Tabuľka fyzikálnych vlastností spalín. Termofyzikálne vlastnosti spalín. Hustota spalín sa vypočíta podľa vzorca

Termofyzikálne vlastnosti plynných produktov spaľovania potrebné na výpočet závislosti rôznych parametrov od teploty daného plynného média je možné stanoviť na základe hodnôt uvedených v tabuľke. Najmä tieto závislosti tepelnej kapacity sa získajú vo forme:

C psm = a -1/ d,

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

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

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

Prvá závislosť je výhodnejšia z hľadiska presnosti aproximácie, druhá závislosť sa môže použiť na vykonávanie výpočtov s nižšou presnosťou.

Fyzikálne parametre spalín
(at P = 0,0981 MPa; R C02 = 0,13; p H20 = 0,11; R N2 = 0,76)

t, °С	y, Nm-3	s p, W (m 2 ° С) -1	A102, W (m K)-1	a 10 6, m 2 s -1	μ 106, 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

DODATOK 3

(odkaz)

Priepustnosť vzduchu a dymu vzduchových potrubí a ventilov

1. Na určenie netesností alebo netesností vzduchu vo vzťahu k vetracie potrubia systémy na reguláciu dymu, možno použiť nasledujúce vzorce získané aproximáciou tabuľkových údajov:

pre vzduchové kanály triedy H (v rozsahu tlaku 0,2 - 1,4 kPa): AL = a(R - b)s, kde AL- nasávanie (únik) vzduchu, m 3 / m 2 h; R- tlak, kPa; a = 10,752331; b = 0,0069397038; s = 0,66419906;

pre vzduchovody triedy P (v rozsahu tlaku 0,2 - 5,0 kPa): kde a = 0,00913545; b=-3,1647682 108; c =-1,2724412 109; d= 0,68424233.

2. Pre normálne uzavreté požiarne klapky číselné hodnoty špecifickej charakteristiky odolnosti proti prenikaniu dymu a plynu v závislosti od teploty plynu zodpovedajú údajom získaným pri požiarnych skúškach rôznych výrobkov na skúšobnej základni VNIIPO:

1. Všeobecné ustanovenia. 2 2. Počiatočné údaje. 3 3. Odvetrávanie dymu. 4 3.1. Odstraňovanie produktov spaľovania priamo z horárne. 4 3.2. Odstraňovanie produktov spaľovania z priľahlých priestorov. 7 4. Zabezpečte vetranie dymu. 9 4.1. Prívod vzduchu na schodiskové šachty. 9 4.2. Prívod vzduchu do výťahové šachty.. 14 4.3. Prívod vzduchu do zámkov predsiene.. 16 4.4. Kompenzačný prívod vzduchu. 17 5. technické údaje zariadení. 17 5.1. Zariadenia pre systémy odsávania dymu. 17 5.2. Zariadenia na zásobovanie dymových ventilačných systémov. 21 6. Režimy riadenia paľby. 21 Literatúra.. 22 Príloha 1. Stanovenie hlavných parametrov požiarneho zaťaženia priestorov. 22 Príloha 2. Termofyzikálne vlastnosti spalín. 24 Príloha 3. Priepustnosť vzduchu a dymu vzduchových potrubí a ventilov. 25

Spaľovacie teplo. Čistá výhrevnosť suchého plynného paliva Qf sa pohybuje v širokom rozmedzí od 4 do 47 MJ/m3 a závisí od jeho zloženia – pomeru a kvality horľavých a nehorľavých

komponentov. Najnižšiu hodnotu Qf má vysokopecný plyn, ktorého priemerné zloženie je asi 30 % horľavých plynov (hlavne oxidu uhoľnatého CO) a asi 60 % nehorľavého dusíka N2. Najväčší

Hodnota Qf pre pridružené plyny, ktorých zloženie sa vyznačuje vysokým obsahom ťažkých uhľovodíkov. Spaľovacie teplo zemných plynov kolíše v úzkom rozmedzí Qf = 35,5…37,5 MJ/m3.

Nižšia výhrevnosť jednotlivých plynov tvoriacich plynné palivá je uvedená v tabuľke. 3.2. Metódy na stanovenie výhrevnosti plynných palív nájdete v časti 3.

Hustota. Existuje absolútna a relatívna hustota plynov.

Absolútna hustota plynu rg, kg/m3, je hmotnosť plynu na 1 m3 objemu, ktorý zaberá tento plyn. Pri výpočte hustoty jednotlivého plynu sa berie objem jeho kilomo-la rovný 22,41 m3 (ako pre ideálny plyn).

Relatívna hustota plynu Rotn je pomer absolútnej hustoty plynu za normálnych podmienok a podobnej hustoty vzduchu:

Rotn \u003d Rg / Pv \u003d Rg / 1,293, (6.1)

Kde rg, pE sú, v tomto poradí, absolútna hustota plynu a vzduchu za normálnych podmienok, kg/m3. Relatívna hustota plynov sa zvyčajne používa na vzájomné porovnanie rôznych plynov.

Hodnoty absolútnej a relatívnej hustoty jednoduchých plynov sú uvedené v tabuľke. 6.1.

Hustota plynnej zmesi pjM, kg/m3 sa určuje na základe pravidla aditívnosti, podľa ktorého sa vlastnosti plynov sumarizujú podľa ich objemového podielu v zmesi:

kde Xj je objemový obsah 7. plynu v palive, %; (rg); - hustota j-tého plynu, ktorý je súčasťou paliva, kg/m3; n je počet jednotlivých plynov v palive.

Hodnoty hustoty plynných palív sú uvedené v tabuľke. P.5.

Hustotu plynu p, kg/m3 v závislosti od teploty a tlaku možno vypočítať podľa vzorca

Kde p0 je hustota plynu za normálnych podmienok (T0 = 273 K a p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p a T sú skutočný tlak kPa a absolútna teplota plynu K.

Takmer všetky druhy plynných palív sú ľahšie ako vzduch, preto sa pri úniku plyn hromadí pod stropmi. Z bezpečnostných dôvodov je pred spustením kotla nevyhnutné skontrolovať neprítomnosť plynu v najpravdepodobnejších miestach jeho akumulácie.

Viskozita plynov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Hodnoty dynamického viskozitného koeficientu p, Pa-s, možno vypočítať pomocou empirickej Seser-Landovej rovnice

Tabuľka 6.1

Charakteristiky zložiek plynového paliva (pri t - 0 ° C chr \u003d 101,3 kPa)

	Chemický	Molová hmotnosť M,	Hustota	Hromadné koncentráty
Názov plynu	Absolútna	Relatívna	Sionické limity vznietenia plynu v zmesi so vzduchom,%
horľavé plyny
propylén
oxid uhoľnatý
sírovodík
nehorľavé plyny
Oxid uhličitý
oxid siričitý
Kyslík
Atmosférický vzduch.
vodná para

Kde p0 je koeficient dynamickej viskozity plynu za normálnych podmienok (G0 = 273 K a p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T je absolútna teplota plynu, K; C - koeficient v závislosti od druhu plynu, K, je prevzatý z tabuľky. 6.2.

Pre zmes plynov možno koeficient dynamickej viskozity približne určiť z hodnôt viskozity jednotlivých zložiek:

kde gj je hmotnostný podiel j-tého plynu v palive, %; Zu - koeficient dynamickej viskozity j-tej zložky, Pa-s; n je počet jednotlivých plynov v palive.

V praxi je široko používaný koeficient kinematickej viskozity V, m2/s, ktorý
ktorá súvisí s dynamickou viskozitou p cez hustotu p závislosťou

V = r / r. (6.6)

S prihliadnutím na (6.4) a (6.6) možno koeficient kinematickej viskozity v, m2/s v závislosti od tlaku a teploty vypočítať podľa vzorca

Kde v0 je koeficient kinematickej viskozity plynu za normálnych podmienok (Go = 273 K a p0 = 101,3 kPa), m2/s; p a G sú skutočný tlak kPa a absolútna teplota plynu K; C - koeficient v závislosti od druhu plynu, K, je prevzatý z tabuľky. 6.2.

Hodnoty koeficientov kinematickej viskozity pre plynné palivá sú uvedené v tabuľke. S.9.

Tabuľka 6.2

Koeficienty viskozity a tepelnej vodivosti zložiek plynného paliva

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

Názov plynu	Faktor viskozity	Súčiniteľ tepelnej vodivosti N03, W/(m-K)	Sutherlandov koeficient C, K
Dynamický r-106, Pa-s	Kinematická v-106, m2/s
horľavé plyny
propylén
oxid uhoľnatý
sírovodík
nehorľavé plyny Oxid uhličitý
Kyslík
Atmosférický vzduch
Vodná para pri 100 °C

Tepelná vodivosť. Prenos molekulárnej energie v plynoch je charakterizovaný koeficientom tepelnej vodivosti ‘k, W / (m-K). Súčiniteľ tepelnej vodivosti je nepriamo úmerný tlaku a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou. Hodnoty koeficientu X je možné vypočítať pomocou Sutherlandovho vzorca

Kde X,0 je tepelná vodivosť plynu za normálnych podmienok (G0 = 273 K a Po = 101,3 kPa), W / (m-K); p a T sú skutočný tlak kPa a absolútna teplota plynu K; C - koeficient v závislosti od druhu plynu, K, je prevzatý z tabuľky. 6.2.

Hodnoty koeficientov tepelnej vodivosti pre plynné palivá sú uvedené v tabuľke. S.9.

Tepelná kapacita plynného paliva na 1 m3 suchého plynu závisí od jeho zloženia a v všeobecný pohľad definovaný ako

4L=0 0,01 (CH2H2+Ccos0+

CCH4CH4 + cCo2cOg + - + cx. X;), (6,9) - tepelné kapacity jednotlivých zložiek paliva, vodíka, oxidu uhoľnatého, metánu, oxidu uhličitého a /-tej zložky, kJ / (m3-K); H2, CO, CH4, CO2, ..., Xg--

Tepelné kapacity horľavých zložiek plynného paliva sú uvedené v tabuľke. P.6, nehorľavé - v tabuľke. P.7.

Tepelná kapacita mokrého plynného paliva

Cgtl, kJ/(m3-K), je definovaný ako

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

Výbušnosť. Zmes horľavého plynu so vzduchom v určitých pomeroch v prítomnosti ohňa alebo dokonca iskry môže explodovať, t.j. vznieti sa a horí rýchlosťou blízkou rýchlosti šírenia zvuku. Výbušné koncentrácie horľavého plynu vo vzduchu závisia od chemického zloženia a vlastností plynu. Limity vznietenia objemovej koncentrácie pre jednotlivé horľavé plyny v zmesi so vzduchom sú uvedené vyššie v tabuľke. 6.1. Najširšie limity vznietenia majú vodík (4.. .74 % objemu) a oxid uhoľnatý (12.5...74 %). Pre zemný plyn je priemerný dolný a horný limit horľavosti 4,5 a 17 % objemu; pre koks - 5,6 a 31 %; pre doménu - 35 a 74 %.

Toxicita. Toxicitou sa rozumie schopnosť plynu spôsobiť otravu živých organizmov. Stupeň toxicity závisí od typu plynu a jeho koncentrácie. Najnebezpečnejšími zložkami plynu sú v tomto smere oxid uhoľnatý CO a sírovodík H2S.

Toxicita plynných zmesí je daná najmä koncentráciou najtoxickejšej zo zložiek prítomných v zmesi, pričom jej škodlivý účinok sa spravidla výrazne zvyšuje v prítomnosti iných škodlivých plynov.

Prítomnosť a koncentráciu škodlivých plynov vo vzduchu je možné určiť pomocou špeciálneho zariadenia - analyzátora plynov.

Takmer všetky zemné plyny sú bez zápachu. Na zistenie úniku plynu a prijatie bezpečnostných opatrení sa zemný plyn pred vstupom do hlavného potrubia odorizuje, to znamená, že sa nasýti látkou, ktorá má štipľavý zápach (napríklad merkaptány).

Spalné teplo rôznych druhov palív sa značne líši. Napríklad v prípade vykurovacieho oleja je to viac ako 40 MJ/kg a v prípade vysokopecného plynu a niektorých druhov ropných bridlíc je to približne 4 MJ/kg. Zloženie energetických palív sa tiež značne líši. Rovnaké kvalitatívne charakteristiky v závislosti od typu a značky paliva sa teda môžu navzájom kvantitatívne výrazne líšiť.

Uvedené vlastnosti paliva. Pre porovnávaciu analýzu sa v úlohe charakteristík sumarizujúcich kvalitu paliva používajú dané charakteristiky paliva, %-kg / MJ, ktoré sa spravidla vypočítavajú podľa vzorca

Kde хг je ukazovateľ kvality pracovného paliva, %; Q[ - špecifické spalné teplo (najnižšie), MJ/kg.

Takže napríklad pre výpočet zníženého

Vlhkosť obsah popola síry S „p a

Dusík N^p (pre prevádzkové podmienky paliva)

Vzorec (7.1) má nasledujúcu formu, %-kg/MJ:

TOC o "1-3" h z KP=Kl GT; (7,2)

4f=l7e[; (7,3)

snp=S'/Єї; (7,4)

^p=N7 Q[. (7,5)

Ako názorný príklad je uvedené nasledujúce porovnanie orientačné, za predpokladu, že v kotloch s rovnakým tepelným výkonom sa spaľujú rôzne palivá. Takže porovnanie zníženého obsahu vlhkosti uhlia pri Moskve

Stupne 2B (WЈp = 3,72 % -kg / MJ) a Nazarov-

Uhlie 2B (W^p = 3,04 %-kg / MJ) ukazuje, že v prvom prípade bude množstvo vlhkosti vnesenej do ohniska kotla s palivom približne 1,2-krát väčšie ako v druhom, a to aj napriek tomu, že pracovná vlhkosť uhlia pri Moskve (W[ \u003d 31%) je nižšia ako vlhkosť

Nazarovského uhlie (Wf = 39 %).

podmienené palivo. V energetike, za účelom porovnania efektívnosti využitia paliva v rôznych kotolniach, plánovania výroby a spotreby paliva v ekonomických výpočtoch, bol zavedený koncept klasického paliva. Ako štandardné palivo je akceptované také palivo, ktorého merná výhrevnosť (najnižšia) v prevádzkovom stave sa rovná Qy T = 29300 kJ/kg (resp.

7000 kcal/kg).

Pre každé prírodné palivo existuje takzvaný bezrozmerný tepelný ekvivalent E, ktorý môže byť väčší alebo menší ako jedna:

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 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 je taký škodlivý únik studeného vzduchu cez štrbiny v komínoch, nadmerné prúdenie vzduchu v ohnisku a vlastne akékoľvek tepelné straty v komíne vedúce k zníženiu teploty spalín.

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 pravdepodobná najmä pri studených stenách komína, to znamená počas zapaľovania pece.

Ryža. 1. Schéma pohybu plynov v studenom komíne: 1 - ohnisko; 2 - prívod vzduchu cez dúchadlo; 3-komínový; 4 - ventil; 5 - komínový zub; 6-splodiny; 7-zlyhajúci studený vzduch; 8 - prúdenie vzduchu spôsobujúce preklápanie ťahu.

a) hladké otvorené vertikálne potrubie
b) potrubie s ventilom a zubom
c) potrubie s horným ventilom

Plné šípky ukazujú smer pohybu ľahkých horúcich spalín. Prerušované šípky ukazujú smer prúdenia studeného ťažkého vzduchu z atmosféry smerom nadol.

Na ryža. 1a je schematicky znázornená pec, do ktorej sa privádza vzduch 2 a spaliny 6 sú odvádzané 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.

Efekt otáčania prúdov studeného vzduchu smerom nahor sa zvyšuje v prítomnosti čiastočne otvorených ventilov, 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.

Spády vzduchu v komíne sú nebezpečné 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 rýchlo dosiahnu režim kvôli nízkej tepelnej kapacite v porovnaní s tehlovými rúrami.

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 (prechodný pobyt, prenocovanie), najmä v zime, potom je vhodnejšie potrubie okamžite izolovať a navyše 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 vhodné pre intenzívne vykurovanie v lete a mimoriadne nebezpečné pre slabé podmienky horenia palivového 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 - pre nevratnú saunovú pec nie je úroveň ťahu 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 zohrejú počas podpaľovania (oveľa rýchlejšie ako tehlové rúry), zostávajú horúce pri intenzívnom zahrievaní, a preto sa veľmi široko používajú v kúpeľoch (a nielen v kúpeľoch). ), najmä preto, že sú relatívne lacné. Azbestocementové rúry sa nepoužívajú na kovové pece, pretože sú ťažké a tiež sa zrútia pri prehriatí s odlietajúcimi úlomkami.

Ryža. 3. Najjednoduchšie 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).

Na 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 musí 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.

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.

V dôsledku toho.

Celková strata murovaním

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

5. Akceptujeme nezapočítané straty vo výške 15% Q tepelného príkonu

Zostavte rovnicu tepelnej bilancie 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))

Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania

"Štátna technická univerzita v Samare"

Katedra chemickej technológie a priemyselnej ekológie

KURZOVÁ PRÁCA

v odbore "Technická termodynamika a tepelné inžinierstvo"

Téma: Výpočet zariadenia na rekuperáciu tepla z odpadových plynov procesnej pece

Vyplnil: Študent Ryabinina E.A.

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 peciach sálavého konvekčného typu, ale s relatívne vysokou počiatočnou teplotou ohrievaného produktu, môže byť teplota spalín relatívne vysoká, čo vedie k zvýšeným tepelným stratám, zníženiu účinnosti pece a vyššiemu obsahu paliva. spotreba. Preto je potrebné využiť teplo odpadových plynov. To sa dá dosiahnuť buď použitím ohrievača vzduchu, ktorý ohrieva vzduch vstupujúci do pece na spaľovanie paliva, alebo inštaláciou kotlov na odpadové teplo, ktoré umožňujú získavať vodnú paru potrebnú pre technologické potreby.

Na realizáciu ohrevu vzduchu sú však potrebné dodatočné náklady na konštrukciu ohrievača vzduchu, dúchadiel, ako aj dodatočný príkon spotrebovaný motorom dúchadla.

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 vodných alebo parných ohrievačoch) na teplotu nad rosným bodom. Takáto korózia môže nastať 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 KTAN, 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 + 44,0 0.0.0.0 0,00 1 + 44,0

kg/m3,

potom Q R n cm, vyjadrené v MJ/kg, sa rovná:

MJ/kg.

Výsledky výpočtu sú zhrnuté v tabuľke. jeden:

Zloženie paliva stôl 1

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 si teoretické množstvo vzduchu potrebné na spálenie 1 kg paliva, určíme ho zo stechiometrickej rovnice spaľovacej reakcie a obsahu kyslíka v atmosférickom vzduchu. Ak je známe elementárne zloženie paliva, teoretické množstvo vzduchu L0, kg/kg, sa vypočíta podľa vzorca:

V praxi sa na zabezpečenie úplnosti spaľovania paliva do pece privádza prebytočné množstvo vzduchu, skutočný prietok vzduchu nájdeme pri α = 1,25:

L = aL 0 ,

kde L- skutočná spotreba vzduchu;

α - koeficient prebytočného vzduchu,

L = 1,25∙17,0 = 21,25 kg/kg.

Špecifický objem vzduchu (n.a.) na spaľovanie 1 kg paliva:

kde ρ v= 1,293 - hustota vzduchu za normálnych podmienok,

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 nasledujúcich rovníc:

kde mCO2 , mH20 , m N2 , mO2- hmotnosť zodpovedajúcich plynov, kg.

Celkové množstvo produktov spaľovania:

m p. s = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2,

m p. s= 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 kg/kg.

Kontrola prijatej hodnoty:

kde W f- merná spotreba pary vstrekovača pri spaľovaní kvapalného paliva, kg/kg (pre plynné palivo W f = 0),

Keďže palivom je plyn, zanedbávame obsah vlhkosti vo vzduchu a neberieme do úvahy množstvo vodnej pary.

Nájdite objem produktov spaľovania za normálnych podmienok vytvorených pri spaľovaní 1 kg paliva:

kde m i- hmotnosť zodpovedajúceho plynu vzniknutého pri spaľovaní 1 kg paliva;

ρ i- 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.

Z údajov v tabuľke nájdime tepelnú kapacitu a entalpiu produktov spaľovania 1 kg paliva v rozsahu teplôt od 100 °C (373 K) do 1500 °C (1773 K). 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 odoberaný 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). Straty tepla sálaním do okolia budú 10 %, pričom 9 % sa stratí v sálavej komore a 1 % v konvekčnej komore. Účinnosť pece η t = 0,95.

Zanedbávajú sa tepelné straty 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 poschodie Q ;

Spotreba paliva, kg/s:

kg/s.

2.3 Výpočet sálavej komory a konvekčnej komory

Nastavíme teplotu spalín na priechode: t P\u003d 750 - 850 ° С, akceptujeme

t P= 800 °C (1073 K). Entalpia produktov spaľovania pri teplote na priechode

H P= 21171,8 kJ/kg.

Tepelný tok absorbovaný vodnou parou v sálavých trubiciach:

kde H n je entalpia produktov spaľovania pri teplote spalín na priechode, kJ/kg;

η t - účinnosť pece; odporúča sa, aby sa rovnala 0,95 - 0,98;

Tepelný tok odoberaný vodnou parou v konvekčnom potrubí:

Entalpia vodnej pary na vstupe do sálavého úseku bude:

kJ/kg.

Akceptujeme hodnotu tlakových strát v konvekčnej komore ∆ P do= 0,1 MPa, potom:

P do = P - P do ,

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

Teplota vstupu vodnej pary do sálavého úseku t do= 294 °C, potom bude priemerná teplota vonkajšieho povrchu sálavých trubíc:

kde Δt- rozdiel medzi teplotou vonkajšieho povrchu sálavých rúr a teplotou vodnej pary (suroviny) ohriatej v rúrach; Δt= 20 - 60 °С;

TO.

Maximálna konštrukčná teplota spaľovania:

kde t o- znížená teplota počiatočnej zmesi paliva a vzduchu; meraná ako teplota vzduchu dodávaného na spaľovanie;

VĎAKA.- merná tepelná kapacita produktov spaľovania pri teplote t P;

°C.

O tmax = 1772,8 °С a t n \u003d 800 ° C tepelná hustota absolútne čierneho povrchu qs pre rôzne teploty vonkajšieho povrchu sálavých trubíc má tieto hodnoty:

Θ, °С 200 400 600

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

Zostavíme pomocný graf (obr. 2) pozri prílohu, podľa ktorého zistíme hustotu tepla pri Θ = 527 °С: qs\u003d 0,95 ∙ 10 5 W/m 2.

Vypočítame celkový tepelný tok privedený do pece:

Predbežná hodnota plochy ekvivalentná úplne čiernej ploche:

m 2

Akceptujeme stupeň tienenia muriva Ψ = 0,45 a pre α = 1,25 zistíme, že

Hs /H l = 0,73.

Hodnota ekvivalentnej rovnej plochy:

m 2

Akceptujeme jednoradové umiestnenie rúr a krok medzi nimi:

S = 2d n= 2 ∙ 0,152 = 0,304 m. Pre tieto hodnoty je faktor tvaru Komu = 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 podlaha = 9 - 0,42 = 8,2 m,

.

Tepelné namáhanie povrchu sálavých trubíc:

W/m2.

Určite počet rúrok konvekčnej komory:

Poukladáme ich šachovnicovo po 3 do jedného vodorovného radu. Krok medzi rúrkami S = 1,7 d h = 0,19 m.

Priemerný teplotný rozdiel je určený vzorcom:

°C.

Koeficient prestupu tepla v konvekčnej komore:

W / (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 Komu 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 Komu 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 AT- spotreba paliva, kg/s;

L- skutočná spotreba vzduchu na spaľovanie 1 kg paliva, kg/kg,

Spaliny, ktoré uvoľňujú svoje teplo, sa ochladzujú z t dg3 = t dg2 predtým t dg4 .

=

kde H3 a H4- entalpie spalín pri teplotách t dg3 a t dg4 kJ/kg, resp.

Tepelný tok vnímaný vzduchom, W:

kde s in-x- priemerná merná tepelná kapacita vzduchu, kJ/(kg K);

0,97 - účinnosť ohrievača vzduchu,

Konečná teplota vzduchu ( t x v-x) sa určí z rovnice tepelnej bilancie:

TO.

5. Tepelná bilancia KTAN

Za ohrievačom vzduchu vstupujú spaliny do kontaktného aparátu s aktívnou tryskou (KTAN), odkiaľ ich teplota klesá t dg5 = t dg4 až do teploty t dg6= 60 °C.

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