Tabela gostote dimnih plinov pri različnih temperaturah. Toplotna kapaciteta produktov popolnega zgorevanja v stehiometričnem volumnu zraka. Izračun zgorevalnega procesa

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 iz 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 izpušna para.

Toplotni VER v veliki meri pokrivajo toplotne potrebe posameznih industrij. Tako je v industriji dušika več kot 26% potreb po toploti pokrito z VER, v industriji sode - več kot 11%.

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

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

Vendar pa je široka uporaba visokotemperaturnih toplotnih VER povezana z razvojem metod za izkoriščanje, vključno s toploto vroče žlindre, izdelkov itd., Novimi metodami za izrabo toplote izpušnih plinov, pa tudi z izboljšanjem zasnove obstoječe opreme za uporabo.

1. Opis tehnološka shema

V cevnih pečeh brez konvekcijske komore ali v pečeh s sevalno konvekcijo, vendar z relativno visoko začetno temperaturo segretega produkta, je lahko temperatura izpušnih plinov relativno visoka, kar vodi do povečanih toplotnih izgub, zmanjšanega izkoristka peči in višje poraba goriva. Zato je potrebno uporabiti toploto odpadnih plinov. To je mogoče doseči z uporabo grelnika zraka, ki segreva zrak, ki vstopa v peč za zgorevanje goriva, ali z namestitvijo kotlov na odpadno toploto, ki omogočajo pridobivanje vodne pare, potrebne za tehnološke potrebe.

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

Da bi zagotovili normalno delovanje grelnika zraka, je pomembno preprečiti možnost korozije njegove površine s strani pretoka. dimni plini. Ta pojav je možen, ko je temperatura površine za izmenjavo toplote nižja od temperature rosišča; hkrati se del dimnih plinov, ki so neposredno v 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 nasičen parni tlak vode enak parcialnemu tlaku vodne pare v dimnih plinih.

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

Vir toplote za povečanje temperature nasičene pare je oksidacijska reakcija (zgorevanje) primarnega goriva. Dimni plini, ki nastanejo pri zgorevanju, oddajajo svojo toploto v sevalnih in nato konvekcijskih komorah toku surovine (para). Pregreta vodna para vstopi v porabnika, produkti zgorevanja pa zapustijo kurišče in vstopijo v kotel za odpadno toploto. Na izhodu iz KU se nasičena vodna para vrne v peč za pregrevanje pare, dimni plini, ohlajeni z napajalno vodo, pa vstopijo v grelnik zraka. Iz grelnika zraka dimni plini vstopijo v CTAN, kjer se voda, ki teče 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 kurilno vrednost zgorevanja goriva Q R n. Če je gorivo posamezen ogljikovodik, potem njegova kalorična vrednost Q R n enaka standardni toploti zgorevanja minus toplota uparjanja vode v produktih zgorevanja. Lahko se izračuna tudi iz standardnih toplotnih učinkov tvorbe začetnih in končnih produktov na podlagi Hessovega zakona.

Za gorivo, sestavljeno iz mešanice ogljikovodikov, se kurilna vrednost določi v skladu 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 \u003d 35,75 MJ / m 3.

Molska masa goriva:

M m = 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 ∙ 028,01 = 0,002.

kg / m 3,

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

MJ/kg.

Rezultati izračuna so povzeti v tabeli. ena:

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, mas. %;

x i- vsebnost posamezne komponente goriva, pravijo. %;

M i je molska masa posameznih komponent goriva;

M m je molska masa goriva.

Preverjanje sestave :

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

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 L0, kg/kg, se izračuna po formuli:

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

L = aL 0 ,

kje L- dejanska poraba zraka;

α - koeficient presežka zraka,

L = 1,25∙17,0 = 21,25 kg/kg.

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

kje ρ in= 1,293 - gostota zraka pri normalnih pogojih,

m 3 / kg.

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

če je znana elementarna sestava goriva, potem lahko masno sestavo dimnih plinov na 1 kg goriva med njegovim popolnim zgorevanjem določimo na podlagi naslednjih enačb:

kje mCO2 , mH2O , mN2 , mO2- 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.

Preverjanje prejete vrednosti:

kje W f- specifična poraba pare injektorja 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 tega plina pri normalnih pogojih, kg / m 3;

M i je 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 (n.a.) pri dejanskem pretoku zraka:

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

V = 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 \u003d 17,89 m 3 / kg.

Gostota produktov zgorevanja (n.n.):

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 s p, 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- povprečne specifične toplotne kapacitete pri konstantnem tlaku ustrezne trate pri temperaturi t, kJ/(kg K);

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

Rezultati izračunov 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 prevzame vodna para v peči (uporabno toplotna obremenitev):

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

H vp1 in H vp2

Za temperaturo izhodnih dimnih plinov vzamemo 320 °C (593 K). Izguba toplote zaradi sevanja v okolju bo 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 uh je entalpija produktov zgorevanja pri temperaturi dimnih plinov, ki zapuščajo peč, t uh; temperatura izhodnih dimnih plinov se običajno predpostavlja, da je 100 - 150 ° C višja od začetne temperature surovine 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

Na prehodu nastavimo temperaturo dimnih plinov: t p\u003d 750 - 850 ° C, sprejemamo

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

H p= 21171,8 kJ/kg.

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

kje H 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 prevzame vodna para v konvekcijskih ceveh:

Entalpija vodne pare na vstopu v sevalni del bo:

kJ/kg.

Sprejemamo vrednost tlačnih izgub v konvekcijski komori ∆ p do= 0,1 MPa, potem:

p do = p - p do ,

p do= 1,2 - 0,1 = 1,1 MPa.

Temperatura vstopne vodne pare v sevalni del t do= 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 °С;

TO.

Najvišja konstrukcijska temperatura zgorevanja:

kje t o- znižana temperatura začetne mešanice goriva in zraka; enaka temperaturi zraka, dobavljenega za zgorevanje;

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

°C.

pri tmax = 1772,8 °C in t n \u003d 800 ° C toplotna gostota popolnoma črne površine qs za različne temperature zunanje površine sevalnih cevi ima naslednje vrednosti:

Θ, °С 200 400 600

qs, W/m2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5

Gradimo pomožni grafikon (slika 2) glej prilogo, po katerem najdemo toplotno gostoto pri Θ = 527 °С: qs\u003d 0,95 ∙ 10 5 W / m 2.

Izračunamo skupni toplotni tok, doveden v peč:

Predhodna vrednost površine, ki je enakovredna popolnoma črni površini:

m 2.

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

Hs /H l = 0,73.

Vrednost 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 Za = 0,87.

Vrednost oklopljene zidane površine:

m 2.

Grelna površina sevalnih cevi:

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

različica b

metoda zgorevanja 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, opranih s tokom dimnih plinov, m,

l nadstropje = 9 - 0,42 = 8,2 m,

.

Toplotna obremenitev površine sevalnih cevi:

W/m 2.

Določite število cevi konvekcijske komore:

Razporedimo jih v šahovnici po 3 v eno vodoravno vrsto. Korak med cevmi S = 1,7 d h = 0,19 m.

Povprečna temperaturna razlika se določi po formuli:

°C.

Koeficient toplotne prehodnosti v konvekcijska komora:

W / (m 2 ∙ K).

Toplotna obremenitev površine konvekcijskih cevi je določena s formulo:

W/m 2.

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 / m 3;

d k – notranji premer konvekcijskih cevi, m;

z k je število pretokov v konvekcijski komori,

gospa.

ν k \u003d 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 pare:

kje G pretok vodne pare, pregrete v peči, kg/s;

ρ r v.p. - gostota vodne pare pri povprečni temperaturi in tlaku v konvekcijski komori, kg / m 3;

dр - notranji premer konvekcijskih cevi, m;

z p je število pretokov v zračni komori,

gospa.

Kinematična viskoznost vodne pare pri povprečni temperaturi in tlaku v konvekcijski komori ν p \u003d 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 str\u003d 0,35 - koeficient upora pri obračanju za 180 ºС,

- število obratov.

Skupna izguba tlaka:

Opravljeni izračuni so pokazali, da bo izbrana peč zagotovila proces pregrevanja vodne pare v danem načinu.

3. Izračun kotla za odpadno toploto

Poiščite povprečno temperaturo dimnih plinov:

kje t 1 - temperatura dimnih plinov na vstopu,

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

°C (538 K).

Masni pretok dimnih plinov:

kjer je B - poraba goriva, kg / s;

Za dimne pline so specifične entalpije določene na podlagi podatkov v tabeli. 3 in sl. 1 po formuli:

Entalpije hladilnih tekočin Tabela 4

Toplotni tok, ki ga prenašajo dimni plini:

kje H 1 in H 2 - entalpija dimnih plinov pri temperaturi vstopa oziroma izhoda KU, ki nastane pri zgorevanju 1 kg goriva, kJ/kg;

B - poraba goriva, kg / s;

h 1 in h 2 - specifične entalpije dimnih plinov, kJ / kg,

Toplotni tok, ki ga zazna voda, W:

kje η ku - koeficient izrabe toplote v CU; η ku = 0,97;

G n - zmogljivost pare, kg / s;

h k vp - entalpija nasičene vodne pare pri izhodni temperaturi, kJ/kg;

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

Količina vodne pare, prejete v KU, je določena s formulo:

kg/s.

Toplotni tok, ki ga prevzame voda 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 je specifična entalpija dimnih plinov pri temperaturi t x, od tukaj:

kJ/kg.

Vrednost entalpije zgorevanja 1 kg goriva:

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

t x = 270 °С.

Povprečna temperaturna razlika v ogrevalnem območju:

°C.

