Štát vzdelávacia inštitúcia vyššie odborné vzdelanie
„Štát Samara Technická univerzita»
Katedra chemickej technológie a priemyselnej ekológie
KURZOVÁ PRÁCA
v odbore "Technická termodynamika a tepelné inžinierstvo"
Téma: Výpočet zariadenia na rekuperáciu tepla pre odpadové plyny z procesnej pece
Vyplnil: Študent Ryabinina E.A.
ZF kurz 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 OZE z veľkej časti pokrývajú potreby tepla jednotlivých odvetví. V dusíkatom priemysle sa teda viac ako 26 % potreby tepla uspokojuje prostredníctvom obnoviteľných zdrojov energie a v priemysle výroby sódy - viac ako 11 %.
Počet použitých SER závisí od troch faktorov: teplota SER, ich tepelný výkon a kontinuita výstupu.
V súčasnosti je najrozšírenejšie spätné získavanie tepla z odpadových priemyselných plynov, ktoré pre takmer všetky procesy požiarnej techniky majú vysoký teplotný potenciál a je možné ich nepretržite využívať vo väčšine priemyselných odvetví. Teplo výfukových plynov je hlavnou zložkou energetickej bilancie. Používa sa predovšetkým na technologické, v niektorých prípadoch aj na energetické účely (v kotloch na odpadové teplo).
Široké používanie vysokoteplotných tepelných HER je však spojené s rozvojom metód recyklácie, vrátane tepla horúcich trosiek, produktov atď., nových metód recyklácie tepla odpadových plynov, ako aj zlepšovania návrhov existujúcich recyklačné zariadenia.
1. Popis technologická schéma
V rúrových peciach, ktoré nemajú konvekčnú komoru, alebo v sálavých konvekčných peciach, ale s relatívne vysokou počiatočnou teplotou ohrievaného produktu môže byť teplota spalín relatívne vysoká, čo vedie k zvýšeným tepelným stratám, poklesu v účinnosti pece a vyššej spotrebe paliva. Preto je potrebné využiť teplo z výfukových plynov. Dá sa to 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 ohrev vzduchu sú však potrebné dodatočné náklady na konštrukciu ohrievača vzduchu, dúchadla, ako aj dodatočná spotreba elektriny spotrebovanej motorom dúchadla.
Na zabezpečenie normálnej prevádzky ohrievača vzduchu je dôležité zabrániť možnosti korózie jeho povrchu na strane prietoku spalín. Tento jav je možný, keď je teplota teplovýmennej plochy pod teplotou rosného bodu; v tomto prípade sa časť spalín v priamom kontakte s povrchom ohrievača vzduchu výrazne ochladí, 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 nasýtenej vodnej pary rovná parciálnemu tlaku vodnej pary obsiahnutej v spalinách.
Jedným z najspoľahlivejších spôsobov ochrany pred koróziou je nejakým spôsobom predhrievanie vzduchu (napríklad vo vode resp parné ohrievače) na teplotu nad rosným bodom. Takáto korózia sa môže vyskytnúť aj na povrchu konvekčných rúr, ak je teplota vsádzky vstupujúcej do pece pod rosným bodom.
Zdrojom tepla na zvýšenie teploty nasýtenej pary je oxidačná (spaľovacia) reakcia primárneho paliva. Spaliny vznikajúce pri spaľovaní odovzdávajú svoje teplo v sálavých a následne konvekčných komorách prúdeniu suroviny (vodnej pare). Prehriata vodná para sa dodáva spotrebiteľovi a produkty spaľovania opúšťajú pec a vstupujú do kotla na odpadové teplo. Na výstupe z HRSG sa nasýtená vodná para privádza späť do pece na prehrievanie pary a spaliny ochladené napájacou vodou vstupujú do ohrievača vzduchu. Z ohrievača vzduchu vstupujú spaliny do KTAN, kde sa voda vstupujúca cez špirálu ohrieva a ide priamo k spotrebiču a spaliny sa uvoľňujú do atmosféry.
2. Výpočet pece
2.1 Výpočet spaľovacieho procesu
Určme nižšie spaľovacie teplo paliva Q R n. Ak je palivom individuálny uhľovodík, potom jeho spaľovacie teplo Q R n rovná sa štandardnému teplu spaľovania mínus teplo odparovania vody obsiahnuté v produktoch spaľovania. Môže sa tiež vypočítať pomocou štandardných tepelných účinkov tvorby počiatočných a konečných produktov na základe Hessovho zákona.
Pre palivo pozostávajúce zo zmesi uhľovodíkov je spalné teplo určené pravidlom 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 = 35,75 MJ/m 3
Molárna hmotnosť paliva:
Mm = 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 0,0001 + 2 8 01 0.0001 + 44.00.0 0,007 = 16,25 kg/mol.
kg/m3,
Potom Q R n cm, vyjadrené v MJ/kg, sa rovná:
MJ/kg.
Výsledky výpočtu sú zhrnuté v tabuľke. 1:
Zloženie paliva stôl 1
Určme 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, hmotnosť. %;
x i- obsah každej zložky paliva, mol. %;
M i- molárna hmotnosť jednotlivých zložiek paliva;
M m- molárna hmotnosť paliva.
Kontrola zloženia :
C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100 % (hmotn.).
Stanovme 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 L 0, kg/kg, vypočítané podľa vzorca:
V praxi sa na zabezpečenie úplného spálenia paliva do pece privádza prebytočné množstvo vzduchu, nájdime skutočný prietok vzduchu pri α = 1,25:
L = αL 0 ,
Kde L- skutočný prietok vzduchu;
α - koeficient prebytočného vzduchu,
L = 1,25∙17,0 = 21,25 kg/kg.
Merný objem vzduchu (č.) na spaľovanie 1 kg paliva:
Kde ρ v= 1,293 – hustota vzduchu za normálnych podmienok,
m3/kg.
Zistite, aké množstvo produktov spaľovania vzniká pri spaľovaní 1 kg paliva:
ak je známe elementárne zloženie paliva, potom je možné určiť hmotnostné zloženie spalín na 1 kg paliva pri úplnom spaľovaní na základe nasledujúcich rovníc:
Kde mCO2 , m H20 , m N2 , m O2- 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.
Skontrolujeme výslednú hodnotu:
Kde W f- merná spotreba pary z trysky 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;
ρ i- hustota daného plynu za normálnych podmienok, kg/m 3 ;
M i- molárna hmotnosť daného plynu, kg/kmol;
22,4 - molárny objem, m 3 /kmol,
m3/kg; 
m3/kg;
m3/kg; 
m3/kg.
Celkový objem produktov spaľovania (počet) pri skutočnom prietoku vzduchu:
V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,
V = 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 = 17,89 m3/kg.
Hustota produktov spaľovania (č.):
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 р, kJ/(kg∙K) tabuľka 2
| t, °С |
|||||
Entalpia spalín vznikajúcich pri spaľovaní 1 kg paliva:
Kde s CO2 , s H2O , s N2 , s O2- priemerná merná tepelná kapacita pri konštantnom tlaku príslušného trávnika pri teplote t kJ/(kg K);
s t- priemerná tepelná kapacita spalín vzniknutých pri spaľovaní 1 kg paliva pri teplote t kJ/(kg K);
pri 100 °C: kJ/(kg∙K);
pri 200 °C: kJ/(kg∙K);
pri 300 °C: kJ/(kg∙K);
pri 400 °C: kJ/(kg∙K);
pri 500 °C: kJ/(kg∙K);
pri 600 °C: kJ/(kg∙K);
pri 700 °C: kJ/(kg∙K);
pri 800 °C: kJ/(kg∙K);
pri 1000 °C: kJ/(kg∙K);
pri 1500 °C: kJ/(kg∙K);
Výsledky výpočtu sú zhrnuté v tabuľke. 3.
Entalpia produktov spaľovania Tabuľka 3
Podľa tabuľky. 3 zostavte graf závislosti H t = f ( t ) (obr. 1) pozri prílohu .
2.2 Výpočet tepelná bilancia pec, účinnosť pece a spotreba paliva
Tepelný tok absorbovaný vodnou parou v peci (užitočné tepelné zaťaženie):
Kde G- množstvo prehriatej vodnej pary za jednotku času, kg/s;
H ch1 A N ch2
Teplotu spalín považujeme za 320 °C (593 K). Tepelné straty sálaním v životné prostredie bude predstavovať 10 %, pričom 9 % z nich sa stratí v sálavej komore a 1 % v konvekčnej komore. Účinnosť pece η t = 0,95.
Zanedbávame tepelné straty chemickým podhorením, ako aj množstvo tepla vstupujúceho paliva a vzduchu.
Poďme určiť účinnosť pece:
Kde N uh- entalpia produktov spaľovania pri teplote spalín opúšťajúcich pec, t uh; teplota výfukových spalín sa zvyčajne považuje o 100 - 150 °C vyššia ako počiatočná teplota surovín na vstupe do pece; q pot- tepelné straty sálaním do okolia, % alebo zlomok Q poschodie ;
Spotreba paliva, kg/s:
kg/s.
2.3 Výpočet sálavej komory a konvekčnej komory
Nastavíme teplotu spalín na priechode: t P= 750 - 850 °C, akceptovať
t P= 800 °C (1073 K). Entalpia produktov spaľovania pri teplote na priechode
H P= 21171,8 kJ/kg.
Tepelný tok prijímaný vodnou parou v sálavých trubiciach:
Kde N 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 absorbovaný vodnou parou v konvekčnom potrubí:
Entalpia vodnej pary na vstupe do sálavého úseku bude:
kJ/kg.
Akceptujeme hodnotu tlakovej straty 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 °C;
TO.
Maximálna konštrukčná teplota spaľovania:
Kde t o- znížená teplota počiatočnej zmesi paliva a vzduchu; sa považuje za rovnajúcu sa teplote vzduchu dodávaného na spaľovanie;
VĎAKA.- merná tepelná kapacita produktov spaľovania pri teplote t P;
°C.
O tmax = 1772,8 °C a t n = 800 °C tepelná intenzita absolútne čierneho povrchu qs pre rôzne teploty vonkajšieho povrchu sálavých trubíc má tieto hodnoty:
Θ, °С 200 400 600
qs, W/m 2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5
Zostavíme pomocný graf (obr. 2) pozri prílohu, z ktorej zistíme intenzitu tepla pri Θ = 527 °C: qs= 0,95 ∙ 105 W/m2.
Vypočítame celkový tepelný tok privedený do ohniska:
Predbežná hodnota plochy ekvivalentného absolútne čierneho povrchu:
m 2
Akceptujeme stupeň tienenia muriva Ψ = 0,45 a pre α = 1,25 zistíme, že
Hs /H l = 0,73.
Množstvo ekvivalentného rovného povrchu:
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.
Množstvo tienenej plochy muriva:
m 2
Vyhrievacia 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
vykonanie b
spôsob spaľovania paliva bez plameňa
priemer rúrok radiačnej komory, mm 152×6
priemer rúrok 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. Rozstup rúr S = 1,7 d n = 0,19 m.
Priemerný teplotný rozdiel je určený vzorcom:
°C.
Súčiniteľ prestupu tepla v konvekčná komora:
W/(m2∙K).
Tepelné namáhanie povrchu konvekčných rúrok je určené vzorcom:
W/m2.
2.4 Hydraulický výpočet cievky pece
Hydraulický výpočet pece pozostáva zo stanovenia tlakovej straty vodnej pary v sálacom a konvekčnom potrubí.
Kde G
ρ na v.p. – hustota vodnej pary pri priemernej teplote a tlaku v konvekčnej komore, kg/m3;
d k – vnútorný priemer konvekčných rúr, m;
z k – počet prietokov v konvekčnej komore,
pani.
ν k = 3,311 ∙ 10-6 m2/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 vodnej pary:
Kde G– spotreba vodnej pary prehriatej v peci, kg/s;
ρ r v.p. – hustota vodnej pary pri priemernej teplote a tlaku v konvekčnej komore, kg/m3;
dр – vnútorný priemer konvekčných rúr, m;
z p – počet prietokov v konvekčnej komore,
pani.
Kinematická viskozita vodnej pary pri priemernej teplote a tlaku v konvekčnej komore ν p = 8,59 ∙ 10-6 m2/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 р= 0,35 – koeficient odporu pri otočení o 180 ºС,
- počet otáčok.
Celková tlaková strata:
Z výpočtov vyplynulo, že zvolená pec zabezpečí proces prehrievania vodnej pary v zadanom režime.
3. Výpočet kotla na odpadové teplo
Poďme zistiť priemernú teplotu spalín:
Kde t 1 – teplota spalín na vstupe,
t 2 – teplota spalín na výstupe, °C;
°C (538 K).
Hmotnostný prietok spalín:
kde B je spotreba paliva, kg/s;
Pre spaliny sa špecifická entalpia určuje na základe údajov v tabuľke. 3 a obr. 1 podľa vzorca:
Entalpie chladiacich kvapalín Tabuľka 4
Tepelný tok prenášaný spalinami:
Kde N 1 a H 2 - entalpia spalín pri teplote vstupu, resp. výstupu HRSG, vzniknutá pri spaľovaní 1 kg paliva, kJ/kg;
B - spotreba paliva, kg/s;
h 1 a h 2 - merná entalpia spalín, kJ/kg,
Tepelný tok absorbovaný vodou, W:
Kde η ku je koeficient využitia tepla v HRSG; η ku = 0,97;
G n - výroba pary, kg/s;
h kvp je entalpia nasýtenej vodnej pary pri výstupnej teplote, kJ/kg;
h n in - entalgia napájacej vody, kJ/kg,
Množstvo vodnej pary prijatej v HRSG je určené vzorcom:
kg/s.
Tepelný tok prijatý 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 – merná entalpia spalín pri teplote t x, odtiaľto:
kJ/kg.
Hodnota entalpie spaľovania 1 kg paliva:
Podľa obr. 1 teplota dymu zodpovedajúca hodnote H x = 5700,45 kJ/kg:
t x = 270 °C.
Priemerný teplotný rozdiel vo vykurovacej zóne:
°C.
270 spaliny 210 S prihliadnutím na index protiprúdu:
Kde TO f – 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 – koeficient prestupu tepla;
m 2
Celková teplovýmenná plocha:
F = F n + F ty
F= 22,6 + 80 = 102,6 m2.
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 b-x vplyvom tepla spalín.
Spotreba vzduchu, kg/s sa určuje na základe požadovaného množstva paliva:
Kde IN- spotreba paliva, kg/s;
L- skutočná spotreba vzduchu na spálenie 1 kg paliva, kg/kg,
Spaliny, ktoré odovzdávajú svoje teplo, sa ochladzujú t dgz = t dg2 predtým t dg4 .
=
Kde H 3 A H 4- entalpia spalín pri teplotách t dg3 A t dg4 kJ/kg, resp.
Tepelný tok absorbovaný vzduchom, W:
Kde s v-x- priemerná merná tepelná kapacita vzduchu, kJ/(kg K);
0,97 - účinnosť ohrievača vzduchu,
Konečná teplota vzduchu ( t x b-x) sa určí z rovnice tepelnej bilancie:
TO.
5. Tepelná bilancia KTAN
Po ohrievači vzduchu vstupujú spaliny do kontaktné zariadenie s aktívnou tryskou (KTAN), kde ich teplota klesá od t dg5 = t dg4 až do teploty t dg6= 60 °C.
Teplo zo 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 vydávaný spalinami, W:
Kde H 5 A H 6- entalpia 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 je účinnosť KTAN, η=0,9,
kg/s.
Tepelný tok absorbovaný chladiacou vodou, W:
Kde G voda- spotreba chladiacej vody, kg/s:
s vodou- merná tepelná kapacita vody, 4,19 kJ/(kg K);
tn vody 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 že) sa používa tradičný prístup.
Účinnosť zariadenia na rekuperáciu tepla sa vypočíta podľa vzorca:
7. Exergické posúdenie systému pec - kotol na odpadové teplo
Exergetická metóda analýzy systémov energetických technológií umožňuje najobjektívnejšie a najkvalitnejšie posúdiť straty energie, ktoré nie sú pri konvenčnom hodnotení podľa prvého zákona termodynamiky nijako identifikované. V posudzovanom prípade sa ako hodnotiace kritérium používa exergická účinnosť, ktorá je definovaná ako pomer extrahovanej exergie k exergii dodanej do systému:
Kde E sub- palivová exergia, MJ/kg;
E odpoveď- exergia absorbovaná 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 subv2):
Kde N n A ale- entalpia vzduchu pri teplote vstupu do pece a teplote okolia, kJ/kg;
To-298 K (25 °C);
ΔS- zmena entropie vzduchu, kJ/(kg K).
Vo väčšine prípadov možno veľkosť vzduchovej exergie zanedbať, to znamená:
Odstránená exergia pre uvažovaný systém pozostáva z exergie absorbovanej vodnou parou v peci ( E diera1) a exergiu absorbovanú vodnou parou v HRSG ( E otvor 2).
Pre prúd pary zohriaty v rúre:
Kde G- spotreba pary v peci, kg/s;
N ch1 A N ch2- entalpia vodnej pary na vstupe a výstupe z pece, kJ/kg;
PS podpredseda- zmena entropie vodnej pary, kJ/(kg K).
Pre tok vodnej pary prijatej v HRSG:
Kde Gn- spotreba pary v HRSG, kg/s;
h do ch- entalpia nasýtenej vodnej pary na výstupe z HRSG, kJ/kg;
h n v- entalpia napájacej vody na vstupe do HRSG, kJ/kg.
E odpoveď = E otvor1 + E otvor2 ,
E odpoveď= 1965,8 + 296,3 = 2262,1 J/kg.
Záver
Po vykonaní výpočtov pre navrhované zariadenie (rekuperácia tepla z výfukových plynov technologickej pece) môžeme konštatovať, že pre dané zloženie paliva, produktivitu pece z hľadiska vodnej pary a ďalšie ukazovatele je hodnota účinnosti syntetizovaného systém je vysoký, takže inštalácia je efektívna; Ukázalo sa to aj pri exergickom hodnotení systému pec-odpad-kotol, avšak pokiaľ ide o náklady na energiu, inštalácia ponecháva veľa požiadaviek a vyžaduje zlepšenie.
Zoznam použitej literatúry
1. Kharaz D .A. Spôsoby využitia druhotných energetických zdrojov v chemickom priemysle / D. I. Kharaz, B. I. Psakhis. – M.: Chémia, 1984. – 224 s.
2. Skoblo A . A. Procesy a aparáty rafinérskeho a petrochemického priemyslu / A. I. Skoblo, I. A. Tregubova, Yu. K., Molokanov. – 2. vyd., prepracované. a dodatočné – M.: Chémia, 1982. – 584 s.
3. Pavlov K .F. Príklady a úlohy na kurz procesov a aparátov chemickej technológie: Učebnica. Manuál pre vysoké školy / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Noskov; Ed. P. G. Romanková. – 10. vyd., prepracované. a dodatočné – L.: Chémia, 1987. – 576 s.
Aplikácia
Vlhký vzduch je zmesou suchého vzduchu a vodnej pary. V nenasýtenom vzduchu je vlhkosť v stave prehriatej pary, a preto možno vlastnosti vlhkého vzduchu približne opísať zákonmi ideálnych plynov.
Hlavné vlastnosti vlhkého vzduchu sú:
1. Absolútna vlhkosť g, ktorá určuje množstvo vodnej pary obsiahnutej v 1 m 3 vlhkého vzduchu. Vodná para zaberá celý objem zmesi, takže absolútna vlhkosť vzduchu sa rovná hmotnosti 1 m 3 vodnej pary alebo hustoty pary, kg/m 3
2. Relatívna vlhkosť vzduchu j sa vyjadruje pomerom absolútnej vlhkosti vzduchu k jeho maximálnej možnej vlhkosti pri rovnakom tlaku a teplote alebo pomerom hmotnosti vodnej pary obsiahnutej v 1 m 3 vlhkého vzduchu k hmotnosti vodná para potrebná na úplné nasýtenie 1 m 3 vlhkého vzduchu pri rovnakom tlaku a teplote.
Relatívna vlhkosť určuje stupeň nasýtenia vzduchu vlhkosťou:
, (1.2)
kde je parciálny tlak vodnej pary zodpovedajúci jej hustote Pa; - tlak nasýtených pár pri rovnakej teplote, Pa; - maximálne možné množstvo pary v 1 m 3 nasýteného vlhkého vzduchu, kg/m 3 ; - hustota pary pri jej parciálnom tlaku a teplote vlhkého vzduchu, kg/m3.
Vzťah (1.2) je platný len vtedy, keď môžeme predpokladať, že para kvapaliny je ideálny plyn až po bod nasýtenia.
Hustota vlhkého vzduchu r je súčet hustôt vodnej pary a suchého vzduchu pri parciálnych tlakoch 1 m 3 vlhkého vzduchu pri teplote vlhkého vzduchu. T, TO:
(1.3)
kde je hustota suchého vzduchu pri jeho parciálnom tlaku 1 m 3 vlhkého vzduchu, kg/m 3 ; - parciálny tlak suchého vzduchu, Pa; - plynová konštanta suchého vzduchu, J/(kg×K).
Vyjadrením a použitím stavovej rovnice pre vzduch a vodnú paru získame
, (1.5)
kde je hmotnostný tok vzduchu a vodnej pary, kg/s.
Tieto rovnosti platia pre rovnaký objem V vlhký vzduch a rovnakú teplotu. Vydelením druhej rovnosti prvou získame ďalší výraz pre obsah vlhkosti
. (1.6)
Ak tu dosadíme hodnoty plynových konštánt pre vzduch J/(kg × K) a pre vodnú paru J/(kg × K), dostaneme hodnotu obsahu vlhkosti vyjadrenú v kilogramoch vodnej pary na 1 kg suchého vzduchu.
. (1.7)
Nahradenie parciálneho tlaku vzduchu hodnotou , kde z predchádzajúceho a IN– barometrický tlak vzduchu v rovnakých jednotkách ako R, získame pre vlhký vzduch pod barometrickým tlakom
. (1.8)
Pri danom barometrickom tlaku teda vlhkosť vzduchu závisí len od parciálneho tlaku vodnej pary. Maximálny možný obsah vlhkosti vo vzduchu, odkiaľ
. (1.9)
Keďže saturačný tlak sa zvyšuje s teplotou, maximálne možné množstvo vlhkosti, ktoré môže byť obsiahnuté vo vzduchu, závisí od jeho teploty a čím je teplota vyššia, tým je väčšia. Ak sú rovnice (1.7) a (1.8) vyriešené pre a , potom dostaneme
(1.10)
. (1.11)
Objem vlhkého vzduchu v kubických metroch na 1 kg suchého vzduchu sa vypočíta podľa vzorca
(1.12)
Špecifický objem vlhkého vzduchu v, m 3 /kg, sa určí vydelením objemu vlhkého vzduchu hmotnosťou zmesi na 1 kg suchého vzduchu:
Vlhký vzduch ako chladivo je charakterizovaný entalpiou (v kilojouloch na 1 kg suchého vzduchu), rovná sume entalpie suchého vzduchu a vodnej pary
(1.14)
kde je merná tepelná kapacita suchého vzduchu, kJ/(kg×K); t– teplota vzduchu, °C; i- entalpia prehriatej pary, kJ/kg.
Entalpia 1 kg suchej nasýtenej vodnej pary pri nízkych tlakoch je určená empirickým vzorcom, kJ/kg:
kde je konštantný koeficient približne rovný entalpii pary pri teplote 0 °C; = 1,97 kJ/(kg×K) – merná tepelná kapacita pary.
Nahradenie hodnôt i do vyjadrenia (1.14) a ak vezmeme špecifickú tepelnú kapacitu suchého vzduchu konštantnú a rovnú 1,0036 kJ/(kg×K), zistíme entalpiu vlhkého vzduchu v kilojouloch na 1 kg suchého vzduchu:
Na určenie parametrov vlhkého plynu sa používajú rovnice podobné tým, ktoré sú diskutované vyššie.
, (1.17)
kde je plynová konštanta skúmaného plynu; R- tlak plynu.
Plynová entalpia, kJ/kg,
kde je merná tepelná kapacita plynu, kJ/(kg×K).
Absolútna vlhkosť plynu:
. (1.19)
Pri výpočte kontaktných výmenníkov tepla pre chladiace kvapaliny vzduch-voda môžete použiť údaje v tabuľke. 1.1-1.2 alebo vypočítané závislosti pre stanovenie fyzikálno-chemických parametrov vzduchu (1.24-1.34) a vody (1.35). Pre spaliny možno použiť údaje v tabuľke 1. 1.3.
Hustota mokrého plynu, kg/m3:
, (1.20)
kde je hustota suchého plynu pri 0 °C, kg/m3; M g, M p – molekulové hmotnosti plyn a para.
Dynamický viskozitný koeficient vlhkého plynu, Paxs:
, (1.21)
kde je koeficient dynamickej viskozity vodnej pary, Pa×s; - koeficient dynamickej viskozity suchého plynu, Pa×s; 
- hmotnostná koncentrácia pary, kg/kg.
Špecifická tepelná kapacita mokrého plynu, kJ/(kg×K):
Súčiniteľ tepelnej vodivosti vlhkého plynu, W/(m×K):
, (1.23)
Kde k- adiabatický index; IN– koeficient (pre monatomické plyny IN= 2,5; pre dvojatómové plyny IN= 1,9; pre triatómové plyny IN = 1,72).
Tabuľka 1.1. Fyzikálne vlastnosti suchý vzduch ( R= 0,101 MPa)
| t, °C | , kg/m3 | , kJ/(kg×K) | , W/(m×K) | , Paxs | m2/s | Pr |
| -20 | 1,395 | 1,009 | 2,28 | 16,2 | 12,79 | 0,716 |
| -10 | 1,342 | 1,009 | 2,36 | 16,7 | 12,43 | 0,712 |
| 1,293 | 1,005 | 2,44 | 17,2 | 13,28 | 0,707 | |
| 1,247 | 1,005 | 2,51 | 17,6 | 14,16 | 0,705 | |
| 1,205 | 1,005 | 2,59 | 18,1 | 15,06 | 0,703 | |
| 1,165 | 1,005 | 2,67 | 18,6 | 16,00 | 0,701 | |
| 1,128 | 1,005 | 2,76 | 19,1 | 16,96 | 0,699 | |
| 1,093 | 1,005 | 2,83 | 19,6 | 17,95 | 0,698 | |
| 1,060 | 1,005 | 2,90 | 20,1 | 18,97 | 0,696 | |
| 1,029 | 1,009 | 2,96 | 20,6 | 20,02 | 0,694 | |
| 1,000 | 1,009 | 3,05 | 21,1 | 21,09 | 0,692 | |
| 0,972 | 1,009 | 3,13 | 21,5 | 22,10 | 0,690 | |
| 0,946 | 1,009 | 3,21 | 21,9 | 23,13 | 0,688 | |
| 0,898 | 1,009 | 3,34 | 22,8 | 25,45 | 0,686 | |
| 0,854 | 1,013 | 3,49 | 23,7 | 27,80 | 0,684 | |
| 0,815 | 1,017 | 3,64 | 24,5 | 30,09 | 0,682 | |
| 0,779 | 1,022 | 3,78 | 25,3 | 32,49 | 0,681 | |
| 0,746 | 1,026 | 3,93 | 26,0 | 34,85 | 0,680 | |
| 0,674 | 1,038 | 4,27 | 27,4 | 40,61 | 0,677 | |
| 0,615 | 1,047 | 4,60 | 29,7 | 48,33 | 0,674 | |
| 0,566 | 1,059 | 4,91 | 31,4 | 55,46 | 0,676 | |
| 0,524 | 1,068 | 5,21 | 33,6 | 63,09 | 0,678 | |
| 0,456 | 1,093 | 5,74 | 36,2 | 79,38 | 0,687 | |
| 0,404 | 1,114 | 6,22 | 39,1 | 96,89 | 0,699 | |
| 0,362 | 1,135 | 6,71 | 41,8 | 115,4 | 0,706 | |
| 0,329 | 1,156 | 7,18 | 44,3 | 134,8 | 0,713 | |
| 0,301 | 1,172 | 7,63 | 46,7 | 155,1 | 0,717 | |
| 0,277 | 1,185 | 8,07 | 49,0 | 177,1 | 0,719 | |
| 0,257 | 1,197 | 8,50 | 51,2 | 199,3 | 0,722 | |
| 0,239 | 1,210 | 9,15 | 53,5 | 233,7 | 0,724 |
Termofyzikálne vlastnosti suchého vzduchu možno priblížiť nasledujúcimi rovnicami.
Kinematická viskozita suchého vzduchu pri teplotách od -20 do +140 °C, m 2 /s:
Pa; (1,24)
a od 140 do 400 °C, m2/s:
. (1.25)
Tabuľka 1.2. Fyzikálne vlastnosti vody v stave nasýtenia
| t, °C | , kg/m3 | , kJ/(kg×K) | , W/(m×K) | m2/s | , N/m | Pr | |
| 999,9 | 4,212 | 55,1 | 1,789 | -0,63 | 756,4 | 13,67 | |
| 999,7 | 4,191 | 57,4 | 1,306 | 0,7 | 741,6 | 9,52 | |
| 998,2 | 4,183 | 59,9 | 1,006 | 1,82 | 726,9 | 7,02 | |
| 995,7 | 4,174 | 61,8 | 0,805 | 3,21 | 712,2 | 5,42 | |
| 992,2 | 4,174 | 63,5 | 0,659 | 3,87 | 696,5 | 4,31 | |
| 988,1 | 4,174 | 64,8 | 0,556 | 4,49 | 676,9 | 3,54 | |
| 983,2 | 4,179 | 65,9 | 0,478 | 5,11 | 662,2 | 2,98 | |
| 977,8 | 4,187 | 66,8 | 0,415 | 5,70 | 643,5 | 2,55 | |
| 971,8 | 4,195 | 67,4 | 0,365 | 6,32 | 625,9 | 2,21 | |
| 965,3 | 4,208 | 68,0 | 0,326 | 6,95 | 607,2 | 1,95 | |
| 958,4 | 4,220 | 68,3 | 0,295 | 7,52 | 588,6 | 1,75 | |
| 951,0 | 4,233 | 68,5 | 0,272 | 8,08 | 569,0 | 1,60 | |
| 943,1 | 4,250 | 68,6 | 0,252 | 8,64 | 548,4 | 1,47 | |
| 934,8 | 4,266 | 68,6 | 0,233 | 9,19 | 528,8 | 1,36 | |
| 926,1 | 4,287 | 68,5 | 0,217 | 9,72 | 507,2 | 1,26 | |
| 917,0 | 4,313 | 68,4 | 0,203 | 10,3 | 486,6 | 1,17 | |
| 907,4 | 4,346 | 68,3 | 0,191 | 10,7 | 466,0 | 1,10 | |
| 897,3 | 4,380 | 67,9 | 0,181 | 11,3 | 443,4 | 1,05 | |
| 886,9 | 4,417 | 67,4 | 0,173 | 11,9 | 422,8 | 1,00 | |
| 876,0 | 4,459 | 67,0 | 0,165 | 12,6 | 400,2 | 0,96 | |
| 863,0 | 4,505 | 66,3 | 0,158 | 13,3 | 376,7 | 0,93 |
Hustota vlhkého plynu, kg/m3.
Keď sa palivový uhlík spaľuje na vzduchu podľa rovnice (21C+2102 + 79N2=21C02 + 79N2), na každý objem C02 v produktoch spaľovania pripadá 79:21 = 3,76 objemov N2.
Pri spaľovaní antracitu, chudého uhlia a iných druhov palív s vysokým obsahom uhlíka vznikajú produkty spaľovania, ktoré sú svojím zložením podobné splodinám spaľovania uhlíka. Pri spaľovaní vodíka podľa rovnice
42H2+2102+79N2=42H20+79N2
Pre každý objem H20 je 79:42 = 1,88 objemu dusíka.
V produktoch spaľovania prírodných, skvapalnených a koksových plynov, kvapalných palív, palivového dreva, rašeliny, hnedého uhlia, dlhohorného a plynného uhlia a iných druhov palív s významným obsahom vodíka v horľavej hmote, veľké množstvo vodná para, niekedy presahujúca objem CO2. Prítomnosť vlhkosti v hornej časti
|
Tabuľka 36 Tepelná kapacita, kcal/(mZ. °C) |
Lieve prirodzene zvyšuje obsah vodnej pary v produktoch spaľovania.
Zloženie produktov úplného spaľovania hlavných druhov paliva v sto chiometrickom objeme vzduchu je uvedené v tabuľke. 34. Z údajov v tejto tabuľke je zrejmé, že v produktoch spaľovania všetkých druhov palív obsah N2 výrazne prevyšuje celkový obsah C02-f-H20 a v produktoch spaľovania uhlíka je to 79 %.
Produkty spaľovania vodíka obsahujú 65 % N2, zatiaľ čo produkty spaľovania prírodných a skvapalnených plynov, benzínu, vykurovacieho oleja a iných druhov uhľovodíkových palív obsahujú 70 – 74 %.
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 pomocou vzorca
C = 0,01 (Cc02C02 + Cso2S02 + C„20H20 + CN2N2) kcal/(m3-°C), (VI. 1)
Kde Сс0г, Csо2, 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, % (objem).
V súlade s tým má vzorec (VI. 1) nasledujúcu formu:
C = 0,01. (Cc02/a02 + CH10H20-bCNi! N2) kcal/(m3°C). (VI.2)
Priemerná objemová tepelná kapacita C02, 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 s rastúcou teplotou sú na obr. 5.
Z tých, ktoré sú uvedené v tabuľke. 16 údaje a krivky znázornené na obr. 5 je viditeľné 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 sa však vážené priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka v stechiometrickom objeme vzduchu líšia len málo.
Táto situácia, na prvý pohľad trochu neočakávaná, je spôsobená tým, že v produktoch úplného spaľovania uhlíka vo vzduchu pre každý meter kubický CO2, ktorý má najvyššiu objemovú tepelnú kapacitu, predstavuje 3,76 m3 N2 s minimálnou objemovou tepelnou kapacitou
|
Priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka v teórii požadované množstvo vzduch, 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, pripadá polovičné množstvo dusíka (1,88 m3) .
V dôsledku toho sa priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka vo vzduchu vyrovnávajú, 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 palív, pozostávajúcich hlavne z uhlíka a vodíka, v stechiometrickom objeme vzduchu ležia v úzkej oblasti medzi krivkami 4 a 5 (na obr. 5 vytieňované).
Produkty úplného spaľovania rôznych typov; 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. U 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, čierne uhlie, vykurovací olej, zemný plyn , atď.) . Vysvetľuje sa to tým, že pri spaľovaní paliva s vysokým obsahom vlhkosti splodiny horenia zvyšujú obsah vodnej pary, ktorá má vyššiu tepelnú kapacitu v porovnaní s dvojatómovým plynom – dusíkom.
V tabuľke Obrázok 38 ukazuje priemerné objemové tepelné kapacity produktov úplného spaľovania, nezriedených vzduchom, pre rôzne teplotné rozsahy.
Tabuľka 38
|
Hodnota priemerných tepelných kapacít splodín horenia paliva a vzduchu neriedeného vzduchom v rozsahu teplôt od 0 do t °C
|
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 nižším obsahom vlhkosti a súčasne znižuje teplotu spaľovania paliva v dôsledku zvýšenia objemu produktov spaľovania v dôsledku vodného páru.
So zvyšujúcim sa obsahom vlhkosti v palive sa zvyšuje objemová tepelná kapacita splodín horenia v danom teplotnom rozsahu a zároveň klesá teplotný rozsah od 0 do £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 výrazne zjednodušiť stanovenie kalorimetrických a vypočítaných teplôt spaľovania (podľa metódy opísanej v kapitole VII). Povolená chyba v tomto prípade zvyčajne nepresahuje 1% alebo 20°.
Zo skúmania kriviek 4 a 5 na obr. 5 je vidieť, že pomer produktov tepelnej kapacity úplného spálenia uhlíka v stechiometrickom objeme vzduchu v teplotnom rozsahu od 0 do t°C, napríklad od 0 do
|
Tepelná kapacita splodín horenia od 0 do t’mayL rôznych druhov tuhých palív s obsahom vlhkosti od 0 do 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 je znázornený pomer tepelných kapacít produktov úplného spaľovania paliva s nízkym obsahom balastu, ktorý sa mení na plynné produkty spaľovania (antracit, koks, uhlie, kvapalné palivo, zemný plyn, ropa, koksárenské plyny atď.) v teplotnom rozsahu od 0 do t °C 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 hodnoty C', vypočítané pre produkty spaľovania paliva s vysokým obsahom balastu, ktorý sa pri spaľovaní paliva mení na plynné produkty spaľovania, t.j. vlhkosť v tuhom palive, dusík a oxid uhličitý v plynnom palive. Tepelný výkon týchto druhov palív (palivové 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.
Termofyzikálne vlastnosti plynných produktov spaľovania, potrebné na výpočet závislosti rôznych parametrov od teploty daného plynného média, je možné stanoviť na základe hodnôt uvedených v tabuľke. Uvedené závislosti pre tepelnú kapacitu sa získajú najmä vo forme:
C psm = a -1/ d,
Kde a = 1,3615803; b = 7,0065648; c = 0,0053034712; d = 20,761095;
C psm = a + bT sm + cT 2 sm,
Kde a = 0,94426057; b = 0,00035133267; c = -0,0000000539.
Prvá závislosť je výhodnejšia z hľadiska presnosti aproximácie, druhá závislosť sa môže použiť na výpočty s nižšou presnosťou.
Fyzikálne parametre spalín
(at P = 0,0981 MPa; R C02 = 0,13; p H20 = 0,11; R N2 = 0,76)
| t, °С | y, Nm-3 | s p W(m2°C)-1 | A102, W(mK)-1 | A· 106, m2 · s -1 | μ · 106, Pa · s | v· 106, m2 · s -1 | Pr |
| 12,704 | 1,04 | 2,28 | 16,89 | 15,78 | 12,20 | 0,72 | |
| 9,320 | 1,07 | 3,13 | 30,83 | 20,39 | 21,54 | 0,69 | |
| 7,338 | 1,10 | 4,01 | 48,89 | 24,50 | 32,80 | 0,67 | |
| 6,053 | 1,12 | 4,84 | 69,89 | 28,23 | 45,81 | 0,65 | |
| 5,150 | 1,15 | 5,70 | 94,28 | 31,69 | 60,38 | 0,64 | |
| 4,483 | 1,18 | 6,56 | 121,14 | 34,85 | 76,30 | 0,63 | |
| 3,973 | 1,21 | 7,42 | 150,89 | 37,87 | 93,61 | 0,62 | |
| 3,561 | 1,24 | 8,27 | 183,81 | 40,69 | 112,10 | 0,61 | |
| 3,237 | 1,26 | 9,15 | 219,69 | 43,38 | 131,80 | 0,60 | |
| 2,953 | 1,29 | 10,01 | 257,97 | 45,91 | 152,50 | 0,59 | |
| 2,698 | 1,31 | 10,90 | 303,36 | 48,36 | 174,30 | 0,58 | |
| 2,521 | 1,32 | 11,75 | 345,47 | 40,90 | 197,10 | 0,57 | |
| 2,354 | 1,34 | 12,62 | 392,42 | 52,99 | 221,00 | 0,56 |
DODATOK 3
(odkaz)
Priepustnosť vzduchu a dymu vzduchových potrubí a ventilov
1. Na určenie netesností alebo netesností vzduchu vo vzťahu k ventilačným kanálom systémov na reguláciu dymu možno použiť nasledujúce vzorce získané aproximáciou tabuľkových údajov:
pre vzduchové kanály triedy H (v rozsahu tlaku 0,2 - 1,4 kPa): AL = A(R - b)s, Kde AL- úniky vzduchu (únik), m 3 /m 2 h; R- tlak, kPa; A = 10,752331; b = 0,0069397038; s = 0,66419906;
pre vzduchovody triedy P (v rozsahu tlaku 0,2 - 5,0 kPa): kde a = 0,00913545; b =-3,1647682 · 108; c =-1,2724412 · 109; d = 0,68424233.
