia G potrubia na G prietok
K stabilnému a dostatočne silnému ťahu dochádza až po prehriatí stien komína, čo trvá dlho, preto je na začiatku kúrenia vždy málo vzduchu. V tomto prípade je koeficient prebytočného vzduchu menší ako jedna a pec dymí ( ryža. 2). A naopak: na konci vykurovania zostáva komín horúci, ťah zostáva dlhý čas, hoci palivové drevo takmer vyhorelo (koeficient prebytočného vzduchu je viac ako jeden). Kovové pece s kovovými izolovanými komínmi rýchlejšie dosiahnu režim vďaka nízkej tepelnej kapacite v porovnaní s murovanými komínmi.
V rozbore procesov v komíne sa dá pokračovať, no už teraz je jasné, že nech je samotná piecka akokoľvek dobrá, zlý komín dokáže všetky jej prednosti zredukovať na nulu. Samozrejme, v ideálnom prípade by bolo potrebné vymeniť komín moderný systém nútený odvod spalín pomocou elektrického ventilátora s nastaviteľným prietokom a s predkondenzáciou vlhkosti zo spalín. Takýto systém by okrem iného mohol čistiť spaliny od sadzí, oxidu uhoľnatého a iných škodlivých nečistôt, ako aj ochladzovať odvádzané spaliny a zabezpečovať rekuperáciu tepla.
Ale to všetko je v ďalekej budúcnosti. Pre letného obyvateľa a záhradníka môže byť komín niekedy oveľa drahší ako samotná pec, najmä v prípade vykurovania viacúrovňového domu. Saunové komíny sú zvyčajne jednoduchšie a kratšie, ale úroveň tepelného výkonu kachlí môže byť veľmi vysoká. Takéto potrubia sú spravidla veľmi horúce po celej dĺžke, často z nich vyletujú iskry a popol, ale kondenzácia a sadze sú zanedbateľné.
Ak zatiaľ plánujete používať budovu sauny iba ako kúpeľný dom, potrubie môže byť tiež neizolované. Ak uvažujete aj o kúpeľnom dome ako o mieste možného pobytu (prechodný pobyt, prenocovanie), najmä v zime, potom je vhodnejšie potrubie okamžite izolovať a kvalitatívne „na celý život“. Zároveň sa kachle môžu meniť aspoň každý deň, dizajn môže byť vybraný pohodlnejšie a vhodnejšie a potrubie bude rovnaké.
Aspoň ak je rúra zapnutá dlhé horenie(tlejúce palivové drevo), vtedy je izolácia potrubia bezpodmienečne potrebná, pretože pri malom výkone (1 - 5 kW) neizolovaná kovová rúrka úplne vychladne, bude hojne stekať kondenzát, ktorý môže v najväčších mrazoch aj zamrznúť a upchať potrubie ľad. Toto je obzvlášť nebezpečné v prítomnosti mriežky na zachytávanie iskier a dáždnikov s malými priechodnými medzerami. Lapače iskier sú užitočné pri intenzívnom vykurovaní v lete a mimoriadne nebezpečné pri slabom spaľovaní dreva v zime. Z dôvodu možného upchatia potrubí ľadom, inštalácia deflektorov a dáždnikov na komíny bol zakázaný v roku 1991 (a na komínoch plynové pece ešte skôr).
Z rovnakých dôvodov by ste sa nemali nechať uniesť výškou potrubia - úroveň ťahu nie je pre nevratnú saunovú pec taká dôležitá. Ak dymí, vždy môžete miestnosť rýchlo vyvetrať. Ale treba dodržať výšku nad hrebeňom strechy (aspoň 0,5 m), aby sa predišlo prevráteniu ťahu pri nárazoch vetra. Na plochých strechách by potrubie malo vyčnievať nad snehovú pokrývku. V každom prípade je lepšie mať nižšie potrubie, ale teplejšie (ako vyššie, ale chladnejšie). Vysoké komíny sú v zime vždy studené a nebezpečné.
Studené komíny majú veľa nevýhod. Súčasne sa neizolované, ale nie príliš dlhé rúry na kovových kachliach rýchlo zohrejú počas podpaľovania (oveľa rýchlejšie ako tehlové rúry), zostávajú horúce pri intenzívnom zahrievaní, a preto sa veľmi široko používajú v kúpeľoch (a nielen v kúpeľoch). ), najmä preto, že sú relatívne lacné. Azbestocementové rúry sa nepoužívajú na kovové pece, pretože sú ťažké a tiež sa zrútia pri prehriatí s odlietajúcimi úlomkami.
Ryža. 3. Najjednoduchšie konštrukcie kovových komínov: 1 - kovový okrúhly komín; 2 - lapač iskier; 3 - uzáver na ochranu potrubia pred atmosférickými zrážkami; 4 - krokvy; 5 - strešný plášť; 6 - drevené kocky medzi krokvy (alebo trámy) navrhnúť požiarny otvor (prerezanie) v streche alebo strope (ak je to potrebné); 7 - hrebeň strechy; osem - mäkká strecha(strešný materiál, hydrostekloizol, mäkké dlaždice, bitúmenové dosky z vlnitej lepenky atď.); 9 - plech na zastrešenie a zakrytie otvoru (je povolené použiť plochý plech aceidu - azbestocementovú elektroizolačnú dosku); 10 - kovová drenážna podložka; 11 - azbestové tesnenie medzery (škáry); 12 - kovová čiapka-vydra; 13 - stropné nosníky (s vyplnením priestoru izoláciou); 14 - obloženie stropu; 15 - podkrovie (ak je to potrebné); 16 - kovový plech na rezanie stropu; 17 - kovové výstužné rohy; 18 - kovový kryt stropného rezu (ak je to potrebné); 19 - nehorľavá tepelne odolná izolácia (expandovaná hlina, piesok, perlit, minerálna vlna); 20 - ochranná podložka (kovový plech na vrstve azbestovej lepenky s hrúbkou 8 mm); 21 - sito z kovových rúrok.
a) netepelne izolované potrubie;
b) tepelne izolovaná tienená rúra s odporom prestupu tepla najmenej 0,3 m 2 -deg/W (čo zodpovedá hrúbke tehly 130 mm alebo hrúbke izolácie z minerálnej vlny 20 mm).
Na ryža. 3 ukazuje typické schémy zapojenia pre neizolované kovové rúry. Samotné potrubie by malo byť zakúpené z nehrdzavejúcej ocele s hrúbkou najmenej 0,7 mm. Najpopulárnejší priemer ruskej rúry je 120 mm, fínska je 115 mm.
Podľa GOST 9817-95 by mala byť plocha prierezu viacotáčkového komína najmenej 8 cm2 na 1 kW menovitého tepelného výkonu uvoľneného v peci pri spaľovaní dreva. Tento výkon by sa nemal zamieňať s tepelným výkonom tepelne náročnej pece, uvoľneným z vonkajšieho tehlového povrchu pece do miestnosti podľa SNiP 2.04.05-91. Toto je jedno z mnohých našich nedorozumení. normatívne dokumenty. Keďže tepelne náročné pece sú vykurované zvyčajne len 2-3 hodiny denne, výkon v peci je asi desaťkrát väčší ako výkon uvoľňovania tepla z povrchu tehlovej pece.
Nabudúce si povieme niečo o vlastnostiach inštalácie komínov.
Keď sa palivový uhlík spaľuje vo vzduchu podľa rovnice (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2), na každý objem CO2 v produktoch spaľovania pripadá 79: 21 = 3,76 objemov N2.
Pri pálení antracitu sa chudnite čierne uhlie a iných palív s vysokým obsahom uhlíka vznikajú produkty spaľovania, ktoré sú svojím zložením podobné produktom spaľovania uhlíka. Pri spaľovaní vodíka podľa rovnice
42H2+2102+79N2=42H20+79N2
Na každý objem H20 pripadá 79:42 = 1,88 objemu dusíka.
V produktoch spaľovania prírodných, skvapalnených a koksárenských plynov, kvapalných palív, palivového dreva, rašeliny, hnedého uhlia, dlhoplamenného a plynového uhlia a iných palív s významným obsahom vodíka v horľavej hmote, veľký počet vodná para, niekedy presahujúca objem CO2. Prítomnosť vlhkosti v hornej časti
|
Tabuľka 36 Tepelná kapacita, kcal/(m3. °C) |
Živý, prirodzene, zvyšuje obsah vodnej pary v produktoch spaľovania.
Zloženie produktov úplného spaľovania hlavných druhov paliva v stechiometrickom objeme vzduchu je uvedené v tabuľke. 34. Z údajov v tejto tabuľke je zrejmé, že obsah N2 v produktoch spaľovania všetkých druhov palív výrazne prevyšuje celkový obsah C02-f-H20 a v produktoch spaľovania uhlíka je to 79 %.
Produkty spaľovania vodíka obsahujú 65% N2, produkty spaľovania prírodných a skvapalnených plynov, benzínu, vykurovacieho oleja a iných uhľovodíkových palív obsahujú 70-74% N2.
Ryža. 5. Objemová tepelná kapacita
Produkty spaľovania
4 - produkty spaľovania uhlíka
5 - produkty spaľovania vodíka
Priemernú tepelnú kapacitu produktov úplného spaľovania, ktoré neobsahujú kyslík, možno vypočítať podľa vzorca
C \u003d 0,01 (Cc02C02 + Cso2S02 + Cn20H20 + CN2N2) kcal / (m3 - ° С), (VI. 1)
Kde Сс0г, Cso2, СНа0, CNa sú objemové tepelné kapacity oxidu uhličitého, oxidu siričitého, vodnej pary a dusíka a С02, S02, Н20 a N2 sú obsah zodpovedajúcich zložiek v produktoch spaľovania, % (obj.) .
V súlade s týmto vzorcom (VI. 1) má nasledujúcu formu:
C \u003d 0,01 (Cc02 / 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 "°C). (VI.2)
Priemerná objemová tepelná kapacita CO2, H20 a N2 v teplotnom rozsahu od 0 do 2500 °C je uvedená v tabuľke. 36. Krivky charakterizujúce zmenu priemernej objemovej tepelnej kapacity týchto plynov so zvyšujúcou sa teplotou sú znázornené na obr. 5.
Od stola. 16 údaje a krivky znázornené na obr. 5 ukazuje nasledovné:
1. Objemová tepelná kapacita CO2 výrazne prevyšuje tepelnú kapacitu H20, ktorá zasa prevyšuje tepelnú kapacitu N2 v celom teplotnom rozsahu od 0 do 2000 °C.
2. Tepelná kapacita CO2 rastie so zvyšujúcou sa teplotou rýchlejšie ako tepelná kapacita H20 a tepelná kapacita H20 rýchlejšie ako tepelná kapacita N2. Napriek tomu však vážené priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka v stechiometrický objem vzduch sa líši len málo.
Tento na prvý pohľad trochu neočakávaný stav je spôsobený tým, že v produktoch úplného spaľovania uhlíka vo vzduchu pripadá na každý meter kubický CO2, ktorý má najväčšiu objemovú tepelnú kapacitu, 3,76 m3 N2 s minimálnou objemový
|
Priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka v teoreticky potrebnom množstve vzduchu, kcal/(m3-°С)
|
Tepelná kapacita a v produktoch spaľovania vodíka na každý meter kubický vodnej pary, ktorej objemová tepelná kapacita je menšia ako CO2, ale väčšia ako N2, je polovičné množstvo dusíka (1,88 m3).
V dôsledku toho sa priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka vo vzduchu vyrovnajú, ako je možné vidieť z údajov v tabuľke. 37 a porovnanie kriviek 4 a 5 na obr. 5. Rozdiel vo vážených priemerných tepelných kapacitách produktov spaľovania uhlíka a vodíka vo vzduchu nepresahuje 2 %. Prirodzene, tepelné kapacity produktov spaľovania paliva, ktoré pozostáva najmä z uhlíka a vodíka, v stechiometrickom objeme vzduchu ležia v úzkej oblasti medzi krivkami 4 a 5 (na obr. 5 tieňované).
Produkty úplného spaľovania rôznych videov; palivá v stechiometrickom vzduchu v teplotnom rozsahu od 0 do 2100 °C majú nasledujúcu tepelnú kapacitu, kcal/(m3>°C):
Kolísanie tepelnej kapacity produktov spaľovania rôzne druhy palivá sú relatívne malé. o tuhé palivo s vysokým obsahom vlhkosti (palivové drevo, rašelina, hnedé uhlie atď.) je tepelná kapacita produktov spaľovania v rovnakom teplotnom rozsahu vyššia ako u paliva s nízkym obsahom vlhkosti (antracit, uhlie, vykurovací olej, zemný plyn atď. .). Je to spôsobené tým, že pri spaľovaní paliva s vysokým obsahom vlhkosti v splodinách horenia sa zvyšuje obsah vodnej pary, ktorá má vyššiu tepelnú kapacitu v porovnaní s dvojatómovým plynom – dusíkom.
V tabuľke. 38 sú uvedené priemerné objemové tepelné kapacity produktov úplného spaľovania, nezriedených vzduchom, pre rôzne teplotné rozsahy.
Tabuľka 38
|
Hodnota priemerných tepelných kapacít produktov spaľovania paliva a vzduchu nezriedeného vzduchom v teplotnom rozsahu od 0 do t ° С
|
Zvýšenie obsahu vlhkosti v palive zvyšuje tepelnú kapacitu produktov spaľovania v dôsledku zvýšenia obsahu vodnej pary v nich v rovnakom teplotnom rozsahu v porovnaní s tepelnou kapacitou produktov spaľovania paliva s nižšou vlhkosťou. obsahu a zároveň znižuje teplotu spaľovania paliva v dôsledku zvýšenia objemu produktov spaľovania v dôsledku vodného páru.
So zvyšovaním obsahu vlhkosti v palive sa zvyšuje objemová tepelná kapacita produktov spaľovania v danom teplotnom rozsahu a súčasne klesá teplotný interval z 0 na £max v dôsledku poklesu hodnoty<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).
To umožňuje značne zjednodušiť stanovenie kalorimetrických a vypočítaných teplôt spaľovania (podľa metódy opísanej v kapitole VII). Povolená chyba v tomto prípade zvyčajne nepresahuje 1% alebo 20 °.
Z uvažovania kriviek 4 a 5 na obr. 5 je vidieť, že pomer tepelnej kapacity produktov úplného spaľovania uhlíka v stechiometrickom objeme vzduchu v teplotnom rozsahu od 0 do t °C, napríklad od 0 do
|
Tepelná kapacita splodín horenia 0 až t’mayL rôznych druhov tuhých palív s vlhkosťou 0 až 40%, v stechiometrickom objeme vzduchu
|
200 a od 0 do 2100 °C sa prakticky rovnajú pomeru tepelných kapacít produktov spaľovania vodíka v rovnakých teplotných rozsahoch. Uvedený pomer tepelných kapacít C' zostáva pre produkty úplného spaľovania rôznych druhov palív v stechiometrickom objeme vzduchu prakticky konštantný.
V tabuľke. 40 sú znázornené pomery tepelných kapacít produktov úplného spaľovania paliva s nízkym obsahom balastu, ktorý prechádza do plynných splodín horenia (antracit, koks, uhlie, kvapalné palivo, prírodné, ropné, koksárenské plyny atď.) v teplotnom rozsahu od 0 do t ° С a v teplotnom rozsahu od 0 do 2100 °C. Keďže tepelná kapacita týchto druhov palív je blízka 2100 °C, udávaný pomer tepelných kapacít C' sa rovná pomeru tepelných kapacít v teplotnom rozsahu od 0 do t a od 0 do tm&x-
V tabuľke. 40 sú uvedené aj hodnoty C', vypočítané pre produkty spaľovania paliva s vysokým obsahom balastu, ktorý prechádza pri spaľovaní paliva na plynné produkty spaľovania, teda vlhkosť v tuhom palive, dusík a oxid uhličitý v plynnom palivo. Tepelná kapacita týchto druhov palív (drevo, rašelina, hnedé uhlie, zmiešaný generátor, vzduch a vysokopecné plyny) je 1600-1700 °C.
Tabuľka 40
|
Pomer tepelných kapacít splodín horenia C' a vzduchu K v teplotnom rozsahu od 0 do t °C k tepelnej kapacite splodín horenia od 0 do
|
Ako je možné vidieť z tabuľky. 40 sa hodnoty C' a K málo líšia aj pre produkty spaľovania paliva s rôznym obsahom balastu a tepelným výkonom.
Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania
"Štátna technická univerzita v Samare"
Katedra chemickej technológie a priemyselnej ekológie
KURZOVÁ PRÁCA
v odbore "Technická termodynamika a tepelné inžinierstvo"
Téma: Výpočet zariadenia na rekuperáciu tepla z odpadových plynov procesnej pece
Vyplnil: Študent Ryabinina E.A.
Kurz ZF III skupina 19
Kontroloval: konzultant Churkina A.Yu.
Samara 2010
Úvod
Väčšina chemických podnikov produkuje tepelný odpad s vysokou a nízkou teplotou, ktorý možno využiť ako druhotné energetické zdroje (SER). Patria sem spaliny z rôznych kotlov a procesných pecí, chladené prúdy, chladiaca voda a odpadová para.
Tepelné VER vo veľkej miere pokrývajú potrebu tepla jednotlivých odvetví. V dusíkatom priemysle sa teda viac ako 26 % potreby tepla uspokojuje prostredníctvom VER, v priemysle výroby sódy viac ako 11 %.
Počet použitých HORs závisí od troch faktorov: teplota HORs, ich tepelný výkon a kontinuita výkonu.
V súčasnosti je najrozšírenejšie využitie tepla z priemyselných odpadových plynov, ktoré majú vysoký teplotný potenciál pre takmer všetky procesy požiarnej techniky a sú kontinuálne využiteľné vo väčšine priemyselných odvetví. Teplo odpadových plynov je hlavnou zložkou energetickej bilancie. Používa sa hlavne na technologické av niektorých prípadoch na energetické účely (v kotloch na odpadové teplo).
Široké používanie vysokoteplotných tepelných VER je však spojené s vývojom metód na využitie, vrátane tepla horúcich trosiek, produktov atď., nových metód využitia tepla výfukových plynov, ako aj so zlepšením návrhy existujúcich zariadení na využitie.
1. Popis technologickej schémy
V rúrových peciach bez konvekčnej komory alebo v peciach sálavého konvekčného typu, ale s relatívne vysokou počiatočnou teplotou ohrievaného produktu, môže byť teplota spalín relatívne vysoká, čo vedie k zvýšeným tepelným stratám, zníženiu účinnosti pece a vyššiemu obsahu paliva. spotreba. Preto je potrebné využiť teplo odpadových plynov. To sa dá dosiahnuť buď použitím ohrievača vzduchu, ktorý ohrieva vzduch vstupujúci do pece na spaľovanie paliva, alebo inštaláciou kotlov na odpadové teplo, ktoré umožňujú získavať vodnú paru potrebnú pre technologické potreby.
Na realizáciu ohrevu vzduchu sú však potrebné dodatočné náklady na konštrukciu ohrievača vzduchu, dúchadiel, ako aj dodatočný príkon spotrebovaný motorom dúchadla.
Pre zabezpečenie normálnej prevádzky ohrievača vzduchu je dôležité zabrániť možnosti korózie jeho povrchu zo strany prúdenia spalín. Tento jav je možný, keď je teplota povrchu výmeny tepla nižšia ako teplota rosného bodu; zároveň sa časť spalín priamo v kontakte s povrchom ohrievača vzduchu výrazne ochladzuje, vodná para v nich obsiahnutá čiastočne kondenzuje a pohlcovaním oxidu siričitého z plynov vytvára agresívnu slabú kyselinu.
Rosný bod zodpovedá teplote, pri ktorej sa tlak nasýtených pár vody rovná parciálnemu tlaku vodnej pary obsiahnutej v spalinách.
Jedným z najspoľahlivejších spôsobov ochrany pred koróziou je nejakým spôsobom predhrievať vzduch (napríklad vo vodných alebo parných ohrievačoch) na teplotu nad rosným bodom. Takáto korózia sa môže vyskytnúť aj na povrchu konvekčných rúr, ak je teplota suroviny vstupujúcej do pece pod rosným bodom.
Zdrojom tepla na zvýšenie teploty nasýtenej pary je oxidačná reakcia (spaľovanie) primárneho paliva. Spaliny vznikajúce pri spaľovaní odovzdávajú svoje teplo v sálavých a následne konvekčných komorách toku suroviny (para). Prehriata vodná para vstupuje do spotrebiteľa a produkty spaľovania opúšťajú pec a vstupujú do kotla na odpadové teplo. Na výstupe z KU sa nasýtená vodná para privádza späť do parnej prehrievacej pece a spaliny ochladzované napájacou vodou vstupujú do ohrievača vzduchu. Z ohrievača vzduchu vstupujú spaliny do CTAN, kde sa voda prúdiaca cez špirálu ohrieva a ide priamo k spotrebiču a spaliny sú vypúšťané do atmosféry.
2. Výpočet pece
2.1 Výpočet spaľovacieho procesu
Stanovme si nižšiu výhrevnosť spaľovania paliva Q R n. Ak je palivom individuálny uhľovodík, potom jeho výhrevnosť Q R n rovná sa štandardnému spaľovaciemu teplu mínus výparné teplo vody v produktoch spaľovania. Môže sa tiež vypočítať zo štandardných tepelných účinkov tvorby počiatočných a konečných produktov na základe Hessovho zákona.
Pre palivo pozostávajúce zo zmesi uhľovodíkov sa výhrevnosť určuje podľa pravidla aditívnosti:
kde Q pi n- spaľovacie teplo i-zložka paliva;
y i- sústredenie i- zložka paliva v zlomkoch jednotky, potom:
Q R n cm = 35,84 ∙ 0,987 + 63,80 ∙ 0,0033+ 91,32 ∙ 0,0012+ 118,73 ∙ 0,0004 + 146,10 ∙ 0,0001 \u5,75d M. m.
Molárna hmotnosť paliva:
M m = Σ M i ∙ y i ,
kde M i- molárna hmota i- zložka paliva, odtiaľto:
M m = 16,042 ∙ 0,987 + 30,07 ∙ 0,0033 + 44,094 ∙ 0,0012 + 58,120 ∙ 0,0004 + 72,15 ∙ 0,0001 + 44,01 = 0,0001 + 44,00.0.0
kg/m3,
potom Q R n cm, vyjadrené v MJ/kg, sa rovná:
MJ/kg.
Výsledky výpočtu sú zhrnuté v tabuľke. jeden:
Zloženie paliva stôl 1
Stanovme elementárne zloženie paliva, % (hmotnosť):
,
kde n i C , NIH , n i N , n i O- počet atómov uhlíka, vodíka, dusíka a kyslíka v molekulách jednotlivých zložiek tvoriacich palivo;
Obsah každej zložky paliva, hm. %;
x i- obsah každej zložky paliva, hovoria. %;
M i je molárna hmotnosť jednotlivých zložiek paliva;
M m je molárna hmotnosť paliva.
Kontrola zloženia :
C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100 % (hmotn.).
Stanovme si teoretické množstvo vzduchu potrebné na spálenie 1 kg paliva, určíme ho zo stechiometrickej rovnice spaľovacej reakcie a obsahu kyslíka v atmosférickom vzduchu. Ak je známe elementárne zloženie paliva, teoretické množstvo vzduchu L0, kg/kg, sa vypočíta podľa vzorca:
V praxi sa na zabezpečenie úplnosti spaľovania paliva do pece privádza prebytočné množstvo vzduchu, skutočný prietok vzduchu nájdeme pri α = 1,25:
L = aL 0 ,
kde L- skutočná spotreba vzduchu;
α - koeficient prebytočného vzduchu,
L = 1,25∙17,0 = 21,25 kg/kg.
Špecifický objem vzduchu (n.a.) na spaľovanie 1 kg paliva:
kde ρ v= 1,293 - hustota vzduchu za normálnych podmienok,
m 3 / kg.
Zistime množstvo produktov spaľovania vzniknutých pri spaľovaní 1 kg paliva:
ak je známe elementárne zloženie paliva, potom hmotnostné zloženie spalín na 1 kg paliva pri jeho úplnom spálení možno určiť na základe nasledujúcich rovníc:
kde mCO2 , mH20 , m N2 , mO2- hmotnosť zodpovedajúcich plynov, kg.
Celkové množstvo produktov spaľovania:
m p. s = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2,
m p. s= 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 kg/kg.
Kontrola prijatej hodnoty:
kde W f- merná spotreba pary vstrekovača pri spaľovaní kvapalného paliva, kg/kg (pre plynné palivo W f = 0),
Keďže palivom je plyn, zanedbávame obsah vlhkosti vo vzduchu a neberieme do úvahy množstvo vodnej pary.
Nájdite objem produktov spaľovania za normálnych podmienok vytvorených pri spaľovaní 1 kg paliva:
kde m i- hmotnosť zodpovedajúceho plynu vzniknutého pri spaľovaní 1 kg paliva;
ρi- hustota tohto plynu za normálnych podmienok, kg / m 3;
M i je molárna hmotnosť daného plynu, kg/kmol;
22,4 - molárny objem, m 3 / kmol,
m3/kg; 
m3/kg;
m3/kg; 
m 3 / kg.
Celkový objem produktov spaľovania (neuvedených) pri skutočnom prietoku vzduchu:
V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,
V = 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 \u003d 17,89 m 3 / kg.
Hustota produktov spaľovania (neuvedené):
kg/m3.
Vypočítajme tepelnú kapacitu a entalpiu produktov spaľovania 1 kg paliva v rozsahu teplôt od 100 °C (373 K) do 1500 °C (1773 K) pomocou údajov v tabuľke. 2.
Priemerné špecifické tepelné kapacity plynov s p, kJ/(kg∙K) tabuľka 2
| t, °С |
|||||
Entalpia spalín vzniknutých pri spaľovaní 1 kg paliva:
kde s CO2 , s H2O , s N2 , s O2- priemerné špecifické tepelné kapacity pri konštantnom tlaku príslušného trávnika pri teplote t kJ/(kg K);
s t je priemerná tepelná kapacita spalín vzniknutých pri spaľovaní 1 kg paliva pri teplote t kJ/(kg K);
pri 100 °С: kJ/(kg∙K);
pri 200 °С: kJ/(kg∙K);
pri 300 °C: kJ/(kg∙K);
pri 400 °С: kJ/(kg∙K);
pri 500 °С: kJ/(kg∙K);
pri 600 °C: kJ/(kg∙K);
pri 700 °С: kJ/(kg∙K);
pri 800 °С: kJ/(kg∙K);
pri 1000 °С: kJ/(kg∙K);
pri 1500 °C: kJ/(kg∙K);
Výsledky výpočtov sú zhrnuté v tabuľke. 3.
Entalpia produktov spaľovania Tabuľka 3
Podľa tabuľky. 3 vytvorte graf závislosti H t = f ( t ) (obr. 1) pozri prílohu .
2.2 Výpočet tepelnej bilancie pece, účinnosti pece a spotreby paliva
Tepelný tok prijatý vodnou parou v peci (užitočné tepelné zaťaženie):
kde G- množstvo prehriatej vodnej pary za jednotku času, kg/s;
H vp1 a H vp2
Teplotu vystupujúcich spalín berieme na 320 °C (593 K). Straty tepla sálaním do okolia budú 10 %, pričom 9 % sa stratí v sálavej komore a 1 % v konvekčnej komore. Účinnosť pece η t = 0,95.
Zanedbávajú sa tepelné straty z chemického podhorenia, ako aj množstvo tepla vstupujúceho paliva a vzduchu.
Poďme určiť účinnosť pece:
kde uh je entalpia produktov spaľovania pri teplote spalín opúšťajúcich pec, t uh; zvyčajne sa predpokladá, že teplota odchádzajúcich spalín je o 100 - 150 °C vyššia ako počiatočná teplota suroviny na vstupe do pece; q pot- tepelné straty sálaním do okolia, % alebo zlomok poschodie Q ;
Spotreba paliva, kg/s:
kg/s.
2.3 Výpočet sálavej komory a konvekčnej komory
Nastavíme teplotu spalín na priechode: t P\u003d 750 - 850 ° С, akceptujeme
t P= 800 °C (1073 K). Entalpia produktov spaľovania pri teplote na priechode
H P= 21171,8 kJ/kg.
Tepelný tok absorbovaný vodnou parou v sálavých trubiciach:
kde H n je entalpia produktov spaľovania pri teplote spalín na priechode, kJ/kg;
η t - účinnosť pece; odporúča sa, aby sa rovnala 0,95 - 0,98;
Tepelný tok odoberaný vodnou parou v konvekčnom potrubí:
Entalpia vodnej pary na vstupe do sálavého úseku bude:
kJ/kg.
Akceptujeme hodnotu tlakových strát v konvekčnej komore ∆ P Komu= 0,1 MPa, potom:
P Komu = P - P Komu ,
P Komu= 1,2 - 0,1 = 1,1 MPa.
Teplota vstupu vodnej pary do sálavého úseku t Komu= 294 °C, potom bude priemerná teplota vonkajšieho povrchu sálavých trubíc:
kde Δt- rozdiel medzi teplotou vonkajšieho povrchu sálavých rúr a teplotou vodnej pary (suroviny) ohriatej v rúrach; Δt= 20 - 60 °С;
TO.
Maximálna konštrukčná teplota spaľovania:
kde t o- znížená teplota počiatočnej zmesi paliva a vzduchu; meraná ako teplota vzduchu dodávaného na spaľovanie;
VĎAKA.- merná tepelná kapacita produktov spaľovania pri teplote t P;
°C.
o tmax = 1772,8 °С a t n \u003d 800 ° C tepelná hustota absolútne čierneho povrchu qs pre rôzne teploty vonkajšieho povrchu sálavých trubíc má tieto hodnoty:
Θ, °С 200 400 600
qs, W/m2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5
Zostavíme pomocný graf (obr. 2) pozri prílohu, podľa ktorého zistíme hustotu tepla pri Θ = 527 °С: qs\u003d 0,95 ∙ 10 5 W/m 2.
Vypočítame celkový tepelný tok privedený do pece:
Predbežná hodnota plochy ekvivalentná úplne čiernej ploche:
m 2
Akceptujeme stupeň tienenia muriva Ψ = 0,45 a pre α = 1,25 zistíme, že
Hs /H l = 0,73.
Hodnota ekvivalentnej rovnej plochy:
m 2
Akceptujeme jednoradové umiestnenie rúr a krok medzi nimi:
S = 2d n= 2 ∙ 0,152 = 0,304 m. Pre tieto hodnoty je faktor tvaru TO = 0,87.
Hodnota tieneného povrchu muriva:
m 2
Výhrevná plocha sálavých trubíc:
m 2
Vyberáme rúru BB2, jej parametre:
povrch radiačnej komory, m 2 180
plocha konvekčnej komory, m 2 180
pracovná dĺžka pece, m 9
šírka radiačnej komory, m 1,2
verzia b
metóda spaľovania paliva bez plameňa
priemer potrubia radiačnej komory, mm 152×6
priemer potrubia konvekčnej komory, mm 114×6
Počet rúrok v radiačnej komore:
kde d n je vonkajší priemer rúrok v radiačnej komore, m;
l podlaha - užitočná dĺžka sálavých rúr, obmývaných prúdom spalín, m,
l podlaha = 9 - 0,42 = 8,2 m,
.
Tepelné namáhanie povrchu sálavých trubíc:
W/m2.
Určite počet rúrok konvekčnej komory:
Poukladáme ich šachovnicovo po 3 do jedného vodorovného radu. Krok medzi rúrkami S = 1,7 d h = 0,19 m.
Priemerný teplotný rozdiel je určený vzorcom:
°C.
Koeficient prestupu tepla v konvekčnej komore:
W / (m 2 ∙ K).
Tepelné namáhanie povrchu konvekčných rúrok je určené vzorcom:
W/m2.
2.4 Hydraulický výpočet cievky pece
Hydraulický výpočet špirály pece spočíva v určení tlakovej straty vodnej pary v sálavých a konvekčných potrubiach.
kde G
ρ na v.p. - hustota vodnej pary pri priemernej teplote a tlaku v konvekčnej komore, kg / m 3;
d k – vnútorný priemer konvekčných rúr, m;
z k je počet prietokov v konvekčnej komore,
pani.
ν k \u003d 3,311 ∙ 10 -6 m 2 / s.
Hodnota Reynoldsovho kritéria:
m.
Strata trecieho tlaku:
Pa = 14,4 kPa.
Pa = 20,2 kPa.
kde Σ ζ to
- počet otáčok.
Celková tlaková strata:
2.5 Výpočet straty tlaku vodnej pary v radiačnej komore
Priemerná rýchlosť pary:
kde G je prietok vodnej pary prehriatej v peci, kg/s;
ρ r v.p. - hustota vodnej pary pri priemernej teplote a tlaku v konvekčnej komore, kg / m 3;
dр – vnútorný priemer konvekčných rúr, m;
z p je počet prietokov v clnvekčnej komore,
pani.
Kinematická viskozita vodnej pary pri priemernej teplote a tlaku v konvekčnej komore ν p \u003d 8,59 ∙ 10 -6 m 2 / s.
Hodnota Reynoldsovho kritéria:
Celková dĺžka rúr v priamom úseku:
m.
Koeficient hydraulického trenia:
Strata trecieho tlaku:
Pa = 15,1 kPa.
Strata tlaku na prekonanie lokálneho odporu:
Pa = 11,3 kPa,
kde Σ ζ p\u003d 0,35 - koeficient odporu pri otáčaní o 180 ºС,
- počet otáčok.
Celková tlaková strata:
Vykonané výpočty ukázali, že zvolená pec zabezpečí proces prehrievania vodnej pary v danom režime.
3. Výpočet kotla na odpadové teplo
Zistite priemernú teplotu spalín:
kde t 1 - teplota spalín na vstupe,
t 2 – výstupná teplota spalín, °С;
°C (538 K).
Hmotnostný prietok spalín:
kde B - spotreba paliva, kg / s;
Pre spaliny sa špecifické entalpie určujú na základe údajov v tabuľke. 3 a obr. 1 podľa vzorca:
Entalpie chladiacich kvapalín Tabuľka 4
Tepelný tok prenášaný spalinami:
kde H 1 a H 2 - entalpia spalín pri teplote vstupu resp. výstupu KU vznikajúca pri spaľovaní 1 kg paliva, kJ/kg;
B - spotreba paliva, kg/s;
h 1 a h 2 - špecifické entalpie spalín, kJ / kg,
Tepelný tok vnímaný vodou, W:
kde η ku - koeficient využitia tepla v UK; η ku = 0,97;
G n - kapacita pary, kg/s;
h k vp - entalpia nasýtenej vodnej pary pri výstupnej teplote, kJ/kg;
h n v - entalpia napájacej vody, kJ/kg,
Množstvo vodnej pary prijatej v KU je určené vzorcom:
kg/s.
Tepelný tok odoberaný vodou vo vykurovacej zóne:
kde h k in - špecifická entalpia vody pri teplote vyparovania, kJ / kg;
Tepelný tok prenášaný spalinami do vody vo vykurovacej zóne (užitočné teplo):
kde h x je špecifická entalpia spalín pri teplote t x , odtiaľto:
kJ/kg.
Hodnota entalpie spaľovania 1 kg paliva:
Podľa obr. 1 teplota spalín zodpovedajúca hodnote H x = 5700,45 kJ/kg:
t x = 270 °С.
Priemerný teplotný rozdiel vo vykurovacej zóne:
°C.
270 spaliny 210 S prihliadnutím na index protiprúdu:
kde TO f je koeficient prestupu tepla;
m 2
Priemerný teplotný rozdiel vo odparovacej zóne:
°C.
320 spaliny 270 Berúc do úvahy index protiprúdu:
187 vodná para 187
Teplovýmenná plocha vo vykurovacej zóne:
kde TO f je koeficient prestupu tepla;
m 2
Celková teplovýmenná plocha:
F = F n + F ty
F\u003d 22,6 + 80 \u003d 102,6 m 2.
V súlade s GOST 14248-79 vyberáme štandardný výparník s parným priestorom s nasledujúcimi charakteristikami:
priemer puzdra, mm 1600
počet zväzkov rúrok 1
počet rúrok v jednom zväzku 362
teplovýmenná plocha, m 2 170
prierezová plocha jedného zdvihu
potrubím, m 2 0,055
4. Tepelná bilancia ohrievača vzduchu
Atmosférický vzduch s teplotou t ° v-x vstupuje do prístroja, kde sa zahreje na teplotu t x v-x vplyvom tepla spalín.
Spotreba vzduchu, kg / s sa určuje na základe požadovaného množstva paliva:
kde V- spotreba paliva, kg/s;
L- skutočná spotreba vzduchu na spaľovanie 1 kg paliva, kg/kg,
Spaliny, ktoré uvoľňujú svoje teplo, sa ochladzujú z t dg3 = t dg2 predtým t dg4 .
=
kde H3 a H4- entalpie spalín pri teplotách t dg3 a t dg4 kJ/kg, resp.
Tepelný tok vnímaný vzduchom, W:
kde s in-x- priemerná merná tepelná kapacita vzduchu, kJ/(kg K);
0,97 - účinnosť ohrievača vzduchu,
Konečná teplota vzduchu ( t x v-x) sa určí z rovnice tepelnej bilancie:
TO.
5. Tepelná bilancia KTAN
Za ohrievačom vzduchu vstupujú spaliny do kontaktného aparátu s aktívnou tryskou (KTAN), odkiaľ ich teplota klesá t dg5 = t dg4 až do teploty t dg6= 60 °С.
Teplo spalín je odvádzané dvoma samostatnými prúdmi vody. Jeden prúd prichádza do priameho kontaktu so spalinami a druhý si s nimi vymieňa teplo cez stenu cievky.
Tepelný tok odovzdávaný spalinami, W:
kde H5 a H6- entalpie spalín pri teplote t dg5 a t dg6 kJ/kg, resp.
Množstvo chladiacej vody (celkové), kg/s, sa určí z rovnice tepelnej bilancie:
kde η - účinnosť KTAN, η=0,9,
kg/s.
Tepelný tok vnímaný chladiacou vodou, W:
kde G voda- spotreba chladiacej vody, kg/s:
s vodou- merná tepelná kapacita vody, 4,19 kJ/(kg K);
t n voda a t do vody- teplota vody na vstupe a výstupe z KTAN, resp.
6. Výpočet účinnosti zariadenia na rekuperáciu tepla
Pri určovaní hodnoty účinnosti syntetizovaného systému ( η mu) používa sa tradičný prístup.
Výpočet účinnosti zariadenia na rekuperáciu tepla sa vykonáva podľa vzorca:
7. Exergické posúdenie systému "pec - kotol na odpadové teplo".
Exergetická metóda analýzy energetických technologických systémov umožňuje čo najobjektívnejšie a najkvalitnejšie zhodnotiť energetické straty, ktoré sa pri konvenčnom hodnotení pomocou prvého zákona termodynamiky nijako nezistia. V posudzovanom prípade sa ako hodnotiace kritérium používa exergia efektívnosť, ktorá je definovaná ako pomer odstránenej exergie k exergii dodanej do systému:
kde E sub- palivová exergia, MJ/kg;
E resp.- exergia prijatá prúdením vodnej pary v peci a kotle na odpadové teplo.
V prípade plynného paliva je dodaná exergia súčtom exergie paliva ( E sub1) a vzduchová exergia ( E sub2):
kde N n a ale- entalpie vzduchu pri vstupnej teplote pece, resp. teplote okolia, kJ/kg;
To- 298 K (25 °С);
∆S- zmena entropie vzduchu, kJ/(kg K).
Vo väčšine prípadov môže byť hodnota vzduchovej exergie zanedbaná, to znamená:
Pridelená exergia pre uvažovaný systém je súčtom exergie prijatej vodnou parou v peci ( E resp1), a exergiu absorbovanú vodnou parou v CH ( E resp2).
Pre prúd pary ohrievaný v peci:
kde G- spotreba pary v peci, kg/s;
H vp1 a H vp2- entalpie vodnej pary na vstupe a výstupe z pece, kJ/kg;
ΔS vp- zmena entropie vodnej pary, kJ/(kg K).
Pre prúdenie vodnej pary získanej v HV:
kde G n- spotreba pary v CU, kg/s;
h do ch- entalpia nasýtených vodných pár na výstupe z KU, kJ/kg;
h n v- entalpia napájacej vody na vstupe do KU, kJ/kg.
E resp. = E otv1 + E otv2 ,
E resp.\u003d 1965,8 + 296,3 \u003d 2262,1 J / kg.
Záver
Po vykonaní výpočtu pre navrhované zariadenie (rekuperácia tepla odpadových plynov z procesnej pece) môžeme konštatovať, že pre dané zloženie paliva, produktivitu pece z hľadiska vodnej pary a ďalších ukazovateľov je účinnosť syntetizovaný systém je vysoký, takže inštalácia je efektívna; ukázalo sa to aj pri exergickom posúdení systému "pec - kotol na odpadové teplo", avšak z hľadiska nákladov na energiu je inštalácia veľmi neuspokojivá a je potrebné ju zlepšiť.
Zoznam použitej literatúry
1. Haraz D .A. Spôsoby využívania druhotných energetických zdrojov v chemickom priemysle / D. I. Kharaz, B. I. Psakhis. - M.: Chémia, 1984. - 224 s.
2. Scoblo A . A. Skoblo A.I., Tregubova I.A., Yu.K., Molokanov. - 2. vyd., prepracované. a dodatočné – M.: Chémia, 1982. – 584 s.
3. Pavlov K .F. Príklady a úlohy v priebehu procesov a aparátov chemickej technológie: Proc. Manuál pre vysoké školy / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Noskov; Ed. P. G. Romanková. - 10. vydanie, prepracované. a dodatočné - L.: Chémia, 1987. - 576 s.
Dodatok
