Gaisa, gāzu un ūdens fizikālās īpašības. Kursa darbs: Gaisa sildītāja siltuma bilances aprēķins.
Mitrs gaiss ir sausa gaisa un ūdens tvaiku maisījums. Nepiesātinātā gaisā mitrums atrodas pārkarsētu tvaiku stāvoklī, un tāpēc mitra gaisa īpašības var aptuveni aprakstīt ar ideālo gāzu likumiem.
Galvenās mitrā gaisa īpašības ir:
1. Absolūtais mitrums g, kas nosaka ūdens tvaiku daudzumu, ko satur 1 m 3 mitra gaisa. Ūdens tvaiki aizņem visu maisījuma tilpumu, tāpēc absolūtais gaisa mitrums ir vienāds ar 1 m 3 ūdens tvaika masu vai tvaika blīvumu, kg/m 3
2. Gaisa relatīvo mitrumu j izsaka ar gaisa absolūtā mitruma attiecību pret tā maksimāli iespējamo mitrumu tādā pašā spiedienā un temperatūrā vai ūdens tvaiku masas attiecību 1 m 3 mitra gaisa pret gaisa masu. ūdens tvaiki, kas nepieciešami, lai pilnībā piesātinātu 1 m 3 mitra gaisa ar tādu pašu spiedienu un temperatūru.
Relatīvais mitrums nosaka gaisa piesātinājuma pakāpi ar mitrumu:
, (1.2)
kur ir ūdens tvaika parciālais spiediens, kas atbilst tā blīvumam Pa; - piesātināta tvaika spiediens tajā pašā temperatūrā, Pa; - maksimālais iespējamais tvaika daudzums 1 m 3 piesātināta mitra gaisa, kg/m 3 ; - tvaika blīvums pie tā parciālā spiediena un mitra gaisa temperatūras, kg/m3.
Sakarība (1.2) ir spēkā tikai tad, ja varam pieņemt, ka šķidrie tvaiki ir ideāla gāze līdz piesātinājuma stāvoklim.
Mitrā gaisa blīvums r ir ūdens tvaiku un sausa gaisa blīvumu summa pie 1 m 3 mitra gaisa parciālā spiediena mitrā gaisa temperatūrā T, UZ:
(1.3)
kur ir sausa gaisa blīvums pie tā parciālā spiediena 1 m 3 mitra gaisa, kg/m 3 ; - sausa gaisa daļējais spiediens, Pa; - sausa gaisa gāzes konstante, J/(kg×K).
Izsakot un izmantojot gaisa un ūdens tvaiku stāvokļa vienādojumu, iegūstam
, (1.5)
Kur - masas plūsma gaiss un ūdens tvaiki, kg/s.
Šīs vienādības ir spēkā vienam un tam pašam apjomam V mitrs gaiss un tāda pati temperatūra. Dalot otro vienādību ar pirmo, mēs iegūstam citu mitruma satura izteiksmi
. (1.6)
Šeit aizstājot gāzes konstantu vērtības gaisam J/(kg × K) un ūdens tvaikiem J/(kg × K), iegūstam mitruma satura vērtību, kas izteikta ūdens tvaiku kilogramos uz 1 kg sausa gaisa.
. (1.7)
Daļējā gaisa spiediena aizstāšana ar vērtību , kur no iepriekšējā un IN– barometriskais gaisa spiediens tajās pašās mērvienībās kā R, mēs iegūstam mitram gaisam zem barometriskā spiediena
. (1.8)
Tādējādi pie noteiktā barometriskā spiediena mitruma saturs gaisā ir atkarīgs tikai no ūdens tvaiku daļējā spiediena. Maksimālais iespējamais mitruma saturs gaisā, no kurienes
. (1.9)
Tā kā piesātinājuma spiediens palielinās līdz ar temperatūru, maksimālais iespējamais mitruma daudzums, ko var saturēt gaisā, ir atkarīgs no tā temperatūras, un jo augstāka temperatūra, jo lielāka. Ja vienādojumi (1.7) un (1.8) ir atrisināti un , tad iegūstam
(1.10)
. (1.11)
Mitrā gaisa tilpumu kubikmetros uz 1 kg sausa gaisa aprēķina pēc formulas
(1.12)
Konkrēts mitrā gaisa daudzums v, m 3 /kg, nosaka, dalot mitrā gaisa tilpumu ar maisījuma masu uz 1 kg sausa gaisa:
Mitru gaisu kā dzesēšanas šķidrumu raksturo entalpija (kilodžoulos uz 1 kg sausa gaisa), vienāds ar summu sausa gaisa un ūdens tvaiku entalpijas
(1.14)
kur ir sausa gaisa īpatnējā siltumietilpība, kJ/(kg×K); t– gaisa temperatūra, °C; i- pārkarsēta tvaika entalpija, kJ/kg.
1 kg sausa piesātināta ūdens tvaika entalpiju zemā spiedienā nosaka pēc empīriskās formulas, kJ/kg:
kur ir nemainīgs koeficients, kas aptuveni vienāds ar tvaika entalpiju 0 °C temperatūrā; = 1,97 kJ/(kg×K) – tvaika īpatnējā siltumietilpība.
Vērtību aizstāšana i izteiksmē (1.14) un ņemot sausa gaisa īpatnējo siltumietilpību konstanti un vienādu ar 1.0036 kJ/(kg×K), mēs atrodam mitra gaisa entalpiju kilodžoulos uz 1 kg sausa gaisa:
Lai noteiktu mitrās gāzes parametrus, tiek izmantoti vienādojumi, kas līdzīgi iepriekš apskatītajiem.
, (1.17)
kur ir gāzes konstante pētāmajai gāzei; R- gāzes spiediens.
Gāzes entalpija, kJ/kg,
kur ir gāzes īpatnējā siltumietilpība, kJ/(kg×K).
Gāzes absolūtais mitruma saturs:
. (1.19)
Aprēķinot kontakta siltummaiņus gaisa-ūdens dzesēšanas šķidrumiem, varat izmantot datus tabulā. 1,1-1,2 vai aprēķinātās atkarības gaisa (1,24-1,34) un ūdens (1,35) fizikāli ķīmisko parametru noteikšanai. Priekš dūmgāzes var izmantot tabulas datus. 1.3.
Slapjās gāzes blīvums, kg/m3:
, (1.20)
kur ir sausas gāzes blīvums 0 °C, kg/m3; M g, M p – gāzes un tvaiku molekulmasas.
Slapjās gāzes dinamiskais viskozitātes koeficients, Pa×s:
, (1.21)
kur ir ūdens tvaiku dinamiskās viskozitātes koeficients, Pa×s; - sausas gāzes dinamiskās viskozitātes koeficients, Pa×s; 
- tvaika masas koncentrācija, kg/kg.
Slapjās gāzes īpatnējā siltumietilpība, kJ/(kg×K):
Slapjās gāzes siltumvadītspējas koeficients, W/(m×K):
, (1.23)
Kur k– adiabātiskais indekss; IN– koeficients (monatomiskām gāzēm IN= 2,5; diatomiskām gāzēm IN= 1,9; triatomiskām gāzēm IN = 1,72).
1.1. tabula. Fizikālās īpašības sauss gaiss ( 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 |
Sausa gaisa termofizikālās īpašības var tuvināt ar šādiem vienādojumiem.
Sausa gaisa kinemātiskā viskozitāte temperatūrā no -20 līdz +140 °C, m 2 /s:
Pa; (1,24)
un no 140 līdz 400 °C, m 2 /s:
. (1.25)
1.2. tabula. Ūdens fizikālās īpašības piesātinājuma stāvoklī
| 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 |
Slapjās gāzes blīvums, kg/m3.
2. siltums, ko aizvada izplūdes gāzes. Noteiksim dūmgāzu siltumietilpību pie tух =8000С;
3. siltuma zudumi caur mūri pēc siltumvadītspējas.
Zaudējumi caur velvi
Velves biezums 0,3 m, materiāls šamots. Mēs pieņemam, ka velves iekšējās virsmas temperatūra ir vienāda ar gāzu temperatūru.
Vidējā cepeškrāsns temperatūra:
Pamatojoties uz šo temperatūru, mēs izvēlamies šamota materiāla siltumvadītspējas koeficientu:
Tādējādi zaudējumi no glabātuves ir:
kur α ir siltuma pārneses koeficients no sienu ārējās virsmas uz apkārtējo gaisu, kas vienāds ar 71,2 kJ/(m2*h*0С)
Zaudējumi caur sienām. Sienas ir klātas divās kārtās (šamots 345 mm, diatomīts 115 mm)
Sienas laukums, m2:
Metodiskā zona
Metināšanas zona
Tomilnoy zona
Torcevihs
Kopējā sienu platība 162,73 m2
Ar lineāru temperatūras sadalījumu pa sienas biezumu šamota vidējā temperatūra būs 5500C, bet diatomīta - 1500C.
Līdz ar to.
Kopējie mūrēšanas zaudējumi
4. Saskaņā ar praktiskiem datiem tiek pieņemts, ka siltuma zudumi ar dzesēšanas ūdeni ir vienādi ar 10% no Qx ienākumiem, tas ir, Qx + Qp
5. Tiek pieņemts, ka neuzskaitītie zudumi ir 15% Q no siltuma pieauguma
Izveidosim vienādojumu krāsns siltuma bilancei
Mēs apkopojam krāsns siltuma bilanci 1. tabulā; 2
1. tabula
2. tabula
| Patēriņš kJ/h | % |
| Siltums, kas iztērēts metāla sildīšanai
| 53 |
| dūmgāzu siltums | 26 |
| zudumi mūra dēļ
| 1,9 |
| dzesēšanas ūdens zudumi | 6,7 |
| neuzskaitīti zaudējumi | 10,6 |
| Kopā: | 100 |
Īpatnējais siltuma patēriņš 1 kg metāla apkurei būs
Degļu izvēle un aprēķins
Mēs pieņemam, ka krāsnī ir uzstādīti “caurulē-caurulē” degļi.
Metināšanas zonās ir 16 gabali, vārīšanās zonā 4 gabali. kopējais degļu skaits 20 gab. Noteiksim aptuveno gaisa daudzumu, kas nonāk vienā degli.
Vв - stundas gaisa plūsma;
TV - 400+273=673 K - gaisa sildīšanas temperatūra;
N – degļu skaits.
Tiek pieņemts, ka gaisa spiediens degļa priekšā ir 2,0 kPa. No tā izriet, ka nepieciešamo gaisa plūsmu nodrošina deglis DBV 225.
Noteiksim paredzamo gāzes daudzumu uz degli;
VГ =В=2667 stundas degvielas patēriņš;
TG =50+273=323 K - gāzes temperatūra;
N – degļu skaits.
8. Rekuperatora aprēķins
Gaisa sildīšanai projektējam metāla cilpas siltummaini no caurulēm ar diametru 57/49,5 mm ar koridora izvietojumu ar to soli
Sākotnējie dati aprēķinam:
Stundas degvielas patēriņš B=2667 kJ/h;
Gaisa patēriņš uz 1 m3 degvielas Lα = 13,08 m3/m3;
Sadegšanas produktu daudzums no 1 m3 degošās gāzes Vα = 13,89 m3/m3;
Gaisa sildīšanas temperatūra tв = 4000С;
Dūmgāzu temperatūra no kurtuves tух=8000С.
Gaisa plūsma stundā:
Stundas dūmu izvade:
Dūmu daudzums stundā, kas iziet cauri rekuperatoram, ņemot vērā dūmu zudumus izsitīšanas rezultātā un caur apvada vārtiem un gaisa nosūkšanu.
Koeficients m, ņemot vērā dūmu zudumus, ir 0,7.
Koeficients, ņemot vērā gaisa noplūdes cūkās, tiks pieņemts kā 0,1.
Dūmu temperatūra rekuperatora priekšā, ņemot vērā gaisa noplūdes;
kur iух – dūmgāzu siltums pie tух=8000С
Šis siltuma saturs atbilst dūmu temperatūrai tD=7500C. (sk. 67. att.(3))
Kurināmā oglekli sadedzinot gaisā saskaņā ar vienādojumu (21C+2102 + 79N2=21C02 + 79N2), katram C02 tilpumam sadegšanas produktos ir 79: 21 = 3,76 tilpumi N2.
Dedzinot antracītu, liesās ogles un cita veida degvielu ar augstu oglekļa saturu, veidojas sadegšanas produkti, kas pēc sastāva ir līdzīgi oglekļa sadegšanas produktiem. Kad ūdeņradis tiek sadedzināts saskaņā ar vienādojumu
42H2+2102+79N2=42H20+79N2
Katram H20 tilpumam ir 79:42 = 1,88 tilpumi slāpekļa.
Dabisko, sašķidrināto un koksa gāzu, šķidrā kurināmā, malkas, kūdras, brūnogļu, ilgstošas liesmas un gāzveida ogļu un citu veidu kurināmā ar ievērojamu ūdeņraža saturu degošajā masā sadegšanas produktos, liels skaitsūdens tvaiki, dažkārt pārsniedzot CO2 tilpumu. Mitruma klātbūtne augšpusē
|
36. tabula Siltuma jauda, kcal/(mZ. °C) |
Lieve dabiski palielina ūdens tvaiku saturu sadegšanas produktos.
Galveno kurināmā veidu pilnīgas sadegšanas produktu sastāvs simthiometriskā gaisa tilpumā ir dots tabulā. 34. No šīs tabulas datiem ir skaidrs, ka visu veidu kurināmā sadegšanas produktos N2 saturs ievērojami pārsniedz kopējo C02-f-H20 saturu, bet oglekļa sadegšanas produktos tas ir 79%.
Ūdeņraža sadegšanas produkti satur 65% N2, savukārt dabisko un sašķidrināto gāzu, benzīna, mazuta un cita veida ogļūdeņražu degvielu sadegšanas produkti satur 70-74%.
Rīsi. 5. Tilpuma siltumietilpība
Degšanas produkti
4 - oglekļa sadegšanas produkti
5 - ūdeņraža sadegšanas produkti
Pilnīgas sadegšanas produktu, kas nesatur skābekli, vidējo siltumietilpību var aprēķināt, izmantojot formulu
C = 0,01(Cc02C02 + Cso2S02 + C„20H20 + CN2N2) kcal/(m3-°C), (VI. 1)
Kur Сс0г, Csо2, СНа0, CNa ir oglekļa dioksīda, sēra dioksīda, ūdens tvaiku un slāpekļa tilpuma siltumietilpības, bet С02, S02, Н20 un N2 ir atbilstošo komponentu saturs sadegšanas produktos, % (tilpums).
Saskaņā ar to formula (VI. 1) iegūst šādu formu:
C=0,01.(Cc02/?02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal/(m3°C). (VI.2)
C02, H20 un N2 vidējā tilpuma siltumietilpība temperatūras diapazonā no 0 līdz 2500 °C norādīta tabulā. 36. Līknes, kas raksturo šo gāzu vidējās tilpuma siltumietilpības izmaiņas, pieaugot temperatūrai, parādītas att. 5.
No tabulā norādītajiem. 16 dati un līknes, kas parādītas attēlā. 5, ir redzams sekojošais:
1. CO2 tilpuma siltumietilpība ievērojami pārsniedz H20 siltumietilpību, kas, savukārt, pārsniedz N2 siltumietilpību visā temperatūras diapazonā no 0 līdz 2000 °C.
2. CO2 siltumietilpība palielinās, paaugstinoties temperatūrai ātrāk nekā H20 siltumietilpība, un H20 siltumietilpība ātrāk nekā N2 siltumietilpība. Tomēr, neskatoties uz to, oglekļa un ūdeņraža sadegšanas produktu svērtās vidējās tilpuma siltumietilpības stehiometriskā gaisa tilpumā maz atšķiras.
Šī situācija, no pirmā acu uzmetiena nedaudz negaidīta, ir saistīta ar to, ka oglekļa pilnīgas sadegšanas produktos gaisā par katru kubikmetrs CO2, kam ir vislielākā tilpuma siltumietilpība, veido 3,76 m3 N2 ar minimālo tilpuma siltumietilpību
|
Oglekļa un ūdeņraža sadegšanas produktu vidējās tilpuma siltumietilpības teorētiski nepieciešamais daudzums gaiss, kcal/(m3-°С)
|
Siltuma jauda, un ūdeņraža sadegšanas produktos uz katru kubikmetru ūdens tvaiku, kura tilpuma siltumietilpība ir mazāka par CO2, bet lielāka par N2, ir uz pusi mazāks slāpekļa daudzums (1,88 m3) .
Rezultātā tiek izlīdzinātas oglekļa un ūdeņraža sadegšanas produktu vidējās tilpuma siltumietilpības gaisā, kā redzams no tabulas datiem. 37. un 4. un 5. līkņu salīdzinājums attēlā. 5. Oglekļa un ūdeņraža sadegšanas produktu vidējā svērtā siltumjauda gaisā nepārsniedz 2%. Protams, kurināmā sadegšanas produktu, kas galvenokārt sastāv no oglekļa un ūdeņraža, siltumietilpības stehiometriskā gaisa tilpumā atrodas šaurā apgabalā starp 4. un 5. līkni (5. attēlā iekrāsota).
dažāda veida pilnīgas sadegšanas produkti; degvielām stehiometriskā gaisā temperatūras diapazonā no 0 līdz 2100 °C ir šāda siltumietilpība, kcal/(m3>°C):
Degšanas produktu siltumietilpības svārstības dažādi veidi degvielas ir salīdzinoši mazas. Cietajam kurināmajam ar augstu mitruma saturu (malka, kūdra, brūnogles u.c.) ir augstāka sadegšanas produktu siltumietilpība tajā pašā temperatūras diapazonā nekā kurināmajam ar zemu mitruma saturu (antracīts, akmeņogles, mazuts, dabasgāze, utt.). Tas izskaidrojams ar to, ka, sadedzinot degvielu ar augstu mitruma saturu, sadegšanas produkti palielina ūdens tvaiku saturu, kam ir lielāka siltumietilpība, salīdzinot ar divatomisko gāzi - slāpekli.
Tabulā 38. attēlā parādītas pilnīgas sadegšanas produktu vidējās tilpuma siltumietilpības, kas nav atšķaidītas ar gaisu, dažādiem temperatūras diapazoniem.
38. tabula
|
Kurināmā un ar gaisu neatšķaidīta gaisa sadegšanas produktu vidējo siltumietilpību vērtība temperatūras diapazonā no 0 līdz t °C
|
Mitruma satura palielināšanās kurināmajā palielina sadegšanas produktu siltumietilpību, jo tajā pašā temperatūras diapazonā palielinās ūdens tvaiku saturs, salīdzinot ar kurināmā ar zemāku mitruma saturu sadegšanas produktu siltumietilpību, un tajā pašā laikā pazemina degvielas sadegšanas temperatūru, jo palielinās sadegšanas produktu daudzums ūdens pāra dēļ.
Palielinoties mitruma saturam kurināmā, sadegšanas produktu tilpuma siltumietilpība palielinās noteiktā temperatūras diapazonā un tajā pašā laikā temperatūras diapazons no 0 līdz £max samazinās vērtības samazināšanās dēļ.<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).
Tas ļauj būtiski vienkāršot kalorimetrisko un aprēķināto degšanas temperatūru noteikšanu (saskaņā ar VII nodaļā aprakstīto metodi). Šajā gadījumā pieļaujamā kļūda parasti nepārsniedz 1% vai 20°.
No 4. un 5. līkņu pārbaudes attēlā. 5 redzams, ka oglekļa pilnīgas sadegšanas produktu siltumietilpību attiecība stehiometriskā gaisa tilpumā temperatūras diapazonā no 0 līdz t°C, piemēram, no 0 līdz
|
Dažāda veida cietā kurināmā, kas satur no 0 līdz 40% mitruma, sadegšanas produktu siltumietilpība no 0 līdz t’mayL stehiometriskā gaisa tilpumā
|
200 un no 0 līdz 2100 °C ir praktiski vienādi ar ūdeņraža sadegšanas produktu siltuma jaudu attiecību vienādos temperatūras diapazonos. Norādītā siltuma jaudu attiecība C' paliek praktiski nemainīga dažādu veidu kurināmā pilnīgas sadegšanas produktiem stehiometriskā gaisa tilpumā.
Tabulā 40 parādīta kurināmā pilnīgas sadegšanas produktu siltumietilpību attiecība ar zemu balasta saturu, kas pārvēršas gāzveida sadegšanas produktos (antracīts, kokss, ogles, šķidrais kurināmais, dabiskās, eļļas, koksa gāzes utt.) temperatūras diapazonā no 0 līdz t °C un temperatūras diapazonā no 0 līdz 2100 °C. Tā kā šo kurināmā veidu siltumietilpība ir tuvu 2100 °C, tad norādītā siltumjaudu attiecība C’ ir vienāda ar siltumietilpību attiecību temperatūras diapazonā no 0 līdz t un no 0 līdz tm&x-
Tabulā 40 parāda arī vērtības C' vērtības, kas aprēķinātas kurināmā ar augstu balasta saturu sadegšanas produktiem, kas degvielas sadegšanas laikā pārvēršas gāzveida sadegšanas produktos, t.i., mitrums cietajā kurināmajā, slāpeklis un oglekļa dioksīds gāzveida kurināmajā. Šo kurināmā veidu (malka, kūdra, brūnogles, jauktais ģenerators, gaisa un domnas gāzes) siltuma jauda ir 1600-1700 °C.
40. tabula
|
Sadegšanas produktu C' un gaisa K siltumietilpību attiecība temperatūras diapazonā no 0 līdz t °C pret sadegšanas produktu siltumietilpību no 0 līdz
|
Kā redzams no tabulas. 40, C' un K vērtības maz atšķiras pat degvielas sadegšanas produktiem ar atšķirīgu balasta saturu un siltuma jaudu.
Gāzveida sadegšanas produktu termofizikālās īpašības, kas nepieciešamas, lai aprēķinātu dažādu parametru atkarību no konkrētās gāzveida vides temperatūras, var noteikt, pamatojoties uz tabulā norādītajām vērtībām. Jo īpaši norādītās siltuma jaudas atkarības tiek iegūtas šādā formā:
C psm = a -1/ d,
Kur a = 1,3615803; b = 7,0065648; c = 0,0053034712; d = 20,761095;
C psm = a + bT sm + cT 2 sm,
Kur a = 0,94426057; b = 0,00035133267; c = -0,0000000539.
Pirmā atkarība ir vēlama tuvinājuma precizitātes ziņā, otro atkarību var izmantot zemākas precizitātes aprēķiniem.
Dūmgāzu fizikālie parametri
(pie P = 0,0981 MPa; R CO2 = 0,13; lpp H2O = 0,11; R N2 = 0,76)
| t, °С | γ, N m -3 | ar p, W(m 2 °C) -1 | λ 10 2, W(m K) -1 | A· 10 6, m 2 · s -1 | μ · 10 6 , Pa · s | v· 10 6, m 2 · s -1 | Pr |
| 12,704 | 1,04 | 2,28 | 16,89 | 15,78 | 12,20 | 0,72 | |
| 9,320 | 1,07 | 3,13 | 30,83 | 20,39 | 21,54 | 0,69 | |
| 7,338 | 1,10 | 4,01 | 48,89 | 24,50 | 32,80 | 0,67 | |
| 6,053 | 1,12 | 4,84 | 69,89 | 28,23 | 45,81 | 0,65 | |
| 5,150 | 1,15 | 5,70 | 94,28 | 31,69 | 60,38 | 0,64 | |
| 4,483 | 1,18 | 6,56 | 121,14 | 34,85 | 76,30 | 0,63 | |
| 3,973 | 1,21 | 7,42 | 150,89 | 37,87 | 93,61 | 0,62 | |
| 3,561 | 1,24 | 8,27 | 183,81 | 40,69 | 112,10 | 0,61 | |
| 3,237 | 1,26 | 9,15 | 219,69 | 43,38 | 131,80 | 0,60 | |
| 2,953 | 1,29 | 10,01 | 257,97 | 45,91 | 152,50 | 0,59 | |
| 2,698 | 1,31 | 10,90 | 303,36 | 48,36 | 174,30 | 0,58 | |
| 2,521 | 1,32 | 11,75 | 345,47 | 40,90 | 197,10 | 0,57 | |
| 2,354 | 1,34 | 12,62 | 392,42 | 52,99 | 221,00 | 0,56 |
3. PIELIKUMS
(atsauce)
Gaisa vadu un vārstu gaisa un dūmu caurlaidība
1. Lai noteiktu noplūdes vai gaisa noplūdes attiecībā pret dūmu kontroles sistēmu ventilācijas kanāliem, var izmantot šādas formulas, kas iegūtas, tuvinot tabulas datus:
H klases gaisa vadiem (spiediena diapazonā no 0,2 līdz 1,4 kPa): ΔL = A(R - b)Ar, Kur ΔL- gaisa noplūdes (noplūde), m 3 /m 2 h; R- spiediens, kPa; A = 10,752331; b = 0,0069397038; Ar = 0,66419906;
P klases gaisa vadiem (spiediena diapazonā 0,2 - 5,0 kPa): kur a = 0,00913545; b =-3,1647682 · 10 8 ; c =-1,2724412 · 10 9 ; d = 0,68424233.
2. Ugunsdrošības parasti aizvērtiem vārstiem dūmu un gāzes caurlaidības pretestības specifisko raksturlielumu skaitliskās vērtības atkarībā no gāzes temperatūras atbilst datiem, kas iegūti dažādu produktu stenda ugunsdrošības testos VNIIPO eksperimentālajā bāzē:
| 1. Vispārīgie noteikumi. 2 2. Sākotnējie dati. 3 3. Izplūdes dūmu ventilācija. 4 3.1. Sadegšanas produktu noņemšana tieši no degošas telpas. 4 3.2. Degšanas produktu noņemšana no zonām, kas atrodas blakus degšanas vietai. 7 4. Nodrošiniet pretdūmu ventilāciju. 9 4.1. Gaisa padeve kāpņu telpām. 9 4.2. Gaisa padeve liftu šahtās.. 14 4.3. Gaisa padeve gaisa slūžām.. 16 4.4. Kompensējošā gaisa padeve. 17 5. Iekārtas tehniskie parametri. 17 5.1. Iekārtas dūmu izplūdes ventilācijas sistēmām. 17 5.2. Iekārtas pieplūdes un dūmu ventilācijas sistēmām. 21 6. Uguns kontroles režīmi. 21 Literatūra.. 22 1. pielikums. Telpu ugunsslodzes galveno parametru noteikšana. 22 2. pielikums. Dūmgāzu termofizikālās īpašības. 24 3. pielikums. Gaisa vadu un vārstu gaisa un dūmu caurlaidība. 25 |
Valsts augstākās profesionālās izglītības iestāde
"Samāras Valsts tehniskā universitāte"
Ķīmiskās tehnoloģijas un rūpnieciskās ekoloģijas katedra
KURSA DARBS
disciplīnā "Tehniskā termodinamika un siltumtehnika"
Tēma: Siltuma rekuperācijas iekārtas aprēķins procesa krāsns izplūdes gāzēm
Pabeidza: Studente Ryabinina E.A.
ZF kursa III grupa 19
Pārbaudīja: konsultante Churkina A.Yu.
Samara 2010
Ievads
Lielākā daļa ķīmijas uzņēmumu rada augstas un zemas temperatūras termiskos atkritumus, kurus var izmantot kā sekundāros energoresursus (SER). Tie ietver dūmgāzes no dažādiem katliem un procesa krāsnīm, atdzesētas plūsmas, dzesēšanas ūdeni un atkritumu tvaiku.
Termiskie AER lielā mērā sedz atsevišķu nozaru siltuma vajadzības. Tādējādi slāpekļa rūpniecībā vairāk nekā 26% no siltuma pieprasījuma tiek apmierināti, izmantojot atjaunojamos enerģijas avotus, bet sodas rūpniecībā - vairāk nekā 11%.
Izmantoto SER skaits ir atkarīgs no trim faktoriem: SER temperatūras, to termiskās jaudas un izvades nepārtrauktības.
Pašlaik visizplatītākā ir siltuma atgūšana no rūpnieciskajām atkritumgāzēm, kurām gandrīz visos ugunsdzēsības inženierijas procesos ir augsts temperatūras potenciāls un kuras var nepārtraukti izmantot lielākajā daļā nozaru. Izplūdes gāzu siltums ir galvenā enerģijas bilances sastāvdaļa. To galvenokārt izmanto tehnoloģiskiem un dažos gadījumos enerģijas mērķiem (atkritumu siltuma katlos).
Tomēr augstas temperatūras termisko HER plašā izmantošana ir saistīta ar pārstrādes metožu attīstību, tostarp karsto izdedžu, produktu u.c. siltumu, jaunām metodēm izplūdes gāzu siltuma otrreizējai pārstrādei, kā arī esošo konstrukciju uzlabošanu. pārstrādes iekārtas.
1. Tehnoloģiskās shēmas apraksts
Cauruļveida krāsnīs, kurām nav konvekcijas kameras, vai starojuma konvekcijas krāsnīs, bet ar salīdzinoši augstu karsējamā produkta sākotnējo temperatūru, izplūdes gāzu temperatūra var būt salīdzinoši augsta, kā rezultātā palielinās siltuma zudumi, samazinās. krāsns efektivitāte un lielāks degvielas patēriņš. Tāpēc ir nepieciešams izmantot izplūdes gāzu siltumu. To var panākt vai nu izmantojot gaisa sildītāju, kas uzsilda kurināmā sadedzināšanai krāsnī ienākošo gaisu, vai arī uzstādot atkritumu siltuma katlus, kas dod iespēju iegūt tehnoloģiskām vajadzībām nepieciešamos ūdens tvaikus.
Taču, lai sildītu gaisu, papildu izmaksas ir nepieciešamas gaisa sildītāja, pūtēja izbūvei, kā arī papildus elektrības patēriņš, ko patērē ventilatora motors.
Lai nodrošinātu normālu gaisa sildītāja darbību, ir svarīgi novērst tā virsmas korozijas iespējamību no dūmgāzu plūsmas puses. Šī parādība ir iespējama, ja siltuma apmaiņas virsmas temperatūra ir zemāka par rasas punkta temperatūru; šajā gadījumā daļa dūmgāzu, tiešā saskarē ar gaisa sildītāja virsmu, tiek būtiski atdzesēta, tajās esošie ūdens tvaiki daļēji kondensējas un, absorbējot no gāzēm sēra dioksīdu, veido agresīvu vāju skābi.
Rasas punkts atbilst temperatūrai, kurā piesātināta ūdens tvaika spiediens ir vienāds ar dūmgāzēs esošo ūdens tvaiku parciālo spiedienu.
Viena no uzticamākajām aizsardzības pret koroziju metodēm ir gaisa uzsildīšana kaut kādā veidā (piemēram, ūdens vai tvaika sildītājos) līdz temperatūrai, kas pārsniedz rasas punktu. Šāda korozija var rasties arī uz konvekcijas cauruļu virsmas, ja krāsnī ienākošā izejmateriāla temperatūra ir zemāka par rasas punktu.
Siltuma avots piesātināta tvaika temperatūras paaugstināšanai ir primārās degvielas oksidācijas (sadegšanas) reakcija. Degšanas laikā radušās dūmgāzes atdod savu siltumu starojumā un pēc tam konvekcijas kamerās izejvielu plūsmai (ūdens tvaikiem). Patērētājam tiek piegādāti pārkarsēti ūdens tvaiki, un sadegšanas produkti iziet no krāsns un nonāk atkritumu siltuma katlā. Pie izejas no HRSG piesātinātie ūdens tvaiki tiek ievadīti atpakaļ tvaika pārkarsēšanas krāsnī, un dūmgāzes, kas atdzesētas ar padeves ūdeni, nonāk gaisa sildītājā. No gaisa sildītāja dūmgāzes nonāk KTAN, kur caur spirāli ienākošais ūdens tiek uzkarsēts un nonāk tieši pie patērētāja, un dūmgāzes tiek izvadītas atmosfērā.
2. Krāsns aprēķins
2.1. Degšanas procesa aprēķins
Noteiksim zemāko degvielas sadegšanas siltumu J R n. Ja degviela ir atsevišķs ogļūdeņradis, tad tā sadegšanas siltums J R n vienāds ar standarta sadegšanas siltumu mīnus sadegšanas produktos esošā ūdens iztvaikošanas siltums. To var arī aprēķināt, izmantojot sākotnējo un gala produktu veidošanās standarta termiskos efektus, pamatojoties uz Hesa likumu.
Degvielai, kas sastāv no ogļūdeņražu maisījuma, sadegšanas siltumu nosaka aditivitātes noteikums:
Kur Q pi n- sadegšanas siltums i-tā degvielas sastāvdaļa;
y i- koncentrēšanās i— degvielas komponents vienības daļās, tad:
J R n cm = 35,84 ∙ 0,987 + 63,80 ∙ 0,0033+ 91,32 ∙ 0,0012+ 118,73 ∙ 0,0004 + 146,10 ∙ 0,0001 = 35,75 MJ/m.
Degvielas molārā masa:
Mm = Σ M i ∙ y i ,
Kur M i- molārā masa i- degvielas sastāvdaļa, no šejienes:
M m = 16,042 ∙ 0,987 + 30,07 ∙ 0,0033 + 44,094 ∙ 0,0012 + 58,120 ∙ 0,0004 + 72,15 ∙ 0,0001 + 44,001 + 44,001 + 44,00 00 7 = 16,25 kg/mol.
kg/m 3,
Tad J R n cm, izteikts MJ/kg, ir vienāds ar:
MJ/kg.
Aprēķinu rezultāti ir apkopoti tabulā. 1:
Degvielas sastāvs 1. tabula
Nosakām degvielas elementāro sastāvu, % (masa):
,
Kur n i C , NIH , n i N , n i O- oglekļa, ūdeņraža, slāpekļa un skābekļa atomu skaits atsevišķu komponentu molekulās, kas veido degvielu;
Katras degvielas sastāvdaļas saturs, masa. %;
x i- katras degvielas sastāvdaļas saturs, mol. %;
M i- atsevišķu degvielas komponentu molārā masa;
M m- degvielas molārā masa.
Pārbauda sastāvu :
C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100% (masas).
Nosakīsim teorētisko gaisa daudzumu, kas nepieciešams 1 kg degvielas sadedzināšanai, to nosaka no degšanas reakcijas stehiometriskā vienādojuma un skābekļa satura atmosfēras gaisā. Ja ir zināms degvielas elementārais sastāvs, teorētiskais gaisa daudzums L 0, kg/kg, aprēķina pēc formulas:
Praksē, lai nodrošinātu pilnīgu degvielas sadegšanu, krāsnī tiek ievadīts pārmērīgs gaisa daudzums, noskaidrosim faktisko gaisa plūsmas ātrumu pie α = 1,25:
L = αL 0 ,
Kur L- faktiskā gaisa plūsma;
α - gaisa pārpalikuma koeficients,
L = 1,25∙17,0 = 21,25 kg/kg.
Īpatnējais gaisa daudzums (nr.) 1 kg degvielas sadedzināšanai:
Kur ρ iekšā= 1,293 – gaisa blīvums normālos apstākļos,
m 3 /kg.
Noskaidrosim sadegšanas produktu daudzumu, kas veidojas, sadedzinot 1 kg degvielas:
ja ir zināms degvielas elementārais sastāvs, tad dūmgāzu masas sastāvu uz 1 kg degvielas pilnīgas sadegšanas laikā var noteikt, pamatojoties uz šādiem vienādojumiem:
Kur m CO2 , mH2O , m N2 , m O2- atbilstošo gāzu masa, kg.
Kopējais sadegšanas produktu daudzums:
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.
Mēs pārbaudām iegūto vērtību:
Kur W f- īpatnējais sprauslu tvaika patēriņš, sadedzinot šķidro kurināmo, kg/kg (gāzes degvielai W f = 0),
Tā kā degviela ir gāze, mēs neņemam vērā mitruma saturu gaisā un neņemam vērā ūdens tvaiku daudzumu.
Ļaujiet mums atrast sadegšanas produktu tilpumu normālos apstākļos, kas veidojas, sadegot 1 kg degvielas:
Kur m i- atbilstošās gāzes masa, kas veidojas 1 kg degvielas sadegšanas laikā;
ρ i- dotās gāzes blīvums normālos apstākļos, kg/m 3 ;
M i- dotās gāzes molārā masa, kg/kmol;
22,4 - molārais tilpums, m 3 /kmol,
m 3 /kg; 
m 3 /kg;
m 3 /kg; 
m 3 /kg.
Kopējais sadegšanas produktu tilpums (nr.) pie faktiskās gaisa plūsmas:
V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,
V = 1,38 + 2,75+ 13,06 + 0,70 = 17,89 m 3 /kg.
Sadegšanas produktu blīvums (n.s.):
kg/m3.
Noskaidrosim 1 kg degvielas sadegšanas produktu siltumietilpību un entalpiju temperatūras diapazonā no 100 °C (373 K) līdz 1500 °C (1773 K), izmantojot tabulas datus. 2.
Gāzu vidējās īpatnējās siltumietilpības ar р, kJ/(kg∙K) 2. tabula
| t, °С |
|||||
Dūmgāzu entalpija, kas rodas 1 kg degvielas sadegšanas laikā:
Kur ar CO2 , ar H2O , ar N2 , ar O2- atbilstošā zāliena vidējā īpatnējā siltuma jauda pie nemainīga spiediena pie temperatūras t, kJ/(kg K);
ar t- dūmgāzu vidējā siltumietilpība, kas veidojas, sadegot 1 kg degvielas temperatūrā t, kJ/(kg K);
pie 100 °C: kJ/(kg∙K);
pie 200 °C: kJ/(kg∙K);
pie 300 °C: kJ/(kg∙K);
pie 400 °C: kJ/(kg∙K);
pie 500 °C: kJ/(kg∙K);
pie 600 °C: kJ/(kg∙K);
pie 700 °C: kJ/(kg∙K);
pie 800 °C: kJ/(kg∙K);
pie 1000 °C: kJ/(kg∙K);
pie 1500 °C: kJ/(kg∙K);
Aprēķinu rezultāti ir apkopoti tabulā. 3.
Sadegšanas produktu entalpija 3. tabula
Saskaņā ar tabulu. 3 izveidojiet atkarības grafiku Ht = f ( t ) (1. att.) Skatīt pielikumu .
2.2. Kurtuves siltuma bilances, krāsns efektivitātes un degvielas patēriņa aprēķins
Siltuma plūsma, ko absorbē ūdens tvaiki krāsnī (lietderīgā siltuma slodze):
Kur G- pārkarsētu ūdens tvaiku daudzums laika vienībā, kg/s;
H ch1 Un N ch2
Mēs pieņemam, ka izplūdes gāzu temperatūra ir 320 °C (593 K). Radiācijas radītā siltuma zudumi vidē būs 10%, 9% no tā tiek zaudēti starojuma kamerā un 1% konvekcijas kamerā. Krāšņu efektivitāte η t = 0,95.
Mēs neņemam vērā siltuma zudumus no ķīmiskās sadedzināšanas, kā arī ienākošās degvielas un gaisa siltuma daudzumu.
Noteiksim krāsns efektivitāti:
Kur Nē- sadegšanas produktu entalpija no krāsns izejošo dūmgāzu temperatūrā, t uh; izplūdes dūmgāzu temperatūru parasti pieņem par 100 - 150 °C augstāku par izejvielu sākotnējo temperatūru pie ieejas kurtuvē; q sviedri- siltuma zudumi ar starojumu vidē, % vai daļa no Q stāvs ;
Degvielas patēriņš, kg/s:
kg/s.
2.3. Izstarojuma kameras un konvekcijas kameras aprēķins
Mēs iestatām dūmgāzu temperatūru caurlaidē: t P= 750 - 850 °C, pieņemt
t P= 800 °C (1073 K). Sadegšanas produktu entalpija caurlaides temperatūrā
H P= 21171,8 kJ/kg.
Siltuma plūsma, ko saņem ūdens tvaiki starojuma caurulēs:
Kur N n ir sadegšanas produktu entalpija dūmgāzu temperatūrā caurlaidē, kJ/kg;
η t - krāsns efektivitāte; ieteicams ņemt to vienāds ar 0,95 - 0,98;
Siltuma plūsma, ko absorbē ūdens tvaiki konvekcijas caurulēs:
Ūdens tvaiku entalpija pie ieejas starojuma sekcijā būs:
kJ/kg.
Mēs pieņemam spiediena zuduma vērtību konvekcijas kamerā ∆ P Uz= 0,1 MPa, tad:
P Uz = P - P Uz ,
P Uz= 1,2 – 0,1 = 1,1 MPa.
Ūdens tvaiku iekļūšanas temperatūra starojuma sekcijā t Uz= 294 °C, tad starojuma cauruļu ārējās virsmas vidējā temperatūra būs:
Kur Δt- starpība starp starojuma cauruļu ārējās virsmas temperatūru un caurulēs uzkarsētā ūdens tvaiku (izejvielas) temperatūru; Δt= 20 - 60 °C;
UZ.
Maksimālā projektētā sadegšanas temperatūra:
Kur t o- samazināta sākotnējā degvielas un gaisa maisījuma temperatūra; tiek uzskatīts par vienādu ar sadegšanai piegādātā gaisa temperatūru;
PALDIES.- sadegšanas produktu īpatnējā siltumietilpība temperatūrā t P;
°C.
Plkst t maks = 1772,8 °C un t n = 800 °C termiskā intensitāte absolūti melnai virsmai qs dažādām starojuma cauruļu ārējās virsmas temperatūrām ir šādas vērtības:
Θ, °С 200 400 600
qs, W/m 2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5
Veidojam palīggrafu (2. att.) Skatīt pielikumu, no kuras mēs atrodam siltuma intensitāti pie Θ = 527 °C: qs= 0,95 ∙ 10 5 W/m 2.
Mēs aprēķinām kopējo kurtuvē ievadīto siltuma plūsmu:
Līdzvērtīgas absolūti melnas virsmas laukuma provizoriskā vērtība:
m 2.
Mēs pieņemam mūra ekranēšanas pakāpi Ψ = 0,45 un α = 1,25 konstatējam, ka
Hs /H l = 0,73.
Līdzvērtīgas plakanas virsmas daudzums:
m 2.
Mēs pieņemam vienas rindas cauruļu izvietojumu un pakāpienu starp tām:
S = 2d n= 2 ∙ 0,152 = 0,304 m Šīm vērtībām formas koeficients UZ = 0,87.
Sijātās mūra virsmas daudzums:
m 2.
Radiācijas caurules sildvirsma:
m 2.
Mēs izvēlamies BB2 krāsni, tās parametrus:
radiācijas kameras virsma, m 2 180
konvekcijas kameras virsma, m 2 180
krāsns darba garums, m 9
radiācijas kameras platums, m 1.2
izpilde b
degvielas sadedzināšanas metode bez liesmas
radiācijas kameras cauruļu diametrs, mm 152×6
konvekcijas kameras cauruļu diametrs, mm 114×6
Cauruļu skaits starojuma kamerā:
Kur d n ir cauruļu ārējais diametrs starojuma kamerā, m;
l grīda - lietderīgais izstarojuma cauruļu garums, ko mazgā dūmgāzu plūsma, m,
l grīda = 9 – 0,42 = 8,2 m,
.
Izstarojuma cauruļu virsmas termiskais spriegums:
W/m2.
Nosakiet konvekcijas kameras cauruļu skaitu:
Mēs tos izkārtojam šaha galdiņa rakstā pa 3 vienā horizontālā rindā. Cauruļu atstatums S = 1,7 d n = 0,19 m.
Vidējo temperatūras starpību nosaka pēc formulas:
°C.
Siltuma pārneses koeficients konvekcijas kamerā:
W/(m 2 ∙ K).
Konvekcijas cauruļu virsmas termisko spriegumu nosaka pēc formulas:
W/m2.
2.4. Krāsns spoles hidrauliskais aprēķins
Krāsns spoles hidrauliskais aprēķins sastāv no ūdens tvaiku spiediena zuduma noteikšanas starojuma un konvekcijas caurulēs.
Kur G
ρ uz v.p. – ūdens tvaiku blīvums pie vidējās temperatūras un spiediena konvekcijas kamerā, kg/m3;
d k – konvekcijas cauruļu iekšējais diametrs, m;
z k – plūsmu skaits konvekcijas kamerā,
jaunkundze.
ν k = 3,311 ∙ 10 -6 m 2 /s.
Reinoldsa kritērija vērtība:
m.
Berzes spiediena zudums:
Pa = 14,4 kPa.
Pa = 20,2 kPa.
kur Σ ζ uz
- pagriezienu skaits.
Kopējais spiediena zudums:
2.5. Ūdens tvaika spiediena zuduma aprēķins starojuma kamerā
Vidējais ūdens tvaiku ātrums:
Kur G– krāsnī pārkarsēta ūdens tvaika patēriņš, kg/s;
ρ r v.p. – ūdens tvaiku blīvums pie vidējās temperatūras un spiediena konvekcijas kamerā, kg/m3;
dр – konvekcijas cauruļu iekšējais diametrs, m;
z p – plūsmu skaits konvekcijas kamerā,
jaunkundze.
Ūdens tvaiku kinemātiskā viskozitāte vidējā temperatūrā un spiedienā konvekcijas kamerā ν p = 8,59 ∙ 10 -6 m 2 /s.
Reinoldsa kritērija vērtība:
Kopējais cauruļu garums taisnā posmā:
m.
Hidrauliskās berzes koeficients:
Berzes spiediena zudums:
Pa = 15,1 kPa.
Spiediena zudums, lai pārvarētu vietējo pretestību:
Pa = 11,3 kPa,
kur Σ ζ r= 0,35 – pretestības koeficients, pagriežot 180 ºС,
- pagriezienu skaits.
Kopējais spiediena zudums:
Aprēķini parādīja, ka izvēlētā krāsns nodrošinās ūdens tvaiku pārkarsēšanas procesu norādītajā režīmā.
3. Atkritumu siltuma katla aprēķins
Noskaidrosim dūmgāzu vidējo temperatūru:
Kur t 1 – dūmgāzu temperatūra pie ieplūdes,
t 2 – dūmgāzu temperatūra izejā, °C;
°C (538 K).
Dūmgāzu masas plūsma:
kur B ir degvielas patēriņš, kg/s;
Dūmgāzēm īpatnējo entalpiju nosaka, pamatojoties uz tabulā sniegtajiem datiem. 3 un att. 1 pēc formulas:
Dzesēšanas šķidrumu entalpijas 4. tabula
Siltuma plūsma, ko pārraida dūmgāzes:
Kur N 1 un H 2 - dūmgāzu entalpija attiecīgi HRSG ieplūdes un izplūdes temperatūrā, kas rodas, sadegot 1 kg degvielas, kJ/kg;
B - degvielas patēriņš, kg/s;
h 1 un h 2 - dūmgāzu īpatnējā entalpija, kJ/kg,
Siltuma plūsma, ko absorbē ūdens, W:
Kur η ku ir siltuma izmantošanas koeficients HRSG; η ku = 0,97;
G n - tvaika ražošana, kg/s;
h kvp ir piesātināta ūdens tvaiku entalpija izplūdes temperatūrā, kJ/kg;
h n in - barības ūdens pieplūdums, kJ/kg,
HRSG saņemto ūdens tvaiku daudzumu nosaka pēc formulas:
kg/s.
Siltuma plūsma, ko saņem ūdens apkures zonā:
Kur h k in - ūdens īpatnējā entalpija iztvaikošanas temperatūrā, kJ/kg;
Siltuma plūsma, ko dūmgāzes pārnes ūdenim apkures zonā (lietderīgais siltums):
Kur h x – dūmgāzu īpatnējā entalpija temperatūrā t x, no šejienes:
kJ/kg.
1 kg degvielas sadegšanas entalpijas vērtība:
Saskaņā ar att. 1 dūmu temperatūra atbilst vērtībai H x = 5700,45 kJ/kg:
t x = 270 °C.
Vidējā temperatūras starpība apkures zonā:
°C.
270 dūmgāzes 210 Ņemot vērā pretplūsmas indeksu:
Kur UZ f – siltuma pārneses koeficients;
m 2.
Vidējā temperatūras starpība iztvaikošanas zonā:
°C.
320 dūmgāzes 270 Ņemot vērā pretplūsmas indeksu:
187 ūdens tvaiki 187
Siltuma apmaiņas virsmas laukums apkures zonā:
Kur UZ f – siltuma pārneses koeficients;
m 2.
Kopējais siltuma apmaiņas virsmas laukums:
F = F n + F tu,
F= 22,6 + 80 = 102,6 m2.
Saskaņā ar GOST 14248-79 mēs izvēlamies standarta iztvaicētāju ar tvaika telpu ar šādām īpašībām:
korpusa diametrs, mm 1600
cauruļu saišķu skaits 1
cauruļu skaits vienā saišķī 362
siltuma apmaiņas virsma, m 2 170
viena sitiena šķērsgriezuma laukums
cauri caurulēm, m 2 0,055
4. Gaisa sildītāja siltuma bilance
Atmosfēras gaiss ar temperatūru t ° in-x nonāk aparātā, kur tas tiek uzkarsēts līdz temperatūrai t x b-x dūmgāzu siltuma dēļ.
Gaisa patēriņš, kg/s tiek noteikts, pamatojoties uz nepieciešamo degvielas daudzumu:
Kur IN- degvielas patēriņš, kg/s;
L- faktiskais gaisa patēriņš 1 kg degvielas sadedzināšanai, kg/kg,
Dūmgāzes, atsakoties no siltuma, tiek atdzesētas ar t dgz = t dg2 pirms tam t dg4 .
=
Kur H 3 Un H 4- dūmgāzu entalpija temperatūrā t dg3 Un t dg4 attiecīgi kJ/kg,
Gaisa absorbētā siltuma plūsma, W:
Kur ar v-x- gaisa vidējā īpatnējā siltumietilpība, kJ/(kg K);
0,97 - gaisa sildītāja efektivitāte,
Galīgā gaisa temperatūra ( t x b-x) nosaka no siltuma bilances vienādojuma:
UZ.
5. KTAN siltuma bilance
Pēc gaisa sildītāja dūmgāzes nonāk kontakta aparātā ar aktīvo sprauslu (CTAN), kur to temperatūra pazeminās no plkst. t dg5 = t dg4 līdz temperatūrai t dg6= 60 °C.
Siltums no dūmgāzēm tiek noņemts ar divām atsevišķām ūdens plūsmām. Viena plūsma nonāk tiešā saskarē ar dūmgāzēm, bet otra apmaina ar tām siltumu caur spoles sieniņu.
Dūmgāzu izdalītā siltuma plūsma, W:
Kur H 5 Un H 6- dūmgāzu entalpija temperatūrā t dg5 Un t dg6 attiecīgi kJ/kg,
Dzesēšanas ūdens daudzumu (kopējais), kg/s, nosaka no siltuma bilances vienādojuma:
kur η ir KTAN efektivitāte, η=0,9,
kg/s.
Siltuma plūsma, ko absorbē dzesēšanas ūdens, W:
Kur G ūdens- dzesēšanas ūdens patēriņš, kg/s:
ar ūdeni- ūdens īpatnējā siltumietilpība, 4,19 kJ/(kg K);
tn ūdens Un t uz ūdeni- ūdens temperatūra attiecīgi KTAN ieplūdes un izplūdes atverē,
6. Siltuma rekuperācijas iekārtas efektivitātes aprēķins
Nosakot sintezētās sistēmas efektivitātes vērtību ( η ka) tiek izmantota tradicionālā pieeja.
Siltuma reģenerācijas iekārtas efektivitāti aprēķina pēc formulas:
7. Kurtuve - atkritumsiltuma katlu sistēmas ekserģētiskais novērtējums
Energotehnoloģiju sistēmu analīzes eksergētiskā metode ļauj visobjektīvāk un kvalitatīvāk novērtēt enerģijas zudumus, kas nekādi netiek identificēti tradicionālajā novērtējumā, izmantojot pirmo termodinamikas likumu. Izskatāmajā gadījumā par vērtēšanas kritēriju tiek izmantota ekserģijas efektivitāte, kas tiek definēta kā iegūtās ekserģijas attiecība pret sistēmā piegādāto ekserģiju:
Kur E apakš- degvielas ekserģija, MJ/kg;
E atbilde- ekserģija, ko absorbē ūdens tvaiku plūsma krāsnī un atkritumu siltuma katlā.
Gāzveida degvielas gadījumā piegādātā ekserģija ir degvielas ekserģijas summa ( E apakš1) un gaisa ekserģija ( E subv2):
Kur N n Un Bet- gaisa entalpija pie krāsns ieejas temperatūras un apkārtējās vides temperatūras attiecīgi kJ/kg;
Tas- 298 K (25 °C);
ΔS- gaisa entropijas izmaiņas, kJ/(kg K).
Vairumā gadījumu gaisa ekserģijas lielumu var neņemt vērā, tas ir:
Noņemtā ekserģija aplūkojamai sistēmai sastāv no ekserģijas, ko absorbē ūdens tvaiki krāsnī ( E caurums1), un ekserģija, ko absorbē ūdens tvaiki HRSG ( E caurums2).
Cepeškrāsnī uzkarsētai tvaika straumei:
Kur G- tvaika patēriņš krāsnī, kg/s;
N ch1 Un N ch2- ūdens tvaiku entalpija pie krāsns ieejas un izejas, attiecīgi, kJ/kg;
ΔS VP- ūdens tvaiku entropijas izmaiņas, kJ/(kg K).
HRSG saņemtā ūdens tvaiku plūsmai:
Kur Gn- tvaika patēriņš HRSG, kg/s;
h uz ch- piesātināto ūdens tvaiku entalpija pie HRSG izejas, kJ/kg;
h n iekšā- barības ūdens entalpija pie ieejas HRSG, kJ/kg.
E atbilde = E caurums1 + E caurums2 ,
E atbilde= 1965,8 + 296,3 = 2262,1 J/kg.
Secinājums
Veicot aprēķinus piedāvātajai iekārtai (siltuma atgūšana no tehnoloģiskās krāsns izplūdes gāzēm), varam secināt, ka konkrētam kurināmā sastāvam, krāsns produktivitātei ūdens tvaiku izteiksmē un citiem rādītājiem sintezētās lietderības koeficients. sistēma ir augsta, līdz ar to uzstādīšana ir efektīva; To liecināja arī krāsns-atkritumu-siltuma katlu sistēmas ekserģiskais novērtējums, tomēr energoizmaksu ziņā uzstādīšana atstāj daudz vēlamo un prasa uzlabojumus.
Izmantotās literatūras saraksts
1. Harazs D .UN. Sekundāro energoresursu izmantošanas veidi ķīmiskajā rūpniecībā / D. I. Kharaz, B. I. Psakhis. – M.: Ķīmija, 1984. – 224 lpp.
2. Skoblo A . UN. Naftas pārstrādes un naftas ķīmijas rūpniecības procesi un aparāti / A. I. Skoblo, I. A. Tregubova, Yu K., Molokanov. – 2. izdevums, pārstrādāts. un papildu – M.: Ķīmija, 1982. – 584 lpp.
3. Pavlovs K .F. Ķīmiskās tehnoloģijas procesu un aparātu gaitas piemēri un uzdevumi: Mācību grāmata. Rokasgrāmata universitātēm / K. F. Pavlovs, P. G. Romankovs, A. A. Noskovs; Ed. P. G. Romankova. – 10. izdevums, pārstrādāts. un papildu – L.: Ķīmija, 1987. – 576 lpp.
Pieteikums