2. Pre požiarne bezpečnostné normálne uzavreté ventily číselné hodnoty špecifických charakteristík odolnosti proti prenikaniu dymu a plynu v závislosti od teploty plynu zodpovedajú údajom získaným počas skúšobných požiarnych skúšok rôznych výrobkov na experimentálnej základni VNIIPO:
| 1. Všeobecné ustanovenia. 2 2. Počiatočné údaje. 3 3. Odvetrávanie dymu. 4 3.1. Odstraňovanie produktov spaľovania priamo z horiacej miestnosti. 4 3.2. Odstraňovanie produktov spaľovania z oblastí susediacich s oblasťou horenia. 7 4. Zabezpečte vetranie proti dymu. 9 4.1. Prívod vzduchu na schodisko. 9 4.2. Prívod vzduchu do výťahových šácht.. 14 4.3. Prívod vzduchu do vzduchových uzáver.. 16 4.4. Kompenzačný prívod vzduchu. 17 5. Technické vlastnosti zariadenia. 17 5.1. Zariadenia pre systémy odsávania dymu. 17 5.2. Zariadenia pre prívodné a dymové ventilačné systémy. 21 6. Režimy riadenia paľby. 21 Literatúra.. 22 Príloha 1. Stanovenie hlavných parametrov požiarneho zaťaženia priestorov. 22 Príloha 2. Termofyzikálne vlastnosti spalín. 24 Príloha 3. Priepustnosť vzduchu a dymu vzduchových potrubí a ventilov. 25 |
Spaľovacie teplo. Nižšia výhrevnosť suchého plynného paliva Qf sa pohybuje v širokom rozmedzí od 4 do 47 MJ/m3 a závisí od jeho zloženia – pomeru a kvality horľavých a nehorľavých
Komponenty. Najnižšiu hodnotu Qf má vysokopecný plyn, ktorého priemerné zloženie je približne 30 % horľavých plynov (hlavne oxidu uhoľnatého CO) a približne 60 % nehorľavého dusíka N2. Najväčší
Hodnota Qf pre pridružené plyny, ktorých zloženie sa vyznačuje vysokým obsahom ťažkých uhľovodíkov. Spaľovacie teplo zemných plynov kolíše v úzkom rozmedzí Qf = 35,5...37,5 MJ/m3.
Nižšia výhrevnosť jednotlivých plynov obsiahnutých v plynných palivách je uvedená v tabuľke. 3.2. Metódy na určenie výhrevnosti plynného paliva nájdete v časti 3.
Hustota. Existujú absolútne a relatívne hustoty plynov.
Absolútna hustota plynu pg, kg/m3, je hmotnosť plynu na 1 m3 objemu, ktorý zaberá tento plyn. Pri výpočte hustoty jednotlivého plynu sa jeho objem v kilomoloch rovná 22,41 m3 (ako pre ideálny plyn).
Relatívna hustota plynu Rotn je pomer absolútnej hustoty plynu za normálnych podmienok a podobnej hustoty vzduchu:
Rotn = Рг / Рв = Рг / 1,293, (6,1)
Kde pg, pE sú, v tomto poradí, absolútna hustota plynu a vzduchu za normálnych podmienok, kg/m3. Relatívne hustoty plynov sa bežne používajú na vzájomné porovnanie rôznych plynov.
Hodnoty absolútnej a relatívnej hustoty jednoduchých plynov sú uvedené v tabuľke. 6.1.
Hustota plynnej zmesi pjM, kg/m3 sa určuje na základe pravidla aditívnosti, podľa ktorého sa vlastnosti plynov sčítavajú podľa ich objemového podielu v zmesi:
kde Xj je objemový obsah 7. plynu v palive, %; (rg); - hustota j-tého plynu obsiahnutého v palive, kg/m3; n je počet jednotlivých plynov v palive.
Hodnoty hustoty plynných palív sú uvedené v tabuľke. P.5.
Hustotu plynu p, kg/m3 v závislosti od teploty a tlaku možno vypočítať pomocou vzorca
Kde p0 je hustota plynu za normálnych podmienok (T0 = 273 K a p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p a T sú skutočný tlak kPa a absolútna teplota plynu K.
Takmer všetky druhy plynného paliva sú ľahšie ako vzduch, takže ak dôjde k úniku, plyn sa hromadí pod stropmi. Z bezpečnostných dôvodov pred spustením kotla nezabudnite skontrolovať neprítomnosť plynu na najpravdepodobnejších miestach jeho akumulácie.
Viskozita plynov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Hodnoty koeficientu dynamickej viskozity p, Pa-s, možno vypočítať pomocou empirickej rovnice Cesaire-Lenda
Tabuľka 6.1
Charakteristika komponentov plynového paliva (pri t - O °C chr = 101,3 kPa)
|
Chemický |
Molová hmotnosť M, |
Hustota |
Objemová koncentrácia |
||
|
Názov plynu |
Absolútna |
Relatívna |
Limity iónovej horľavosti plynu zmiešaného so vzduchom, % |
||
|
Horľavé plyny |
|||||
|
propylén |
|||||
|
Oxid uhoľnatý |
|||||
|
Sírovodík |
|||||
|
Nehorľavé plyny |
|||||
|
Oxid uhličitý |
|||||
|
Oxid siričitý |
|||||
|
Kyslík |
|||||
|
Vzduch atmosféry. |
|||||
|
vodná para |
Kde p0 je koeficient dynamickej viskozity plynu za normálnych podmienok (G0 = 273 K a p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T - absolútna teplota plynu, K; C je koeficient v závislosti od druhu plynu, K, prevzatý z tabuľky. 6.2.
Pre zmes plynov možno koeficient dynamickej viskozity približne určiť z hodnôt viskozity jednotlivých zložiek:
kde gj je hmotnostný podiel j-tého plynu v palive, %; Tsy je koeficient dynamickej viskozity j-tej zložky, Pa-s; n je počet jednotlivých plynov v palive.
V praxi je široko používaný kinematický viskozitný koeficient V, m2/s, ktorý
Toto súvisí s dynamickou viskozitou p prostredníctvom závislosti hustoty p
V = r/r. (6.6)
S prihliadnutím na (6.4) a (6.6) možno koeficient kinematickej viskozity v, m2/s v závislosti od tlaku a teploty vypočítať pomocou vzorca
Kde v0 je koeficient kinematickej viskozity plynu za normálnych podmienok (Go = 273 K a p0 = 101,3 kPa), m2/s; p a G sú skutočný tlak kPa a absolútna teplota plynu K; C je koeficient v závislosti od druhu plynu, K, prevzatý z tabuľky. 6.2.
Hodnoty kinematických viskozitných koeficientov pre plynné palivá sú uvedené v tabuľke. S.9.
Tabuľka 6.2
Koeficienty viskozity a tepelnej vodivosti zložiek plynného paliva
(pri t = 0 °C ir = 101,3 kPa)
|
Názov plynu |
Viskozitný koeficient |
Súčiniteľ tepelnej vodivosti NO3, W/(m-K) |
Sutherlandov koeficient C, K |
|
|
Dynamický r-106, Pa-s |
Kinematická v-106, m2/s |
|||
|
Horľavé plyny |
||||
|
propylén |
||||
|
Oxid uhoľnatý |
||||
|
Sírovodík |
||||
|
Nehorľavé plyny Oxid uhličitý |
||||
|
Kyslík |
||||
|
Atmosférický vzduch |
||||
|
Vodná para pri 100 °C |
Tepelná vodivosť. Prenos molekulárnej energie v plynoch je charakterizovaný koeficientom tepelnej vodivosti ‘k, W/(m-K). Súčiniteľ tepelnej vodivosti je nepriamo úmerný tlaku a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou. Hodnoty koeficientu X je možné vypočítať pomocou Sutherlandovho vzorca
Kde X.0 je súčiniteľ tepelnej vodivosti plynu za normálnych podmienok (G0 = 273 K a Po = 101,3 kPa), W/(m-K); p a T sú skutočný tlak kPa a absolútna teplota plynu K; C je koeficient v závislosti od druhu plynu, K, prevzatý z tabuľky. 6.2.
Hodnoty súčiniteľov tepelnej vodivosti pre plynné palivá sú uvedené v tabuľke. S.9.
Tepelná kapacita plynného paliva na 1 m3 suchého plynu závisí od jeho zloženia a je všeobecne definovaná ako
4L=0 0,01 (CH2H2+Cco0+
СН4СН4 + сСО2сОг +- + сх. X;), (6.9) kde сН2, сС0, сСш, сС02,…, сх. - tepelná kapacita jednotlivých zložiek paliva, respektíve vodíka, oxidu uhoľnatého, metánu, oxidu uhličitého a i-tej zložky, kJ/(m3-K); H2, CO, CH4, C02, …, Xg--
Tepelné kapacity horľavých zložiek plynného paliva sú uvedené v tabuľke. Položka 6, nehorľavé - v tabuľke. P.7.
Tepelná kapacita mokrého plynného paliva
Sggtl, kJ/(m3-K), je definovaný ako
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Výbušnosť. Zmes horľavého plynu a vzduchu v určitých pomeroch v prítomnosti ohňa alebo dokonca iskry môže explodovať, t.j. proces vznietenia a horenia prebieha rýchlosťou blízkou rýchlosti zvuku. Výbušné koncentrácie horľavého plynu vo vzduchu závisia od chemického zloženia a vlastností plynu. Objemové koncentračné limity vznietenia pre jednotlivé horľavé plyny zmiešané so vzduchom sú uvedené vyššie v tabuľke. 6.1. Najširšie limity horľavosti majú vodík (4...74 % objemu) a oxid uhoľnatý (12,5...74 %). Pre zemný plyn priemerná dolná a horná hranica horľavosti je 4,5 a 17 % objemu; pre koksárenskú pec - 5,6 a 31%; pre doménu - 35 a 74 %.
Toxicita. Toxicita sa vzťahuje na schopnosť plynu spôsobiť otravu živých organizmov. Stupeň toxicity závisí od typu plynu a jeho koncentrácie. Najnebezpečnejšími zložkami plynu sú v tomto smere oxid uhoľnatý CO a sírovodík H2S.
Toxicita plynných zmesí je určená najmä koncentráciou najtoxickejšej zložky prítomnej v zmesi, pričom jej škodlivé účinky sa spravidla výrazne zvyšujú v prítomnosti iných škodlivých plynov.
Prítomnosť a koncentráciu škodlivých plynov vo vzduchu je možné určiť pomocou špeciálneho zariadenia - analyzátora plynov.
Takmer všetky zemné plyny sú bez zápachu. Na zistenie úniku plynu a prijatie bezpečnostných opatrení sa zemný plyn pred vstupom do potrubia odorizuje, to znamená, že sa nasýti látkou, ktorá má štipľavý zápach (napríklad merkaptány).
Spalné teplo rôznych druhov paliva sa značne líši. Napríklad pre vykurovací olej je to viac ako 40 MJ/kg a pre vysokopecný plyn a niektoré značky ropných bridlíc - asi 4 MJ/kg. Zloženie energetických palív sa tiež značne líši. Rovnaké kvalitatívne charakteristiky v závislosti od typu a značky paliva sa teda môžu navzájom kvantitatívne výrazne líšiť.
Uvedené vlastnosti paliva. Pre porovnávaciu analýzu sa v úlohe charakteristík, ktoré zovšeobecňujú kvalitu paliva, používajú dané charakteristiky paliva, %-kg/MJ, ktoré sa vo všeobecnosti vypočítajú pomocou vzorca
kde xg je ukazovateľ kvality pracovného paliva, %; Q[ - špecifické spalné teplo (najnižšie), MJ/kg.
Takže napríklad pre výpočet zníženého
Vlhkosť obsah popola síra S„p a
Dusík N^p (pre prevádzkový stav paliva)
Vzorec (7.1) má nasledujúcu formu, %-kg/MJ:
TOC o "1-3" h z KP=Kl GT; (7,2)
4f=l7e[; (7,3)
Snp=S'/Єї; (7,4)
^p=N7 Q[. (7,5)
Ako jasný príklad je uvedené nasledujúce porovnanie orientačné za podmienky spaľovania rôznych palív v kotloch s rovnakým tepelným výkonom. Teda porovnanie zníženej vlhkosti uhlia pri Moskve
Značka 2B (WЈp = 3,72 %-kg/MJ) a nazarov-
Uhlie 2B (W^p = 3,04 %-kg/MJ) ukazuje, že v prvom prípade bude množstvo vlhkosti vnesenej do ohniska kotla s palivom približne 1,2-krát väčšie ako v druhom, a to aj napriek tomu, že prevádzková vlhkosť uhlia pri Moskve (W[ = 31%) je nižšia ako vlhkosť uhlia
Nazarovské uhlie (Wf= 39 %).
Podmienečné palivo. V energetike, na porovnanie efektívnosti využitia paliva v rôznych kotolniach, na plánovanie výroby a spotreby paliva v ekonomických výpočtoch, bol zavedený koncept referenčného paliva. Ako štandardné palivo je akceptované také palivo, ktorého merné spalné teplo (najnižšie) sa v prevádzkovom stave rovná Qy T = 29300 kJ/kg (resp.
7000 kcal/kg).
Pre každé prírodné palivo existuje takzvaný bezrozmerný tepelný ekvivalent E, ktorý môže byť viac alebo menej ako jeden:
-
Ďalšie
-
koreňová škrupina
-
Ďalšie
-
-
-
koreňová škrupina