Vlastnosti spalín verzus teplota. Fyzikálne vlastnosti vzduchu, plynov a vody. Hustota spalín sa vypočíta podľa vzorca

2. teplo odvádzané výfukovými plynmi. Určme tepelnú kapacitu spalín pri tux = 8000C;

3. tepelné straty murivom tepelnou vodivosťou.

Straty cez klenbu

Hrúbka klenby je 0,3 m, materiál je šamot. Pripúšťame, že teplota vnútorného povrchu kupoly 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

Pri lineárnom rozložení teploty po hrúbke steny bude priemerná teplota šamotu 5500C a diatomitu 1500C.

Preto.

Celková strata murovaním

4. Podľa praktických údajov sa tepelné straty chladiacou vodou rovnajú 10 % Qx príjmu, teda Qx + Qp

5. Nezapočítané straty sa akceptujú 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. celkový počet horákov 20ks. Určte odhadované množstvo vzduchu prichádzajúceho 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))

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 z odpadových plynov 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 VER do značnej miery pokrývajú potrebu tepla jednotlivých odvetví. V dusíkatom priemysle sa teda viac ako 26 % potreby tepla uspokojuje prostredníctvom VER, v priemysle sódy viac ako 11 %.

Počet použitých HORs závisí od troch faktorov: teploty HOR, ich tepelného výkonu a kontinuity 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 využitia, 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 sálavých konvekčných peciach, ktoré však majú relatívne vysokú počiatočnú teplotu ohrievaného produktu, môže byť teplota výfukových plynov relatívne vysoká, čo vedie k zvýšeným tepelným stratám, zníženiu účinnosti pece a vyšším spotreba paliva. 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.

Na 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 vode resp parné ohrievače) na teploty 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 ∙ J 0,0001 \u5,75d 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 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, 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 % (hmotnosť).

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 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,

m3/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 týchto 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; m3/kg.

Celkový objem produktov spaľovania (n.a.) 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) z 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 zachytený 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 považujeme za 320 °C (593 K). Tepelné straty sálaním v životné prostredie bude 10 %, pričom 9 % z nich sa stratí v sálavej komore a 1 % v konvekčnej komore. Účinnosť pece η t = 0,95.

Zanedbávajú sa tepelné straty chemickým podhorením, 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 Q poschodie ;

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 rozdielne teploty vonkajší povrch sálavých trubíc má tieto významy:

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, umývaných prúdom spalín, m,

l poschodie \u003d 9 - 0,42 \u003d 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.

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 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.

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 IN- 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

Po ohrievači vzduchu vstupujú spaliny do kontaktný prístroj s aktívnym tesnením (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 je ako hodnotiace kritérium použitá exergia, 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 využitia 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. Procesy a zariadenia rafinérskeho a petrochemického priemyslu. - 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.

Aplikácia

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.

Spaľovaním antracitu, chudého uhlia 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, dlhohorného a plynového uhlia a iných 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/(m3. °C)

Živý, prirodzene, zvyšuje obsah vodnej pary v produktoch spaľovania.

Zloženie produktov úplné spálenie hlavné druhy paliva v stechiometrickom objeme vzduchu sú 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 s rastúcou 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 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 skutočnosťou, že v produktoch úplného spaľovania uhlíka vo vzduchu pre každého meter kubický CO2, ktorý má najvyššiu objemovú tepelnú kapacitu, predstavuje 3,76 m3 N2 s minimálnou objemovou

Priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka sú teoreticky požadované množstvo vzduch, kcal/(m3-°С) Tepelná kapacita produktov spaľovania Priemerná hodnota tepelnej kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka Odchýlky od priemeru Percento odchýlky DS 100 uhlíka Vodík

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 sú priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka vo vzduchu vyrovnané, 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 hlavne 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 Tepelná kapacita produktov spaľovania, kcal/(mі ■ °С) Tepelná kapacita, kcal/(m3. °C) Prírodné, ropa, koksárenské plyny, kvapalné palivá, čierne uhlie, antracit Palivové drevo, rašelina, hnedé uhlie, generátorové a vysokopecné plyny vysokopecný plyn

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 nižšie teplo Teplo - vyrábať Tepelná kapacita produktov spaľovania z O "o'shah kcal / (m" ° С) Spaľovanie, kcal/kg telo, T' °С 'max- ^ Doneck antracit Poloantracit Egorshinsky PA horľavá hmota Pracovné palivo Uhlie Doneck Skinny T, horľavá hmota Skinny T, pracovné palivo Zaparené mastné, pankreas Plyn G Dlhý plameň D Promprodukt PP Kuzneckij Anzhero-Sudzhensky parné spekanie PS Leninský plyn G Prokopyevskiy slabo spekacia SS Karaganda Zaparený tuk a zaparené pečivo pankreas/PS Kizelov zaparený tukový pankreas Vorkuta zaparený tukový pankreas G1 kvarchelsky (GSSR) Zaparený tukový pankreas Promprodukt PP Tkvibulsky (GSSR) plyn G Co. k-Yangaksky (Kirgizská SSR) plyn G Hnedé uhlie Čeľabinsk Teologický Podmoskovny Hrudka Frézovanie

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 produktov spaľovania (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, uvedený 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, t.j. 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 produktov spaľovania C' a vzduchu K v teplotnom rozsahu od 0 do t °C k tepelnej kapacite produktov spaľovania od 0 do Teplota Palivo so zníženou tepelnou odolnosťou Teplota Palivo s vysokým tepelným výkonom Palivo so zníženou tvorbou tepla - vodeodolnosť

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.

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 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 vodnej pary potrebnej 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 nasýtenej pary 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/m 3 .

Vzťah (1.2) platí len vtedy, keď možno predpokladať, že para kvapaliny je ideálnym plynom až do stavu 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 stavovou rovnicou pre vzduch a vodnú paru dostaneme

, (1.5)

kde je hmotnostný prietok vzduchu a vodnej pary, kg/s.

Tieto rovnosti platia pre rovnaký objem V vlhký vzduch pri rovnakej teplote. Vydelením druhej rovnosti prvou dostaneme 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 je barometrický tlak vzduchu v rovnakých jednotkách ako R, dostaneme pre vlhký vzduch pod barometrickým tlakom

. (1.8)

Pri danom barometrickom tlaku teda vlhkosť vzduchu závisí iba 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 to čím viac, tým vyššia je teplota. 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 nosič tepla je charakterizovaný entalpiou (v kilojouloch na 1 kg suchého vzduchu), ktorá sa rovná súčtu entalpií suchého vzduchu a vodnej pary.

(1.14)

kde je merná tepelná kapacita suchého vzduchu, kJ/(kg×K); t– teplota vzduchu, °С; 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 merné teplo suchého vzduchu konštantné a rovné 1,0036 kJ / (kg × K), zistíme entalpiu vlhkého vzduchu v kilojouloch na 1 kg suchého vzduchu:

Rovnice podobné tým, ktoré sú diskutované vyššie, sa používajú na určenie parametrov mokrého plynu.

, (1.17)

kde je plynová konštanta pre skúšobný plyn; 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 tepelné nosiče 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 / m 3; Mg, Mp sú molekulové hmotnosti plynu a pár.

Koeficient dynamickej viskozity mokrého 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 mokrého plynu, W/(m×K):

, (1.23)

Kde k je 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 suchého vzduchu ( R= 0,101 MPa)

t, °C	, kg/m 3	, 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 °С, m2/s:

. (1.25)

Tabuľka 1.2. Fyzikálne vlastnosti vody v stave nasýtenia

t, °C	, kg/m 3	, 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 mokrého plynu, kg/m3.

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 urobiť s komínom. 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 a t 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 určená teplotným rozdielom medzi spalinami a vonkajším vzduchom, ako aj prierezom komína. 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). Je to 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 pece. 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 otvárať ventily na potrubí viac a viac.

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 nám 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 prúd 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 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, pri vysokých teplotách spalín je prietok vzduchu 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.

Zapnuté ryža. 1a je schematicky znázornená pec, do ktorej sa privádza vzduch 2 a spaliny 6 sa odvádzajú komínom, dokonca aj ohniskom. Toto klesajúce prúdenie môže nahradiť „bežný“ prúd vzduchu cez dúchadlo 2. Aj keď sú kachle uzamknuté všetkými dvierkami a všetky klapky nasávania vzduchu sú zatvorené, kachle môžu stále horieť v dôsledku vzduchu prichádzajúceho zhora. Mimochodom, to sa často stáva, keď uhlie vyhorí so zatvorenými dverami 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 studený prúd 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.

Spád vzduchu v potrubí je nebezpečný najmä v hmlistom počasí: spaliny nedokážu odpariť najmenšie kvapôčky vody, ochladzujú sa, ťah sa znižuje a môžu sa aj prevrátiť. Kachle zároveň silno dymia, nevzpaľujú sa.

Z rovnakého dôvodu kachle s vlhkými komínmi veľa dymia. Horné posúvače sú obzvlášť účinné pri zabraňovaní toku smerom nadol ( ryža. 1c), 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 zohriatí 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 dlho, 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 bez ohľadu na to, aká dobrá je samotná piecka, všetky jej výhody dokáže zlý komín znížiť na nulu. Samozrejme, v ideálnom prípade by komín musel byť nahradený moderným systémom núteného odťahu spalín pomocou elektrického ventilátora s regulovateľným 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 (prechodné bydlisko, 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.

Prinajmenšom, ak kachle pracujú v režime dlhodobého horenia (tlejúce palivové drevo), izolácia potrubia je absolútne nevyhnutná, pretože pri nízkych výkonoch (1 - 5 kW) neizolovaná kovová rúrka úplne vychladne, kondenzát bude bohato prúdi, čo môže v najkrutejších mrazoch aj zamrznúť a zablokovať potrubie ľadom. 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 zanášania potrubí ľadom bola v roku 1991 (a ešte skôr na komíny plynových sporákov) zakázaná montáž deflektorov a dáždnikov na komíny.

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 je potrebné dodržať výšku nad hrebeňom strechy (aspoň 0,5 m), aby sa zabránilo 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 zahrievajú počas podpaľovania (oveľa rýchlejšie ako tehlové rúry), zostávajú horúce pri intenzívnom zahrievaní, a preto sú veľmi široko používané 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 lietajúcimi úlomkami.

Ryža. 3. Najjednoduchšie návrhy kovových komínov: 1 - kovový okrúhly komín; 2 - lapač iskier; 3 - uzáver na ochranu potrubia pred atmosférickými zrážkami; 4 - krokvy; 5 - strešný plášť; 6 - drevené bloky medzi krokvami (alebo nosníkmi) na návrh požiarneho otvoru (rezu) v streche alebo strope (ak je to potrebné); 7 - hrebeň strechy; 8 - mäkké strešné krytiny (strešný materiál, hydrostekloizol, mäkké dlaždice, vlnitá lepenka-bitúmenové dosky atď.); 9 - plech na zastrešenie a zakrytie otvoru (je dovolené použiť plochý plech aceidu - azbestocementovú elektroizolačnú dosku); 10 - kovová drenážna podložka; 11 - azbestové tesnenie medzery (škáry); 12 - kovový uzáver; 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).

Zapnuté ryža. 3 sú uvedené typické inštalačné schémy neizolovaných kovových rúrok. Samotné potrubie by malo byť zakúpené z nehrdzavejúcej ocele s hrúbkou najmenej 0,7 mm. Najpopulárnejší priemer ruskej rúry je 120 mm, fínsky 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 nedorozumení našich normatívnych dokumentov. Keďže tepelne náročné pece sa ohrievajú 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.