270 dimni plini 210 Ob upoštevanju indeksa protitoka:

kje Za f je koeficient toplotnega prehoda;

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 Za f je koeficient toplotnega prehoda;

m 2.

Skupna površina za izmenjavo toplote:

F = F n + F ti,

F\u003d 22,6 + 80 \u003d 102,6 m 2.

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

območje preseka 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 v-x zaradi toplote dimnih plinov.

Poraba zraka, kg / s, se določi glede na zahtevano količino goriva:

kje AT- poraba goriva, kg/s;

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

Dimni plini, ki oddajajo svojo toploto, se ohladijo iz t dg3 = t dg2 prej t dg4 .

=

kje H3 in H4- entalpije dimnih plinov pri temperaturah t dg3 in t dg4 kJ/kg,

Toplotni tok, ki ga zazna zrak, W:

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

0,97 - učinkovitost grelnika zraka,

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

TO.

5. Toplotna bilanca KTAN

Po grelniku zraka vstopijo dimni plini v kontaktni aparat z aktivnim pakiranjem (KTAN), kjer se njihova temperatura zniža od t dg5 = t dg4 do temperature t dg6= 60 °С.

Toploto dimnih plinov odvajata dva ločena tokova vode. 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 H5 in H6- entalpije 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 zaznava hladilna voda, W:

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

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

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

6. Izračun izkoristka rekuperacije toplote

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

Izračun učinkovitosti rekuperacije toplote se izvede po formuli:

7. Eksergijska ocena sistema "peč - kotel na odpadne toplote".

Eksergetična metoda analize energetskih tehnoloških sistemov omogoča najbolj objektivno in kakovostno oceno energetskih izgub, ki jih pri klasični oceni s prvim zakonom termodinamike nikakor ne zaznamo. V obravnavanem primeru se kot kriterij vrednotenja uporablja eksergijska učinkovitost, ki je opredeljena kot razmerje med odvzeto eksergijo in eksergijo, dovedeno v sistem:

kje E sub- eksergija goriva, MJ/kg;

E oz.- eksergija, ki jo prevzame tok vodne pare v peči in kotlu za odpadno toploto.

V primeru plinastega goriva je dovedena eksergija vsota eksergije goriva ( E pod1) in eksergija zraka ( E sub2):

kje N n in Ampak- entalpije zraka pri temperaturi vstopa v peč oziroma temperaturi okolja, kJ/kg;

to- 298 K (25 °С);

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

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

Dodeljena eksergija za obravnavani sistem je vsota eksergije, ki jo prevzame vodna para v peči ( E oziroma 1), in eksergija, ki jo prevzame vodna para v CH ( E oziroma 2).

Za tok pare, segret v peči:

kje G- poraba pare v peči, kg/s;

H vp1 in H vp2- entalpije vodne pare na vstopu oziroma izstopu iz peči, kJ/kg;

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

Za pretok vodne pare, pridobljen v HV:

kje G n- poraba pare v CU, kg / s;

h do pog- entalpija nasičene vodne pare na izstopu iz KU, kJ/kg;

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

E oz. = E otv1 + E otv2 ,

E oz.\u003d 1965,8 + 296,3 \u003d 2262,1 J / kg.

Zaključek

Po opravljenem izračunu za predlagano napravo (rekuperacija toplote odpadnih plinov procesne peči) lahko sklepamo, da je za določeno sestavo goriva, produktivnost peči glede na vodno paro in druge kazalnike učinkovitost sintetiziran sistem je visok, zato je namestitev učinkovita; to je pokazala tudi eksergijska ocena sistema »peč – kotel na odpadno toploto«, vendar je z vidika stroškov energije inštalacija nezaželena in jo je treba izboljšati.

Seznam uporabljene literature

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

2. Scoblo A . in. Skoblo A.I., Tregubova I.A., Yu.K., Molokanov. - 2. izd., revidirano. in dodatno – M.: Kemija, 1982. – 584 str.

3. Pavlov K .F. Primeri in naloge pri predmetu procesi in aparati kemijske tehnologije: Uč. Priročnik za univerze / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Noskov; Ed. P. G. Romankova. - 10. izd., revidirano. in dodatno - L.: Kemija, 1987. - 576 str.

Aplikacija

Vlažen zrak je mešanica suhega zraka in vodne pare. V nenasičenem zraku je vlaga v stanju pregrete pare, zato lahko lastnosti vlažnega zraka približno opišemo z zakoni idealnih plinov.

Glavne značilnosti vlažnega zraka so:

1. Absolutna vlažnost g, ki določa količino vodne pare v 1 m 3 vlažnega zraka. Vodna para zavzema celotno prostornino zmesi, zato je absolutna vlažnost zraka enaka masi 1 m 3 vodne pare ali gostoti pare, kg / m 3

2. Relativna vlažnost j je izražena z razmerjem med absolutno vlažnostjo zraka in njegovo največjo možno vlažnostjo pri enakem tlaku in temperaturi ali z razmerjem med maso vodne pare v 1 m 3 vlažnega zraka in maso vodne pare, potrebne za popolno nasičenje 1 m 3 vlažnega zraka pri enakem tlaku in temperaturi.

Relativna vlažnost določa stopnjo nasičenosti zraka z vlago:

, (1.2)

kjer je parcialni tlak vodne pare, ki ustreza njeni gostoti Pa; - tlak nasičene pare pri isti temperaturi, Pa; - največja možna količina pare v 1 m 3 nasičenega vlažnega zraka, kg / m 3; - gostota hlapov pri njegovem delnem tlaku in temperaturi vlažnega zraka, kg/m 3 .

Relacija (1.2) velja le, če lahko domnevamo, da je tekočina para idealen plin do nasičenosti.

Gostota vlažnega zraka r je vsota gostot vodne pare in suhega zraka pri delnih tlakih 1 m 3 vlažnega zraka pri temperaturi vlažnega zraka. T, ZA:

(1.3)

kjer je gostota suhega zraka pri njegovem delnem tlaku 1 m 3 vlažnega zraka, kg / m 3; - delni tlak suhega zraka, Pa; - plinska konstanta suhega zraka, J/(kg×K).

Izražanje in z enačbo stanja za zrak in vodno paro dobimo

, (1.5)

kjer je masni pretok zraka in vodne pare, kg/s.

Te enakosti veljajo za enako prostornino V vlažen zrak pri enaki temperaturi. Če drugo enakost delimo s prvo, dobimo še en izraz za vsebnost vlage

. (1.6)

Če tukaj nadomestimo vrednosti plinskih konstant za zrak J/(kg×K) in za vodno paro J/(kg×K), dobimo vrednost vsebnosti vlage, izraženo v kilogramih vodne pare na 1 kg suhega zraka

. (1.7)

Zamenjava delnega zračnega tlaka z vrednostjo , kjer je iz prejšnjega in AT je barometrični zračni tlak v enakih enotah kot R, dobimo za vlažen zrak pod zračnim tlakom

. (1.8)

Tako je pri določenem zračnem tlaku vsebnost vlage v zraku odvisna samo od parcialnega tlaka vodne pare. Najvišjo možno vsebnost vlage v zraku, od koder

. (1.9)

Ker tlak nasičenosti narašča s temperaturo, je največja možna količina vlage, ki jo lahko vsebuje zrak, odvisna od njegove temperature in večja je, višja je temperatura. Če enačbi (1.7) in (1.8) rešimo za in , potem dobimo

(1.10)

. (1.11)

Količina vlažnega zraka v kubičnih metrih na 1 kg suhega zraka se izračuna po formuli

(1.12)

Specifična prostornina vlažnega zraka v, m 3 / kg, se določi tako, da se prostornina vlažnega zraka deli z maso mešanice na 1 kg suhega zraka:

Za vlažen zrak kot hladilno sredstvo je značilna entalpija (v kilojoulih na 1 kg suhega zraka), enaka vsoti entalpija suhega zraka in vodne pare

(1.14)

kjer je specifična toplotna kapaciteta suhega zraka, kJ/(kg×K); t– temperatura zraka, °C; jaz- entalpija pregrete pare, kJ/kg.

Entalpija 1 kg suhe nasičene vodne pare pri nizkih tlakih je določena z empirično formulo, kJ/kg:

kjer je konstantni koeficient, ki je približno enak entalpiji pare pri temperaturi 0 °C; = 1,97 kJ/(kg×K) – specifična toplotna kapaciteta pare.

Zamenjava vrednosti jaz v izraz (1.14) in ob konstantni specifični toploti suhega zraka, ki je enaka 1,0036 kJ / (kg × K), najdemo entalpijo vlažnega zraka v kilojoulih na 1 kg suhega zraka:

Za določanje parametrov mokrega plina se uporabljajo enačbe, podobne zgoraj obravnavanim.

, (1.17)

kjer je plinska konstanta za preskusni plin; R- tlak plina.

Entalpija plina, kJ/kg,

kjer je specifična toplotna kapaciteta plina, kJ/(kg×K).

Absolutna vsebnost vlage v plinu:

. (1.19)

Pri izračunu kontaktnih toplotnih izmenjevalcev za toplotne nosilce zrak-voda lahko uporabite podatke v tabeli. 1.1-1.2 ali izračunane odvisnosti za določanje fizikalno-kemijskih parametrov zraka (1.24-1.34) in vode (1.35). Za dimne pline se lahko uporabijo podatki iz tabele 1. 1.3.

Gostota mokrega plina, kg / m 3:

, (1.20)

kjer je gostota suhega plina pri 0 ° C, kg / m 3; M g, M p - molekulske mase plin in para.

Koeficient dinamične viskoznosti mokrega plina, Pa×s:

, (1.21)

kjer je koeficient dinamične viskoznosti vodne pare, Pa×s; - koeficient dinamične viskoznosti suhega plina, Pa×s; - masna koncentracija pare, kg/kg.

Specifična toplotna kapaciteta mokrega plina, kJ/(kg×K):

Koeficient toplotne prevodnosti mokrega plina, W/(m×K):

, (1.23)

kje k je adiabatni indeks; AT– koeficient (za enoatomske pline AT= 2,5; za dvoatomne pline AT= 1,9; za triatomske pline AT = 1,72).

Tabela 1.1. Fizične lastnosti suh zrak ( R= 0,101 MPa)

t, °C	, kg / m 3	, kJ/(kg×K)	, W/(m×K)	, Pa×s	, m 2 /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

Termofizične lastnosti suhega zraka je mogoče približati z naslednjimi enačbami.

Kinematična viskoznost suhega zraka pri temperaturah od -20 do +140 ° C, m 2 / s:

Pa; (1,24)

in od 140 do 400 °С, m2/s:

. (1.25)

Tabela 1.2. Fizikalne lastnosti vode v stanju nasičenosti

t, °C	, kg / m 3	, kJ/(kg×K)	, W/(m×K)	, m 2 /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

Gostota mokrega plina, kg/m3.

Pri zgorevanju ogljika goriva v zraku v skladu z enačbo (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2) je za vsako prostornino CO2 v produktih izgorevanja 79: 21 = 3,76 prostornine N2.

Zgorevanje antracita, pustega premoga in drugih goriv z visoko vsebnostjo ogljika proizvaja produkte zgorevanja, ki so po sestavi podobni produktom zgorevanja ogljika. Pri zgorevanju vodika v skladu z enačbo

42H2+2102+79N2=42H20+79N2

Za vsako prostornino H20 je 79:42 = 1,88 prostornine dušika.

V produktih zgorevanja naravnih, utekočinjenih in koksarniških plinov, tekočih goriv, ​​drv, šote, rjavega premoga, dolgotrajnega in plinskega premoga ter drugih goriv s pomembno vsebnostjo vodika v gorljivi masi, veliko število vodna para, ki včasih presega prostornino CO2. Prisotnost vlage na vrhu

Tabela 36 Toplotna kapaciteta, kcal/(m3. °С)

Live, seveda, poveča vsebnost vodne pare v produktih izgorevanja.

Sestava produktov popolnega zgorevanja glavnih vrst goriva v stehiometričnem volumnu zraka je podana v tabeli. 34. Iz podatkov v tej tabeli je razvidno, da vsebnost N2 v produktih zgorevanja vseh vrst goriva znatno presega skupno vsebnost C02-f-H20, v produktih zgorevanja ogljika pa znaša 79 %.

Produkti zgorevanja vodika vsebujejo 65% N2, produkti zgorevanja naravnih in utekočinjenih plinov, bencina, kurilnega olja in drugih ogljikovodikovih goriv vsebujejo 70-74% N2.

riž. 5. Volumetrična toplotna kapaciteta

Produkti zgorevanja

4 - produkti zgorevanja ogljika

5 - produkti zgorevanja vodika

Povprečno toplotno kapaciteto produktov popolnega zgorevanja, ki ne vsebujejo kisika, lahko izračunamo po formuli

C \u003d 0,01 (Cc02C02 + Cso2S02 + Cn20H20 + CN2N2) kcal / (m3 - ° С), (VI. 1)

Kjer so Сс0г, Cso2, СНа0, CNa volumetrične toplotne kapacitete ogljikovega dioksida, žveplovega dioksida, vodne pare in dušika, S02, S02, Н20 in N2 pa vsebnost ustreznih komponent v produktih zgorevanja, % (vol.) .

V skladu s to formulo (VI. 1) ima naslednjo obliko:

C \u003d 0,01 (Cc02 /? 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 "°C). (VI.2)

Povprečna volumetrična toplotna kapaciteta CO2, H20 in N2 v temperaturnem območju od 0 do 2500 °C je podana v tabeli. 36. Krivulje, ki označujejo spremembo povprečne volumetrične toplotne kapacitete teh plinov z naraščajočo temperaturo, so prikazane na sl. 5.

Iz mize. 16 podatki in krivulje prikazane na sl. 5 prikazuje naslednje:

1. Volumetrična toplotna kapaciteta CO2 bistveno presega toplotno kapaciteto H20, ta pa presega toplotno kapaciteto N2 v celotnem temperaturnem območju od 0 do 2000 °C.

2. Toplotna kapaciteta CO2 narašča z naraščanjem temperature hitreje kot toplotna kapaciteta H20, toplotna kapaciteta H20 pa hitreje kot toplotna kapaciteta N2. Kljub temu pa se utežene povprečne volumetrične toplotne kapacitete produktov zgorevanja ogljika in vodika v stehiometričnem volumnu zraka malo razlikujejo.

To stanje, na prvi pogled nekoliko nepričakovano, je posledica dejstva, da v produktih popolnega zgorevanja ogljika v zraku za vsak kubični meter CO2, ki ima največjo volumetrično toplotno kapaciteto, predstavlja 3,76 m3 N2 z minimalno volumetrično

Povprečne volumetrične toplotne kapacitete produktov zgorevanja ogljika in vodika so teoretično zahtevana količina zrak, kcal/(m3-°С) Toplotna kapaciteta produktov zgorevanja Povprečna vrednost toplotne kapacitete produktov zgorevanja ogljika in vodika Odstopanja od povprečja Odstotek odstopanja DS 100 ogljik vodik

Toplotna kapaciteta, v produktih zgorevanja vodika pa je na vsak kubični meter vodne pare, katere prostorninska toplotna kapaciteta je manjša od CO2, vendar večja od N2, polovična količina dušika (1,88 m3).

Posledično se povprečne volumetrične toplotne kapacitete produktov zgorevanja ogljika in vodika v zraku izenačijo, kot je razvidno iz podatkov v tabeli. 37 in primerjava krivulj 4 in 5 na sl. 5. Razlika v tehtanih povprečnih toplotnih kapacitetah produktov zgorevanja ogljika in vodika v zraku ne presega 2 %. Seveda ležijo toplotne kapacitete produktov zgorevanja goriva, ki je sestavljeno predvsem iz ogljika in vodika, v stehiometričnem volumnu zraka v ozkem območju med krivuljama 4 in 5 (osenčeno na sliki 5).

Produkti popolnega zgorevanja različnih vidov; goriva v stehiometričnem zraku v temperaturnem območju od 0 do 2100 °C imajo naslednjo toplotno kapaciteto, kcal/(m3>°C):

Nihanje toplotne kapacitete produktov zgorevanja različne vrste goriv je razmeroma malo. pri trdno gorivo z visoko vsebnostjo vlage (drva, šota, rjavi premog itd.) je toplotna kapaciteta produktov zgorevanja v enakem temperaturnem območju večja kot pri gorivu z nizko vsebnostjo vlage (antracit, premog, kurilno olje, zemeljski plin itd.) .) . To je posledica dejstva, da se pri zgorevanju goriva z visoko vsebnostjo vlage v produktih zgorevanja poveča vsebnost vodne pare, ki ima večjo toplotno kapaciteto v primerjavi z dvoatomnim plinom - dušikom.

V tabeli. 38 prikazuje povprečne volumetrične toplotne kapacitete produktov popolnega zgorevanja, ki niso razredčeni z zrakom, za različna temperaturna območja.

Tabela 38

Vrednost povprečne toplotne kapacitete produktov zgorevanja goriva in zraka, ki niso razredčeni z zrakom, v temperaturnem območju od 0 do t ° С Toplotna kapaciteta produktov zgorevanja, kcal / (mí ■ °С) Toplotna kapaciteta, kcal/(m3. °С) Naravni, naftni, koksarniški plini, tekoča goriva, črni premog, antracit Drva, šota, rjavi premog, generatorski in plavžni plini plavžni plin

Povečanje vsebnosti vlage v gorivu poveča toplotno kapaciteto produktov zgorevanja zaradi povečanja vsebnosti vodne pare v njih v istem temperaturnem območju v primerjavi s toplotno kapaciteto produktov zgorevanja goriva z nižjo vsebnostjo vlage. vsebnostjo, hkrati pa znižuje temperaturo zgorevanja goriva zaradi povečanja prostornine produktov zgorevanja zaradi vodnega para.

S povečanjem vsebnosti vlage v gorivu se volumetrična toplotna kapaciteta produktov zgorevanja poveča v določenem temperaturnem območju, hkrati pa se temperaturni interval zmanjša od 0 do £max zaradi zmanjšanja vrednosti<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 omogoča znatno poenostavitev določanja kalorimetrične in izračunane temperature zgorevanja (po metodi, opisani v poglavju VII). Dovoljena napaka v tem primeru običajno ne presega 1% ali 20 °.

Iz upoštevanja krivulj 4 in 5 na sl. 5 je razvidno, da je razmerje toplotne kapacitete produktov popolnega zgorevanja ogljika v stehiometričnem volumnu zraka v temperaturnem območju od 0 do t ° C, na primer od 0 do

Toplotna kapaciteta produktov zgorevanja od 0 do t’mayL različnih vrst trdnih goriv z vsebnostjo vlage od 0 do 40 % v stehiometričnem volumnu zraka nižja toplota Toplota - proizvodnja Toplotna kapaciteta produktov zgorevanja iz O "o'shah kcal / (m" ° С) Zgorevanje, kcal/kg telo, T' °С 'max- ^ Donetsk antracit Polantracit Egorshinsky PA gorljiva masa Delovno gorivo Premog Doneck Skinny T, gorljiva masa Skinny T, delujoče gorivo Parna maščoba, trebušna slinavka Plin G Dolg plamen D Promprodukt PP Kuznetski Anzhero-Sudzhensky parno sintranje PS Leninski plin G Prokopyevskiy šibko sintranje SS Karaganda Naparjena maščoba in naparjena trebušna slinavka/PS Kizelova zamaščena trebušna slinavka Vorkuta parna maščobna trebušna slinavka G1 kvarčelski (GSSR) Zamaščena trebušna slinavka Promprodukt PP Tkvibulsky (GSSR) plin G Co. k-Yangaksky (Kirgiška SSR) plin G Rjavi premog Čeljabinsk Teološki Podmoskovny grudica Rezkanje

200 in od 0 do 2100 °C so praktično enake razmerju toplotnih kapacitet produktov zgorevanja vodika v istih temperaturnih območjih. Določeno razmerje toplotnih kapacitet C' ostane praktično konstantno za produkte popolnega zgorevanja različnih vrst goriva v stehiometričnem volumnu zraka.

V tabeli. 40 prikazuje razmerja toplotnih kapacitet produktov popolnega zgorevanja goriva z nizko vsebnostjo balasta, ki prehaja v plinaste produkte zgorevanja (antracit, koks, premog, tekoče gorivo, naravni, naftni, koksarni plini itd.) v temperaturnem območju od 0 do t ° C in v temperaturnem območju od 0 do 2100 °C. Ker je toplotna kapaciteta teh vrst goriva blizu 2100 ° C, je navedeno razmerje toplotnih kapacitet C' enako razmerju toplotnih kapacitet v temperaturnem območju od 0 do t in od 0 do tm&x-

V tabeli. 40 prikazuje tudi vrednosti C', izračunane za produkte zgorevanja goriva z visoko vsebnostjo balasta, ki med zgorevanjem goriva prehaja v plinaste produkte zgorevanja, to je vlaga v trdnem gorivu, dušik in ogljikov dioksid v plinastih goriva. Toplotna kapaciteta teh vrst goriva (les, šota, rjavi premog, mešani generator, zrak in plavžni plini) je 1600-1700 °C.

Tabela 40

Razmerje med toplotno kapaciteto produktov zgorevanja C' in zraka K v temperaturnem območju od 0 do t ° C do toplotne kapacitete produktov zgorevanja od 0 do Temperatura Gorivo z zmanjšano toplotno odpornostjo Temperatura Gorivo z visoko toplotno močjo Gorivo z zmanjšano proizvodnjo toplote - vodoodpornost

Kot je razvidno iz tabele. 40 se vrednosti C' in K malo razlikujejo tudi pri produktih zgorevanja goriva z različno vsebnostjo balasta in toplotno močjo.

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 te 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 na natančnost približevanja, drugo odvisnost pa lahko uporabimo za izvedbo izračunov 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 ° С) -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 protidimnih sistemov 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- sesanja (puščanja) zraka, 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 normalno zaprte požarne lopute številčne vrednosti specifične značilnosti odpornosti proti dimu in prepustnosti plina, odvisno 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 kurljivega prostora. 4 3.2. Odstranjevanje produktov zgorevanja iz sosednjih prostorov. 7 4. Dovod dima. 9 4.1. Dovod zraka v stopnišča. 9 4.2. Dovod zraka v jaške dvigal.. 14 4.3. Dovod zraka v predprostorne zapore.. 16 4.4. Kompenzacijski dovod zraka. 17 5. Tehnične lastnosti opreme. 17 5.1. Oprema za sisteme za prezračevanje dima. 17 5.2. Oprema za sisteme za dovod dima. 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. Neto 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 okoli 30 % gorljivih plinov (predvsem ogljikov monoksid CO) in okoli 60 % negorljivega dušika N2. Največji

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

Spodnja kurilna vrednost posameznih plinov, ki sestavljajo plinasta goriva, je podana v tabeli. 3.2. Glej razdelek 3 za metode za določanje kalorične vrednosti plinastih goriv.

Gostota. Obstajata absolutna in relativna gostota plinov.

Absolutna gostota plina rg, kg/m3, je masa plina na 1 m3 prostornine, ki jo ta plin zaseda. Pri izračunu gostote posameznega plina se prostornina njegovega kilomo-la vzame za 22,41 m3 (kot za idealni plin).

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

Rotn \u003d Rg / Pv \u003d Rg / 1,293, (6,1)

Kjer sta rg, pE absolutna gostota plina in zraka pri normalnih pogojih, kg / m3. Relativna gostota plinov se običajno uporablja za primerjavo različnih plinov med seboj.

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

Gostota mešanice plinov pjM, kg/m3, je določena na podlagi pravila aditivnosti, po katerem so lastnosti plinov povzete po njihovem volumskem deležu v ​​mešanici:

Kjer je Xj volumetrična vsebnost 7. plina v gorivu, %; (rg); - gostota j-tega plina, ki je del goriva, 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 plinastih goriv so lažje od zraka, zato se ob puščanju plin nabira pod stropi. Iz varnostnih razlogov je pred zagonom kotla nujno preveriti odsotnost plina na najverjetnejših mestih njegovega kopičenja.

Viskoznost plinov narašča z naraščajočo temperaturo. Vrednosti dinamičnega koeficienta viskoznosti p, Pa-s, je mogoče izračunati z uporabo empirične Seser-Landove enačbe

Tabela 6.1

Značilnosti sestavin plinskega goriva (pri t - O ° C chr \u003d 101,3 kPa)

	Kemični	molska masa M,	Gostota	Koncentrati v razsutem stanju
Ime plina	Absolutno	Sorodnik	Zionske meje vžiga plina v mešanici z zrakom,%
gorljivi plini
Propilen
ogljikov monoksid
vodikov sulfid
nevnetljivi plini
Ogljikov dioksid
žveplov dioksid
kisik
Atmosferski zrak.
vodna para

Kjer je p0 koeficient dinamične viskoznosti plina pri normalnih pogojih (G0 = 273 K in p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T je absolutna temperatura plina, K; C - koeficient, odvisen od vrste plina, K, je 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, %; Zu - koeficient dinamične viskoznosti j-te komponente, Pa-s; n je število posameznih plinov v gorivu.

V praksi se pogosto uporablja koeficient kinematične viskoznosti V, m2/s, ki
ki je z dinamično viskoznostjo p preko gostote p povezana z odvisnostjo

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 - koeficient, odvisen od vrste plina, K, je vzet iz tabele. 6.2.

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

Tabela 6.2

Koeficienti viskoznosti in toplotne prevodnosti komponent plinskega goriva

(pri t \u003d 0 ° С ir \u003d 101,3 kPa)

Ime plina	Faktor viskoznosti	Koeficient toplotne prevodnosti N03, W/(m-K)	Sutherlandov koeficient C, K
Dinamični r-106, Pa-s	Kinematika v-106, m2/s
gorljivi 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 toplotna prevodnost 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 - koeficient, odvisen od vrste plina, K, je vzet iz tabele. 6.2.

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

Toplotna kapaciteta plinastega goriva na 1 m3 suhega plina je odvisna od njegove sestave in je na splošno definirana kot

4L=0.01(CH2H2+Ccos0 +

CCH4CH4 + cCo2cOg + - + cx. X;), (6,9) - toplotne zmogljivosti sestavnih delov goriva, oziroma vodika, ogljikovega monoksida, metana, ogljikovega dioksida in /-te komponente, kJ / (m3-K); H2, CO, CH4, CO2, ..., Xg--

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

Toplotna kapaciteta mokrega plinastega goriva

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

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

Eksplozivnost. Mešanica gorljivega plina z zrakom v določenih razmerjih ob prisotnosti ognja ali celo iskre lahko eksplodira, torej se vname in gori s hitrostjo, ki je blizu hitrosti širjenja zvoka. Eksplozivne koncentracije vnetljivega plina v zraku so odvisne od kemične sestave in lastnosti plina. Meje vžiga prostorninske koncentracije za posamezne gorljive pline v zmesi z zrakom so navedene prej v tabeli. 6.1. Vodik (4.. .74% prostornine) in ogljikov monoksid (12.5...74%) imata najširše meje vžiga. Za zemeljski plin povprečna spodnja in zgornja meja vžiga sta 4,5 oziroma 17 vol. %; za koks - 5,6 in 31%; za domeno - 35 in 74%.

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

Strupenost plinskih zmesi je določena predvsem s koncentracijo najbolj strupenih sestavin, ki so v zmesi, medtem ko se njen škodljivi učinek praviloma izrazito poveča 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. Da bi odkrili uhajanje plina in sprejeli varnostne ukrepe, se zemeljski plin odišavi, preden vstopi v glavni tok, to je, da je nasičen s snovjo, ki ima oster vonj (na primer merkaptani).

Toplota zgorevanja različnih vrst goriva je zelo različna. 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, med seboj močno razlikujejo.

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

Kjer je хг 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 ilustrativen primer je okvirna naslednja primerjava, če v kotlih enake toplotne moči kurimo različna goriva. Torej, primerjava zmanjšane vsebnosti vlage v premogu v bližini Moskve

Razred 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 delovna vlažnost premoga v bližini Moskve (W [ \u003d 31%) je manjša od

Nazarovski premog (Wf = 39%).

pogojno gorivo. V energetiki je bil za primerjavo učinkovitosti uporabe goriva v različnih kotlovnicah, načrtovanje pridobivanja in porabe goriva v ekonomskih izračunih uveden koncept konvencionalnega goriva. Kot standardno gorivo se sprejme takšno gorivo, katerega specifična kurilna vrednost (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 enote: