Počas spaľovania palivového uhlíka vo vzduchu je podľa rovnice (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2) pre každý objem CO2 v produktoch spaľovania 79:21 = 3,76 objemu N2.
Spaľovaním antracitu, chudého uhlia a iných palív s vysokým obsahom uhlíka vznikajú produkty spaľovania podobné zloženiu ako produkty spaľovania uhlíka. Pri spaľovaní vodíka podľa rovnice
42H2 + 2102 + 79N2 = 42H20 + 79N2
Pre každý objem ~ 20 existuje 79:42 = 1,88 objemov dusíka.
V produktoch spaľovania prírodných, skvapalnených a koksárenských plynov, kvapalného paliva, palivového dreva, rašeliny, hnedého uhlia, dlhého plameňa a plynného uhlia a iných druhov paliva so značným obsahom vodíka v horľavej hmote sa vyskytuje veľké množstvo vodnej pary. sa tvorí, niekedy presahuje objem CO2. Prítomnosť vlhkosti v hornej časti
|
Tabuľka 36. Tepelná kapacita, kcal / (m3. ° С) |
Živý, prirodzene, zvyšuje obsah vodnej pary v produktoch spaľovania.
Zloženie výrobkov úplné spaľovanie hlavné druhy paliva v stechiometrickom objeme vzduchu sú uvedené v tabuľke. 34. Z údajov v tejto tabuľke vidno, že v produktoch spaľovania všetkých druhov palív obsah N2 významne prevyšuje celkový obsah C02-f-H20 a v produktoch spaľovania uhlíka je to 79%.
Produkty spaľovania vodíka obsahujú 65% N2, v produktoch spaľovania prírodných a skvapalnených plynov, benzínu, vykurovacieho oleja a iných druhov uhľovodíkových palív je jeho obsah 70 - 74%.
Ryža. 5. Objemová tepelná kapacita
Spaľovacie produkty
4 - produkty spaľovania uhlíka
5 - produkty spaľovania vodíka
Priemernú tepelnú kapacitu úplných produktov spaľovania, ktoré neobsahujú kyslík, možno vypočítať pomocou vzorca
C = 0,01 (Cc02C02 + Cso2S02 + C „20H20 + CN2N2) kcal / (m3- ° C), (VI. 1)
Kde Cc0g, Cso2, CHa0, CNa sú objemové tepelné kapacity oxidu uhličitého, oxidu siričitého, vodných pár a dusíka a CO2, S02, H20 a N2 sú obsahom zodpovedajúcich zložiek v produktoch spaľovania v% (obj.).
V súlade s tým má vzorec (VI. 1) nasledujúcu formu:
C = 0,01 (Cc02 /? 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 “° C). (VI.2)
Priemerná objemová tepelná kapacita CO2, H2O a N2 v teplotnom rozmedzí od 0 do 2 500 ° C je uvedená v tabuľke. 36. Krivky charakterizujúce zmenu priemernej objemovej tepelnej kapacity týchto plynov so zvyšujúcou sa teplotou sú znázornené na obr. päť.
Z tých, ktoré sú uvedené v tabuľke. 16 dát a kriviek znázornených na obr. 5 je viditeľné toto:
1. Objemová tepelná kapacita CO2 významne presahuje tepelnú kapacitu H20, ktorá zasa presahuje tepelnú kapacitu N2 v celom teplotnom rozmedzí od 0 do 2 000 ° C.
2. Tepelná kapacita CO2 rastie so zvyšujúcou sa teplotou rýchlejšie ako tepelná kapacita H20 a tepelná kapacita H20 je rýchlejšia ako tepelná kapacita N2. Avšak napriek tomu sa vážený priemer objemových tepelných kapacít produktov spaľovania uhlíka a vodíka v stechiometrickom objeme vzduchu líši len málo.
Táto situácia, na prvý pohľad trochu neočakávaná, je spôsobená skutočnosťou, že v produktoch úplného spaľovania uhlíka vo vzduchu je na každý kubický meter CO2, ktorý má najvyššiu objemovú tepelnú kapacitu, 3,76 m3 N2 s minimom volumetrický
|
Priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka v teoreticky potrebnom množstve vzduchu, kcal / (m3- ° С)
|
Tepelná kapacita a vo výrobkoch spaľovania vodíka predstavuje pre každý meter kubický vodnej pary, ktorej objemová tepelná kapacita je menšia ako COg, ale vyššia ako N2, polovičné množstvo dusíka (1,88 m3) ).
Výsledkom je, že priemerné objemové tepelné kapacity produktov spaľovania uhlíka a vodíka vo vzduchu sú vyrovnané, ako je zrejmé z údajov v tabuľke. 37 a porovnanie kriviek 4 a 5 na obr. 5. Rozdiel vo váženom priemere tepelných kapacít produktov spaľovania uhlíka a vodíka vo vzduchu nepresahuje 2%. Prirodzene, tepelné kapacity produktov spaľovania paliva pozostávajúceho hlavne z uhlíka a vodíka v stechiometrickom objeme vzduchu ležia v úzkej oblasti medzi krivkami 4 a 5 (tieňované na obr. 5).
Kompletné produkty spaľovania rôznych druhov; palivá v stechiometrickom vzduchu v teplotnom rozmedzí od 0 do 2 100 ° С majú nasledujúcu tepelnú kapacitu, kcal / (m3> ° С):
Kolísanie tepelnej kapacity produktov spaľovania odlišné typy palivá sú pomerne malé. Mať tuhé palivo s vysokým obsahom vlhkosti (palivové drevo, rašelina, hnedé uhlie atď.) je tepelná kapacita produktov spaľovania v rovnakom teplotnom rozmedzí vyššia ako tepelná kapacita palív s nízkym obsahom vlhkosti (antracit, uhlie, vykurovací olej, zemný plyn, atď.) ... To je spôsobené tým, že pri spaľovaní paliva s vysokým obsahom vlhkosti v produktoch spaľovania sa zvyšuje obsah vodnej pary, ktorá má vyššiu tepelnú kapacitu v porovnaní s dvojatómovým plynom - dusíkom.
Tabuľka Obrázok 38 zobrazuje priemerné objemové tepelné kapacity produktov úplného spaľovania, ktoré sa neriedia vzduchom, pre rôzne teplotné rozsahy.
Tabuľka 38
|
Priemerné tepelné kapacity palivových a vzduchových produktov neriedených vzduchom v teplotnom rozmedzí od 0 do t ° С.
|
Zvýšenie obsahu vlhkosti v palive zvyšuje tepelnú kapacitu produktov spaľovania v dôsledku zvýšenia obsahu vodných pár v nich v rovnakom teplotnom rozmedzí v porovnaní s tepelnou kapacitou produktov spaľovania paliva s nižšou vlhkosťou. obsahom paliva a súčasne znižuje teplotu spaľovania paliva v dôsledku zvýšenia objemu produktov spaľovania v dôsledku vodného páru.
So zvyšovaním obsahu vlhkosti v palive sa zvyšuje objemová tepelná kapacita produktov spaľovania v danom teplotnom rozsahu a súčasne sa teplotný rozsah znižuje z 0 na £ max v dôsledku poklesu hodnoty<тах. ПОСКОЛЬКУ ТЄПЛОЄМКОСТЬ ГЭЗОВ уМвНЬ — шается с понижением температуры, теплоемкость продуктов сгорания топлива с различной влажностью в интервале температур от нуля до <тах для данного топлива претерпевает незначительные колебания (табл. 39). В соответствии с этим можно принять теплоемкость продуктов сгорания всех видов твердого топлива от 0 до tmax равной 0,405, жидкого топлива 0,401, природного, доменного и генераторного газов 0,400 ккал/(м3-°С).
To umožňuje podstatne zjednodušiť stanovenie kalorimetrických a vypočítaných teplôt spaľovania (podľa metódy opísanej v kapitole VII). Prípustná chyba v tomto prípade zvyčajne nepresahuje 1% alebo 20 °.
Z úvahy kriviek 4 a 5 na obr. 5 je zrejmé, že pomery tepelných kapacít produktov úplného spaľovania uhlíka v stechiometrickom objeme vzduchu v rozmedzí teplôt od 0 do t ° С, napríklad od 0 do
|
Tepelná kapacita produktov spaľovania od 0 do 1 mája rôznych druhov tuhých palív s obsahom vlhkosti od 0 do 40% v stechiometrickom objeme vzduchu
|
200 a od 0 do 2100 ° C sa prakticky rovnajú pomeru tepelných kapacít produktov spaľovania vodíka v rovnakých teplotných rozsahoch. Zadaný pomer tepelných kapacít C 'zostáva prakticky konštantný pre produkty úplného spaľovania rôznych druhov paliva v stechiometrickom objeme vzduchu.
Tabuľka 40 zobrazuje pomery tepelných kapacít produktov úplného spaľovania paliva s nízkym obsahom balastu, ktoré sa menia na plynné produkty spaľovania (antracit, koks, uhlie, kvapalné palivo, prírodné, ropné, koksárenské plyny atď.) V teplotný rozsah od 0 do t ° C a v teplotnom rozmedzí od 0 do 2 100 ° C. Pretože sa tepelný výkon týchto palív blíži k 2 100 ° C, uvedený pomer tepelných kapacít C 'sa rovná pomeru tepelných kapacít v teplotnom rozmedzí od 0 do t a od 0 do tm & x-.
Tabuľka 40 tiež ukazuje hodnoty hodnoty C 'vypočítané pre produkty spaľovania paliva s vysokým obsahom štrku, ktoré sa pri spaľovaní paliva transformujú na plynné produkty spaľovania, tj. Vlhkosť v tuhom palive, dusík a oxid uhličitý v plynnom skupenstve. . Vykurovacia kapacita uvedených druhov paliva (palivové drevo, rašelina, hnedé uhlie, zmiešaný generátor, vzduch a vysoké pece) sa rovná 1600-1700 ° C.
Tabuľka 40.
|
Pomery tepelných kapacít produktov spaľovania C 'a vzduchu K v teplotnom rozmedzí od 0 do t ° C k tepelnej kapacite produktov spaľovania od 0 do (uax
|
Ako vidno z tabuľky. 40 sa hodnoty C 'a K líšia len málo rovnomerne pre produkty spaľovania paliva s rôznym obsahom predradníka a tepelným výkonom.
Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania
Samarská štátna technická univerzita
Katedra chemickej technológie a priemyselnej ekológie
KURZOVÁ PRÁCA
v odbore „Technická termodynamika a tepelné inžinierstvo“
Téma: Výpočet jednotky na využitie tepla odpadových plynov technologickej pece
Dokončil: Študent Ryabinina E.A.
Kurz ZF III skupina 19
Skontroloval: konzultant Churkina A.Yu.
Samara 2010
Úvod
Väčšina chemických závodov vytvára vysokoteplotný a nízkoteplotný tepelný odpad, ktorý je možné využiť ako sekundárne energetické zdroje (RER). Patria sem výfukové plyny z rôznych kotlov a procesných pecí, chladené prúdy, chladiaca voda a odpadová para.
Thermal VER do značnej miery pokrýva tepelné potreby jednotlivých priemyselných odvetví. Teda v priemysle dusíka uspokojuje WER viac ako 26% potreby tepla, v priemysle sódy viac ako 11%.
Počet použitých RER závisí od troch faktorov: teplota RER, ich tepelný výkon a kontinuita výstupu.
V súčasnosti je najrozšírenejšie využitie tepla odpadových priemyselných plynov, ktoré majú vysoký teplotný potenciál pre takmer všetky požiarno-technické procesy a je možné ich nepretržite využívať vo väčšine priemyselných odvetví. Teplo odpadových plynov je hlavnou zložkou energetickej bilancie. Používa sa hlavne na technologické a v niektorých prípadoch - na energetické účely (v kotloch na odpadové teplo).
Široké použitie vysokoteplotného tepelného OZE je však spojené s vývojom metód využitia, vrátane tepla z žiarovej trosky, výrobkov atď., S novými metódami využívania tepla z odpadových plynov, ako aj so zlepšením návrhov existujúceho využitia. vybavenie.
1. Opis technologickej schémy
V rúrkových peciach, ktoré nemajú konvekčnú komoru, alebo v peciach sálavého-konvekčného typu, ale s relatívne vysokou počiatočnou teplotou ohrievaného produktu môže byť teplota výfukových plynov relatívne vysoká, čo vedie k zvýšeným tepelným stratám, zníženie účinnosti pece a vyššia spotreba paliva. Preto je potrebné využívať 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 získať vodnú paru potrebnú pre technologické potreby.
Na realizáciu ohrevu vzduchu sú však potrebné ďalšie náklady na konštrukciu ohrievača vzduchu, dúchadla, ako aj ďalšia spotreba energie spotrebovaná motorom dúchadla.
Pre zaistenie normálnej činnosti ohrievača vzduchu je dôležité zabrániť možnosti korózie jeho povrchu na strane prúdenia spalín. Tento jav je možný, keď je teplota teplosmennej plochy pod teplotou rosného bodu; V takom prípade je časť spalín, priamo prichádzajúcich do styku s povrchom ohrievača vzduchu, výrazne ochladená, vodná para v nich obsiahnutá je čiastočne kondenzovaná a pri absorpcii oxidu siričitého z plynov vytvára agresívnu slabú kyselinu.
Rosný bod zodpovedá teplote, pri ktorej sa tlak nasýtených vodných pár rovná parciálnemu tlaku vodných pár obsiahnutých v spalinách.
Jedným z najspoľahlivejších spôsobov ochrany proti korózii je predhrievanie vzduchu určitým spôsobom (napríklad vo vodných alebo parných ohrievačoch) na teplotu nad rosným bodom. Takáto korózia sa môže vyskytnúť aj na povrchu konvekčných potrubí, ak je teplota suroviny vstupujúcej do pece pod rosným bodom.
Zdrojom tepla na zvýšenie teploty nasýtenej pary je oxidačná (spaľovacia) reakcia primárneho paliva. Spaliny vznikajúce pri horení sa vzdávajú tepla v sálavých a potom konvekčných komorách do napájacieho prúdu (vodná para). Prehriata para vstupuje do spotrebiteľa a produkty spaľovania opúšťajú pec a vstupujú do kotla na odpadové teplo. Na výstupe z WHB sa nasýtená vodná para vracia späť do pece na prehriatie pary a spaliny, ochladené napájacou vodou, vstupujú do ohrievača vzduchu. Z ohrievača vzduchu vstupujú spaliny do KTAN, kde sa ohrieva voda pretekajúca špirálou a smeruje priamo k spotrebiteľovi a spaliny - do atmosféry.
2. Výpočet pece
2.1 Výpočet spaľovacieho procesu
Určte čistú výhrevnosť paliva Q R n... Ak je palivom jednotlivý uhľovodík, potom jeho spaľovacie teplo Q R n rovná sa štandardnému spaľovaciemu teplu mínus teplo odparovania vody v produktoch spaľovania. Môže sa tiež vypočítať zo štandardných tepelných účinkov tvorby počiatočných a konečných výrobkov na základe Hessovho zákona.
Pre palivo pozostávajúce zo zmesi uhľovodíkov sa určuje spaľovacie teplo, ale platí pravidlo aditivity:
kde Q pi n- spaľovacie teplo i-do palivovej zložky;
y i- koncentrácia i- prejsť na palivovú zložku vo 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 ∙ 0,0001 = 35,75 MJ / m 3.
Molárna hmotnosť paliva:
M m = Σ M i ∙ y i ,
kde M i- molárna hmota i- prejsť na palivovú zložku, teda:
M m = 16,042 ∙ 0,987 + 30,07 ∙ 0,0033 + 44,094 ∙ 0,0012 + 58,120 ∙ 0,0004 + 72,15 ∙ 0,0001 + 44,010 ∙ 0,001 + 28,01 ∙ 0,007 = 16,25 kg / mol.
kg / m 3,
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,% (hmot.):
,
kde n i C. , NIH , n i N , n i O- počet atómov uhlíka, vodíka, dusíka a kyslíka v molekulách jednotlivých zložiek, z ktorých sa skladá palivo;
Obsah každej zložky paliva, hmot. %;
x i- povedzme obsah každej zložky paliva. %;
M i- 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% (hmot.).
Stanovme teoretické množstvo vzduchu potrebného na spálenie 1 kg paliva. Stanoví sa to zo stechiometrickej rovnice spaľovacej reakcie a obsahu kyslíka v atmosférickom vzduchu. Ak je známe elementárne zloženie paliva, teoretické množstvo vzduchu L 0, kg / kg, sa vypočíta podľa vzorca:
V praxi na zabezpečenie úplného spaľovania paliva sa do pece privádza prebytočné množstvo vzduchu, zistíme skutočný prietok vzduchu pri α = 1,25:
Ľ = αL 0 ,
kde Ľ- skutočná spotreba vzduchu;
α - koeficient prebytočného vzduchu,
Ľ = 1,25 ∙ 17,0 = 21,25 kg / kg.
Špecifický objem vzduchu (nepoužiteľný) pre spaľovanie 1 kg paliva:
kde ρ v= 1,293 - hustota vzduchu za normálnych podmienok,
m 3 / kg.
Nájdeme množstvo produktov spaľovania, ktoré vznikli pri spaľovaní 1 kg paliva:
ak je známe elementárne zloženie paliva, potom je možné hmotnostné zloženie spalín na 1 kg paliva s jeho úplným spaľovaním určiť na základe týchto rovníc:
kde m CO2 , m H2O , m N2 , m O2 je hmotnosť zodpovedajúcich plynov, kg.
Celkové množstvo produktov spaľovania:
m p. od = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2,
m p. od= 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 kg / kg.
Výslednú hodnotu skontrolujeme:
kde W f- špecifická spotreba pary trysky pri spaľovaní kvapalného paliva, kg / kg (pre plynné palivo W f = 0),
Pretože palivom je plyn, zanedbávame obsah vlhkosti vo vzduchu a zanedbávame množstvo vodnej pary.
Nájdeme objem produktov spaľovania za normálnych podmienok, ktoré vznikli pri spaľovaní 1 kg paliva:
kde m i- hmotnosť zodpovedajúceho plynu vytvoreného pri spaľovaní 1 kg paliva;
ρ i- hustota tohto plynu za normálnych podmienok, kg / m 3;
M i- molárna hmotnosť tohto plynu, kg / kmol;
22,4 - molárny objem, m 3 / kmol,
m 3 / kg; 
m 3 / kg;
m 3 / kg; 
m 3 / kg.
Celkový objem produktov spaľovania (n.a.) pri skutočnej spotrebe vzduchu:
V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,
V. = 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 = 17,89 m3 / kg.
Hustota produktov spaľovania (nepoužiteľné):
kg / m 3.
Nájdeme tepelnú kapacitu a entalpiu produktov spaľovania 1 kg paliva v teplotnom rozmedzí od 100 ° C (373 K) do 1 500 ° C (1773 K) pomocou údajov v tabuľke. 2.
Priemerné merné tepelné kapacity plynov s p, kJ / (kg ∙ K) tabuľka 2
| t, ° С. |
|||||
Entalpia spalín vznikajúcich pri spaľovaní 1 kg paliva:
kde s CO2 , s H2O , s N2 , s O2- priemerné špecifické tepelné kapacity pri konštantnom tlaku zodpovedajúce trávniku pri teplote t, kJ / (kg K);
s t je priemerná tepelná kapacita spalín vznikajúcich pri spaľovaní 1 kg paliva pri teplote t, kJ / (kg K);
pri 100 ° C: kJ / (kg ∙ K);
pri 200 ° C: kJ / (kg ∙ K);
pri 300 ° C: kJ / (kg ∙ K);
pri 400 ° C: kJ / (kg ∙ K);
pri 500 ° C: kJ / (kg ∙ K);
pri 600 ° C: kJ / (kg ∙ K);
pri 700 ° C: kJ / (kg ∙ K);
pri 800 ° C: kJ / (kg ∙ K);
pri 1000 ° C: kJ / (kg ∙ K);
pri 1 500 ° C: kJ / (kg ∙ K);
Výsledky výpočtu sú zhrnuté v tabuľke. 3.
Entalpia produktov spaľovania Tabuľka 3
Podľa tabuľky. 3 zostavte graf závislosti H t = f ( t ) (obr. 1) pozri prílohu .
2.2 Výpočet tepelnej bilancie pece, účinnosti pece a spotreby paliva
Tok tepla prijatý parou v peci (užitočné tepelné zaťaženie):
kde G- množstvo prehriatej vodnej pary za jednotku času, kg / s;
H vp1 a H vp2
Zmeriame teplotu spalín na 320 ° C (593 K). Strata tepla žiarením do okolia bude 10%, z toho 9% sa stratí v sálavej komore a 1% v konvekčnej komore. Účinnosť pece je η t = 0,95.
Zanedbávame stratu tepla z chemického podhorenia, ako aj množstvo tepla prichádzajúceho paliva a vzduchu.
Určite účinnosť pece:
kde Uh- entalpia produktov spaľovania pri teplote spalín opúšťajúcich pec, t yh; teplota spalín sa obvykle meria o 100 - 150 ° C vyššiu ako počiatočná teplota suroviny pri vstupe do pece; q pot- tepelné straty žiarením do životného prostredia,% alebo zlomok Q podlaha ;
Spotreba paliva, kg / s:
kg / s.
2.3 Výpočet sálavej a konvekčnej komory
Nastavili sme teplotu spalín na prechode: t NS= 750 - 850 ° С, prijímame
t NS= 800 ° C (1073 K). Entalpia produktov spaľovania pri teplote pri prechode
H NS= 21171,8 kJ / kg.
Tepelný tok prijímaný vodnou parou v sálavých trubiciach:
kde H n je entalpia produktov spaľovania pri teplote spalín v prechode, kJ / kg;
η t je účinnosť pece; odporúča sa brať to rovné 0,95 - 0,98;
Tok tepla prijatý vodnou parou v konvekčných potrubiach:
Entalpia vodnej pary na vstupe do sálavého úseku bude:
kJ / kg.
Berieme hodnotu straty tlaku v konvekčnej komore ∆ P To= 0,1 MPa, potom:
P To = P - P To ,
P To= 1,2 - 0,1 = 1,1 MPa.
Vstupná teplota vodnej pary do sálavej časti t To= 294 ° С, potom bude priemerná teplota vonkajšieho povrchu sálavých trubíc:
kde Δt- rozdiel medzi teplotou vonkajšieho povrchu sálavých trubíc a teplotou vodnej pary (suroviny) zohriatej v trubiciach; Δt= 20 - 60 ° C;
TO.
Maximálna konštrukčná teplota horenia:
kde t o- znížená teplota počiatočnej zmesi paliva a vzduchu; rovná sa teplote vzduchu privádzaného na spaľovanie;
VĎAKA.- špecifická tepelná kapacita produktov spaľovania pri teplote t NS;
° C
O t max = 1772,8 ° C a t n = 800 ° C tepelná hustota absolútne čierneho povrchu q s pre rôzne teploty vonkajšieho povrchu sálavých trubíc má tieto hodnoty:
Θ, ° С 200 400 600
q s, W / m 2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5
Zostavíme pomocný graf (obr. 2) pozri prílohu, podľa ktorého nájdeme hustotu tepla pri Θ = 527 ° C: q s= 0,95 ∙ 10 5 W / m 2.
Vypočítame celkový tepelný tok zavedený do pece:
Predbežná hodnota pre plochu ekvivalentného absolútne čierneho povrchu:
m 2.
Vezmeme stupeň tienenia muriva Ψ = 0,45 a pre α = 1,25 to zistíme
H s /H l = 0,73.
Ekvivalentný rovný povrch:
m 2.
Prijímame jednoradové umiestnenie rúr a krok medzi nimi:
S = 2d n= 2 ∙ 0,152 = 0,304 m. Pre tieto hodnoty faktor tvaru TO = 0,87.
Veľkosť tieneného muriva:
m 2.
Vykurovacia plocha sálavých trubíc:
m 2.
Vyberáme rúru BB2, jej parametre:
povrch radiačnej komory, m 2 180
povrch konvekčnej komory, m 2 180
pracovná dĺžka pece, m 9
šírka radiačnej komory, m 1.2
exekúcia b
bezplameňová metóda spaľovania paliva
priemer trubice radiačnej komory, mm 152 × 6
priemer rúrok konvekčnej komory, mm 114 × 6
Počet trubíc v radiačnej komore:
kde d n - vonkajší priemer rúrok v radiačnej komore, m;
l podlaha - užitočná dĺžka sálavých potrubí umytých prúdom spalín, m,
l podlaha = 9 - 0,42 = 8,2 m,
.
Tepelná hustota povrchu sálavých trubíc:
W / m 2.
Určte počet rúrok konvekčnej komory:
Poukladáme ich do šachovnice po 3 v jednom vodorovnom rade. Rozstup medzi rúrkami S = 1,7 d n = 0,19 m.
Priemerný teplotný rozdiel je určený vzorcom:
° C
Súčiniteľ prestupu tepla v konvekčnej komore:
W / (m 2 ∙ K).
Tepelná hustota povrchu konvekčných rúrok je určená vzorcom:
W / m 2.
2.4 Hydraulický výpočet špirály pece
Hydraulický výpočet špirály pece spočíva v určení tlakovej straty vodnej pary v sálavých a konvekčných potrubiach.
kde G
ρ V.P. - hustota vodnej pary pri priemernej teplote a tlaku v konvekčnej komore, kg / m 3;
dк - vnútorný priemer konvekčných potrubí, m;
z k je počet prietokov v konvekčnej komore,
pani.
ν k = 3,311 ∙ 10 -6 m 2 / s.
Hodnota kritéria Reynolds:
m.
Strata trecím tlakom:
Pa = 14,4 kPa.
Pa = 20,2 kPa.
kde Σ ζ do
- počet závitov.
Celková tlaková strata:
2.5 Výpočet tlakovej straty vodnej pary v radiačnej komore
Priemerná rýchlosť vodnej pary:
kde G- spotreba pary prehriatej v peci, kg / s;
ρ r vp - hustota vodnej pary pri priemernej teplote a tlaku v konvekčnej komore, kg / m 3;
d p je vnútorný priemer konvekčných potrubí, m;
z p je počet prúdov vo ventilačnej komore,
pani.
Kinematická viskozita vodnej pary pri priemernej teplote a tlaku v konvekčnej komore ν p = 8,59 ∙ 10 -6 m 2 / s.
Hodnota kritéria Reynolds:
Celková dĺžka potrubia v priamom úseku:
m.
Súčiniteľ hydraulického trenia:
Strata trecím tlakom:
Pa = 15,1 kPa.
Tlakové straty na prekonanie lokálneho odporu:
Pa = 11,3 kPa,
kde Σ ζ str= 0,35 - koeficient odporu pri zatočení o 180 °,
- počet závitov.
Celková tlaková strata:
Výpočty preukázali, že vybraná pec zabezpečí proces prehriatia vodnej pary v danom režime.
3. Výpočet kotla na odpadové teplo
Zistite priemernú teplotu spalín:
kde t 1 - teplota spalín na vstupe,
t 2 - teplota spalín na výstupe, ° С;
° C (538 K).
Hmotnostný prietok spalín:
kde B je spotreba paliva, kg / s;
Pre spaliny sa špecifická entalpia určuje na základe údajov v tabuľke. 3 a obr. 1 podľa vzorca:
Entalpie chladiacich kvapalín Tabuľka 4
Tok tepla prenášaný spalinami:
kde H 1 a H 2 - entalpia spalín pri vstupnej a výstupnej teplote spaľovacej komory, vzniknutá pri spaľovaní 1 kg paliva, kJ / kg;
B - spotreba paliva, kg / s;
h 1 a h 2 - špecifické entalpie spalín, kJ / kg,
Prietok tepla prijatý vodou, W:
kde η ku je koeficient využitia tepla v KU; η ky = 0,97;
G n - kapacita pary, kg / s;
h na VP - entalpia nasýtenej vodnej pary pri výstupnej teplote, kJ / kg;
h n in - entalygaya napájacia voda, kJ / kg,
Množstvo vodnej pary prijatej v KU je určené vzorcom:
kg / s.
Tok tepla prijatý vodou vo vykurovacej zóne:
kde h na nešpecifickú entalpiu vody pri teplote odparovania, kJ / kg;
Tok tepla prenášaný spalinami do vody vo vykurovacej zóne (užitočné teplo):
kde h x - špecifická entalpia spalín pri teplote t x, teda:
kJ / kg.
Entalpia horenia na 1 kg paliva:
Obr. 1 teplota dymovodu zodpovedajúca hodnote H x = 5700,45 kJ / kg:
t x = 270 ° C.
Priemerný teplotný rozdiel vo vykurovacej zóne:
° C
270 spalín 210 S prihliadnutím na index protiprúdu:
kde TO f - koeficient prestupu tepla;
m 2.
Priemerný teplotný rozdiel v odparovacej zóne:
° C
320 spalín 270 Zohľadnenie indexu protiprúdu:
187 vodná para 187
Výmenná plocha tepla vo vykurovacej zóne:
kde TO f - koeficient prenosu m6;
m 2.
Celková plocha prenosu tepla:
F = F n + F ty,
F= 22,6 + 80 = 102,6 m 2.
V súlade s GOST 14248-79 vyberáme štandardný výparník v parnej komore s nasledujúcimi vlastnosťami:
priemer puzdra, mm 1600
počet zväzkov rúrok 1
počet rúr 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 zohreje na teplotu t x v-x vplyvom tepla spalín.
Spotreba vzduchu, kg / s sa určuje na základe požadovaného množstva paliva:
kde IN- spotreba paliva, kg / s;
Ľ- skutočná spotreba vzduchu na spaľovanie 1 kg paliva, kg / kg,
Spaliny, ktoré vydávajú svoje teplo, sa ochladzujú z t dgZ = t dg2 predtým t dg4 .
=
kde H 3 a H 4- entalpia spalín pri teplotách t dg3 a t dg4 kJ / kg,
Tepelný tok prijímaný vzduchom, W:
kde s in-x- priemerná špecifická tepelná kapacita vzduchu, kJ / (kg K);
0,97 - účinnosť ohrievača vzduchu,
Konečná teplota vzduchu ( t x v-x) sa určuje z rovnice tepelnej bilancie:
TO.
5. Tepelná bilancia KTAN
Za ohrievačom vzduchu vstupujú spaliny do kontaktného prístroja s aktívnou tryskou (KTAN), kde ich teplota klesá od t dg5 = t dg4 na teplotu t dg6= 60 ° C.
Odvod tepla spalín sa uskutočňuje dvoma samostatnými prúdmi vody. Jeden prúd prichádza do priameho kontaktu so spalinami a druhý s nimi vymieňa teplo cez stenu cievky.
Tepelný tok vydávaný spalinami, W:
kde H 5 a H 6- entalpia spalín pri teplote t dg5 a t dg6 kJ / kg,
Množstvo chladiacej vody (celkom), kg / s, sa stanoví z rovnice tepelnej bilancie:
kde η je účinnosť KTAN, η = 0,9,
kg / s.
Tepelný tok prijímaný chladiacou vodou, W:
kde G vody- spotreba chladiacej vody, kg / s:
s vodou- merná tepelná kapacita vody, 4,19 kJ / (kg K);
t n vody a t do vody- teplota vody na vstupe a výstupe z KTAN, v uvedenom poradí,
6. Výpočet účinnosti jednotky na spätné získavanie tepla
Pri určovaní hodnoty účinnosti syntetizovaného systému ( η tu) používa sa tradičný prístup.
Výpočet účinnosti jednotky na spätné získavanie tepla sa vykonáva podľa vzorca:
7. Exergické hodnotenie systému „pec - kotol na odpadové teplo“
Exergická metóda analýzy energeticko-technologických systémov umožňuje najobjektívnejšie a najkvalitnejšie hodnotenie energetických strát, ktoré sa pri konvenčnom hodnotení pomocou prvého termodynamického zákona nijako neodhalia. V tomto prípade sa účinnosť exergie používa ako hodnotiace kritérium, ktoré je definované ako pomer pridelenej exergie k exergii dodávanej do systému:
kde E sub- exergia na palivo, MJ / kg;
E diera- exergia vnímaná prúdením vodnej pary v peci a kotle na odpadové teplo.
V prípade plynného paliva je dodaná exergia súčtom exergie paliva ( E sub1) a exergia vzduchu ( E sub2):
kde N n a ale- entalpia vzduchu pri teplote vstupu do pece a teplote okolia, v uvedenom poradí, kJ / kg;
To- 298 K (25 ° C);
ΔS- zmena entropie vzduchu, kJ / (kg K).
Vo väčšine prípadov možno zanedbávať veľkosť exergie vzduchu, to znamená:
Pridelená exergia pre uvažovaný systém pozostáva z exergie vnímanej vodnou parou v peci ( E otvor1) a exergia vnímaná vodnými parami v KU ( E otv2).
Pre prúd pary ohriaty v peci:
kde G- spotreba pary v peci, kg / s;
H VP1 a H vp2- entalpia vodnej pary na vstupe a výstupe z pece, v uvedenom poradí, kJ / kg;
ΔS vp- zmena entropie vodnej pary, kJ / (kg K).
Pre tok vodnej pary prijatej v KU:
kde G n- spotreba pary v kotlovej jednotke, kg / s;
h až vp- entalpia nasýtenej vodnej pary na výstupe z WHB, kJ / kg;
h n in je entalpia napájacej vody na vstupe do CH, kJ / kg.
E diera = E otvor 1 + E otvor 2 ,
E diera= 1965,8 + 296,3 = 2262,1 J / kg.
Záver
Po výpočte navrhovaného zariadenia (využitie tepla odpadových plynov z technologickej pece) môžeme dospieť k záveru, že pre dané zloženie paliva, produktivitu pece na vodnú paru a ďalšie ukazovatele je účinnosť syntetizovaného systému vysoká, teda inštalácia je efektívna; Ukázalo to aj hodnotenie exergie systému „pec - kotol na odpadové teplo“, avšak pokiaľ ide o náklady na energiu, zostáva inštalácia veľmi žiadaná a vyžaduje zlepšenie.
Zoznam použitej literatúry
1. Kharaz D .A... Spôsoby využitia sekundárnych energetických zdrojov pri chemickej výrobe / D. I. Kharaz, B. I. Psakhis. - M.: Chemistry, 1984 - 224 s.
2. Skoblo A . A... Procesy a zariadenia ropného rafinérskeho a petrochemického priemyslu / A. I. Skoblo, I. A. Tregubova, Yu. K., Molokanov. - 2. vydanie, Rev. a pridať. - M.: Chemistry, 1982. - 584 s.
3. Pavlov K .F... Príklady a úlohy z priebehu procesov a zariadení chemickej technológie: Učebnica. Príručka pre univerzity / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Noskov; Ed. P.G.Romankova. - 10. vydanie, Rev. a pridať. - L.: Chemistry, 1987. - 576 s.
Aplikácia
2. teplo odvádzané spalinami. Určte tepelnú kapacitu spalín pri tux = 8000C;
3. tepelné straty murivom tepelnou vodivosťou.
Strata v trezore
Hrúbka klenby je 0,3 m, materiál je šamotový. Predpokladáme, že teplota vnútorného povrchu klenby sa rovná teplote plynov.
Priemerná teplota rúry:
Pri tejto teplote zvolíme koeficient tepelnej vodivosti šamotového materiálu:
Straty z trezoru teda sú:
kde α je koeficient prestupu tepla z vonkajšieho povrchu stien do okolitého vzduchu, ktorý sa rovná 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)
Straty cez steny. Murivo bolo vyrobené v dvoch vrstvách (šamot 345 mm, kremelina 115 mm)
Plocha steny, m2:
Metodická zóna
Zóna zvárania
Jazyková zóna
Koniec
Celá plocha steny 162,73 m2
Pri lineárnom rozložení teploty po hrúbke steny bude priemerná teplota šamotu 5500 ° C a kremeliny 1500 ° C.
V dôsledku toho.
Celkové straty murivom
4. Straty tepla chladiacou vodou, podľa praktických údajov berieme rovných 10% Qx príchodu, to znamená Qx + Qp
5. Predpokladá sa, že nezapočítané straty sú 15% Q tepelného príkonu
Zostavme rovnicu pre tepelnú bilanciu 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 murivom
| 1,9 |
| straty chladiacej vody | 6,7 |
| neúčtované straty | 10,6 |
| Celkom: | 100 |
Merná spotreba tepla na vykurovanie 1 kg kovu bude
Predpokladáme, že v peci sú nainštalované horáky typu potrubie v potrubí.
V zváracích zónach je 16 kusov, v zóne mučenia 4 kusy. celkový počet horákov 20ks. Určme odhadované množstvo vzduchu prichádzajúceho k jednému horáku.
Vv - hodinová spotreba vzduchu;
TV - 400 + 273 = 673 K - teplota ohrevu vzduchu;
N je počet horákov.
Tlak vzduchu pred horákom sa berie ako 2,0 kPa. Z toho vyplýva, že požadovaný prietok vzduchu zaisťuje horák DBV 225.
Určte odhadované množstvo plynu na horák;
VG = B = 2667 hodinová spotreba paliva;
TG = 50 + 273 = 323 K - teplota plynu;
N je počet horákov.
8. Výpočet rekuperátora
Na ohrev vzduchu navrhujeme kovový slučkový rekuperátor vyrobený z rúrok s priemerom 57 / 49,5 mm s koridorovým usporiadaním ich stúpania
Počiatočné údaje pre výpočet:
Hodinová spotreba paliva = 2667 kJ / h;
Spotreba vzduchu na 1 m3 paliva Lα = 13,08 m3 / m3;
Množstvo produktov spaľovania z 1 m3 horľavého plynu Vα = 13,89 m3 / m3;
Teplota ohrevu vzduchu tv = 4000С;
Teplota spalín z pece je tux = 8000C.
Hodinová spotreba vzduchu:
Hodinový výstup dymu:
Hodinové množstvo dymu prechádzajúce rekuperátorom, berúc do úvahy stratu dymu pri vyradení a cez obtokovú klapku a nasávanie vzduchu.
Koeficient m, berúc do úvahy stratu dymu, je 0,7.
Koeficient zohľadňujúci únik vzduchu u ošípaných je 0,1.
Teplota dymu pred rekuperátorom, berúc do úvahy úniky vzduchu;
kde iux je tepelný obsah spalín pri tux = 8000С
Tento tepelný obsah zodpovedá teplote dymu tD = 7500 ° C. (pozri obr. 67 (3))
Spalné teplo. Čistá výhrevnosť suchého plynného paliva Qf sa veľmi pohybuje od 4 do 47 MJ / m3 a závisí od jeho zloženia - pomer a kvalita horľavého a nehorľavého paliva
Komponenty. Najmenšia hodnota Qf je pre vysokopecný plyn, ktorého priemerné zloženie je asi 30% horľavých plynov (hlavne oxid uhoľnatý CO) a asi 60% z nespáliteľného dusíka N2. Najväčší
Hodnota Qf pre súvisiace plyny, ktorých zloženie je charakterizované zvýšeným obsahom ťažkých uhľovodíkov. Teplo spaľovania prírodných plynov kolíše v úzkom rozmedzí Qf = 35,5 ... 37,5 MJ / m3.
Najnižšie spaľovacie teplo jednotlivých plynov zahrnutých do zloženia plynných palív je uvedené v tabuľke. 3.2. Metódy stanovenia výhrevnosti plynných palív sú uvedené v časti 3.
Hustota. Rozlišujte medzi absolútnou a relatívnou hustotou plynov.
Absolútna hustota plynu pg, kg / m3, je hmotnosť plynu na 1 m3 objemu, ktorý tento plyn zaujíma. Pri výpočte hustoty jednotlivého plynu sa objem jeho kilomolu považuje za 22,41 m3 (ako pri ideálnom plyne).
Relatívna hustota plynu Rotn je pomer absolútnej hustoty plynu za normálnych podmienok a pri rovnakej hustote vzduchu:
Ротн = Рг / Рв = Рг / 1,293, (6,1)
Kde pg, pE - 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 zhrnú podľa ich objemového podielu v zmesi:
Kde Xj je objemový obsah siedmeho plynu v palive,%; (str.); je hustota j-tého plynu obsiahnutého v palive, kg / m3; n je počet jednotlivých plynov v palive.
Hodnoty hustoty plynných palív sú uvedené v tabuľke. A.5.
Hustotu plynov p, kg / m3, v závislosti od teploty a tlaku, je možné vypočítať podľa vzorca
Kde p0 je hustota plynu za normálnych podmienok (T0 = 273 K a p0 = 101,3 kPa), kg / m3; p a T - skutočný tlak, kPa a absolútna teplota plynu, K.
Takmer všetky druhy plynných palív sú ľahšie ako vzduch, takže pri ich úniku sa pod stropmi hromadí plyn. Z bezpečnostných dôvodov je pred spustením kotla bezpodmienečne potrebné skontrolovať neprítomnosť plynu na najpravdepodobnejších miestach jeho akumulácie.
Viskozita plynov stúpa so zvyšujúcou sa teplotou. Hodnoty koeficientu dynamickej viskozity p, Pa-s je možné vypočítať pomocou empirickej Sezer-Landovej rovnice
Tabuľka 6.1
Vlastnosti zložiek plynného paliva (pri t - О ° С chr = 101,3 kPa)
|
Chemické |
Molárna hmotnosť M, |
Hustota |
Hromadný koncentrát |
||
|
Názov plynu |
Absolútne |
Relatívne |
Limity katiónového vznietenia plynu zmiešaného so vzduchom,% |
||
|
Horľavé plyny |
|||||
|
Propylén |
|||||
|
Oxid uhoľnatý |
|||||
|
Sírovodík |
|||||
|
Nehorľavé plyny |
|||||
|
Oxid uhličitý |
|||||
|
oxid siričitý |
|||||
|
Kyslík |
|||||
|
Vzduch atmosféry. |
|||||
|
Vodná para |
Kde p0 je koeficient dynamickej viskozity plynu za normálnych podmienok (G0 = 273 K ap0 - 101,3 kPa), Pa-s; T je absolútna teplota plynu, K; C je koeficient závislý od typu plynu, K, uvedený v tabuľke. 6.2.
Pre zmes plynov je možné koeficient dynamickej viskozity určiť približne z hodnôt viskozity jednotlivých zložiek:
Kde gj je hmotnostný zlomok j-tého plynu v palive,%; Tsu je koeficient dynamickej viskozity j-tej zložky, Pa-s; n je počet jednotlivých plynov v palive.
V praxi sa často používa koeficient kinematickej viskozity V, m2 / s, ktorý
ry súvisí s dynamickou viskozitou p prostredníctvom hustoty p závislosťou
V = p / p. (6,6)
S prihliadnutím na body (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 - aktuálny tlak, kPa a absolútna teplota plynu, K; C je koeficient závislý od typu plynu, K, uvedený v tabuľke. 6.2.
Hodnoty koeficientov kinematickej viskozity pre plynné palivá sú uvedené v tabuľke. A.9.
Tabuľka 6.2
Koeficienty viskozity a tepelnej vodivosti zložiek plynného paliva
(pri t = 0 ° C ir = 101,3 kPa)
|
Názov plynu |
Viskozitný index |
Súčiniteľ tepelnej vodivosti NO3, W / (m-K) |
Sutherlandov koeficient C, K |
|
|
Dynamický p-106, Pa-s |
Kinematic v-106, m2 / s |
|||
|
Horľavé plyny |
||||
|
Propylén |
||||
|
Oxid uhoľnatý |
||||
|
Sírovodík |
||||
|
Nehorľavé plyny Oxid uhličitý |
||||
|
Kyslík |
||||
|
Atmosférický vzduch |
||||
|
Paríme pri 100 ° C |
Tepelná vodivosť. Prenos molekulárnej energie v plynoch je charakterizovaný koeficientom tepelnej vodivosti „k, W / (m-K). Koeficient tepelnej vodivosti je nepriamo úmerný tlaku a zvyšuje sa s rastúcou teplotou. Hodnoty koeficientu X sa dajú vypočítať pomocou Sutherlandovho vzorca
Kde X, 0 je koeficient tepelnej vodivosti plynu za normálnych podmienok (G0 = 273 K a Po = 101,3 kPa), W / (m-K); p a T - skutočný tlak, kPa a absolútna teplota plynu, K; C je koeficient závislý od typu plynu, K, uvedený v tabuľke. 6.2.
Hodnoty koeficientov tepelnej vodivosti pre plynné palivá sú uvedené v tabuľke. A.9.
Tepelná kapacita plynného paliva na 1 m3 suchého plynu závisí od jeho zloženia a je všeobecne definovaná ako
4L = 0, 01 (СН2Н2 + Ссос0 +
СН4СН4 + сСо2сОг + - + cx. X;), (6.9) kde cH2, cC0, cCsh, cC02, ..., cx. - tepelná kapacita jednotlivých zložiek paliva, vodíka, oxidu uhoľnatého, metánu, oxidu uhličitého a i-tej zložky, kJ / (m3-K); H2, CO, CH4, CO2, ..., Xg -
Tepelné kapacity horľavých zložiek plynného paliva sú uvedené v tabuľke. Bod 6, nehorľavý - v tabuľke. A.7.
Merné teplo vlhkého plynného paliva
Crgtl, kJ / (m3-K), je definované ako
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Výbušnosť. Môže horieť zmes horľavého plynu so vzduchom v určitých pomeroch v prítomnosti ohňa alebo dokonca iskry, to znamená, že proces jeho vznietenia a horenia nastáva rýchlosťou blízkou rýchlosti šírenia zvuku. Výbušné koncentrácie horľavého plynu vo vzduchu závisia od chemického zloženia a vlastností plynu. Objemové koncentračné limity vznietenia pre jednotlivé horľavé plyny zmiešané so vzduchom sú uvedené skôr v tabuľke. 6.1. Vodík (4 .. 0,74% obj.) A oxid uhoľnatý (12,5… 74%) majú najširšie limity vznietenia. Priemerná dolná a horná hranica horľavosti pre zemný plyn sú 4,5 a 17% objemových; pre koksárenskú pec - 5,6 a 31%; pre doménu - 35 a 74%.
Toxicita. Toxicita sa chápe ako schopnosť plynu spôsobiť otravu živými organizmami. Stupeň toxicity závisí od typu plynu a jeho koncentrácie. Najnebezpečnejšie plynné zložky sú v tomto ohľade oxid uhoľnatý CO a sírovodík H2S.
Toxicita plynných zmesí je určená hlavne koncentráciou najtoxickejšej zo zložiek prítomných v zmesi, zatiaľ čo jej škodlivý účinok sa spravidla výrazne zvyšuje v prítomnosti ďalších škodlivých plynov.
Prítomnosť a koncentráciu škodlivých plynov vo vzduchu je možné určiť pomocou špeciálneho zariadenia - analyzátora plynov.
Takmer všetky prírodné plyny sú bez zápachu. Na zistenie úniku plynu a prijatie bezpečnostných opatrení je zemný plyn pred vstupom do potrubia odorizovaný, to znamená nasýtený látkou, ktorá má ostrý zápach (napríklad merkaptány).
Výhrevnosť rôznych palív sa veľmi líši. Napríklad pre vykurovací olej je to viac ako 40 MJ / kg a pre vysokopecný plyn a niektoré značky ropných bridlíc - asi 4 MJ / kg. Zloženie energetických palív sa tiež veľmi líši. Rovnaké kvalitatívne charakteristiky sa teda môžu v závislosti od typu a značky paliva navzájom kvantitatívne výrazne líšiť.
Dané charakteristiky paliva. Pre komparatívnu analýzu v úlohe charakteristík, ktoré zovšeobecňujú kvalitu paliva, sa používajú znížené charakteristiky paliva,% -kg / MJ, ktoré sa vo všeobecnosti vypočítajú podľa vzorca
Kde xg je ukazovateľ kvality pracovného paliva,%; Q [- špecifické spaľovacie teplo (najnižšie), MJ / kg.
Takže napríklad na výpočet redukovaného
Obsah vlhkosti sírneho popola S „p a
Dusík N ^ p (pre pracovný stav paliva)
Vzorec (7.1) má nasledujúcu formu,% -kg / MJ:
TOC o "1-3" h z KP = Kl GT; (7,2)
4fp = 17e [; (7,3)
Snp= S ’/ Єї; (7,4)
^ p = N7 Q [. (7,5)
Ako ilustratívny príklad je nasledujúce porovnanie orientačné za predpokladu, že sa v kotloch s rovnakou tepelnou silou spaľujú rôzne palivá. Takže porovnanie zníženého obsahu vlhkosti uhlia pri Moskve
Ročníky 2B (WЈp = 3,72% -kg / MJ) a Nazarov-
Uhlie 2B (W ^ p = 3,04% -kg / MJ) ukazuje, že v prvom prípade bude množstvo vlhkosti privedenej do kotlovej pece s palivom približne 1,2-krát väčšie ako v druhom, napriek tomu, že pracovná vlhkosť uhlia v blízkosti Moskvy (W [= 31%) je menej ako v roku 2006
Nazarovského uhlie (Wf = 39%).
Konvenčné palivo. V energetike sa zavádza koncepcia ekvivalentného paliva, ktorá umožňuje porovnávať efektívnosť využívania paliva v rôznych kotolniach, plánovať výrobu a spotrebu paliva v ekonomických výpočtoch. Ako referenčné palivo sa berie také palivo, ktorého merné spaľovacie teplo (najnižšie) v prevádzkovom stave sa rovná Qy T = 29 300 kJ / kg (alebo
7000 kcal / kg).
Pre každé prírodné palivo existuje takzvaný bezrozmerný tepelný ekvivalent E, ktorý môže byť väčší alebo menší ako jeden:
V ideálnom prípade by ste pri konštrukcii kachlí mali mať taký dizajn, ktorý by automaticky poskytoval toľko vzduchu, koľko je potrebné na spaľovanie. Na prvý pohľad sa to dá urobiť komínom. Čím intenzívnejšie horí drevo, tým viac horúcich spalín by malo byť, tým viac by mal byť ťah (karburátorový model). Ale nie je to tak. Tah vôbec nezávisí od množstva generovaných horúcich spalín. Ťahom je pokles tlaku v potrubí od hlavy potrubia k kúrenisku. Je určená výškou potrubia a teplotou spalín, respektíve ich hustotou.
Pohon je určený vzorcom:
F = A (p in - p d) h
kde F je ťah, A je koeficient, p in je hustota vonkajšieho vzduchu, p d je hustota spalín, h je výška komína
Hustota spalín sa vypočíta podľa vzorca:
p d = p in (273 + t in) / (273 + t in)
kde t in a t d je teplota vonkajšieho atmosférického vzduchu mimo komína a spalín v komíne v stupňoch Celzia.
Rýchlosť pohybu spalín v potrubí (objemový prietok, to znamená sací výkon potrubia) G vôbec nezávisí od výšky komína a je určená teplotným rozdielom medzi spalinami a vonkajším vzduchom, ako aj prierezovou plochou komína. Z toho vyplýva niekoľko praktických záverov.
Po prvé, komíny sú vyrobené vôbec nie preto, aby sa zvýšilo prúdenie vzduchu cez kúrenisko, ale iba aby sa zvýšil ťah (tj. Pokles tlaku v potrubí). To je veľmi dôležité, aby sa zabránilo prevráteniu prievanu (dym zo sporáka), ak je vietor späť (hodnota prievanu musí vždy prekročiť možný vietor dozadu).
Po druhé, je vhodné regulovať prietok vzduchu pomocou zariadení, ktoré menia plochu voľnej časti potrubia, to znamená pomocou ventilov. So zväčšením prierezu komínového kanála, napríklad dvojnásobným, možno očakávať približne dvojnásobné zvýšenie objemového prietoku vzduchu cez kúrenisko.
Vysvetlíme to na jednoduchom a názornom príklade. Máme dve rovnaké rúry. Spojíme ich do jedného. Dostaneme dvakrát väčšiu pec s dvojnásobným množstvom horiaceho dreva, s dvojnásobným prúdením vzduchu a prierezovou plochou rúry. Alebo (čo je to isté), ak v kúrenisku horí čoraz viac palivového dreva, je potrebné stále viac otvárať ventily na potrubí.
Po tretie, ak kachle horia normálne v ustálenom stave a navyše necháme prúdiť studený vzduch do kúreniska popri horiacom dreve do komína, potom sa spaliny okamžite ochladia a prietok vzduchu kachľami sa zníži. V takom prípade začne horiace palivové drevo slabnúť. To znamená, že sa nezdá, že by sme priamo ovplyvňovali palivové drevo a usmerňovali ďalší prúd okolo palivového dreva, ale ukazuje sa, že potrubím môže prechádzať menej spalín ako predtým, keď tento dodatočný prúd vzduchu nebol. Samotné potrubie zníži prúdenie vzduchu pre drevo, ktoré predtým bolo, a navyše neprepúšťa ďalšie prúdenie studeného vzduchu. Inými slovami, komín bude uzamknutý.
Preto sú úniky studeného vzduchu štrbinami v komínoch, nadmerné prúdenie vzduchu v kúrenisku a skutočne akékoľvek tepelné straty v komíne vedúce k zníženiu teploty spalín také škodlivé.
Po štvrté, čím vyšší je koeficient plynového dynamického odporu komína, tým nižšia je spotreba vzduchu. To znamená, že je žiaduce, aby boli steny komína čo najhladšie, bez vírov a zákrut.
PiatyČím nižšia je teplota spalín, tým dramatickejšie sa mení prietok vzduchu s výkyvmi teploty spalín, čo vysvetľuje situáciu nestability prevádzky potrubia pri spaľovaní pece.
O šiestej, pri vysokých teplotách spalín nezávisí prúdenie vzduchu od teploty spalín. To znamená, že pri silnom spaľovaní pece prestáva stúpať spotreba vzduchu a začne závisieť iba od úseku potrubia.
Problémy s nestabilitou vznikajú nielen pri analýze tepelných charakteristík potrubia, ale aj pri zvažovaní dynamiky tokov plynov v potrubí. Komín je skutočne studňa naplnená ľahkými spalinami. Ak tieto ľahké spaliny nerastú veľmi rýchlo smerom hore, je možné, že sa ťažký vonkajší vzduch jednoducho topí v ľahkom plyne a vytvára klesajúci prúd vzduchu v komíne. Táto situácia je obzvlášť pravdepodobná, keď sú steny komína studené, to znamená počas zapaľovania pece.
Ryža. 1. Schéma pohybu plynu v studenom komíne: 1 - kúrenisko; 2 - prívod vzduchu cez dúchadlo; 3-komín; 4 - posúvač; 5 - zub krbu; 6-spaliny; 7-potápajúci sa studený vzduch; 8 - prúdenie vzduchu spôsobujúce prevrátenie ťahu.
a) hladké otvorené zvislé potrubie
b) potrubie s ventilom a zubom
c) potrubie s horným ventilom
Plné šípky - smery pohybu ľahkých horúcich spalín. Bodkované šípky - smery prúdenia studeného ťažkého vzduchu z atmosféry smerom nadol.
Na ryža. 1a je schematicky znázornená pec, do ktorej je privádzaný vzduch 2 a dymové plyny 6 sú odvádzané komínom 6. Ak je prierez komína veľký (alebo je rýchlosť spalín nízka), potom v dôsledku akákoľvek fluktuácia, začne do komína prenikať studený ťažký atmosférický vzduch 7, ktorý sa dostane dokonca až do kúreniska. Toto klesajúce prúdenie môže nahradiť „bežné“ prúdenie vzduchu dúchadlom 2. Aj keď sú kachle uzamknuté na všetkých dverách a všetky klapky prívodu vzduchu sú zatvorené, kachle môžu stále horieť v dôsledku vzduchu prichádzajúceho zhora. Mimochodom, často sa to stáva, keď uhlie zhorí pri zatvorených dverách rúry. Môže dokonca dôjsť k úplnému prevráteniu ťahu: vzduch bude dovnútra prúdiť zhora cez potrubie a dymové plyny budú vystupovať cez dvere.
V skutočnosti sú na vnútornej stene komína vždy nepravidelnosti, nahromadenie, drsnosť, pri kolízii s ktorou sa spaliny a protiprúdové prúdy studeného vzduchu navzájom krútia a miešajú. Súčasne sa studený zostupný prúd vzduchu vytlačí alebo po zahriatí začne stúpať v zmesi s horúcimi plynmi.
Účinok rozvinutia zostupných prúdov studeného vzduchu smerom hore sa zvyšuje v prítomnosti čiastočne otvorených ventilov, ako aj takzvaného zuba, ktorý sa široko používa v technológii výroby krbov ( ryža. 1b). Zub zabráni prúdeniu studeného vzduchu z komína do priestoru krbu a zabráni tak dymu z krbu.
Prúdy vzduchu smerujúce dole v komíne sú obzvlášť nebezpečné v hmlistom počasí: spaliny nie sú schopné odparovať najmenšie kvapôčky vody, ochladzujú sa, prievan sa znižuje a môže sa dokonca prevrátiť. Sporák zároveň veľa dymí, nehorí.
Z rovnakého dôvodu kachle s vlhkými komínmi silno dymia. Horné ventily ( ryža. 1c), regulované v závislosti od rýchlosti spalín v komíne. Prevádzka takýchto ventilov je však nepohodlná.
Ryža. 2. Závislosť súčiniteľa prebytočného vzduchu a na dobe ohrevu pece (plná krivka). Prerušovaná krivka je požadovaná spotreba vzduchu G spotrebovateľná na úplnú oxidáciu produktov spaľovania palivového dreva (vrátane sadzí a prchavých látok) v spalinách (v relatívnych jednotkách). Prerušovaná krivka je skutočný prietok vzduchu G potrubím poskytnutý ťahom potrubia (v relatívnych jednotkách). Pomer prebytočného vzduchu je kvocientom oddelenia G potrubia od spotreby G
Stabilný a dostatočne silný ťah vzniká až po zahriatí stien komína, čo trvá dlho, takže na začiatku prúdenia nie je vždy dostatok vzduchu. Pomer prebytočného vzduchu je menší ako jeden a kachle dymia ( ryža. 2). A naopak: na konci streľby zostáva komín horúci, ťah pretrváva dlho, hoci palivové drevo už prakticky vyhorelo (súčiniteľ prebytočného vzduchu je viac ako jeden). Kovové pece s kovovo izolovanými komínmi prichádzajú do prevádzkového režimu rýchlejšie vďaka svojej nízkej tepelnej kapacite v porovnaní s tehlovými komínmi.
V analýze procesov v komíne je možné pokračovať, ale už teraz je zrejmé, že bez ohľadu na to, aká dobrá je samotná pec, všetky jej výhody môže anulovať zlý komín. Ideálne by samozrejme bolo vymeniť komín za moderný systém núteného odvodu spalín pomocou elektrického ventilátora s premenlivým prietokom a s predbežnou kondenzáciou 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 spätné získavanie 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 tepelný výkon kachlí môže byť veľmi vysoký. Takéto potrubia sú spravidla veľmi horúce po celej svojej dĺžke, často z nich vyletujú iskry a popol, ale spad kondenzácie a sadzí je zanedbateľný.
Ak stále plánujete budovu kúpeľného domu využívať iba ako kúpeľný dom, potom môže byť potrubie vyrobené aj neizolované. Ak kúpeľ považujete vy a za miesto možného pobytu (prechodný pobyt, prenocovanie), najmä v zime, potom je účelnejšie potrubie okamžite izolovať a kvalitne „doživotne“. Súčasne je možné kachle meniť najmenej každý deň, dizajn je možné zvoliť úspešnejšie a vhodnejšie a potrubie bude rovnaké.
Prinajmenšom, ak kachle pracujú v režime dlhodobého horenia (tlejúce palivové drevo), potom je izolácia potrubia absolútne nevyhnutná, pretože pri nízkych výkonoch (1 - 5 kW) bude neizolované kovové potrubie veľmi studené, bude unikať kondenzát hojne, čo pri najťažších mrazoch môže dokonca zamrznúť a upchať potrubie ľadom. To je obzvlášť nebezpečné v prítomnosti siete na zachytávanie iskier a dáždnikov s malými otvormi. Lapače iskier sú vhodné pre intenzívne kúrenie v lete a sú mimoriadne nebezpečné pre režimy slabého spaľovania palivového dreva v zime. Z dôvodu možného upchatia rúrok ľadom bola v roku 1991 (a ešte skôr na komíny plynových pecí) zakázaná inštalácia deflektorov a dáždnikov na komíny.
Z rovnakých dôvodov by ste sa nemali nechať uniesť výškou potrubia - úroveň ťahu nie je pre reverzibilnú saunovú pec taká dôležitá. Ak začne fajčiť, môžete miestnosť vždy rýchlo vyvetrať. Musí sa však dodržať výška nad hrebeňom strechy (najmenej 0,5 m), aby sa zabránilo prevráteniu ťahu v nárazoch vetra. Na plochých strechách by malo potrubie vyčnievať nad snehovú pokrývku. V každom prípade je lepšie mať potrubie nižšie, ale teplejšie (ako vyššie, ale chladnejšie). Vysoké potrubia sú v zime vždy studené a ich použitie je nebezpečné.
Studené komíny majú veľa nevýhod. Zároveň sa neizolované, ale nie príliš dlhé potrubie na kovových peciach počas podpaľovania rýchlo zahrieva (oveľa rýchlejšie ako tehlové potrubie), zostáva horúce pri prudkom zahriatí, a preto sa veľmi často používa v kúpeľoch (nielen v kúpeľoch). , najmä preto, že sú pomerne lacné. Azbestocementové rúry sa nepoužívajú na kovových peciach, pretože sú ťažké a pri prehriatí úlomkov sa tiež zrútia.
Ryža. 3. Najjednoduchšie konštrukcie kovových komínov: 1 - okrúhly kovový komín; 2 - lapač iskier; 3 - uzáver na ochranu potrubia pred atmosférickými zrážkami; 4 - krokvy; 5 - strešné latovanie; 6 - drevené tyče medzi krokvami (alebo nosníkmi) na návrh požiarneho otvoru (rezanie) v streche alebo strope (ak je to potrebné); 7 - hrebeň strechy; 8 - mäkká strešná krytina (strešný materiál, hydroglas, mäkké dlaždice, vlnitá lepenka-bitúmenové dosky atď.); 9 - plech na zastrešenie a prekrytie otvoru (je dovolené použiť plochý list aceidu - azbestocementová elektrická izolačná doska); 10 - kovová odtoková podložka; 11 - azbestové utesnenie medzery (spoja); 12 - kovová vydra; 13 - stropné nosníky (vyplnené izoláciou); 14 - stropný plášť; 15 - podkrovné poschodie (ak je to potrebné); 16 - stropný rezaný plech; 17 - kovové výstužné rohy; 18 - kovový kryt stropného rezu (ak je to potrebné); 19 - nehorľavá tepelne odolná izolácia (keramzit, piesok, perlit, minerálna vlna); 20 - ochranný kryt (plech cez vrstvu azbestovej lepenky hrúbky 8 mm); 21 - kovový štít potrubia.
a) neizolované potrubie;
b) tepelne izolované tienené potrubie s odolnosťou proti prestupu tepla najmenej 0,3 m 2 - deg / W (čo sa rovná hrúbke tehly 130 mm alebo hrúbke 20 mm izolácie z minerálnej vlny).
Na ryža. 3 zobrazuje typické schémy zapojenia neizolovaných kovových rúr. Samotné potrubie by malo byť zakúpené z nehrdzavejúcej ocele s hrúbkou najmenej 0,7 mm. Najbežnejší priemer ruskej rúrky je 120 mm, fínskej - 115 mm.
Podľa GOST 9817-95 musí byť prierez viacotáčkového komína najmenej 8 cm 2 na 1 kW menovitého tepelného výkonu uvoľneného v peci pri horení dreva. Táto energia by sa nemala zamieňať s tepelným výkonom tepelne náročnej pece uvoľňovaným z vonkajšieho tehlového povrchu pece do miestnosti podľa SNiP 2.04.05-91. Toto je jedno z mnohých nedorozumení v našich predpisoch. Keďže kachle náročné na teplo sa zvyčajne ohrievajú iba 2 - 3 hodiny denne, je výkon v peci asi desaťkrát vyšší ako výkon pri uvoľňovaní tepla z povrchu tehlovej pece.
Nabudúce si povieme niečo o vlastnostiach inštalácie komínov.
