الدورات الدراسية: حساب التركيب للاستفادة من الحرارة من الغازات العادمة لفرن العملية. الخصائص الفيزيائية الحرارية وخصائص الغازات الخصائص الفيزيائية لغازات المداخن

26.11.2019

عند إنشاء فرن ، من الناحية المثالية ، قد يرغب المرء في الحصول على مثل هذا التصميم الذي يعطي تلقائيًا قدرًا من الهواء حسب الحاجة للاحتراق. للوهلة الأولى ، يمكن القيام بذلك باستخدام مدخنة. في الواقع ، كلما اشتد حروق الحطب ، زادت سخونة غازات المداخن، يجب أن يكون الدفع (نموذج المكربن). لكنها ليست كذلك. لا تعتمد المسودة إطلاقاً على كمية غازات المداخن الساخنة المتولدة. السحب هو انخفاض الضغط في الأنبوب من رأس الأنبوب إلى صندوق الاحتراق. يتم تحديده من خلال ارتفاع الأنبوب ودرجة حرارة غازات المداخن ، أو بالأحرى كثافتها.

يتم تحديد الاتجاه من خلال الصيغة:

F \ u003d A (p in - p d) h

حيث F هو الدفع ، A هو المعامل ، p هو كثافة الهواء الخارجي ، p d هو كثافة غاز المداخن ، h هو ارتفاع الأنبوب

يتم حساب كثافة غاز المداخن بالصيغة التالية:

ص د \ u003d ف في (273 + ر في) / (273 + ر د)

حيث t in و t d - درجة الحرارة بالدرجات المئوية للهواء الجوي الخارجي خارج الأنبوب وغازات المداخن في الأنبوب.

سرعة غازات المداخن في الأنبوب (حجم التدفق ، أي قدرة الشفط للأنبوب) جيلا يعتمد على ارتفاع الأنبوب إطلاقا ويتم تحديده من خلال اختلاف درجة الحرارة بين غازات المداخن والهواء الخارجي وكذلك المنطقة المقطع العرضيمدخنة. يتبع عدد من الاستنتاجات العملية من هذا.

أولاً، المداخن عالية ليس على الإطلاق لزيادة تدفق الهواء عبر صندوق الاحتراق ، ولكن فقط لزيادة السحب (أي انخفاض الضغط في الأنبوب). هذا مهم جدًا لمنع انقلاب التيار (تدخين الفرن) في حالة ضغط الرياح (يجب أن تتجاوز قيمة الدفع دائمًا ضغط الرياح المحتمل).

ثانيًا، من الملائم تنظيم تدفق الهواء بمساعدة الأجهزة التي تغير مساحة القسم الحر من الأنبوب ، أي بمساعدة الصمامات. مع زيادة مساحة المقطع العرضي لقناة المدخنة ، على سبيل المثال ، بمعامل اثنين ، يمكن للمرء أن يتوقع زيادة مضاعفة تقريبًا في تدفق الهواء الحجمي عبر صندوق الاحتراق.

دعونا نجعلها بسيطة و مثال جيد. لدينا فرنان متطابقان. نحن نجمعهم في واحد. نحصل على موقد مزدوج الحجم مع ضعف كمية الخشب المحترق ، مع ضعف تدفق الهواء ومساحة المقطع العرضي للأنبوب. أو (وهو نفس الشيء) ، إذا اشتعلت المزيد والمزيد من الحطب في صندوق الاحتراق ، فمن الضروري فتح الصمامات على الأنبوب أكثر وأكثر.

ثالثاإذا احترق الموقد بشكل طبيعي في حالة الاستقرار ، وقمنا بالإضافة إلى ذلك بتدفق تيار من الهواء البارد إلى صندوق الاحتراق بعد الخشب المحترق في المدخنة ، فسوف تبرد غازات المداخن على الفور ، وسيقل تدفق الهواء عبر الموقد. في الوقت نفسه ، سيبدأ حرق الحطب في التلاشي. بمعنى ، لا يبدو أننا نؤثر بشكل مباشر على الحطب ونوجه التدفق الإضافي عبر الحطب ، ولكن اتضح أن الأنبوب يمكنه تمرير غازات احتراق أقل من ذي قبل ، عندما كان تدفق الهواء الإضافي غائبًا. سيقلل الأنبوب نفسه من تدفق الهواء إلى الحطب الذي كان في السابق ، بالإضافة إلى أنه لن يسمح بتدفق إضافي للهواء البارد. بمعنى آخر ، سيتم حظر المدخنة.

هذا هو السبب في أن الهواء البارد يتسرب من خلال فتحات في المداخن ، وتدفق الهواء المفرط في صندوق الاحتراق ، وبالفعل فإن أي فقد للحرارة في المدخنة يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة غاز المداخن يعد ضارًا للغاية.

الرابعةكلما زاد معامل المقاومة الديناميكية للغاز في المدخنة ، انخفض تدفق الهواء. أي أنه من المستحسن جعل جدران المدخنة ناعمة قدر الإمكان ، بدون اضطرابات وبدون انعطاف.

الخامسكلما انخفضت درجة حرارة غازات المداخن ، كلما تغير تدفق الهواء بشكل أكثر حدة مع التقلبات في درجة حرارة غازات المداخن ، وهو ما يفسر حالة عدم استقرار الأنبوب عند اشتعال الفرن.

في السادسةفي درجات حرارة غاز المداخن المرتفعة ، يكون معدل تدفق الهواء مستقلاً عن درجة حرارة غاز المداخن. أي أنه مع تسخين الفرن بقوة ، يتوقف تدفق الهواء عن الزيادة ويبدأ في الاعتماد فقط على المقطع العرضي للأنبوب.

تنشأ مشكلات عدم الاستقرار ليس فقط عند تحليل الخصائص الحرارية للأنبوب ، ولكن أيضًا عند النظر في ديناميكيات تدفق الغاز في الأنبوب. في الواقع ، المدخنة عبارة عن بئر مملوء بغاز المداخن الخفيف. إذا كان غاز المداخن الخفيف هذا لا يرتفع بسرعة كبيرة ، فهناك احتمال أن الهواء الخارجي الثقيل يمكن أن يغرق ببساطة في الغاز الخفيف ويحدث تدفقًا هبوطيًا في الأنبوب. هذا الموقف محتمل بشكل خاص عندما تكون جدران المدخنة باردة ، أي أثناء اشتعال الفرن.

أرز. 1. مخطط حركة الغازات في مدخنة باردة: 1 - صندوق الاحتراق. 2 - تزويد الهواء من خلال المنفاخ ؛ 3 مدخنة 4 - صمام 5 - مدخنة الأسنان. 6-غازات المداخن 7- الفشل هواء بارد؛ 8 - تدفق الهواء يسبب انقلاب الدفع.

أ) أنبوب عمودي مفتوح سلس
ب) أنبوب مع صمام وسن
ج) أنبوب مع صمام علوي

تظهر الأسهم الصلبة اتجاهات حركة غازات المداخن الخفيفة الساخنة. تُظهر الأسهم المتقطعة اتجاهات التدفقات الهبوطية للهواء الثقيل البارد من الغلاف الجوي.

على ال أرز. 1 أيتم عرض الفرن بشكل تخطيطي ، حيث يتم توفير الهواء 2 ويتم إزالة غازات المداخن 6 من خلال المدخنة.حتى صندوق الاحتراق. يمكن أن يحل هذا التدفق المتساقط محل تدفق الهواء "العادي" من خلال المنفاخ 2. حتى إذا تم قفل الموقد بكل الأبواب وتم إغلاق جميع مخمدات دخول الهواء ، يمكن أن يظل الموقد يحترق بسبب الهواء القادم من الأعلى. بالمناسبة ، هذا ما يحدث غالبًا عندما يحترق الفحم مع إغلاق أبواب الفرن. قد يحدث قلب كامل للغاطس: سوف يدخل الهواء من الأعلى عبر الأنبوب ، وستخرج غازات المداخن من الباب.

في الواقع ، على جدار داخليتحتوي المدخنة دائمًا على مخالفات ونمو وخشونة عند الاصطدام الذي تتدفق به غازات المداخن والهواء البارد المتجه نحو الأسفل وتختلط مع بعضها البعض. في الوقت نفسه ، يتم دفع تدفق الهواء البارد نحو الأسفل أو ، عند تسخينه ، يبدأ في الارتفاع لأعلى ممزوجًا بالغازات الساخنة.

يتم تعزيز تأثير انعطاف التدفقات الهبوطية للهواء البارد لأعلى في وجود صمامات مفتوحة جزئيًا ، بالإضافة إلى ما يسمى بالسن ، والذي يستخدم على نطاق واسع في تكنولوجيا تصنيع المواقد ( أرز. 1 ب). يمنع السن تدفق الهواء البارد من المدخنة إلى مكان الموقد وبالتالي يمنع الموقد من التدخين.

تعتبر المسودات الهوائية السفلية في المدخنة خطيرة بشكل خاص في الطقس الضبابي: غازات المداخن غير قادرة على تبخر أصغر قطرات من الماء ، فهي تبرد ، وتقل قوة الدفع وقد تنقلب. في نفس الوقت ، الموقد يدخن بشدة ، لا يشتعل.

للسبب نفسه ، فإن المواقد ذات المداخن الرطبة تدخن كثيرًا. تعتبر صمامات البوابة العلوية فعالة بشكل خاص في منع التدفقات الهابطة ( أرز. 1 ج) ، قابل للتعديل حسب سرعة غازات المداخن في المدخنة. ومع ذلك ، فإن تشغيل هذه الصمامات غير مريح.

أرز. الشكل 2. اعتماد معامل الهواء الزائد أ على وقت تسخين الفرن (منحنى صلب). المنحنى المنقط هو استهلاك الهواء المطلوب G استهلاك للأكسدة الكاملة لمنتجات احتراق الحطب (بما في ذلك السخام والمواد المتطايرة) في غازات المداخن (بالوحدات النسبية). المنحنى المتقطع هو الاستهلاك الفعلي للهواء G للأنبوب الذي يوفره غاطس الأنبوب (بالوحدات النسبية). معامل الهواء الزائد هو حاصل فصل الأنابيب G لكل تدفق G.

يحدث السحب المستقر والقوي بدرجة كافية فقط بعد تسخين جدران المدخنة ، الأمر الذي يستغرق وقتًا طويلاً ، لذلك لا يوجد دائمًا ما يكفي من الهواء في بداية التسخين. في هذه الحالة ، يكون معامل الهواء الزائد أقل من الوحدة ، ويدخن الفرن ( أرز. 2). والعكس صحيح: في نهاية التسخين ، تظل المدخنة ساخنة ، وتبقى المسودة لفترة طويلة ، على الرغم من أن الحطب قد احترق تقريبًا (معامل الهواء الزائد هو أكثر من واحد). تصل الأفران المعدنية ذات المداخن المعدنية المعزولة بسرعة إلى النظام بسبب السعة الحرارية المنخفضة مقارنة بأنابيب الطوب.

يمكن متابعة تحليل العمليات في المدخنة ، لكن من الواضح بالفعل أنه بغض النظر عن مدى جودة الموقد نفسه ، يمكن تقليل جميع مزاياها إلى الصفر بواسطة مدخنة سيئة. بالطبع في المثالييجب استبدال المدخنة النظام الحديثالاستخلاص القسري لغازات المداخن بواسطة مروحة كهربائية ذات معدل تدفق قابل للضبط ومع تكثيف مسبق للرطوبة من غازات المداخن. يمكن لهذا النظام ، من بين أمور أخرى ، تنظيف غازات المداخن من السخام وأول أكسيد الكربون وغيرها الشوائب الضارة، وكذلك لتبريد غازات المداخن المفرغة وتوفير استعادة الحرارة.

لكن كل هذا في المستقبل البعيد. بالنسبة للمقيم في الصيف والبستاني ، يمكن أن تصبح المدخنة أحيانًا أكثر تكلفة من الموقد نفسه ، خاصة في حالة تدفئة منزل متعدد المستويات. عادة ما تكون مداخن الساونا أبسط وأقصر ، لكن مستوى حرارة الموقد يمكن أن يكون مرتفعًا جدًا. هذه الأنابيب ، كقاعدة عامة ، تكون ساخنة جدًا على طول الطول ، وغالبًا ما تتطاير الشرر والرماد منها ، لكن التكثيف والسخام غير مهمين.

إذا كنت تخطط حاليًا لاستخدام مبنى الساونا فقط كحمام ، فيمكن أيضًا جعل الأنبوب غير معزول. إذا كنت تفكر أيضًا في الحمام كمكان لإقامة محتملة (إقامة مؤقتة ، مبيت لليلة) ، خاصة في فصل الشتاء ، فمن الأفضل أن تجعل الأنبوب معزولًا على الفور ، وعلاوة على ذلك ، من الناحية النوعية ، "مدى الحياة". في الوقت نفسه ، يمكن تغيير المواقد كل يوم على الأقل ، ويمكن اختيار التصميم بشكل أكثر ملاءمة وأنسب ، وسيكون الأنبوب هو نفسه.

على الأقل إذا كان الفرن قيد التشغيل حرق طويل(حرق الحطب) ، فإن عزل الأنابيب ضروري للغاية ، لأنه عند الطاقة المنخفضة (1-5 كيلو واط) ، سيصبح الأنبوب المعدني غير المعزول باردًا تمامًا ، وسوف يتدفق المكثف بكثرة ، والذي في معظم الأحيان بارد جدايمكنه حتى تجميد وسد الأنبوب بالثلج. هذا أمر خطير بشكل خاص في وجود شبكة مانعة للشرر ومظلات ذات فجوات ممر صغيرة. موانع الشرارة مفيدة للتدفئة المكثفة في الصيف وخطيرة للغاية لظروف حرق الحطب الضعيفة في الشتاء. نظرًا لاحتمال انسداد الأنابيب بالجليد ، تم حظر تركيب عاكسات ومظلات على المداخن في عام 1991 (وحتى في وقت سابق على مداخن مواقد الغاز).

للأسباب نفسها ، يجب ألا تنجرف في ارتفاع الأنبوب - مستوى الدفع ليس مهمًا جدًا لعدم العودة موقد ساونا. إذا كان هناك دخان ، يمكنك دائمًا تهوية الغرفة بسرعة. ولكن يجب ملاحظة الارتفاع فوق حافة السقف (0.5 متر على الأقل) لمنع انقلاب الاتجاه أثناء هبوب الرياح. على الأسطح المستوية ، يجب أن يبرز الأنبوب فوق الغطاء الثلجي. على أي حال ، من الأفضل أن يكون لديك أنبوب سفلي ، ولكنه أكثر دفئًا (من أعلى ، ولكن أكثر برودة). المداخن الطويلة تكون دائمًا باردة وخطيرة في الشتاء.

المداخن الباردة لها عيوب كثيرة. في الوقت نفسه ، أنابيب غير معزولة ، ولكن ليست طويلة جدًا أفران معدنيةعند تأجيجها ، يتم تسخينها بسرعة (أسرع بكثير من أنابيب الطوب) ، وتبقى ساخنة مع التسخين القوي ، وبالتالي فهي تستخدم على نطاق واسع في الحمامات (وليس فقط في الحمامات) ، خاصةً لأنها رخيصة نسبيًا. لا تُستخدم أنابيب الأسمنت الأسبستي في الأفران المعدنية ، لأنها ثقيلة ، وتنهار أيضًا عند ارتفاع درجة حرارتها وتتطاير شظاياها.

أرز. 3. أبسط تصميمات المداخن المعدنية: 1- مدخنة معدنية دائرية. 2 - شرارة الماسك. 3 - غطاء لحماية الأنبوب من هطول الأمطار في الغلاف الجوي ؛ 4 - العوارض الخشبية 5 - تغليف السقف. 6 - كتل خشبيةبين العوارض الخشبية (أو الحزم) لتصميم فتحة حريق (قطع) في السقف أو السقف (إذا لزم الأمر) ؛ 7 - حافة السقف ثمانية - سقف ناعم(مواد التسقيف ، hydrostekloizol ، البلاط اللين ، صفائح الكرتون المموج البيتومين ، إلخ) ؛ 9 - صفيحة معدنية للأسقف وتغطية الفتحة (يُسمح باستخدام صفيحة مسطحة من aceid - لوح عازل كهربائي من الأسمنت الأسبستي) ؛ 10 - وسادة الصرف المعدنية. 11 - سد الفجوة الأسبستوس (مشترك) ؛ 12 - غطاء معدني قضاعة ؛ 13 - عوارض السقف (مع ملء الفراغ بالعزل) ؛ 14 - بطانة السقف. 15 - أرضية العلية (إذا لزم الأمر) ؛ 16 - قطع السقف المعدني ؛ 17 - زوايا حديد التسليح. 18 - قطع الغطاء المعدني للسقف (إذا لزم الأمر) ؛ 19 - عازل مقاوم للحرارة غير قابل للاحتراق (الطين الممتد ، الرمل ، البيرلايت ، الصوف المعدني) ؛ 20 - وسادة واقية (صفيحة معدنية فوق طبقة من الورق المقوى الأسبستوس بسمك 8 مم) ؛ 21 - شاشة الأنابيب المعدنية.

أ) الأنابيب المعزولة غير الحرارية ؛
ب) أنبوب معزول بالحرارة مع مقاومة انتقال حرارة لا تقل عن 0.3 م 2 -deg / W (أي ما يعادل سمك القرميد 130 مم أو سماكة عازلة من الصوف المعدني 20 مم).

على ال أرز. 3يعرض مخططات الأسلاك النموذجية لغير المعزول أنابيب معدنية. يجب شراء الأنبوب نفسه من الفولاذ المقاوم للصدأ بسمك لا يقل عن 0.7 مم. القطر الأكثر شيوعًا للأنبوب الروسي هو 120 ملم ، والفنلندي 115 ملم.

وفقًا لـ GOST 9817-95 ، يجب ألا تقل مساحة المقطع العرضي للمدخنة متعددة الدورات عن 8 سم 2 لكل 1 كيلو وات من ناتج الحرارة المقنن المنطلق في الفرن عند حرق الخشب. لا ينبغي الخلط بين هذه الطاقة والطاقة الحرارية لفرن كثيف الحرارة ، المنطلق من سطح الطوب الخارجي للفرن إلى الغرفة وفقًا لـ SNiP 2.04.05-91. هذا هو واحد من العديد من حالات سوء الفهم لوثائقنا المعيارية. نظرًا لأن الأفران كثيفة الحرارة عادةً ما يتم تسخينها فقط 2-3 ساعات في اليوم ، فإن الطاقة الموجودة في الفرن أكبر بحوالي عشر مرات من قوة إطلاق الحرارة من سطح فرن الطوب.

في المرة القادمة سنتحدث عن ميزات تركيب المداخن.

حالة مؤسسة تعليميةالتعليم المهني العالي

"جامعة سمارا التقنية الحكومية"

قسم التكنولوجيا الكيميائية والبيئة الصناعية

عمل الدورة

في تخصص "الديناميكا الحرارية التقنية وهندسة الحرارة"

الموضوع: حساب التركيب لاستعادة الحرارة من الغازات العادمة لفرن العملية

أنجزه: الطالب Ryabinina E.A.

ZF course III group 19

تحقق من: المستشارة تشوركينا أ.

سمارة 2010

مقدمة

تولد معظم المؤسسات الكيميائية نفايات حرارية ذات درجات حرارة عالية ومنخفضة ، والتي يمكن استخدامها كمصادر طاقة ثانوية (SER). وتشمل هذه غازات المداخن من مختلف الغلايات وأفران المعالجة ، والتيارات المبردة ، ومياه التبريد ، وبخار العادم.

تغطي VER الحرارية إلى حد كبير الطلب الحراري للصناعات الفردية. وبالتالي ، في صناعة النيتروجين ، يتم تلبية أكثر من 26٪ من الطلب على الحرارة عن طريق VER ، في صناعة الصودا - أكثر من 11٪.

يعتمد عدد ساعات HORs المستخدمة على ثلاثة عوامل: درجة حرارة HORs وقوتها الحرارية واستمرارية المخرجات.

في الوقت الحاضر ، الأكثر انتشارًا هو استخدام الحرارة من غازات النفايات الصناعية ، والتي لديها إمكانية ارتفاع درجة الحرارة لجميع عمليات هندسة الحرائق تقريبًا ويمكن استخدامها بشكل مستمر في معظم الصناعات. حرارة غاز العادم هي المكون الرئيسي لتوازن الطاقة. يتم استخدامه بشكل أساسي للأغراض التكنولوجية ، وفي بعض الحالات - لأغراض الطاقة (في غلايات تسخين النفايات).

ومع ذلك ، فإن الاستخدام الواسع النطاق لـ VERs الحرارية عالية الحرارة يرتبط بتطوير طرق للاستخدام ، بما في ذلك حرارة الخبث الساخن ، والمنتجات ، وما إلى ذلك ، وطرق جديدة للاستفادة من حرارة غازات العادم ، وكذلك مع تحسين تصميمات معدات الاستخدام الحالية.

1. الوصف مخطط تكنولوجي

في الأفران الأنبوبية بدون غرفة الحمل الحراري ، أو في الأفران من النوع المشع ، ولكن مع وجود درجة حرارة أولية عالية نسبيًا للمنتج المسخن ، يمكن أن تكون درجة حرارة غاز المداخن مرتفعة نسبيًا ، مما يؤدي إلى زيادة فقد الحرارة ، وانخفاض كفاءة الفرن وزيادة الوقود استهلاك. لذلك ، من الضروري استخدام حرارة الغازات العادمة. يمكن تحقيق ذلك إما باستخدام سخان الهواء الذي يقوم بتسخين الهواء الداخل للفرن لاحتراق الوقود ، أو عن طريق تركيب غلايات تسخين النفايات التي تجعل من الممكن الحصول على بخار الماء اللازم للاحتياجات التكنولوجية.

ومع ذلك ، لتنفيذ تسخين الهواء ، هناك حاجة إلى تكاليف إضافية لبناء سخان الهواء ، والمنافخ ، وكذلك استهلاك الطاقة الإضافي الذي يستهلكه محرك المنفاخ.

لضمان التشغيل الطبيعي لسخان الهواء ، من المهم منع احتمال تآكل سطحه من جانب تدفق غاز المداخن. هذه الظاهرة ممكنة عندما تكون درجة حرارة سطح التبادل الحراري أقل من درجة حرارة نقطة الندى ؛ في الوقت نفسه ، يتم تبريد جزء من غازات المداخن ، التي تلامس مباشرة مع سطح سخان الهواء ، بشكل كبير ، وبخار الماء الموجود فيها يتكثف جزئيًا ، ويمتص ثاني أكسيد الكبريت من الغازات ، ويشكل حامضًا ضعيفًا عدوانيًا.

تتوافق نقطة الندى مع درجة الحرارة التي يكون عندها ضغط بخار الماء المشبع مساويًا للضغط الجزئي لبخار الماء الموجود في غازات المداخن.

تتمثل إحدى الطرق الأكثر موثوقية للحماية من التآكل في التسخين المسبق للهواء بطريقة ما (على سبيل المثال ، في الماء أو سخانات البخار) لدرجات حرارة أعلى من نقطة الندى. يمكن أن يحدث هذا التآكل أيضًا على سطح أنابيب الحمل الحراري إذا كانت درجة حرارة المادة الخام التي تدخل الفرن أقل من نقطة الندى.

مصدر الحرارة لزيادة درجة حرارة البخار المشبع هو تفاعل الأكسدة (الاحتراق) للوقود الأساسي. تنبعث غازات المداخن المتكونة أثناء الاحتراق حرارتها في الإشعاع ومن ثم تنطلق غرف الحمل الحراري إلى تدفق المواد الخام (البخار). يدخل بخار الماء شديد السخونة إلى المستهلك ، وتغادر منتجات الاحتراق الفرن وتدخل إلى غلاية حرارة النفايات. عند مخرج KU ، يتم إعادة بخار الماء المشبع إلى فرن التسخين بالبخار ، وغازات المداخن ، التي يتم تبريدها بواسطة مياه التغذية ، تدخل إلى سخان الهواء. من سخان الهواء ، تدخل غازات المداخن إلى KTAN ، حيث يتم تسخين المياه المتدفقة عبر الملف وتذهب مباشرة إلى المستهلك ، ويتم إطلاق غازات المداخن في الغلاف الجوي.

2. حساب الفرن

2.1 حساب عملية الاحتراق

دعونا نحدد القيمة الحرارية المنخفضة لاحتراق الوقود س ص ن. إذا كان الوقود عبارة عن هيدروكربون فردي ، فإن قيمته الحرارية س ص نتساوي الحرارة القياسية للاحتراق مطروحًا منها حرارة تبخر الماء في منتجات الاحتراق. يمكن أيضًا حسابه من التأثيرات الحرارية القياسية لتشكيل المنتجات الأولية والنهائية بناءً على قانون هيس.

بالنسبة للوقود الذي يتكون من خليط من الهيدروكربونات ، يتم تحديد القيمة الحرارية وفقًا لقاعدة الإضافة:

أين س بي ن- حرارة الاحتراق أنامكون الوقود

ذ أنا- تركيز أنا- مكون الوقود الثالث في أجزاء من الوحدة ، ثم:

س ص ن سم = 35.84 ∙ 0.987 + 63.80 ∙ 0.0033+ 91.32 ∙ 0.0012+ 118.73 ∙ 0.0004 + 146.10 ∙ 0.0001 \ u003d 35.75 ميجا جول / م 3.

الكتلة المولية للوقود:

مم = Σ م ∙ ذ أنا ,

أين م- الكتلة المولية أنا- مكون الوقود الثالث ومن هنا:

م م = 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 0.002 = 28.01 0.002

كجم / م 3 ،

من ثم س ص ن سم، معبرًا عنه بـ MJ / kg ، يساوي:

MJ / كجم.

يتم تلخيص نتائج الحساب في الجدول. واحد:

تكوين الوقود الجدول 1

دعونا نحدد التركيب الأولي للوقود ،٪ (الكتلة):

أين ن ط ج , ن ط ح , ن أنا ن , ن أنا يا- عدد ذرات الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين في جزيئات المكونات الفردية التي يتكون منها الوقود ؛

محتوى كل مكون من الوقود ، بالوزن. ٪؛

س ط- محتوى كل مكون من مكونات الوقود كما يقولون. ٪؛

مهي الكتلة المولية لمكونات الوقود الفردية ؛

ممهي الكتلة المولية للوقود.

التحقق من التكوين :

C + H + O + N = 74.0 + 24.6 + 0.2 + 1.2 = 100٪ (كتلة).

دعونا نحدد كمية الهواء النظرية المطلوبة لحرق 1 كجم من الوقود ؛ يتم تحديدها من معادلة القياس المتكافئ لتفاعل الاحتراق ومحتوى الأكسجين في الهواء الجوي. إذا كان التركيب الأولي للوقود معروفًا ، فإن الكمية النظرية للهواء L0، كجم / كجم ، يتم حسابها بالصيغة:

من الناحية العملية ، لضمان اكتمال احتراق الوقود ، يتم إدخال كمية زائدة من الهواء في الفرن ، نجد تدفق الهواء الفعلي عند α = 1.25:

إل = aL 0 ,

أين إل- استهلاك الهواء الفعلي ؛

α - معامل الهواء الزائد ،

إل = 1.25 ∙ 17.0 = 21.25 كجم / كجم.

حجم الهواء المحدد (غير معروف) لاحتراق 1 كجم من الوقود:

أين ρ في= 1.293 - كثافة الهواء في ظل الظروف العادية ،

م 3 / كغ.

لنجد كمية نواتج الاحتراق المتكونة أثناء احتراق 1 كجم من الوقود:

إذا كان التركيب الأولي للوقود معروفًا ، فيمكن تحديد التركيب الكتلي لغازات المداخن لكل 1 كجم من الوقود أثناء احتراقه الكامل على أساس المعادلات التالية:

أين mCO2 , mH2O , mN2 , م 2- كتلة الغازات المقابلة ، كجم.

إجمالي كمية منتجات الاحتراق:

م ملاحظة = م CO2 + م H2O + م N2 + م O2 ،

م ملاحظة= 2.71 + 2.21 + 16.33 + 1.00 = 22.25 كجم / كجم.

التحقق من القيمة المستلمة:

أين دبليو و - استهلاك محددفوهة البخار عند حرق الوقود السائل ، كجم / كجم (لوقود الغاز دبليو و = 0),

نظرًا لأن الوقود غاز ، فإننا نتجاهل محتوى الرطوبة في الهواء ولا نأخذ في الاعتبار كمية بخار الماء.

دعونا نجد حجم منتجات الاحتراق في ظل الظروف العادية المتكونة أثناء احتراق 1 كجم من الوقود:

أين م أنا- كتلة الغاز المقابل المتكونة أثناء احتراق 1 كجم من الوقود ؛

ρi- كثافة هذا الغاز في الظروف العادية ، كجم / م 3 ؛

مهي الكتلة المولية للغاز المعطى ، كجم / كمول ؛

22.4 - الحجم المولي ، م 3 / كمول ،

م 3 / كغ م 3 / كغ

م 3 / كغ م 3 / كغ.

الحجم الإجمالي لنواتج الاحتراق (غير متوفر) عند تدفق الهواء الفعلي:

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

الخامس = 1.38 + 2.75 + 13.06 + 0.70 = 17.89 م 3 / كجم.

كثافة منتجات الاحتراق (غير معروف):

كجم / م 3.

دعونا نجد السعة الحرارية والمحتوى الحراري لمنتجات الاحتراق من 1 كجم من الوقود في نطاق درجة الحرارة من 100 درجة مئوية (373 كلفن) إلى 1500 درجة مئوية (1773 كلفن) باستخدام البيانات الواردة في الجدول. 2.

متوسط السعات الحرارية النوعية للغازات مع p، kJ / (kg K) الجدول 2

ر، ° С

المحتوى الحراري لغازات المداخن المتولدة أثناء احتراق 1 كجم من الوقود:

أين مع ثاني أكسيد الكربون , مع H2O , مع N2 , مع O2- متوسط السعات الحرارية النوعية عند الضغط المستمر للعشب المقابل عند درجة الحرارة ر، kJ / (kg · K) ؛

مع رهو متوسط السعة الحرارية لغازات المداخن المتولدة أثناء احتراق 1 كجم من الوقود عند درجة حرارة ر، kJ / (kg · K) ؛

عند 100 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

عند 200 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

عند 300 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

عند 400 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

عند 500 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

عند 600 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

عند 700 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

عند 800 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

عند 1000 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

عند 1500 درجة مئوية: كيلوجول / (كجم - كلفن) ؛

تم تلخيص نتائج الحسابات في الجدول. 3.

المحتوى الحراري لمنتجات الاحتراق الجدول 3

حسب الجدول. 3 بناء مخطط تبعية ح ت = F ( ر ) (رسم بياني 1) انظر المرفق .

2.2 حساب توازن حرارة الفرن وكفاءة الفرن واستهلاك الوقود

التدفق الحراري الذي يمتصه بخار الماء في الفرن (مفيد الحمل الحراري):

أين جي- كمية بخار الماء المحمص لكل وحدة زمنية ، كجم / ثانية ؛

ح vp1و ح vp2

نحن نأخذ درجة حرارة غازات المداخن الخارجة لتكون 320 درجة مئوية (593 كلفن). فقدان الحرارة بالإشعاع في بيئةسيكون 10٪ منها 9٪ فقد في الغرفة المشعة و 1٪ في غرفة الحمل الحراري. كفاءة الفرن η ر = 0.95.

يتم إهمال فقد الحرارة من الاحتراق الكيميائي السفلي ، وكذلك كمية حرارة الوقود والهواء الداخل.

دعنا نحدد كفاءة الفرن:

أين أوههو المحتوى الحراري لمنتجات الاحتراق عند درجة حرارة غازات المداخن الخارجة من الفرن ، ر اه؛ يُفترض عادةً أن تكون درجة حرارة غازات المداخن الخارجة أعلى من درجة الحرارة الأولية للمادة الخام عند مدخل الفرن بـ 100 - 150 درجة مئوية ؛ س العرق- فقدان الحرارة عن طريق الإشعاع للبيئة ،٪ أو جزء من Q الكلمة ;

استهلاك الوقود ، كجم / ث:

كجم / ثانية.

2.3 حساب الغرفة المشعة وغرفة الحمل الحراري

نضبط درجة حرارة غاز المداخن عند الممر: ر ص\ u003d 750-850 درجة مئوية ، نحن نقبل

ر ص= 800 درجة مئوية (1073 كلفن). المحتوى الحراري لمنتجات الاحتراق عند درجة حرارة الممر

ح ص= 21171.8 كيلوجول / كيلوجرام.

التدفق الحراري الذي يمتصه بخار الماء في الأنابيب المشعة:

أين ح n هو المحتوى الحراري لمنتجات الاحتراق عند درجة حرارة غاز المداخن عند الممر ، kJ / kg ؛

η ر - كفاءة الفرن ؛ يوصى بأخذها يساوي 0.95 - 0.98 ؛

التدفق الحراري الذي يمتصه بخار الماء في أنابيب الحمل الحراري:

سيكون المحتوى الحراري لبخار الماء عند مدخل القسم المشع كما يلي:

كيلو جول / كجم.

نحن نقبل قيمة خسائر الضغط في غرفة الحمل الحراري ∆ ص ل= 0.1 ميجا باسكال ، ثم:

ص ل = ص - ص ل ,

ص ل= 1.2 - 0.1 = 1.1 ميجا باسكال.

درجة حرارة مدخل بخار الماء إلى القسم المشع ر ل= 294 درجة مئوية ، فإن متوسط درجة حرارة السطح الخارجي للأنابيب المشعة سيكون:

أين Δt- الفرق بين درجة حرارة السطح الخارجي للأنابيب المشعة ودرجة حرارة بخار الماء (المادة الخام) المسخن في الأنابيب ؛ Δt= 20-60 درجة مئوية ؛

ل.

أقصى درجة حرارة للاحتراق التصميم:

أين ل- انخفاض درجة حرارة الخليط الأولي للوقود والهواء ؛ مأخوذة مساوية لدرجة حرارة الهواء المزود للاحتراق ؛

شكرًا.- السعة الحرارية النوعية لمنتجات الاحتراق عند درجة الحرارة رص ؛

درجة مئوية.

في tmax = 1772.8 درجة مئوية و ر n \ u003d 800 درجة مئوية كثافة حرارية لسطح أسود تمامًا qsل درجات حرارة مختلفةالسطح الخارجي للأنابيب المشعة له المعاني التالية:

Θ، ° С 200400600

qs، W / م 2 1.50 10 5 1.30 ∙ 10 5 0.70 ∙ 10 5

نبني مخططًا إضافيًا (الشكل 2) انظر المرفق، والتي وفقًا لها نجد كثافة الحرارة عند Θ = 527 درجة مئوية: qs= 0.95 ∙ 10 5 واط / م 2.

نحسب التدفق الحراري الكلي للفرن:

القيمة الأولية للمساحة المعادلة لسطح أسود تمامًا:

م 2.

نحن نقبل درجة فحص البناء Ψ = 0.45 وبالنسبة لـ α = 1.25 نجد ذلك

هس /ح ل = 0,73.

قيمة السطح المسطح المكافئ:

م 2.

نحن نقبل وضع الأنابيب في صف واحد وخطوة بينهما:

س = 2د ن= 2 ∙ 0.152 = 0.304 م لهذه القيم عامل الشكل ل = 0,87.

قيمة سطح البناء المحمي:

م 2.

سطح تسخين الأنابيب المشعة:

م 2.

نختار فرن BB2 ، معلماته:

سطح غرفة الإشعاع ، م 2180

سطح غرفة الحمل الحراري ، م 2180

طول عمل الفرن ، م 9

عرض غرفة الإشعاع ، م 1.2

الإصدار ب

طريقة احتراق الوقود عديمة اللهب

قطر أنبوب غرفة الإشعاع ، 152 مم × 6

قطر أنبوب غرفة الحمل الحراري ، مم 114 × 6

عدد الأنابيب في غرفة الإشعاع:

أين دن هو القطر الخارجي للأنابيب في غرفة الإشعاع ، م ؛

لالأرضية - الطول المفيد للأنابيب المشعة ، التي يغسلها تدفق غازات المداخن ، م ،

لالأرضية = 9 - 0.42 = 8.2 م ،

الإجهاد الحراري لسطح الأنابيب المشعة:

ث / م 2.

تحديد عدد أنابيب غرفة الحمل الحراري:

نرتبهم في نمط رقعة الشطرنج 3 في صف أفقي واحد. خطوة بين الأنابيب S = 1.7 دح = 0.19 م.

يتم تحديد متوسط فرق درجة الحرارة بواسطة الصيغة:

درجة مئوية.

معامل انتقال الحرارة في غرفة الحمل الحراري:

W / (م 2 ∙ ك).

يتم تحديد الإجهاد الحراري لسطح الأنابيب الحرارية من خلال الصيغة:

ث / م 2.

2.4 الحساب الهيدروليكي لملف الفرن

يتكون الحساب الهيدروليكي لملف الفرن في تحديد فقد ضغط بخار الماء في الأنابيب المشعة والحمل الحراري.

أين جي

ρ إلى v.p. - كثافة بخار الماء عند متوسط درجة الحرارة والضغط في غرفة الحمل الحراري ، كجم / م 3 ؛

دك - القطر الداخلي لأنابيب الحمل الحراري ، م ؛

ض k هو عدد التدفقات في غرفة الحمل الحراري ،

تصلب متعدد.

ν ك = 3.311 ∙ 10-6 م 2 / ث.

قيمة معيار رينولدز:

م.

فقدان ضغط الاحتكاك:

باسكال = 14.4 كيلو باسكال.

باسكال = 20.2 كيلو باسكال.

أين Σ ζ إلى

- عدد الدورات.

خسارة الضغط الكلي:

2.5 حساب فقدان ضغط بخار الماء في غرفة الإشعاع

متوسط سرعة البخار:

أين جيهو معدل تدفق بخار الماء المسخن في الفرن ، كجم / ث ؛

ρ ص v.p. - كثافة بخار الماء عند متوسط درجة الحرارة والضغط في غرفة الحمل الحراري ، كجم / م 3 ؛

دр - القطر الداخلي لأنابيب الحمل الحراري ، م ؛

ض p هو عدد التدفقات في غرفة clnvection ،

تصلب متعدد.

اللزوجة الحركية لبخار الماء عند متوسط درجة الحرارة والضغط في غرفة الحمل الحراري ν ع \ u003d 8.59 ∙ 10-6 م 2 / ث.

قيمة معيار رينولدز:

الطول الإجمالي للأنابيب في مقطع مستقيم:

م.

معامل الاحتكاك الهيدروليكي:

فقدان ضغط الاحتكاك:

باسكال = 15.1 كيلو باسكال.

فقدان الضغط للتغلب عليها المقاومة المحلية:

باسكال = 11.3 كيلو باسكال ،

أين Σ ζ ص= 0.35 - معامل المقاومة عند الدوران بمقدار 180 درجة مئوية ،

- عدد الدورات.

خسارة الضغط الكلي:

أظهرت الحسابات التي تم إجراؤها أن الفرن المحدد سيوفر عملية بخار الماء شديد التسخين في وضع معين.

3. حساب غلاية الحرارة الضائعة

أوجد متوسط درجة حرارة غاز المداخن:

أين ر 1 - درجة حرارة غاز المداخن عند المدخل ،

ر 2 - درجة حرارة غاز المداخن الخارج ، درجة مئوية ؛

درجة مئوية (538 كلفن).

تدفق كتلة غاز المداخن:

حيث ب - استهلاك الوقود ، كجم / ثانية ؛

بالنسبة لغازات المداخن ، يتم تحديد المحتوى الحراري المحدد بناءً على البيانات الواردة في الجدول. 3 والتين. 1 حسب الصيغة:

المحتوى الحراري للمبردات الجدول 4

تدفق الحرارة المنقول عن طريق غازات المداخن:

أين ح 1 و ح 2 - المحتوى الحراري لغازات المداخن عند درجة حرارة مدخل ومخرج KU ، على التوالي ، المتكون أثناء احتراق 1 كجم من الوقود ، kJ / kg ؛

ب - استهلاك الوقود ، كجم / ثانية ؛

ح 1 و ح 2 - المحتوى الحراري النوعي لغازات المداخن ، كيلوجول / كجم ،

تدفق الحرارة الذي يتصوره الماء ، W:

أين η ku - معامل استخدام الحرارة في CU ؛ η كو = 0.97 ؛

جين - سعة البخار ، كجم / ثانية ؛

ح k vp - المحتوى الحراري لبخار الماء المشبع عند درجة حرارة المخرج ، kJ / kg ؛

ح n في - المحتوى الحراري لمياه التغذية ، kJ / kg ،

يتم تحديد كمية بخار الماء المتلقاة في KU من خلال الصيغة:

كجم / ثانية.

تدفق الحرارة الذي تمتصه المياه في منطقة التسخين:

أين حك المحتوى الحراري النوعي للمياه عند درجة حرارة التبخر ، كيلوجول / كجم ؛

تدفق الحرارة المنقولة بواسطة غازات المداخن إلى الماء في منطقة التسخين (حرارة مفيدة):

أين ح x هو المحتوى الحراري المحدد لغازات المداخن عند درجة الحرارة ر x من هنا:

كيلو جول / كجم.

قيمة المحتوى الحراري لاحتراق 1 كجم من الوقود:

حسب التين. 1 درجة حرارة المداخن المقابلة للقيمة ح x = 5700.45 كيلوجول / كجم:

رس = 270 درجة مئوية.

متوسط فرق درجات الحرارة في منطقة التسخين:

درجة مئوية.

270 غازات مداخن 210 مع الأخذ بعين الاعتبار مؤشر التدفق المعاكس:

أين لو هو معامل انتقال الحرارة ؛

م 2.

متوسط فرق درجات الحرارة في منطقة التبخر:

درجة مئوية.

320 غازات مداخن 270 مع الأخذ بعين الاعتبار مؤشر التدفق المعاكس:

187 بخار الماء 187

مساحة سطح التبادل الحراري في منطقة التسخين:

أين لو هو معامل انتقال الحرارة ؛

م 2.

إجمالي مساحة سطح التبادل الحراري:

F = Fن + Fأنت

F= 22.6 + 80 = 102.6 م 2.

وفقًا لـ GOST 14248-79 ، نختار مبخرًا قياسيًا بمساحة بخار بالخصائص التالية:

قطر الغلاف ، مم 1600

عدد حزم الأنابيب 1

عدد الأنابيب في الحزمة الواحدة 362

سطح التبادل الحراري ، م 2170

منطقة مقطعية بضربة واحدة

من خلال الأنابيب ، م 2 0.055

4. موازنة حرارة سخان الهواء

الهواء الجوي مع درجة الحرارة ر ° في xيدخل الجهاز ، حيث يتم تسخينه إلى درجة حرارة تي إكس إن إكسبسبب حرارة غازات المداخن.

استهلاك الهواء ، يتم تحديد كجم / ثانية بناءً على الكمية المطلوبة من الوقود:

أين في- استهلاك الوقود ، كجم / ثانية ؛

إل- استهلاك الهواء الفعلي لاحتراق 1 كجم من الوقود ، كجم / كجم ،

يتم تبريد غازات المداخن ، المنبعثة من حرارتها ر dg3 = ر dg2قبل ر dg4 .

أين H3و H4- المحتوى الحراري لغاز المداخن عند درجات الحرارة ر dg3و ر dg4على التوالي ، كيلوجول / كجم ،

تدفق الحرارة المدرك عن طريق الهواء ، W:

أين مع In-x- متوسط السعة الحرارية النوعية للهواء ، kJ / (kg · K) ؛

0.97 - كفاءة سخان الهواء ،

درجة حرارة الهواء النهائية ( تي إكس إن إكس) من معادلة توازن الحرارة:

ل.

5. ميزان حرارة KTAN

بعد سخان الهواء ، تدخل غازات المداخن إلى جهاز التلامس بفوهة نشطة (KTAN) ، حيث تنخفض درجة حرارتها من ر dg5 = ر dg4تصل إلى درجة الحرارة ر dg6= 60 درجة مئوية.

تتم إزالة حرارة غاز المداخن بواسطة دفقين منفصلين للمياه. يتلامس أحد الدفقين بشكل مباشر مع غازات المداخن ، بينما يتبادل الآخر الحرارة معها من خلال جدار الملف.

تدفق الحرارة المنبعث من غازات المداخن ، W:

أين H5و H6- المحتوى الحراري لغاز المداخن عند درجة الحرارة ر dg5و ر dg6على التوالي ، كيلوجول / كجم ،

يتم تحديد كمية ماء التبريد (الإجمالي) ، كجم / ثانية ، من معادلة توازن الحرارة:

حيث η - كفاءة KTAN ، η = 0.9 ،

كجم / ثانية.

التدفق الحراري الملحوظ بمياه التبريد ، W:

أين G المياه- استهلاك مياه التبريد ، كجم / ث:

مع الماء- السعة الحرارية النوعية للماء ، 4.19 كيلو جول / (كجم كلفن) ؛

ر ن ماءو ر إلى الماء- درجة حرارة الماء عند مدخل ومخرج KTAN ، على التوالي ،

6. حساب كفاءة محطة استعادة الحرارة

عند تحديد قيمة كفاءة النظام المركب ( η mu) الطريقة التقليدية المستخدمة.

يتم حساب كفاءة محطة استعادة الحرارة وفقًا للصيغة التالية:

7. تقييم الطاقة لنظام "الفرن - غلايات حرارة النفايات"

تتيح الطريقة الصارمة لتحليل الأنظمة التكنولوجية للطاقة التقييم الأكثر موضوعية ونوعية لخسائر الطاقة ، والتي لم يتم اكتشافها بأي شكل من الأشكال خلال التقييم التقليدي باستخدام القانون الأول للديناميكا الحرارية. في الحالة قيد النظر ، يتم استخدام كفاءة exergy كمعيار تقييم ، والذي يتم تعريفه على أنه نسبة exergy إزالة إلى exergy الموردة إلى النظام:

أين ه الفرعية- وقود exergy ، MJ / كغ ؛

E Resp.- الطاقة التي يتم امتصاصها من خلال تدفق بخار الماء في الفرن وغلاية تسخين النفايات.

في حالة الوقود الغازي ، فإن الطاقة الموردة هي مجموع طاقة الوقود ( E sub1) وطاقة الهواء ( E sub2):

أين ن نو لكن- المحتوى الحراري للهواء عند درجة حرارة مدخل الفرن ودرجة الحرارة المحيطة ، على التوالي ، كيلو جول / كجم ؛

الذي - التي- 298 كلفن (25 درجة مئوية) ؛

∆S- التغيير في إنتروبيا الهواء ، kJ / (kg · K).

في معظم الحالات ، يمكن إهمال قيمة طاقة الهواء ، أي:

إن الطاقة المفردة المخصصة للنظام قيد الدراسة هي مجموع الطاقة الخارجة عن طريق بخار الماء في الفرن ( E Resp1) ، والطاقة التي يمتصها بخار الماء في CH ( E Resp2).

لتدفق البخار المسخن في الفرن:

أين جي- استهلاك البخار في الفرن ، كجم / ثانية ؛

ح vp1و ح vp2- المحتوى الحراري لبخار الماء عند مدخل ومخرج الفرن ، على التوالي ، كيلو جول / كجم ؛

ΔS vp- التغير في إنتروبيا بخار الماء ، kJ / (kg · K).

لتدفق بخار الماء المتحصل عليه في الجهد العالي:

أين ز ن- استهلاك البخار بوحدة المعالجة المركزية ، كجم / ثانية ؛

ح إلى الفصل- المحتوى الحراري لبخار الماء المشبع عند مخرج KU ، kJ / kg ؛

ح ن في- المحتوى الحراري لمياه التغذية عند مدخل كو ، كيلو جول / كجم.

E Resp. = E otv1 + E otv2 ,

E Resp.= 1965.8 + 296.3 = 2262.1 جول / كجم.

خاتمة

بعد إجراء الحساب للتركيب المقترح (استرداد حرارة الغازات العادمة لفرن العملية) ، يمكننا أن نستنتج أنه بالنسبة لتكوين وقود معين ، وإنتاجية الفرن من حيث بخار الماء ، والمؤشرات الأخرى ، فإن كفاءة النظام المركب مرتفع ، وبالتالي ، يكون التثبيت فعالاً ؛ يتضح هذا أيضًا من خلال تقييم الطاقة في نظام "الفرن - غلاية حرارة النفايات" ، ومع ذلك ، من حيث تكاليف الطاقة ، يترك التركيب الكثير مما هو مرغوب فيه ويحتاج إلى تحسين.

قائمة الأدب المستخدم

1. حراز د .و. طرق استخدام مصادر الطاقة الثانوية في الصناعات الكيماوية / د. خرز ، ب. بساكيس. - م: الكيمياء ، 1984. - 224 ص.

2. سكوبلو أ . و. Skoblo A.I. ، Tregubova I.A. ، Yu.K. ، Molokanov. - الطبعة الثانية ، المنقحة. وإضافية - م: الكيمياء ، 1982. - 584 ص.

3. بافلوف ك .F. أمثلة ومهام في سياق عمليات وأجهزة التكنولوجيا الكيميائية: Proc. دليل للجامعات / K. F. Pavlov، P. G. Romankov، A. A. Noskov؛ إد. بي جي رومانكوفا. - الطبعة العاشرة ، المنقحة. وإضافية - لام: الكيمياء ، 1987. - 576 ص.

زائدة

الخصائص الفيزيائية الحراريةيمكن تحديد المنتجات الغازية للاحتراق ، اللازمة لحساب اعتماد المعلمات المختلفة على درجة حرارة وسط غازي معين ، على أساس القيم المعطاة في الجدول. على وجه الخصوص ، يتم الحصول على هذه الاعتماد على السعة الحرارية في الشكل:

ج بسم = أ -1/ د,

أين أ = 1,3615803; ب = 7,0065648; ج = 0,0053034712; د = 20,761095;

ج بسم = أ + bT سم + سي تي 2 سم,

أين أ = 0,94426057; ب = 0,00035133267; ج = -0,0000000539.

يفضل الاعتماد الأول من حيث دقة التقريب ، ويمكن أخذ الاعتماد الثاني لإجراء حسابات أقل دقة.

المعلمات الفيزيائية لغازات المداخن
(في ف = 0.0981 ميجا باسكال ؛ صثاني أكسيد الكربون = 0.13 ؛ ص H2O = 0.11 ؛ ص N2 = 0.76)

ر، ° С	γ ، N م -3	مع ص، W (م 2 درجة مئوية) -1	λ 10 2، W (m K) -1	أ 10 6، م 2 ث -1	μ 10 6 ، باسكال s	الخامس 10 6، م 2 ث -1	العلاقات العامة
	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

الملحق 3

(المرجعي)

نفاذية الهواء والدخان لمجاري الهواء والصمامات

1 - لتحديد التسربات أو تسربات الهواء فيما يتعلق بمجاري التهوية لأنظمة مكافحة الدخان ، يمكن استخدام الصيغ التالية ، التي تم الحصول عليها من خلال البيانات الجدولية التقريبية:

لمجاري الهواء من الفئة H (في نطاق الضغط 0.2 - 1.4 كيلو باسكال): ΔL = أ(ص - ب)مع، أين ΔL- سحب (تسرب) الهواء ، م 3 / م 2 س ؛ ص- الضغط ، كيلو باسكال ؛ أ = 10,752331; ب = 0,0069397038; مع = 0,66419906;

لمجاري الهواء من الفئة P (في نطاق الضغط 0.2 - 5.0 كيلو باسكال): أين أ = 0,00913545; ب =-3.1647682 10 8 ؛ ج =-1.2724412 10 9 ؛ د = 0,68424233.

2. بالنسبة لمخمدات الحريق المغلقة عادةً ، تتوافق القيم العددية للخاصية المحددة لمقاومة الدخان واختراق الغاز اعتمادًا على درجة حرارة الغاز مع البيانات التي تم الحصول عليها أثناء اختبارات حريق البدلاء لمختلف المنتجات في القاعدة التجريبية لـ VNIIPO:

1. الأحكام العامة. 2 2. البيانات الأولية. 3 3. تهوية دخان العادم. 4 3.1. إزالة نواتج الاحتراق مباشرة من غرفة الاحتراق. 4 3.2. إزالة منتجات الاحتراق من الأماكن المجاورة. 7 4. توريد تهوية الدخان. 9 4.1. توريد الهواء ل السلالم. 9 4.2. إمداد الهواء لرفع الأعمدة 14 4.3. إمداد الهواء لأقفال الدهليز 16 4.4. تعويض إمداد الهواء. 17 5. تحديدمعدات. 17 5.1. معدات لأنظمة تهوية دخان العادم. 17 5.2. معدات لتزويد أنظمة تهوية الدخان. 21 6. طرق التحكم في الحريق. 21 المراجع .. 22 الملحق 1. تحديد المعلمات الرئيسية لحمل النار في المباني. 22 التذييل 2. الخواص الفيزيائية الحرارية لغازات المداخن. 24 الملحق 3. نفاذية الهواء والدخان لمجاري الهواء والصمامات. 25

2. الحرارة التي تحملها غازات العادم. دعونا نحدد السعة الحرارية لغازات المداخن عند tux = 8000C ؛

3. فقدان الحرارة من خلال التوصيل الحراري.

خسائر من خلال القبو

سمك القبو 0.3 م ، والمواد من النار. نحن نقبل أن درجة حرارة السطح الداخلي للقبة تساوي درجة حرارة الغازات.

متوسط درجة حرارة الفرن:

وفقًا لدرجة الحرارة هذه ، نختار معامل التوصيل الحراري لمادة النار:

وبالتالي ، فإن الخسائر من خلال الخزنة هي:

حيث α هو معامل انتقال الحرارة من السطح الخارجي للجدران إلى الهواء المحيط ، يساوي 71.2 كيلو جول / (م 2 * ح * 0 درجة مئوية)

خسائر عبر الجدران. يتكون البناء من الجدران من طبقتين (فيرريكلاي 345 مم ، تراب دياتومي 115 مم)

مساحة الجدار ، م 2:

منطقة منهجية

منطقة اللحام

منطقة توميل

نهاية

إجمالي مساحة الجدار 162.73 م 2

مع التوزيع الخطي لدرجة الحرارة على سمك الجدار ، فإن متوسط درجة حرارة النار سيكون 5500 درجة مئوية ، والدياتوميت 1500 درجة مئوية.

لذلك.

خسارة كاملة من خلال البناء

4. وفقًا للبيانات العملية ، يتم أخذ فقد الحرارة مع مياه التبريد بما يعادل 10٪ Qx من الدخل ، أي Qx + Qp

5. نقبل الخسائر غير المحسوبة بمقدار 15٪ Q من مدخلات الحرارة

قم بتكوين معادلة التوازن الحراري للفرن

يتلخص التوازن الحراري للفرن في الجدول 1 ؛ 2

الجدول 1

الجدول 2

الاستهلاك كيلو جول / ساعة	%
تنفق الحرارة على تسخين المعدن	53
حرارة غاز المداخن	26
الخسائر من خلال البناء	1,9
خسائر مياه التبريد	6,7
خسائر غير محسوبة	10,6
المجموع:	100

سيكون استهلاك الحرارة المحدد لتسخين 1 كجم من المعدن

اختيار وحساب الشعلات

نقبل تركيب شعلات من النوع "أنبوب في الأنبوب" في الفرن.

يوجد 16 قطعة في مناطق اللحام ، 4 قطع في منطقة الحجز. إجمالي عدد الشعلات 20 قطعة. حدد الكمية المقدرة للهواء القادم إلى موقد واحد.

Vв - استهلاك الهواء كل ساعة ؛

تلفزيون - 400 + 273 = 673 كلفن - درجة حرارة تسخين الهواء ؛

N هو عدد الشعلات.

يفترض أن يكون ضغط الهواء أمام الموقد 2.0 كيلو باسكال. ويترتب على ذلك أن تدفق الهواء المطلوب يتم توفيره بواسطة الموقد DBV 225.

تحديد الكمية المقدرة للغاز لكل موقد ؛

VG \ u003d V = 2667 استهلاك الوقود كل ساعة ؛

TG = 50 + 273 = 323 كلفن - درجة حرارة الغاز ؛

N هو عدد الشعلات.

8. حساب المبادل الحراري

لتسخين الهواء ، نقوم بتصميم مبادل حراري ذو حلقة معدنية مصنوع من الأنابيب بقطر 57 / 49.5 مم مع ترتيب ممر من الدرجة الخاصة بهم

البيانات الأولية للحساب:

استهلاك الوقود لكل ساعة B = 2667 kJ / h ؛

استهلاك الهواء لكل 1 م 3 من الوقود Lα = 13.08 م 3 / م 3 ؛

كمية نواتج الاحتراق من 1 م 3 من الغاز القابل للاحتراق Vα = 13.89 م 3 / م 3 ؛

تلفزيون درجة حرارة تسخين الهواء = 4000 درجة مئوية ؛

درجة حرارة غازات المداخن من الفرن = 8000 درجة مئوية.

استهلاك الهواء كل ساعة:

إخراج الدخان كل ساعة:

كمية الدخان التي تمر كل ساعة عبر المبادل الحراري ، مع الأخذ في الاعتبار فقدان الدخان للخروج من خلال المخمد الالتفافي وتسرب الهواء.

المعامل م ، مع الأخذ في الاعتبار فقدان الدخان ، نأخذ 0.7.

المعامل مع مراعاة تسرب الهواء في الخنازير ، سوف نأخذ 0.1.

درجة حرارة الدخان أمام المبادل الحراري ، مع مراعاة تسرب الهواء ؛

حيث iух هو المحتوى الحراري لغازات المداخن عند tух = 8000 درجة مئوية

يتوافق محتوى الحرارة هذا مع درجة حرارة الدخان tD = 7500 درجة مئوية. (انظر الشكل 67 (3))

حرارة الاحتراق. تختلف القيمة الحرارية الصافية للوقود الغازي الجاف Qf بشكل كبير من 4 إلى 47 ميجا جول / م 3 وتعتمد على تركيبته - نسبة وجودة الوقود الغازي الجاف وغير القابل للاحتراق

عناصر. أدنى قيمة Qf لغاز الأفران العالية ، حيث يبلغ متوسط تكوينه حوالي 30٪ من الغازات القابلة للاحتراق (أساسًا أول أكسيد الكربون CO) وحوالي 60٪ نيتروجين N2 غير قابل للاحتراق. أعظم

قيمة Qf للغازات المصاحبة ، والتي يتميز تكوينها بمحتوى عالٍ من الهيدروكربونات الثقيلة. تتقلب حرارة احتراق الغازات الطبيعية في نطاق ضيق Qf = 35.5… 37.5 MJ / m3.

يتم إعطاء القيمة الحرارية المنخفضة للغازات الفردية التي تشكل الوقود الغازي في الجدول. 3.2 انظر القسم 3 للتعرف على طرق تحديد القيمة الحرارية للوقود الغازي.

كثافة. هناك كثافة مطلقة ونسبية للغازات.

كثافة الغاز المطلقة rg ، kg / m3 ، هي كتلة الغاز لكل 1 م 3 من الحجم الذي يشغله هذا الغاز. عند حساب كثافة الغاز الفردي ، يُؤخذ حجم كيلو لا الخاص به مساويًا لـ 22.41 م 3 (كما هو الحال بالنسبة للغاز المثالي).

كثافة الغاز النسبية Rotn هي نسبة كثافة الغاز المطلقة في ظل الظروف العادية وكثافة الهواء المماثلة:

Rotn \ u003d Rg / Pv \ u003d Rg / 1.293 ، (6.1)

حيث rg ، pE ، على التوالي ، الكثافة المطلقة للغاز والهواء في ظل الظروف العادية ، كجم / م 3. تُستخدم الكثافة النسبية للغازات عادةً لمقارنة الغازات المختلفة مع بعضها البعض.

ترد قيم الكثافة المطلقة والنسبية للغازات البسيطة في الجدول. 6.1

يتم تحديد كثافة خليط الغاز pjM ، كجم / م 3 ، على أساس قاعدة الإضافة ، والتي بموجبها يتم تلخيص خصائص الغازات ، على التوالي ، حجم الكسرفي المزيج:

حيث Xj هو المحتوى الحجمي للغاز السابع في الوقود ،٪ ؛ (rg) ؛ - كثافة الغاز j-th ، وهو جزء من الوقود ، كجم / م 3 ؛ ن هو عدد الغازات الفردية في الوقود.

يتم إعطاء قيم كثافة الوقود الغازي في الجدول. ص 5.

يمكن حساب كثافة الغاز ، كجم / م 3 ، اعتمادًا على درجة الحرارة والضغط ، بواسطة الصيغة

حيث p0 هي كثافة الغاز في الظروف العادية (T0 = 273 K و p0 = 101.3 kPa) ، كجم / م 3 ؛ p و T ، على التوالي ، الضغط الفعلي ، kPa ، ودرجة الحرارة المطلقة للغاز ، K.

تكون جميع أنواع الوقود الغازي تقريبًا أخف من الهواء ، وبالتالي ، عند التسرب ، يتراكم الغاز تحت الأسقف. لأسباب تتعلق بالسلامة ، قبل بدء تشغيل الغلاية ، من الضروري التحقق من عدم وجود الغاز في الأماكن الأكثر احتمالية لتراكمه.

تزداد لزوجة الغازات مع زيادة درجة الحرارة. يمكن حساب قيم معامل اللزوجة الديناميكية p ، Pa-s ، باستخدام معادلة Seser-Land التجريبية

الجدول 6.1

خصائص مكونات وقود الغاز (عند t - O ° C chr \ u003d 101.3 kPa)

	المواد الكيميائية	الكتلة المولية M ،	كثافة	مركزات السائبة
اسم الغاز	مطلق	نسبيا	حدود الاشتعال الصهيوني للغاز في خليط مع الهواء٪

غازات قابلة للاحتراق








البروبيلين



أول أكسيد الكربون
كبريتيد الهيدروجين
غازات غير قابلة للاشتعال
نشبع
ثاني أكسيد الكبريت

الأكسجين
هواء الغلاف الجوي.
بخار الماء

حيث p0 هو معامل اللزوجة الديناميكية للغاز في الظروف العادية (G0 = 273 K و p0 - 101.3 kPa) ، Pa-s ؛ T هي درجة الحرارة المطلقة للغاز ، K ؛ C - المعامل اعتمادًا على نوع الغاز ، K ، مأخوذ من الجدول. 6.2

بالنسبة لخليط من الغازات ، يمكن تحديد معامل اللزوجة الديناميكية تقريبًا من قيم لزوجة المكونات الفردية:

حيث gj هو الجزء الكتلي للغاز j في الوقود ،٪ ؛ Zu - معامل اللزوجة الديناميكية للمكون j-th ، Pa-s ؛ ن هو عدد الغازات الفردية في الوقود.

في الممارسة العملية ، يتم استخدام معامل اللزوجة الحركية V ، m2 / s ، على نطاق واسع ، والذي
والتي ترتبط باللزوجة الديناميكية p من خلال الكثافة p حسب التبعية

V = ص / ص. (6.6)

مع الأخذ في الاعتبار (6.4) و (6.6) ، يمكن حساب معامل اللزوجة الحركية v ، m2 / s ، اعتمادًا على الضغط ودرجة الحرارة ، بواسطة الصيغة

حيث v0 هو معامل اللزوجة الحركية للغاز في ظل الظروف العادية (Go = 273 K و p0 = 101.3 kPa) ، m2 / s ؛ p و G ، على التوالي ، الضغط الفعلي ، kPa ، ودرجة الحرارة المطلقة للغاز ، K ؛ C - المعامل اعتمادًا على نوع الغاز ، K ، مأخوذ من الجدول. 6.2

ترد قيم معاملات اللزوجة الحركية للوقود الغازي في الجدول. ص 9.

الجدول 6.2

معاملات اللزوجة والتوصيل الحراري لمكونات وقود الغاز

(عند t \ u003d 0 درجة مئوية ir = 101.3 كيلو باسكال)

اسم الغاز	عامل اللزوجة	معامل التوصيل الحراري N03، W / (m-K)	معامل ساذرلاند C، K
ديناميكي r-106 ، باسكال	الحركية v-106 ، m2 / s
غازات قابلة للاحتراق



البروبيلين


أول أكسيد الكربون
كبريتيد الهيدروجين
غازات غير قابلة للاشتعال نشبع

الأكسجين
هواء الغلاف الجوي
بخار الماء عند 100 درجة مئوية

توصيل حراري. يتميز نقل الطاقة الجزيئية في الغازات بمعامل التوصيل الحراري 'k، W / (m-K). معامل التوصيل الحراري يتناسب عكسياً مع الضغط ويزيد مع زيادة درجة الحرارة. يمكن حساب قيم معامل X باستخدام صيغة ساذرلاند

حيث X ، 0 هي الموصلية الحرارية للغاز في الظروف العادية (G0 = 273 K و Po = 101.3 kPa) ، W / (m-K) ؛ p و T ، على التوالي ، الضغط الفعلي ، kPa ، ودرجة الحرارة المطلقة للغاز ، K ؛ C - المعامل اعتمادًا على نوع الغاز ، K ، مأخوذ من الجدول. 6.2

تم إعطاء قيم معاملات التوصيل الحراري للوقود الغازي في الجدول. ص 9.

تعتمد السعة الحرارية للوقود الغازي لكل 1 م 3 من الغاز الجاف على تركيبته ويتم تعريفها عمومًا على أنها

4 لتر = 0.01 (CH2H2 + Ccos0 +

CCH4CH4 + cCo2cOg + - + cx. X ؛) ، (6.9) - السعات الحرارية للمكونات المكونة للوقود ، على التوالي ، الهيدروجين ، وأول أكسيد الكربون ، والميثان ، وثاني أكسيد الكربون و /-المكون ، kJ / (m3-K) ؛ H2 ، CO ، CH4 ، CO2 ، ... ، Xg--

السعات الحرارية للمكونات القابلة للاحتراق للوقود الغازي موضحة في الجدول. ص 6 ، غير قابل للاحتراق - في الجدول. ص 7.

السعة الحرارية للوقود الغازي الرطب

يتم تعريف Cgtl ، kJ / (m3-K) ، على أنه

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

المتفجرة. يمكن أن ينفجر مزيج من الغاز القابل للاحتراق مع الهواء بنسب معينة في وجود نار أو حتى شرارة ، أي يشتعل ويحترق بسرعة تقترب من سرعة انتشار الصوت. تعتمد التركيزات المتفجرة للغاز القابل للاحتراق في الهواء على التركيب الكيميائي للغاز وخصائصه. ترد حدود اشتعال التركيز الحجمي للغازات الفردية القابلة للاحتراق في خليط مع الهواء في وقت سابق في الجدول. 6.1 الهيدروجين (4 .. .74٪ من حيث الحجم) وأول أكسيد الكربون (12.5 ... 74٪) لهما حدود الاشتعال الأوسع. بالنسبة للغاز الطبيعي ، يبلغ متوسط حدود القابلية للاشتعال الأدنى والأعلى 4.5 و 17٪ من حيث الحجم ، على التوالي ؛ لفحم الكوك - 5.6 و 31٪ ؛ للمجال - 35 و 74٪.

تسمم. تُفهم السمية على أنها قدرة الغاز على التسبب في تسمم الكائنات الحية. تعتمد درجة السمية على نوع الغاز وتركيزه. أخطر مكونات الغاز في هذا الصدد هي أول أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين H2S.

يتم تحديد سمية مخاليط الغاز بشكل أساسي من خلال تركيز أكثر المكونات سمية الموجودة في الخليط ، في حين أن تأثيرها الضار ، كقاعدة عامة ، يزداد بشكل ملحوظ في وجود غازات ضارة أخرى.

يمكن تحديد وجود وتركيز الغازات الضارة في الهواء بواسطة جهاز خاص - محلل الغاز.

تقريبا جميع الغازات الطبيعية عديمة الرائحة. للكشف عن تسرب الغاز واتخاذ تدابير السلامة ، يتم تفريغ الغاز الطبيعي قبل دخوله الرئيسي ، أي أنه مشبع بمادة لها رائحة نفاذة (على سبيل المثال ، مركابتان).

تختلف حرارة احتراق أنواع مختلفة من الوقود بشكل كبير. بالنسبة لزيت الوقود ، على سبيل المثال ، فهو يزيد عن 40 ميجا جول / كجم ، وبالنسبة لغاز الفرن العالي وبعض درجات الصخر الزيتي ، فهو يبلغ حوالي 4 ميجا جول / كجم. يختلف تكوين وقود الطاقة أيضًا على نطاق واسع. وبالتالي ، يمكن أن تختلف الخصائص النوعية نفسها ، اعتمادًا على نوع الوقود وعلامته التجارية ، بشكل حاد من الناحية الكمية عن بعضها البعض.

الخصائص المعطاة للوقود. للتحليل المقارن ، في دور الخصائص التي تلخص جودة الوقود ، يتم استخدام الخصائص المعينة للوقود ،٪ -kg / MJ ، والتي يتم حسابها بشكل عام بواسطة الصيغة

حيث хг هو مؤشر على جودة وقود العمل ، ٪ ؛ س [- حرارة الاحتراق النوعية (أدنى) ، MJ / كجم.

لذلك ، على سبيل المثال ، لحساب مخفضة

الرطوبة محتوى الرماد من الكبريت S „p و

النيتروجين N ^ p (لظروف تشغيل الوقود)

تأخذ الصيغة (7.1) الشكل التالي ،٪ -kg / MJ:

TOC o "1-3" h z KP = Kl GT ؛ (7.2)

4f = l7e [؛ (7.3)

snp= S '/ Єї ؛ (7.4)

^ p = N7 Q [. (7.5)

كمثال توضيحي ، تكون المقارنة التالية إرشادية ، بشرط أن يتم حرق أنواع مختلفة من الوقود في غلايات بنفس الطاقة الحرارية. لذلك ، مقارنة المحتوى الرطوبي المنخفض للفحم بالقرب من موسكو

الصفوف 2B (WЈp = 3.72٪ -kg / MJ) و Nazarov-

يوضح الفحم 2B (W ^ p = 3.04٪ -kg / MJ) أنه في الحالة الأولى ، ستكون كمية الرطوبة التي يتم إدخالها إلى فرن الغلاية بالوقود أكبر بنحو 1.2 مرة من الثانية ، على الرغم من حقيقة ذلك رطوبة الفحم العاملة بالقرب من موسكو (W [\ u003d 31٪) أقل من

فحم نازاروفسكي (Wf = 39٪).

وقود مشروط. في قطاع الطاقة ، من أجل مقارنة كفاءة استخدام الوقود في محطات الغلايات المختلفة ، لتخطيط إنتاج واستهلاك الوقود في الحسابات الاقتصادية ، تم إدخال مفهوم الوقود التقليدي. كوقود قياسي ، يتم قبول هذا الوقود ، والقيمة الحرارية المحددة (الأدنى) التي في حالة العمل تساوي Qy T = 29300 kJ / kg (أو

7000 كيلو كالوري / كغ).

لكل وقود طبيعي ، يوجد ما يسمى بالمكافئ الحراري عديم الأبعاد E ، والذي يمكن أن يكون أكبر أو أقل من الوحدة: