Toplofizikalne lastnosti dimnih plinov. Dimnik, izračun. Toplotna bilanca ktan

Država izobraževalna ustanova višji poklicno izobraževanje

"Država Samara Tehniška univerza»

Katedra za kemijsko tehnologijo in industrijsko ekologijo

TEČAJNO DELO

v disciplini "Tehnična termodinamika in toplotna tehnika"

Tema: Izračun naprave za rekuperacijo toplote odpadnih plinov procesne peči

Izpolnil: študent Ryabinina E.A.

ZF tečaj III skupina 19

Preveril: svetovalec Churkina A.Yu.

Samara 2010

Uvod

Večina kemičnih podjetij ustvarja visoko- in nizkotemperaturne toplotne odpadke, ki se lahko uporabljajo kot sekundarni vir energije (SER). Sem spadajo dimni plini iz različnih kotlov in procesnih peči, ohlajeni tokovi, hladilna voda in odpadna para.

Toplotni OVE v veliki meri pokrivajo toplotne potrebe posameznih gospodarskih panog. Tako se v industriji dušika več kot 26% potreb po toploti pokriva z obnovljivimi viri energije, v industriji sode pa več kot 11%.

Število uporabljenih SER je odvisno od treh dejavnikov: temperature SER, njihove toplotne moči in kontinuitete izhoda.

Trenutno je najbolj razširjena rekuperacija toplote iz odpadnih industrijskih plinov, ki imajo za skoraj vse požarnotehnične postopke visok temperaturni potencial in se lahko neprekinjeno uporabljajo v večini industrij. Toplota izpušnih plinov je glavna sestavina energijske bilance. Uporablja se predvsem v tehnološke, ponekod pa tudi v energetske namene (v kotlih na odpadno toploto).

Vendar pa je široka uporaba visokotemperaturnih toplotnih HER povezana z razvojem metod recikliranja, vključno s toploto vroče žlindre, izdelkov itd., Novimi metodami za recikliranje toplote odpadnih plinov, pa tudi z izboljšanjem zasnov obstoječih oprema za recikliranje.

1. Opis tehnološka shema

V cevnih pečeh, ki nimajo konvekcijske komore, ali v sevalno-konvekcijskih pečeh, vendar z relativno visoko začetno temperaturo segretega produkta, je lahko temperatura izpušnih plinov relativno visoka, kar povzroči povečane toplotne izgube, zmanjšanje v učinkovitosti peči in večji porabi goriva. Zato je treba uporabiti toploto iz izpušnih plinov. To lahko dosežemo bodisi z uporabo grelnika zraka, ki segreva zrak, ki vstopa v peč za zgorevanje goriva, bodisi z vgradnjo kotlov na odpadno toploto, ki omogočajo pridobivanje vodne pare, potrebne za tehnološke potrebe.

Za ogrevanje zraka pa so potrebni dodatni stroški za izgradnjo grelnika zraka, puhala ter dodatna poraba električne energije, ki jo porabi motor puhala.

Za zagotovitev normalnega delovanja grelnika zraka je pomembno preprečiti možnost korozije njegove površine na strani pretoka. dimni plini. Ta pojav je možen, ko je temperatura površine za izmenjavo toplote pod temperaturo rosišča; v tem primeru se del dimnih plinov, ki so v neposrednem stiku s površino grelnika zraka, znatno ohladi, vodna para, ki je v njih, delno kondenzira in z absorpcijo žveplovega dioksida iz plinov tvori agresivno šibko kislino.

Točka rosišča ustreza temperaturi, pri kateri je tlak nasičene vodne pare enak parcialnemu tlaku vodne pare v dimnih plinih.

Eden najbolj zanesljivih načinov zaščite pred korozijo je predgrevanje zraka na nek način (npr. v vodi oz. parni grelniki) na temperaturo nad rosiščem. Takšna korozija se lahko pojavi tudi na površini konvekcijskih cevi, če je temperatura dovoda, ki vstopa v peč, pod rosiščem.

Vir toplote za povečanje temperature nasičene pare je reakcija oksidacije (zgorevanja) primarnega goriva. Dimni plini, ki nastanejo pri zgorevanju, predajo svojo toploto v sevalnih in nato konvekcijskih komorah toku surovin (vodni pari). Pregreta vodna para se dovaja potrošniku, produkti zgorevanja pa zapustijo peč in vstopijo v kotel za odpadno toploto. Na izhodu iz HRSG se nasičena vodna para dovaja nazaj v peč za pregrevanje pare, dimni plini, ohlajeni z napajalno vodo, pa v grelnik zraka. Iz grelnika zraka prihajajo dimni plini v KTAN, kjer se voda, ki vstopa skozi tuljavo, segreje in gre direktno do porabnika, dimni plini pa se sproščajo v ozračje.

2. Izračun peči

2.1 Izračun zgorevalnega procesa

Določimo nižjo zgorevalno toploto goriva Q R n. Če je gorivo posamezen ogljikovodik, potem njegova zgorevalna toplota Q R n enaka standardni toploti zgorevanja minus toplota izhlapevanja vode v produktih zgorevanja. Lahko se izračuna tudi z uporabo standardnih toplotnih učinkov tvorbe začetnih in končnih produktov na podlagi Hessovega zakona.

Za gorivo, sestavljeno iz mešanice ogljikovodikov, je toplota zgorevanja določena s pravilom aditivnosti:

Kje Q pi n- toplota zgorevanja jaz-th komponenta goriva;

y i- koncentracija jaz-ta komponenta goriva v delih enote, potem:

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 .

Molska masa goriva:

Mm = Σ M i ∙ y i ,

Kje M i- molska masa jaz-ta komponenta goriva, od tukaj:

M m = 16,042 ∙ 0,987 + 30,07 ∙ 0,0033 + 44,094 ∙ 0,0012 + 58,120 ∙ 0,0004 + 72,15 ∙ 0,0001 + 44,010 ∙ 0,001+ 28,01 ∙ 0 .0 07 = 16,25 kg/mol.

kg/m3,

Potem Q R n cm, izraženo v MJ/kg, je enako:

MJ/kg.

Rezultati izračuna so povzeti v tabeli. 1:

Sestava goriva Tabela 1

Določimo elementarno sestavo goriva, % (masa):

,

Kje n i C , ameriški nacionalni inštitut za zdravje , n i N , n i O- število atomov ogljika, vodika, dušika in kisika v molekulah posameznih sestavin, ki sestavljajo gorivo;

Vsebnost vsake komponente goriva, masa. %;

x i- vsebnost vsake komponente goriva, mol. %;

M i- molska masa posameznih sestavin goriva;

M m- molska masa goriva.

Preverjanje sestave :

C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100 % (mas.).

Določimo teoretično količino zraka, potrebnega za zgorevanje 1 kg goriva, ki jo določimo iz stehiometrične enačbe reakcije zgorevanja in vsebnosti kisika v atmosferskem zraku. Če je znana elementarna sestava goriva, teoretična količina zraka L 0, kg/kg, izračunano po formuli:

V praksi se za zagotovitev popolnega zgorevanja goriva v peč vnese odvečna količina zraka; poiščemo dejanski pretok zraka pri α = 1,25:

L = αL 0 ,

Kje L- dejanski pretok zraka;

α - koeficient presežka zraka,

L = 1,25∙17,0 = 21,25 kg/kg.

Specifična prostornina zraka (št.) za zgorevanje 1 kg goriva:

Kje ρ in= 1,293 – gostota zraka pri normalnih pogojih,

m 3 /kg.

Poiščimo količino produktov zgorevanja, ki nastanejo pri zgorevanju 1 kg goriva:

če je znana elementarna sestava goriva, se masna sestava dimnih plinov na 1 kg goriva med popolnim zgorevanjem lahko določi na podlagi naslednjih enačb:

Kje m CO2 , mH2O , m N2 , m O2- masa ustreznih plinov, kg.

Skupna količina produktov zgorevanja:

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.

Preverimo dobljeno vrednost:

Kje W f- specifična poraba pare šob pri zgorevanju tekočega goriva, kg/kg (za plinsko gorivo W f = 0),

Ker je gorivo plin, zanemarjamo vsebnost vlage v zraku in ne upoštevamo količine vodne pare.

Najdemo prostornino produktov zgorevanja pri normalnih pogojih, ki nastanejo pri zgorevanju 1 kg goriva:

Kje m i- masa ustreznega plina, ki nastane pri zgorevanju 1 kg goriva;

ρ i- gostota danega plina pri normalnih pogojih, kg/m 3 ;

M i- molska masa danega plina, kg/kmol;

22,4 - molska prostornina, m 3 / kmol,

m 3 /kg; m 3 /kg;

m 3 /kg; m 3 /kg.

Skupna prostornina produktov zgorevanja (št.) pri dejanskem pretoku zraka:

V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,

V = 1,38 + 2,75+ 13,06 + 0,70 = 17,89 m 3 /kg.

Gostota produktov zgorevanja (št.):

kg/m3.

Poiščimo toplotno kapaciteto in entalpijo produktov zgorevanja 1 kg goriva v temperaturnem območju od 100 °C (373 K) do 1500 °C (1773 K) s pomočjo podatkov v tabeli. 2.

Povprečne specifične toplotne kapacitete plinov z р, kJ/(kg∙K) tabela 2

t, °С

Entalpija dimnih plinov, ki nastanejo pri zgorevanju 1 kg goriva:

Kje s CO2 , s H2O , z N2 , z O2- povprečna specifična toplotna kapaciteta pri konstantnem tlaku ustrezne trate pri temperaturi t, kJ/(kg K);

s t- povprečna toplotna kapaciteta dimnih plinov, ki nastanejo pri zgorevanju 1 kg goriva pri temp 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);

Rezultati izračuna so povzeti v tabeli. 3.

Entalpija produktov zgorevanja Tabela 3

Glede na tabelo. 3 zgradite graf odvisnosti H t = f ( t ) (slika 1) glej prilogo .

2.2 Izračun toplotna bilanca peč, učinkovitost peči in poraba goriva

Toplotni tok, ki ga absorbira vodna para v peči (uporabno toplotna obremenitev):

Kje G- količina pregrete vodne pare na časovno enoto, kg/s;

H ch1 in N ch2

Za temperaturo izpušnih dimnih plinov vzamemo 320 °C (593 K). Izguba toplote zaradi sevanja v okolju bo znašal 10 %, pri čemer se jih 9 % izgubi v sevalni komori in 1 % v konvekcijski komori. Izkoristek peči η t = 0,95.

Zanemarjamo toplotne izgube zaradi kemičnega podgorevanja, kot tudi količino toplote dovodnega goriva in zraka.

Določimo učinkovitost peči:

Kje N uh- entalpija produktov zgorevanja pri temperaturi dimnih plinov, ki zapuščajo kurišče, t uh; temperatura izpušnih dimnih plinov je običajno za 100 - 150 °C višja od začetne temperature surovin na vstopu v peč; q znoj- izguba toplote zaradi sevanja v okolje, % ali delež Q nadstropje ;

Poraba goriva, kg/s:

kg/s.

2.3 Izračun sevalne komore in konvekcijske komore

Nastavimo temperaturo dimnih plinov na prehodu: t p= 750 - 850 °C, sprejeti

t p= 800 °C (1073 K). Entalpija produktov zgorevanja pri temperaturi na prehodu

H p= 21171,8 kJ/kg.

Toplotni tok, ki ga sprejme vodna para v sevalnih ceveh:

Kje n n je entalpija produktov zgorevanja pri temperaturi dimnih plinov na prehodu, kJ/kg;

η t - učinkovitost peči; priporočljivo je, da je enako 0,95 - 0,98;

Toplotni tok, ki ga absorbira vodna para v konvekcijskih ceveh:

Entalpija vodne pare na vstopu v sevalni del bo:

kJ/kg.

Sprejmemo vrednost izgube tlaka v konvekcijski komori ∆ p Za= 0,1 MPa, potem:

p Za = p - p Za ,

p Za= 1,2 – 0,1 = 1,1 MPa.

Temperatura vstopa vodne pare v sevalni del t Za= 294 °C, potem bo povprečna temperatura zunanje površine sevalnih cevi:

Kje Δt- razlika med temperaturo zunanje površine sevalnih cevi in ​​temperaturo vodne pare (surovine), segrete v ceveh; Δt= 20 - 60 °C;

TO.

Najvišja konstrukcijska temperatura zgorevanja:

Kje t o- znižana temperatura začetne mešanice goriva in zraka; se šteje, da je enaka temperaturi zraka, ki se dovaja za zgorevanje;

HVALA.- specifična toplotna kapaciteta produktov zgorevanja pri temperaturi t P;

°C.

pri tmax = 1772,8 °C in t n = 800 °C toplotna intenzivnost popolnoma črne površine qs za različne temperature zunanje površine sevalnih cevi ima naslednje vrednosti:

Θ, °С 200 400 600

qs, W/m 2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5

Gradimo pomožni graf (slika 2) glej prilogo, iz katere najdemo toplotno intenzivnost pri Θ = 527 °C: qs= 0,95 ∙ 10 5 W/m 2.

Izračunamo skupni toplotni tok, doveden v kurišče:

Predhodna vrednost površine ekvivalentne absolutno črne površine:

m 2.

Sprejmemo stopnjo oklopa zidu Ψ = 0,45 in za α = 1,25 ugotovimo, da je

Hs /H l = 0,73.

Količina ekvivalentne ravne površine:

m 2.

Sprejemamo enovrstno postavitev cevi in ​​korak med njimi:

S = 2d n= 2 ∙ 0,152 = 0,304 m Za te vrednosti je faktor oblike TO = 0,87.

Količina presejane zidane površine:

m 2.

Sevalna cevna grelna površina:

m 2.

Izberemo pečico BB2, njene parametre:

površina sevalne komore, m 2 180

površina konvekcijske komore, m 2 180

delovna dolžina peči, m 9

širina sevalne komore, m 1,2

izvedba b

način gorenja goriva brez plamena

premer cevi sevalne komore, mm 152×6

premer cevi konvekcijske komore, mm 114×6

Število cevi v sevalni komori:

Kje d n je zunanji premer cevi v sevalni komori, m;

l tla - uporabna dolžina sevalnih cevi, ki jih izpira tok dimnih plinov, m,

l nadstropje = 9 – 0,42 = 8,2 m,

.

Toplotna obremenitev površine sevalnih cevi:

W/m2.

Določite število cevi konvekcijske komore:

Razporedimo jih v šahovnici po 3 v eno vodoravno vrsto. Razmik cevi S = 1,7 d n = 0,19 m.

Povprečna temperaturna razlika se določi po formuli:

°C.

Koeficient toplotne prehodnosti v konvekcijska komora:

W/(m 2 ∙ K).

Toplotna napetost površine konvekcijskih cevi je določena s formulo:

W/m2.

2.4 Hidravlični izračun tuljave peči

Hidravlični izračun tuljave peči je sestavljen iz določanja izgube tlaka vodne pare v sevalnih in konvekcijskih ceveh.

Kje G

ρ do v.p. – gostota vodne pare pri povprečni temperaturi in tlaku v konvekcijski komori, kg/m3;

d k – notranji premer konvekcijskih cevi, m;

z k – število pretokov v konvekcijski komori,

gospa.

ν k = 3,311 ∙ 10 -6 m 2 /s.

Vrednost Reynoldsovega kriterija:

m.

Izguba tlaka zaradi trenja:

Pa = 14,4 kPa.

Pa = 20,2 kPa.

kjer je Σ ζ do

- število obratov.

Skupna izguba tlaka:

2.5 Izračun izgube tlaka vodne pare v sevalni komori

Povprečna hitrost vodne pare:

Kje G– poraba vodne pare, pregrete v peči, kg/s;

ρ r v.p. – gostota vodne pare pri povprečni temperaturi in tlaku v konvekcijski komori, kg/m3;

dр - notranji premer konvekcijskih cevi, m;

z p – število pretokov v konvekcijski komori,

gospa.

Kinematična viskoznost vodne pare pri povprečni temperaturi in tlaku v konvekcijski komori ν p = 8,59 ∙ 10 -6 m 2 /s.

Vrednost Reynoldsovega kriterija:

Skupna dolžina cevi v ravnem odseku:

m.

Koeficient hidravličnega trenja:

Izguba tlaka zaradi trenja:

Pa = 15,1 kPa.

Izguba tlaka za premagovanje lokalnega upora:

Pa = 11,3 kPa,

kjer je Σ ζ r= 0,35 – koeficient upora pri obračanju za 180 ºС,

- število obratov.

Skupna izguba tlaka:

Izračuni so pokazali, da bo izbrana peč zagotavljala proces pregrevanja vodne pare v določenem načinu.

3. Izračun kotla za odpadno toploto

Poiščimo povprečno temperaturo dimnih plinov:

Kje t 1 – temperatura dimnih plinov na vstopu,

t 2 – temperatura dimnih plinov na izhodu, °C;

°C (538 K).

Masni pretok dimnih plinov:

kjer je B poraba goriva, kg / s;

Za dimne pline se specifična entalpija določi na podlagi podatkov v tabeli. 3 in sl. 1 po formuli:

Entalpije hladilnih tekočin Tabela 4

Toplotni tok, ki ga prenašajo dimni plini:

Kje n 1 in H 2 - entalpija dimnih plinov pri temperaturi vstopa oziroma izstopa iz HRSG, ki nastane pri zgorevanju 1 kg goriva, kJ/kg;

B - poraba goriva, kg / s;

h 1 in h 2 - specifična entalpija dimnih plinov, kJ/kg,

Toplotni tok, ki ga absorbira voda, W:

Kje η ku je koeficient toplotne izrabe v HRSG; η ku = 0,97;

G n - proizvodnja pare, kg / s;

h kvp je entalpija nasičene vodne pare pri izhodni temperaturi, kJ/kg;

h n in - entalgija napajalne vode, kJ / kg,

Količina vodne pare, ki jo sprejme HRSG, se določi po formuli:

kg/s.

Toplotni tok, ki ga voda prejme v ogrevalnem območju:

Kje h k in - specifična entalpija vode pri temperaturi izhlapevanja, kJ/kg;

Toplotni tok, ki ga dimni plini prenesejo na vodo v ogrevalnem območju (koristna toplota):

Kje h x – specifična entalpija dimnih plinov pri temp t x, od tukaj:

kJ/kg.

Vrednost entalpije zgorevanja 1 kg goriva:

Glede na sl. 1 temperatura dima, ki ustreza vrednosti H x = 5700,45 kJ/kg:

t x = 270 °C.

Povprečna temperaturna razlika v ogrevalnem območju:

°C.

270 dimni plini 210 Ob upoštevanju indeksa protitoka:

Kje TO f – koeficient toplotne prehodnosti;

m 2.

Povprečna temperaturna razlika v območju izhlapevanja:

°C.

320 dimni plini 270 Ob upoštevanju indeksa protitoka:

187 vodna para 187

Površina izmenjevalne površine v ogrevalnem območju:

Kje TO f – koeficient toplotne prehodnosti;

m 2.

Skupna površina za prenos toplote:

F = F n + F ti,

F= 22,6 + 80 = 102,6 m2.

V skladu z GOST 14248-79 izberemo standardni uparjalnik s parnim prostorom z naslednjimi značilnostmi:

premer ohišja, mm 1600

število cevnih snopov 1

število cevi v enem svežnju 362

površina za izmenjavo toplote, m 2 170

površina prečnega prereza ene kapi

skozi cevi, m 2 0,055

4. Toplotna bilanca grelnika zraka

Atmosferski zrak s temperaturo t ° in-x vstopi v aparat, kjer se segreje na temperaturo t x b-x zaradi toplote dimnih plinov.

Pretok zraka, kg/s se določi na podlagi njihovih zahtevana količina gorivo:

Kje IN- poraba goriva, kg/s;

L- dejanska poraba zraka za zgorevanje 1 kg goriva, kg/kg,

Dimni plini, ki oddajo svojo toploto, se ohladijo t dgz = t dg2 prej t dg4 .

=

Kje H 3 in H 4- entalpija dimnih plinov pri temperaturah t dg3 in t dg4 kJ/kg,

Toplotni tok, ki ga absorbira zrak, W:

Kje z v-x- povprečna specifična toplotna kapaciteta zraka, kJ/(kg K);

0,97 - učinkovitost grelnika zraka,

Končna temperatura zraka ( t x b-x) se določi iz enačbe toplotne bilance:

TO.

5. Toplotna bilanca KTAN

Po grelniku zraka vstopijo dimni plini v kontaktno napravo z aktivno šobo (KTAN), kjer se njihova temperatura zniža od t dg5 = t dg4 do temperature t dg6= 60 °C.

Toploto iz dimnih plinov odvajata dva ločena vodna toka. En tok pride v neposredni stik z dimnimi plini, drugi pa z njimi izmenjuje toploto skozi steno tuljave.

Toplotni tok, ki ga oddajajo dimni plini, W:

Kje H 5 in H 6- entalpija dimnih plinov pri temperaturi t dg5 in t dg6 kJ/kg,

Količina hladilne vode (skupna), kg/s, se določi iz enačbe toplotne bilance:

kjer je η učinkovitost KTAN, η=0,9,

kg/s.

Toplotni tok, ki ga absorbira hladilna voda, W:

Kje G voda- poraba hladilne vode, kg/s:

z vodo- specifična toplotna kapaciteta vode, 4,19 kJ/(kg K);

tn vode in t za vodo- temperatura vode na vstopu oziroma izstopu iz KTAN,

6. Izračun izkoristka rekuperacije toplote

Pri določanju vrednosti učinkovitosti sintetiziranega sistema ( η da) se uporablja tradicionalni pristop.

Učinkovitost rekuperacije toplote se izračuna po formuli:

7. Eksergijska ocena sistema kurišče - kotel na odpadne toplote

Eksergetična metoda analize energetskotehnoloških sistemov omogoča najbolj objektivno in kakovostno oceno energijskih izgub, ki jih pri konvencionalnem ocenjevanju po prvem zakonu termodinamike nikakor ne ugotovimo. V obravnavanem primeru se kot kriterij vrednotenja uporablja eksergijska učinkovitost, ki je opredeljena kot razmerje med izločeno eksergijo in eksergijo, dovedeno v sistem:

Kje E sub- eksergija goriva, MJ/kg;

E odgovor- eksergija, ki jo absorbira tok vodne pare v kurišču in kotlu za odpadno toploto.

V primeru plinastega goriva je dovedena eksergija vsota eksergije goriva ( E pod1) in eksergija zraka ( E subv2):

Kje N n in Ampak- entalpija zraka pri temperaturi vhoda v kurišče peči oziroma temperaturi okolja, kJ/kg;

to-298 K (25 °C);

ΔS- sprememba entropije zraka, kJ/(kg K).

V večini primerov lahko zanemarimo velikost eksergije zraka, to je:

Odstranjena eksergija za obravnavani sistem je sestavljena iz eksergije, ki jo absorbira vodna para v peči ( E luknja1), in eksergija, ki jo absorbira vodna para v HRSG ( E luknja 2).

Za tok pare, segret v pečici:

Kje G- poraba pare v peči, kg/s;

N ch1 in N ch2- entalpija vodne pare na vstopu oziroma izstopu iz peči, kJ/kg;

ΔS VP- sprememba entropije vodne pare, kJ/(kg K).

Za pretok vodne pare, sprejet v HRSG:

Kje Gn- poraba pare v HRSG, kg / s;

h do pog- entalpija nasičene vodne pare na izhodu iz HRSG, kJ/kg;

h n noter- entalpija napajalne vode na vstopu v HRSG, kJ/kg.

E odgovor = E luknja1 + E luknja2 ,

E odgovor= 1965,8 + 296,3 = 2262,1 J/kg.

Zaključek

Po opravljenih izračunih za predlagano napravo (rekuperacija toplote iz izpušnih plinov tehnološke peči) lahko sklepamo, da je za določeno sestavo goriva, produktivnost peči glede na vodno paro in druge kazalnike vrednost učinkovitosti sintetiziranega sistem je visok, zato je namestitev učinkovita; To je pokazala tudi eksergijska ocena sistema kurišče-kotel na odpadno toploto, vendar je z vidika stroškov energije inštalacija precej nezaželena in zahteva izboljšave.

Seznam uporabljene literature

1. Kharaz D .IN. Načini uporabe sekundarnih virov energije v kemični industriji / D. I. Kharaz, B. I. Psakhis. – M.: Kemija, 1984. – 224 str.

2. Skoblo A . IN. Procesi in naprave za rafiniranje nafte in petrokemično industrijo / A. I. Skoblo, I. A. Tregubova, Yu. K., Molokanov. – 2. izd., predelana. in dodatno – M.: Kemija, 1982. – 584 str.

3. Pavlov K .F. Primeri in naloge za tečaj procesov in aparatov kemijske tehnologije: Učbenik. Priročnik za univerze / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Noskov; Ed. P. G. Romankova. – 10. izd., predelana. in dodatno – L.: Kemija, 1987. – 576 str.

Aplikacija

2. toplota, ki jo odnašajo izpušni plini. Določimo toplotno kapaciteto dimnih plinov pri tух =8000С;

3. toplotne izgube skozi zidove s toplotno prevodnostjo.

Izgube skozi trezor

Debelina oboka je 0,3 m, material je šamot. Predpostavimo, da je temperatura notranje površine oboka enaka temperaturi plinov.

Povprečna temperatura pečice:

Na podlagi te temperature izberemo koeficient toplotne prevodnosti šamotnega materiala:

Tako so izgube skozi trezor:

kjer je α koeficient prenosa toplote z zunanje površine sten na okoliški zrak, enak 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)

Izgube skozi stene. Stene so položene v dveh slojih (šamot 345 mm, diatomit 115 mm)

Površina stene, m2:

Metodična cona

Območje varjenja

cona Tomilnoy

Torcevih

Skupna površina zidu 162,73 m2

Pri linearni porazdelitvi temperature po debelini stene bo povprečna temperatura šamota 5500C, diatomita pa 1500C.

Zato.

Skupne izgube zaradi zidarstva

4. Po praktičnih podatkih se predpostavlja, da so toplotne izgube s hladilno vodo enake 10 % dohodka Qx, to je Qx + Qp

5. Predpostavlja se, da so neobračunane izgube 15 % Q povečanja toplote

Sestavimo enačbo za toplotno bilanco peči

Toplotno bilanco peči povzemamo v tabeli 1; 2

Tabela 1

tabela 2

Poraba kJ/h	%
Toplota, porabljena za segrevanje kovine	53
toplota dimnih plinov	26
izgube pri zidanju	1,9
izgube hladilne vode	6,7
neobračunane izgube	10,6
Skupaj:	100

Specifična poraba toplote za segrevanje 1 kg kovine bo

Izbira in izračun gorilnikov

Predvidevamo, da ima peč vgrajene gorilnike tipa “cev v cevi”.

V conah varjenja je 16 kosov, v coni kuhanja 4 kosi. skupno število gorilnikov 20 kos. Določimo predvideno količino zraka, ki prihaja na en gorilnik.

Vv - urni pretok zraka;

TV - 400+273=673 K - temperatura ogrevanja zraka;

N – število gorilnikov.

Zračni tlak pred gorilnikom je 2,0 kPa. Iz tega sledi, da potreben pretok zraka zagotavlja gorilnik DBV 225.

Določimo predvideno količino plina na gorilnik;

VГ =В=2667 urna poraba goriva;

TG =50+273=323 K - temperatura plina;

N – število gorilnikov.

8. Izračun rekuperatorja

Za ogrevanje zraka izdelujemo kovinsko zančni toplotni izmenjevalnik iz cevi premera 57/49,5 mm s koridorno razporeditvijo z njihovim korakom.

Začetni podatki za izračun:

Urna poraba goriva B=2667 kJ/h;

Poraba zraka na 1 m3 goriva Lα = 13,08 m3/m3;

Količina produktov zgorevanja iz 1 m3 gorljivega plina Vα = 13,89 m3/m3;

Temperatura ogrevanja zraka tв = 4000С;

Temperatura dimnih plinov iz peči tух=8000С.

Urni pretok zraka:

Urna količina dima:

Urna količina dima, ki prehaja skozi rekuperator, z upoštevanjem izgub dima zaradi izbijanja ter skozi obvodna vrata in sesanje zraka.

Koeficient m, ki upošteva izgube dima, je 0,7.

Koeficient, ki upošteva puščanje zraka v prašičih, se upošteva kot 0,1.

Temperatura dima pred rekuperatorjem z upoštevanjem puščanja zraka;

kjer iух – toplotna vsebnost dimnih plinov pri tух=8000С

Ta vsebnost toplote ustreza temperaturi dima tD=7500C. (glej sliko 67(3))

Termofizične lastnosti plinastih produktov zgorevanja, potrebne za izračun odvisnosti različnih parametrov od temperature danega plinastega medija, je mogoče določiti na podlagi vrednosti, navedenih v tabeli. Zlasti navedene odvisnosti za toplotno kapaciteto dobimo v obliki:

C psm = a -1/ d,

Kje a = 1,3615803; b = 7,0065648; c = 0,0053034712; d = 20,761095;

C psm = a + bT sm + cT 2 sm,

Kje a = 0,94426057; b = 0,00035133267; c = -0,0000000539.

Prva odvisnost je boljša glede aproksimacijske natančnosti, druga odvisnost se lahko sprejme za izračune nižje natančnosti.

Fizikalni parametri dimnih plinov
(pri P = 0,0981 MPa; R CO2 = 0,13; str H2O = 0,11; R N2 = 0,76)

t, °С	γ, N m -3	s p, W(m 2 °C) -1	λ 10 2, W(m K) -1	A· 10 6 , m 2 · s -1	μ · 10 6 , Pa · s	v· 10 6 , m 2 · 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

PRILOGA 3

(referenca)

Prepustnost zraka in dima zračnih kanalov in ventilov

1. Za določitev puščanja ali puščanja zraka v zvezi s prezračevalnimi kanali sistemov za nadzor dima se lahko uporabijo naslednje formule, pridobljene s približevanjem tabelaričnih podatkov:

za zračne kanale razreda H (v območju tlaka 0,2 - 1,4 kPa): ΔL = A(R - b)z, Kje ΔL- puščanje zraka (puščanje), m 3 / m 2 h; R- tlak, kPa; A = 10,752331; b = 0,0069397038; z = 0,66419906;

za zračne kanale razreda P (v območju tlaka 0,2 - 5,0 kPa): kjer a = 0,00913545; b =-3,1647682 · 10 8 ; c =-1,2724412 · 10 9 ; d = 0,68424233.

2. Za požarne varnostne normalno zaprte ventile številčne vrednosti specifičnih značilnosti odpornosti proti dimu in prodoru plina v odvisnosti od temperature plina ustrezajo podatkom, pridobljenim med požarnimi preskusi različnih izdelkov v eksperimentalni bazi VNIIPO:

1. Splošne določbe. 2 2. Začetni podatki. 3 3. Odvod dima. 4 3.1. Odstranjevanje produktov zgorevanja neposredno iz gorečega prostora. 4 3.2. Odstranjevanje produktov zgorevanja iz območij, ki mejijo na območje gorenja. 7 4. Dovodno protidimno prezračevanje. 9 4.1. Dovod zraka na stopnišča. 9 4.2. Dovod zraka v jaške dvigal.. 14 4.3. Dovod zraka v zračne zapore 16 4.4. Kompenzacijski dovod zraka. 17 5. Specifikacije opremo. 17 5.1. Oprema za sisteme za prezračevanje dima. 17 5.2. Oprema za dovodne in dimne prezračevalne sisteme. 21 6. Načini nadzora požara. 21 Literatura.. 22 Dodatek 1. Določitev glavnih parametrov požarne obremenitve prostorov. 22 Priloga 2. Toplotnofizikalne lastnosti dimnih plinov. 24 Dodatek 3. Prepustnost zraka in dima zračnih kanalov in ventilov. 25

Toplota zgorevanja. Spodnja kurilna vrednost suhega plinastega goriva Qf se močno spreminja od 4 do 47 MJ/m3 in je odvisna od njegove sestave – razmerja in kakovosti gorljivih in negorljivih snovi.

Komponente Najnižjo vrednost Qf ima plavžni plin, katerega povprečna sestava je približno 30 % vnetljivih plinov (predvsem ogljikov monoksid CO) in približno 60 % nevnetljivega dušika N2. Največji

Vrednost Qf za povezane pline, katerih sestava je označena z visoko vsebnostjo težkih ogljikovodikov. Toplota zgorevanja zemeljskih plinov niha v ozkem območju Qf = 35,5...37,5 MJ/m3.

Spodnja kurilna vrednost posameznih plinov, ki jih uvrščamo med plinasta goriva, je podana v tabeli. 3.2. Za metode za določanje kurilne vrednosti plinastega goriva glejte razdelek 3.

Gostota. Obstajata absolutna in relativna gostota plinov.

Absolutna gostota plina pg, kg/m3, je masa plina na 1 m3 prostornine, ki jo ta plin zaseda. Pri izračunu gostote posameznega plina je njegova prostornina v kilomolih enaka 22,41 m3 (kot za idealni plin).

Relativna gostota plina Rotn je razmerje med absolutno gostoto plina pri normalnih pogojih in podobno gostoto zraka:

Rotn = Рг / Рв = Рг / 1,293, (6,1)

Kjer sta pg, pE absolutna gostota plina in zraka pri normalnih pogojih, kg/m3. Relativne gostote plinov se običajno uporabljajo za primerjavo različnih plinov med seboj.

Vrednosti absolutne in relativne gostote enostavnih plinov so podane v tabeli. 6.1.

Gostoto plinske mešanice pjM, kg/m3, določimo na podlagi pravila aditivnosti, po katerem se lastnosti plinov seštejejo glede na njihov prostorninski delež v mešanici:

Kjer je Xj volumetrična vsebnost 7. plina v gorivu, %; (rg); - gostota j-tega plina, vključenega v gorivo, kg/m3; n je število posameznih plinov v gorivu.

Vrednosti gostote plinastih goriv so podane v tabeli. P.5.

Gostoto plina p, kg/m3, odvisno od temperature in tlaka, lahko izračunamo po formuli

Kjer je p0 gostota plina pri normalnih pogojih (T0 = 273 K in p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p in T sta dejanski tlak, kPa, in absolutna temperatura plina, K.

Skoraj vse vrste plinastega goriva so lažje od zraka, zato se v primeru puščanja plin nabira pod stropi. Iz varnostnih razlogov pred zagonom kotla preverite odsotnost plina na najverjetnejših mestih njegovega kopičenja.

Viskoznost plinov narašča z naraščajočo temperaturo. Vrednosti koeficienta dinamične viskoznosti p, Pa-s, je mogoče izračunati z uporabo empirične enačbe Cesaire-Lenda

Tabela 6.1

Značilnosti komponent plinskega goriva (pri t - O °C chr = 101,3 kPa)

	Kemični	molska masa M,	Gostota	Volumetrična koncentracija
Ime plina	Absolutno	Sorodnik	Cionske meje vnetljivosti plina, pomešanega z zrakom, %
Vnetljivi plini
Propilen
Ogljikov monoksid
Vodikov sulfid
Nevnetljivi plini
Ogljikov dioksid
Žveplov dioksid
kisik
Zrak atmosfere.
vodna para

Kjer je p0 koeficient dinamične viskoznosti plina pri normalnih pogojih (G0 = 273 K in p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T - absolutna temperatura plina, K; C je koeficient, odvisen od vrste plina, K, vzet iz tabele. 6.2.

Za mešanico plinov lahko koeficient dinamične viskoznosti približno določimo iz vrednosti viskoznosti posameznih komponent:

kjer je gj masni delež j-tega plina v gorivu, %; Tsy koeficient dinamične viskoznosti j-te komponente, Pa-s; n je število posameznih plinov v gorivu.

V praksi se pogosto uporablja kinematični koeficient viskoznosti V, m2/s, ki
To je povezano z dinamično viskoznostjo p prek odvisnosti od gostote p

V = r/r. (6,6)

Ob upoštevanju (6.4) in (6.6) lahko koeficient kinematične viskoznosti v, m2/s, odvisno od tlaka in temperature, izračunamo po formuli

Kjer je v0 koeficient kinematične viskoznosti plina pri normalnih pogojih (Go = 273 K in p0 = 101,3 kPa), m2/s; p in G sta dejanski tlak, kPa, in absolutna temperatura plina, K; C je koeficient, odvisen od vrste plina, K, vzet iz tabele. 6.2.

Vrednosti kinematičnih koeficientov viskoznosti za plinasta goriva so podane v tabeli. P.9.

Tabela 6.2

Koeficienti viskoznosti in toplotne prevodnosti komponent plinskega goriva

(pri t = 0 °C ir = 101,3 kPa)

Ime plina	Koeficient viskoznosti	Koeficient toplotne prevodnosti NO3, W/(m-K)	Sutherlandov koeficient C, K
Dinamični r-106, Pa-s	Kinematika v-106, m2/s
Vnetljivi plini
Propilen
Ogljikov monoksid
Vodikov sulfid
Nevnetljivi plini Ogljikov dioksid
kisik
Atmosferski zrak
Vodna para pri 100 °C

Toplotna prevodnost. Molekularni prenos energije v plinih je označen s koeficientom toplotne prevodnosti 'k, W/(m-K). Koeficient toplotne prevodnosti je obratno sorazmeren s tlakom in narašča z naraščanjem temperature. Vrednosti koeficienta X je mogoče izračunati s pomočjo Sutherlandove formule

Kjer je X.0 koeficient toplotne prevodnosti plina pri normalnih pogojih (G0 = 273 K in Po = 101,3 kPa), W/(m-K); p in T sta dejanski tlak, kPa, in absolutna temperatura plina, K; C je koeficient, odvisen od vrste plina, K, vzet iz tabele. 6.2.

Vrednosti koeficientov toplotne prevodnosti za plinasta goriva so podane v tabeli. P.9.

Toplotna zmogljivost plinastega goriva na 1 m3 suhega plina je odvisna od njegove sestave in splošni pogled definirano kot

4L=0.01(CH2H2+Cco0+

СН4СН4 + сСО2сОг +- + сх. X;), (6.9) kjer sН2, сС0, сСш, сС02,…, сх. - toplotna kapaciteta sestavnih delov goriva, oziroma vodika, ogljikovega monoksida, metana, ogljikovega dioksida in i-te komponente, kJ/(m3-K); H2, CO, CH4, C02, …, Xg--

Toplotne kapacitete gorljivih sestavin plinastega goriva so podane v tabeli. Postavka 6, negorljiva - v tabeli. P.7.

Toplotna kapaciteta mokrega plinastega goriva

Sggtl, kJ/(m3-K), je opredeljen kot

<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,

Eksplozivnost. Mešanica vnetljivega plina in zraka v določenih razmerjih ob prisotnosti ognja ali celo iskre lahko eksplodira, to je, da se proces vžiga in zgorevanja odvija s hitrostjo, ki je blizu hitrosti zvoka. Eksplozivne koncentracije vnetljivega plina v zraku so odvisne od kemične sestave in lastnosti plina. Volumetrične koncentracijske meje vžiga za posamezne vnetljive pline, pomešane z zrakom, so navedene prej v tabeli. 6.1. Najširše meje vnetljivosti imata vodik (4...74% prostornine) in ogljikov monoksid (12,5...74%). Za zemeljski plin je povprečna spodnja in zgornja meja vnetljivosti po prostornini 4,5 oziroma 17 %; za koksarno - 5,6 in 31%; za domeno - 35 in 74%.

Toksičnost. Toksičnost se nanaša na sposobnost plina, da povzroči zastrupitev živih organizmov. Stopnja strupenosti je odvisna od vrste plina in njegove koncentracije. Najbolj nevarni komponenti plina v tem pogledu sta ogljikov monoksid CO in vodikov sulfid H2S.

Toksičnost plinskih zmesi določa predvsem koncentracija najbolj strupene sestavine, ki je prisotna v zmesi, njeni škodljivi učinki pa se praviloma opazno povečajo ob prisotnosti drugih škodljivih plinov.

Prisotnost in koncentracijo škodljivih plinov v zraku lahko ugotavljamo s posebno napravo – plinskim analizatorjem.

Skoraj vsi naravni plini so brez vonja. Za odkrivanje uhajanja plina in izvajanje varnostnih ukrepov se zemeljski plin pred vstopom v plinovod odišavi, to je, da je nasičen s snovjo, ki ima oster vonj (na primer merkaptani).

Toplota zgorevanja različnih vrst goriva se zelo razlikuje. Za kurilno olje je na primer nad 40 MJ/kg, za plavžni plin in nekatere vrste oljnega skrilavca pa okoli 4 MJ/kg. Tudi sestava energetskih goriv je zelo različna. Tako se lahko enake kvalitativne lastnosti, odvisno od vrste in znamke goriva, količinsko močno razlikujejo.

Dane lastnosti goriva. Za primerjalno analizo se v vlogi lastnosti, ki posplošujejo kakovost goriva, uporabljajo podane lastnosti goriva, %-kg/MJ, ki se praviloma izračunajo po formuli

Kjer je xg indikator kakovosti delovnega goriva, %; Q[ - specifična toplota zgorevanja (najnižja), MJ/kg.

Tako, na primer, za izračun znižanega

Vlažnost Vsebnost pepela žvepla S„p in

Dušik N^p (za stanje delovanja goriva)

Formula (7.1) ima naslednjo obliko, %-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)

Kot nazoren primer je indikativna naslednja primerjava pod pogojem kurjenja različnih goriv v kotlih enake toplotne moči. Tako primerjava zmanjšane vlažnosti premoga v bližini Moskve

Znamka 2B (WЈp = 3,72%-kg/MJ) in nazarov-

Premog 2B (W^p = 3,04%-kg/MJ) kaže, da bo v prvem primeru količina vlage, vnesena v kurišče kotla z gorivom, približno 1,2-krat večja kot v drugem, kljub dejstvu, da obratovalna vlažnost premoga v bližini Moskve (W [ = 31 %) je manjša kot pri

Nazarovski premog (Wf= 39%).

Pogojno gorivo. V energetiki je bil za primerjavo učinkovitosti uporabe goriva v različnih kotlovnicah, za načrtovanje proizvodnje in porabe goriva v ekonomskih izračunih uveden koncept referenčnega goriva. Kot standardno gorivo se sprejme takšno gorivo, katerega specifična toplota zgorevanja (najnižja) v delovnem stanju je enaka Qy T = 29300 kJ/kg (oz.

7000 kcal/kg).

Za vsako naravno gorivo obstaja tako imenovani brezdimenzijski toplotni ekvivalent E, ki je lahko večji ali manjši od ena: