Chimenea, cálculo. Tabla de propiedades térmicas de los gases de combustión Capacidad calorífica de los gases de combustión a diferentes temperaturas
Calor de combustión. El valor calorífico neto del combustible gaseoso seco Qf varía ampliamente de 4 a 47 MJ / m3 y depende de su composición: la proporción y la calidad del combustible y el no combustible.
componentes Valor más bajo Qf para gas de alto horno, cuya composición media es de un 30 % de gases combustibles (principalmente monóxido de carbono CO) y un 60 % de nitrógeno no combustible N2. mejor
El valor Qf para gases asociados, cuya composición se caracteriza por un alto contenido en hidrocarburos pesados. El calor de combustión de los gases naturales fluctúa en un rango estrecho Qf = 35,5…37,5 MJ/m3.
El poder calorífico inferior de los gases individuales que componen los combustibles gaseosos se da en la Tabla. 3.2. Consulte la Sección 3 para conocer los métodos para determinar el poder calorífico de los combustibles gaseosos.
Densidad. Hay densidad absoluta y relativa de gases.
La densidad absoluta del gas rg, kg/m3, es la masa de gas por 1 m3 del volumen ocupado por este gas. Al calcular la densidad de un gas individual, el volumen de su kilomo-la se toma igual a 22,41 m3 (como para un gas ideal).
La densidad relativa del gas Rotn es la relación entre la densidad absoluta del gas en condiciones normales y la densidad del aire similar:
Rotn \u003d Rg / Pv \u003d Rg / 1.293, (6.1)
Donde rg, pE son, respectivamente, la densidad absoluta del gas y del aire en condiciones normales, kg/m3. La densidad relativa de los gases se usa generalmente para comparar diferentes gases entre sí.
Los valores de la densidad absoluta y relativa de los gases simples se dan en la Tabla. 6.1.
La densidad de la mezcla de gases pjM, kg/m3, se determina según la regla de la aditividad, según la cual las propiedades de los gases se resumen respectivamente fracción de volumen en la mezcla:
Donde Xj es el contenido volumétrico del 7º gas en el combustible, %; (rg); - densidad del j-ésimo gas, que forma parte del combustible, kg/m3; n es el número de gases individuales en el combustible.
Los valores de la densidad de los combustibles gaseosos se dan en la tabla. P.5.
La densidad del gas p, kg/m3, dependiendo de la temperatura y la presión, se puede calcular mediante la fórmula
Donde p0 es la densidad del gas en condiciones normales (T0 = 273 K y p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p y T son, respectivamente, la presión real, kPa, y la temperatura absoluta del gas, K.
Casi todos los tipos de combustibles gaseosos son más livianos que el aire, por lo tanto, cuando hay fugas, el gas se acumula debajo de los techos. Por motivos de seguridad, antes de poner en marcha la caldera, es imprescindible comprobar la ausencia de gas en los lugares más probables de su acumulación.
La viscosidad de los gases aumenta al aumentar la temperatura. Los valores del coeficiente de viscosidad dinámica p, Pa-s, se pueden calcular utilizando la ecuación empírica de Seser-Land
Tabla 6.1
Características de los componentes del combustible gaseoso (a t - O ° C chr \u003d 101.3 kPa)
|
Químico |
Masa molar M, |
Densidad |
Concentrados a granel |
||
|
nombre del gas |
Absoluto |
Pariente |
Límites sionicos de ignición de gas en una mezcla con aire,% |
||
|
gases combustibles |
|||||
|
propileno |
|||||
|
monóxido de carbono |
|||||
|
sulfuro de hidrógeno |
|||||
|
gases no inflamables |
|||||
|
Dióxido de carbono |
|||||
|
dióxido de azufre |
|||||
|
Oxígeno |
|||||
|
Aire atmosférico. |
|||||
|
vapor de agua |
Donde p0 es el coeficiente de viscosidad dinámica del gas en condiciones normales (G0 = 273 K y p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T es la temperatura absoluta del gas, K; C: el coeficiente según el tipo de gas, K, se toma de la Tabla. 6.2.
Para una mezcla de gases, el coeficiente de viscosidad dinámica se puede determinar aproximadamente a partir de los valores de la viscosidad de los componentes individuales:
Donde gj es la fracción de masa del j-ésimo gas en el combustible,%; Zu - coeficiente de viscosidad dinámica del j-ésimo componente, Pa-s; n es el número de gases individuales en el combustible.
En la práctica, se utiliza ampliamente el coeficiente de viscosidad cinemática V, m2/s, que
que está relacionado con la viscosidad dinámica p a través de la densidad p por la dependencia
V = r / r. (6.6)
Teniendo en cuenta (6.4) y (6.6), el coeficiente de viscosidad cinemática v, m2/s, en función de la presión y la temperatura, puede calcularse mediante la fórmula
Donde v0 es el coeficiente de viscosidad cinemática del gas en condiciones normales (Go = 273 K y p0 = 101,3 kPa), m2/s; py G son, respectivamente, la presión real, kPa, y la temperatura absoluta del gas, K; C: el coeficiente según el tipo de gas, K, se toma de la Tabla. 6.2.
Los valores de los coeficientes de viscosidad cinemática para combustibles gaseosos se dan en la Tabla. P.9.
Cuadro 6.2
Coeficientes de viscosidad y conductividad térmica de los componentes del combustible gaseoso
(a t \u003d 0 ° С ir \u003d 101,3 kPa)
|
nombre del gas |
factor de viscosidad |
Coeficiente de conductividad térmica N03, W/(m-K) |
Coeficiente de Sutherland C, K |
|
|
R-106 dinámico, Pa-s |
Cinemática v-106, m2/s |
|||
|
gases combustibles |
||||
|
propileno |
||||
|
monóxido de carbono |
||||
|
sulfuro de hidrógeno |
||||
|
gases no inflamables Dióxido de carbono |
||||
|
Oxígeno |
||||
|
Aire atmosférico |
||||
|
Vapor de agua a 100 °C |
Conductividad térmica. La transferencia de energía molecular en los gases se caracteriza por el coeficiente de conductividad térmica ‘k, W / (m-K). El coeficiente de conductividad térmica es inversamente proporcional a la presión y aumenta al aumentar la temperatura. Los valores del coeficiente X se pueden calcular mediante la fórmula de Sutherland
Donde X,0 es la conductividad térmica del gas en condiciones normales (G0 = 273 K y Po = 101,3 kPa), W/(m-K); py T son, respectivamente, la presión real, kPa, y la temperatura absoluta del gas, K; C: el coeficiente según el tipo de gas, K, se toma de la Tabla. 6.2.
Los valores de los coeficientes de conductividad térmica para combustibles gaseosos se dan en la Tabla. P.9.
La capacidad calorífica del combustible gaseoso por 1 m3 de gas seco depende de su composición y generalmente se define como
4L=0.01(CH2H2+Ccos0 +
CCH4CH4 + cCo2cOg + - + cx. X;), (6.9) - capacidades caloríficas de los componentes constituyentes del combustible, respectivamente, hidrógeno, monóxido de carbono, metano, dióxido de carbono y /-th componente, kJ / (m3-K); H2, CO, CH4, CO2, ..., Xg--
Las capacidades caloríficas de los componentes combustibles del combustible gaseoso se dan en la Tabla. P.6, no combustible - en la tabla. P.7.
Capacidad calorífica del combustible gaseoso húmedo
Cgtl, kJ/(m3-K), se define como
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Explosividad. Una mezcla de gas combustible con aire en ciertas proporciones en presencia de fuego o incluso de chispa puede explotar, es decir, se enciende y arde a una velocidad cercana a la velocidad de propagación del sonido. Las concentraciones explosivas de gas combustible en el aire dependen de la composición química y las propiedades del gas. Los límites de ignición de concentración de volumen para gases combustibles individuales en una mezcla con aire se dan anteriormente en la Tabla. 6.1. El hidrógeno (4.. .74% por volumen) y el monóxido de carbono (12.5...74%) tienen los límites de ignición más amplios. Para el gas natural, los límites de inflamabilidad superior e inferior promedio son 4.5 y 17% por volumen, respectivamente; para coque - 5.6 y 31%; para dominio - 35 y 74%.
Toxicidad. Se entiende por toxicidad la capacidad que tiene un gas de producir intoxicaciones en los organismos vivos. El grado de toxicidad depende del tipo de gas y de su concentración. Los componentes de gas más peligrosos a este respecto son el monóxido de carbono CO y el sulfuro de hidrógeno H2S.
La toxicidad de las mezclas de gases está determinada principalmente por la concentración de los componentes más tóxicos presentes en la mezcla, mientras que su efecto nocivo, por regla general, aumenta notablemente en presencia de otros gases nocivos.
La presencia y concentración de gases nocivos en el aire se puede determinar mediante un dispositivo especial: un analizador de gases.
Casi todos los gases naturales son inodoros. Para detectar una fuga de gas y tomar medidas de seguridad, el gas natural se odoriza antes de que ingrese a la tubería principal, es decir, se satura con una sustancia que tiene un olor acre (por ejemplo, mercaptanos).
Calor de combustión varios tipos combustible varía ampliamente. Para el fueloil, por ejemplo, supera los 40 MJ/kg, y para el gas de alto horno y algunos grados de esquisto bituminoso, es de unos 4 MJ/kg. La composición de los combustibles energéticos también varía ampliamente. Por lo tanto, las mismas características cualitativas, según el tipo y la marca de combustible, pueden diferir cuantitativamente entre sí.
Las características dadas del combustible. Para el análisis comparativo, en el papel de las características que resumen la calidad del combustible, se utilizan las características dadas del combustible, %-kg / MJ, que generalmente se calculan mediante la fórmula
Donde хг es un indicador de la calidad del combustible de trabajo, %; Q[ - calor específico de combustión (más bajo), MJ/kg.
Así, por ejemplo, para calcular la reducción
Humedad contenido de cenizas de azufre S „p y
Nitrógeno N^p (para condiciones de funcionamiento del combustible)
La fórmula (7.1) toma la siguiente forma, %-kg/MJ:
TOC o "1-3" h z KP=Kl GT; (7.2)
4f=l7e[; (7.3)
snp=S’/Єї; (7.4)
^p=N7Q[. (7.5)
Como ejemplo ilustrativo, la siguiente comparación es orientativa, siempre que se quemen diferentes combustibles en calderas de la misma potencia térmica. Entonces, una comparación del contenido reducido de humedad del carbón cerca de Moscú
Grados 2B (WЈp = 3,72% -kg / MJ) y Nazarov-
El carbón 2B (W^p = 3,04%-kg/MJ) muestra que en el primer caso la cantidad de humedad introducida en el horno de la caldera con fuel será aproximadamente 1,2 veces mayor que en el segundo, a pesar de que la humedad de trabajo del carbón cerca de Moscú (W[ \u003d 31%) es menor que la de
Carbón Nazarovsky (Wf = 39%).
combustible condicional. En el sector energético, con el fin de comparar la eficiencia del uso de combustible en varias plantas de calderas, para planificar la producción y el consumo de combustible en cálculos económicos, se ha introducido el concepto de combustible convencional. Como combustible estándar se acepta aquel cuyo poder calorífico específico (el más bajo) en condiciones de trabajo es igual a Qy T = 29300 kJ/kg (o
7000 kcal/kg).
Para cada combustible natural existe un denominado equivalente térmico adimensional E, que puede ser mayor o menor que la unidad:
Institución educativa estatal de educación profesional superior.
"Universidad Técnica del Estado de Samara"
Departamento de Tecnología Química y Ecología Industrial
TRABAJO DEL CURSO
en la disciplina "Termodinámica técnica e ingeniería térmica"
Tema: Cálculo de la instalación para la recuperación de calor de los gases residuales de un horno de proceso
Completado por: Estudiante Ryabinina E.A.
ZF curso III grupo 19
Comprobado por: Consultor Churkina A.Yu.
Sámara 2010
Introducción
La mayoría de las empresas químicas generan residuos térmicos de alta y baja temperatura, que pueden utilizarse como recursos energéticos secundarios (SER). Estos incluyen gases de combustión de varias calderas y hornos de proceso, corrientes enfriadas, agua de enfriamiento y vapor de escape.
Los VER térmicos cubren en gran medida la demanda de calor de industrias individuales. Así, en la industria del nitrógeno, más del 26 % de la demanda de calor se cubre mediante VER, en la industria de la soda, más del 11 %.
El número de HOR utilizados depende de tres factores: la temperatura de los HOR, su potencia térmica y la continuidad de la salida.
En la actualidad, el más extendido es el aprovechamiento del calor de los gases residuales industriales, que tienen un potencial de alta temperatura para casi todos los procesos de ingeniería contra incendios y pueden utilizarse de forma continua en la mayoría de las industrias. El calor de los gases residuales es el principal componente del balance energético. Se utiliza principalmente con fines tecnológicos y, en algunos casos, con fines energéticos (en calderas de calor residual).
Sin embargo, el uso generalizado de VER térmicos de alta temperatura está asociado con el desarrollo de métodos de utilización, incluido el calor de escorias calientes, productos, etc., nuevos métodos para utilizar el calor de los gases de escape, así como con la mejora de los diseños de los equipos de utilización existentes.
1. Descripción del esquema tecnológico
En hornos tubulares sin cámara de convección, o en hornos de tipo de convección radiante, pero que tienen una temperatura inicial relativamente alta del producto calentado, la temperatura de los gases de combustión puede ser relativamente alta, lo que conduce a una mayor pérdida de calor, una menor eficiencia del horno y una mayor cantidad de combustible. consumo. Por lo tanto, es necesario aprovechar el calor de los gases residuales. Esto se puede lograr ya sea mediante el uso de un calentador de aire que caliente el aire que ingresa al horno para la combustión del combustible, o mediante la instalación de calderas de calor residual que permitan obtener el vapor de agua necesario para las necesidades tecnológicas.
Sin embargo, para la implementación del calentamiento de aire, se requieren costos adicionales para la construcción de un calentador de aire, ventiladores, así como un consumo de energía adicional consumido por el motor del ventilador.
Para garantizar el funcionamiento normal del calentador de aire, es importante evitar la posibilidad de corrosión de su superficie por el lado del flujo de gases de combustión. Este fenómeno es posible cuando la temperatura de la superficie de intercambio de calor es inferior a la temperatura del punto de rocío; al mismo tiempo, parte de los gases de combustión, directamente en contacto con la superficie del calentador de aire, se enfría significativamente, el vapor de agua contenido en ellos se condensa parcialmente y, absorbiendo el dióxido de azufre de los gases, forma un ácido débil agresivo.
El punto de rocío corresponde a la temperatura a la cual la presión de vapor saturado del agua es igual a la presión parcial del vapor de agua contenido en los gases de combustión.
Una de las formas más confiables de protegerse contra la corrosión es precalentar el aire de alguna manera (por ejemplo, en calentadores de agua o vapor) a una temperatura superior al punto de rocío. Tal corrosión también puede ocurrir en la superficie de las tuberías de convección si la temperatura de la materia prima que ingresa al horno está por debajo del punto de rocío.
La fuente de calor para aumentar la temperatura del vapor saturado es la reacción de oxidación (combustión) del combustible primario. Los gases de combustión formados durante la combustión ceden su calor en las cámaras de radiación y luego de convección al flujo de materia prima (vapor). El vapor de agua sobrecalentado ingresa al consumidor y los productos de combustión abandonan el horno y entran a la caldera de calor residual. A la salida del KU, el vapor de agua saturado se retroalimenta al horno de sobrecalentamiento de vapor, y los gases de combustión, enfriados por el agua de alimentación, ingresan al calentador de aire. Desde el calentador de aire, los gases de combustión ingresan al CTAN, donde el agua que fluye a través de la batería se calienta y va directamente al consumidor, y los gases de combustión se liberan a la atmósfera.
2. Cálculo del horno
2.1 Cálculo del proceso de combustión
Determinemos el poder calorífico inferior de la combustión del combustible. q R norte. Si el combustible es un hidrocarburo individual, entonces su poder calorífico q R norte igual al calor estándar de combustión menos el calor de vaporización del agua en los productos de combustión. También se puede calcular a partir de los efectos térmicos estándar de la formación de productos iniciales y finales basados en la ley de Hess.
Para un combustible compuesto por una mezcla de hidrocarburos, el poder calorífico se determina según la regla de la aditividad:
donde Q pin- Calor de combustión i-th componente de combustible;
y yo- concentración i-ésimo componente del combustible en fracciones de una unidad, entonces:
q R norte cm = 35,84 ∙ 0,987 + 63,80 ∙ 0,0033+ 91,32 ∙ 0,0012+ 118,73 ∙ 0,0004 + 146,10 ∙ 0,0001 \u003d 35,75 MJ/m 3.
Masa molar de combustible:
METRO = Σ yo ∙ y yo ,
donde yo- masa molar i-th componente de combustible, de aquí:
METRO metro = 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 ∙ = 02,001
kg / m 3,
entonces q R norte cm, expresado en MJ/kg, es igual a:
MJ/kg.
Los resultados del cálculo se resumen en la Tabla. uno:
Composición del combustible tabla 1
Determinemos la composición elemental del combustible, % (masa):
,
donde n yo c , NIH , norte yo norte , n yo o- el número de átomos de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno en las moléculas de los componentes individuales que constituyen el combustible;
El contenido de cada componente del combustible, wt. %;
x yo- el contenido de cada componente del combustible, dicen. %;
yo es la masa molar de los componentes individuales del combustible;
METRO es la masa molar del combustible.
Comprobación de composición :
C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100 % (masa).
Determinemos la cantidad teórica de aire requerida para quemar 1 kg de combustible, se determina a partir de la ecuación estequiométrica de la reacción de combustión y el contenido de oxígeno en el aire atmosférico. Si se conoce la composición elemental del combustible, la cantidad teórica de aire L0, kg/kg, se calcula mediante la fórmula:
En la práctica, para garantizar la integridad de la combustión del combustible, se introduce una cantidad excesiva de aire en el horno, encontramos el flujo de aire real en α = 1.25:
L = Alabama 0 ,
donde L- consumo de aire real;
α - coeficiente de exceso de aire,
L = 1,25∙17,0 = 21,25 kg/kg.
Volumen de aire específico (n.a.) para la combustión de 1 kg de combustible:
donde ρ en= 1.293 - densidad del aire en condiciones normales,
m3/kg.
Encontremos la cantidad de productos de combustión formados durante la combustión de 1 kg de combustible:
si se conoce la composición elemental del combustible, la composición másica de los gases de combustión por 1 kg de combustible durante su combustión completa puede determinarse sobre la base de las siguientes ecuaciones:
donde mCO2 , mH2O , mN2 , mO2- masa de los gases correspondientes, kg.
Cantidad total de productos de combustión:
metro p.d. = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2 ,
metro p.d.= 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 kg/kg.
Comprobación del valor recibido:
donde W f- consumo específico de vapor del inyector durante la combustión de combustible líquido, kg/kg (para combustible gaseoso W f = 0),
Dado que el combustible es un gas, despreciamos el contenido de humedad en el aire y no tenemos en cuenta la cantidad de vapor de agua.
Encontremos el volumen de productos de combustión en condiciones normales formados durante la combustión de 1 kg de combustible:
donde yo- la masa del gas correspondiente formado durante la combustión de 1 kg de combustible;
yo- la densidad de este gas en condiciones normales, kg / m 3;
yo es la masa molar del gas dado, kg/kmol;
22.4 - volumen molar, m 3 / kmol,
m3/kg; 
m3/kg;
m3/kg; 
m3/kg.
El volumen total de productos de combustión (n.a.) en el flujo de aire real:
V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,
V = 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 \u003d 17,89 m 3 / kg.
Densidad de los productos de combustión (n.a.):
kg/m 3.
Busquemos la capacidad calorífica y la entalpía de los productos de combustión de 1 kg de combustible en el rango de temperatura de 100 °C (373 K) a 1500 °C (1773 K) utilizando los datos de la tabla. 2.
Calor específico promedio de los gases con p, kJ/(kg∙K) Tabla 2
| t, °C |
|||||
La entalpía de los gases de combustión generados durante la combustión de 1 kg de combustible:
donde con CO2 , con H2O , con N2 , con O2- capacidades caloríficas específicas medias a presión constante del césped correspondiente a la temperatura t, kJ/(kg·K);
con t es la capacidad calorífica promedio de los gases de combustión generados durante la combustión de 1 kg de combustible a una temperatura t, kJ/(kg·K);
a 100 °С: kJ/(kg∙K);
a 200 °С: kJ/(kg∙K);
a 300 °C: kJ/(kg∙K);
a 400 °С: kJ/(kg∙K);
a 500 °С: kJ/(kg∙K);
a 600 °C: kJ/(kg∙K);
a 700 °С: kJ/(kg∙K);
a 800 °С: kJ/(kg∙K);
a 1000 °С: kJ/(kg∙K);
a 1500 °C: kJ/(kg∙K);
Los resultados de los cálculos se resumen en la Tabla. 3.
Entalpía de los productos de combustión. Tabla 3
Según Tabla. 3 construir un gráfico de dependencia H t = F ( t ) (Figura 1) ver archivo adjunto .
2.2 Cálculo del balance térmico del horno, eficiencia del horno y consumo de combustible
Flujo de calor absorbido por el vapor de agua en el horno (carga de calor útil):
donde GRAMO- la cantidad de vapor de agua sobrecalentado por unidad de tiempo, kg/s;
H vp1 y H vp2
Consideramos que la temperatura de los gases de combustión salientes es de 320 °C (593 K). Las pérdidas de calor por radiación al ambiente serán del 10%, de las cuales el 9% se perderá en la cámara radiante y el 1% en la cámara de convección. Eficiencia del horno η t = 0,95.
Se desprecian las pérdidas de calor debidas a la subcombustión química, así como la cantidad de calor del combustible y el aire entrantes.
Determinemos la eficiencia del horno:
donde oh es la entalpía de los productos de combustión a la temperatura de los gases de combustión que salen del horno, eh; generalmente se supone que la temperatura de los gases de combustión salientes es 100 - 150 ° C más alta que la temperatura inicial de la materia prima en la entrada del horno; q sudar- pérdida de calor por radiación al ambiente, % o fracción de piso Q ;
Consumo de combustible, kg/s:
kg/s.
2.3 Cálculo de la cámara radiante y cámara de convección
Ajustamos la temperatura de los humos en el paso: t PAG\u003d 750 - 850 ° С, aceptamos
t PAG= 800 °C (1073 K). Entalpía de los productos de combustión a la temperatura en el paso
H PAG= 21171,8 kJ/kg.
Flujo de calor absorbido por el vapor de agua en los tubos radiantes:
donde H n es la entalpía de los productos de combustión a la temperatura de los gases de combustión en el paso, kJ/kg;
η t - eficiencia del horno; se recomienda tomarlo igual a 0.95 - 0.98;
Flujo de calor absorbido por el vapor de agua en las tuberías de convección:
La entalpía del vapor de agua a la entrada de la sección radiante será:
kJ/kg.
Aceptamos el valor de las pérdidas de presión en la cámara de convección. ∆ PAG para= 0,1 MPa, entonces:
PAG para = PAG - PAG para ,
PAG para= 1,2 - 0,1 = 1,1 MPa.
Temperatura de entrada de vapor de agua a la sección radiante t para= 294 °C, entonces la temperatura media de la superficie exterior de los tubos radiantes será:
donde Δt- la diferencia entre la temperatura de la superficie exterior de los tubos radiantes y la temperatura del vapor de agua (materia prima) calentado en los tubos; Δt= 20 - 60 °С;
PARA.
Temperatura máxima de combustión de diseño:
donde para- temperatura reducida de la mezcla inicial de combustible y aire; tomado igual a la temperatura del aire suministrado para la combustión;
GRACIAS.- capacidad calorífica específica de los productos de combustión a temperatura t PAG;
ºC
En tmáx = 1772.8 °С y t n \u003d 800 ° C densidad de calor de una superficie absolutamente negra qs para varias temperaturas de la superficie exterior de los tubos radiantes tiene los siguientes valores:
Θ, °С 200 400 600
qs, W/m2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5
Construimos un gráfico auxiliar (Fig. 2) ver archivo adjunto, según el cual encontramos la densidad de calor en Θ = 527 °С: qs\u003d 0.95 ∙ 10 5 W / m 2.
Calculamos el flujo de calor total introducido en el horno:
Valor preliminar del área equivalente a una superficie completamente negra:
m 2
Aceptamos el grado de apantallamiento de la mampostería Ψ = 0,45 y para α = 1,25 encontramos que
hs /H yo = 0,73.
El valor de la superficie plana equivalente:
m 2
Aceptamos una colocación de tuberías en una sola fila y un paso entre ellas:
S = 2d norte= 2 ∙ 0,152 = 0,304 m Para estos valores, el factor de forma Para = 0,87.
El valor de la superficie de mampostería blindada:
m 2
Superficie de calentamiento de los tubos radiantes:
m 2
Elegimos el horno BB2, sus parámetros:
superficie de la cámara de radiación, m 2 180
superficie de la cámara de convección, m 2 180
longitud de trabajo del horno, m 9
anchura de la cámara de radiación, m 1,2
versión b
método de combustión de combustible sin llama
diámetro del tubo de la cámara de radiación, mm 152×6
diámetro del tubo de la cámara de convección, mm 114×6
Número de tubos en la cámara de radiación:
donde d n es el diámetro exterior de las tuberías en la cámara de radiación, m;
yo piso - la longitud útil de los tubos radiantes, lavados por el flujo de gases de combustión, m,
yo piso = 9 - 0,42 = 8,2 m,
.
Estrés térmico de la superficie de los tubos radiantes:
W/m2.
Determine el número de tubos de la cámara de convección:
Los organizamos en un patrón de tablero de ajedrez de 3 en una fila horizontal. Paso entre tubos S = 1.7 d h = 0,19 m.
La diferencia de temperatura promedio está determinada por la fórmula:
ºC
Coeficiente de transferencia de calor en la cámara de convección:
W / (m 2 ∙ K).
El estrés térmico de la superficie de las tuberías de convección está determinado por la fórmula:
W/m2.
2.4 Cálculo hidráulico del serpentín del horno
El cálculo hidráulico del serpentín del horno consiste en determinar la pérdida de presión del vapor de agua en tuberías radiantes y de convección.
donde GRAMO
ρ a v.p. - la densidad del vapor de agua a una temperatura y presión promedio en la cámara de convección, kg / m 3;
d k – diámetro interno de las tuberías de convección, m;
z k es el número de flujos en la cámara de convección,
milisegundo.
ν k \u003d 3.311 ∙ 10 -6 m 2 / s.
El valor del criterio de Reynolds:
metro.
Pérdida de presión por fricción:
Pa = 14,4 kPa.
Pa = 20,2 kPa.
donde Σ ζ a
- número de vueltas.
Pérdida total de presión:
2.5 Cálculo de la pérdida de presión de vapor de agua en la cámara de radiación
Velocidad media del vapor:
donde GRAMO es el caudal de vapor de agua sobrecalentado en el horno, kg/s;
ρ r vp - la densidad del vapor de agua a una temperatura y presión promedio en la cámara de convección, kg / m 3;
dр – diámetro interno de las tuberías de convección, m;
z p es el número de flujos en la cámara de convección,
milisegundo.
Viscosidad cinemática del vapor de agua a temperatura y presión promedio en la cámara de convección ν p \u003d 8.59 ∙ 10 -6 m 2 / s.
El valor del criterio de Reynolds:
Longitud total de tuberías en un tramo recto:
metro.
Coeficiente de fricción hidráulica:
Pérdida de presión por fricción:
Pa = 15,1 kPa.
Pérdida de presión para vencer la resistencia local:
Pa = 11,3 kPa,
donde Σ ζp\u003d 0.35 - coeficiente de resistencia al girar 180 ºС,
- número de vueltas.
Pérdida total de presión:
Los cálculos realizados mostraron que el horno seleccionado proporcionará el proceso de sobrecalentamiento de vapor de agua en un modo determinado.
3. Cálculo de la caldera de calor residual
Encuentre la temperatura promedio de los gases de combustión:
donde t 1 - temperatura de los humos en la entrada,
t 2 – temperatura de salida de humos, °С;
°C (538 K).
Caudal másico de gases de combustión:
donde B - consumo de combustible, kg / s;
Para los gases de combustión, las entalpías específicas se determinan en base a los datos de la Tabla. 3 y la figura. 1 según la fórmula:
Entalpías de refrigerantes Tabla 4
Flujo de calor transmitido por los gases de combustión:
donde H 1 y H 2 - entalpía de los gases de combustión a la temperatura de entrada y salida de la KU, respectivamente, formada durante la combustión de 1 kg de combustible, kJ/kg;
B - consumo de combustible, kg/s;
h 1 y h 2 - entalpías específicas de gases de combustión, kJ / kg,
Flujo de calor percibido por el agua, W:
donde η ku - coeficiente de utilización de calor en CU; η ku = 0,97;
GRAMO n - capacidad de vapor, kg/s;
h k vp - entalpía del vapor de agua saturado a la temperatura de salida, kJ/kg;
h n in - entalpía del agua de alimentación, kJ/kg,
La cantidad de vapor de agua recibida en el KU está determinada por la fórmula:
kg/s.
Flujo de calor absorbido por el agua en la zona de calentamiento:
donde h k en - entalpía específica del agua a la temperatura de evaporación, kJ / kg;
Flujo de calor transferido por los gases de combustión al agua en la zona de calefacción (calor útil):
donde h x es la entalpía específica de los gases de combustión a la temperatura t x, de aquí:
kJ/kg.
El valor de la entalpía de combustión de 1 kg de combustible:
Según la fig. 1 temperatura de humos correspondiente al valor H x = 5700,45 kJ/kg:
t x = 270 °C.
Diferencia de temperatura media en la zona de calentamiento:
ºC
270 gases de combustión 210 Teniendo en cuenta el índice de contraflujo:
donde Para f es el coeficiente de transferencia de calor;
m 2
Diferencia de temperatura media en la zona de evaporación:
ºC
320 gases de combustión 270 Teniendo en cuenta el índice de contraflujo:
187 vapor de agua 187
Superficie de intercambio de calor en la zona de calentamiento:
donde Para f es el coeficiente de transferencia de calor;
m 2
Superficie total de intercambio de calor:
F = F norte + F tu,
F\u003d 22,6 + 80 \u003d 102,6 m 2.
De acuerdo con GOST 14248-79, seleccionamos un evaporador estándar con un espacio de vapor con las siguientes características:
diámetro de la carcasa, mm 1600
número de haces de tubos 1
número de tubos en un paquete 362
superficie de intercambio de calor, m 2 170
área de sección de un trazo
a través de tuberías, m 2 0,055
4. Equilibrio térmico del calentador de aire
Aire atmosférico con temperatura t° en-x entra en el aparato, donde se calienta a una temperatura t x en x debido al calor de los gases de combustión.
El consumo de aire, kg / s se determina en función de la cantidad requerida de combustible:
donde EN- consumo de combustible, kg/s;
L- consumo real de aire para la combustión de 1 kg de combustible, kg/kg,
Los gases de combustión, que desprenden su calor, se enfrían desde t dg3 = t dg2 antes de t dg4 .
=
donde H3 y H4- entalpías de gases de combustión a temperaturas t dg3 y t dg4 respectivamente, kJ/kg,
Flujo de calor percibido por el aire, W:
donde con en-x- capacidad calorífica específica promedio del aire, kJ/(kg K);
0.97 - eficiencia del calentador de aire,
Temperatura final del aire ( t x en x) se determina a partir de la ecuación de balance de calor:
PARA.
5. Balance de calor de KTAN
Después del calentador de aire, los gases de combustión ingresan al aparato de contacto con una boquilla activa (KTAN), donde su temperatura disminuye de t dg5 = t dg4 hasta la temperatura t dg6= 60 °C.
El calor de los gases de combustión se elimina mediante dos flujos de agua separados. Una corriente entra en contacto directo con los gases de combustión y la otra intercambia calor con ellos a través de la pared del serpentín.
Flujo de calor desprendido por los gases de combustión, W:
donde H5 y H6- entalpías de gases de combustión a temperatura t dg5 y t dg6 respectivamente, kJ/kg,
La cantidad de agua de enfriamiento (total), kg/s, se determina a partir de la ecuación de balance de calor:
donde η - Eficiencia KTAN, η=0.9,
kg/s.
Flujo de calor percibido por el agua de refrigeración, W:
donde agua- consumo de agua de refrigeración, kg/s:
con agua- capacidad calorífica específica del agua, 4,19 kJ/(kg K);
en agua y t al agua- temperatura del agua a la entrada y salida del KTAN, respectivamente,
6. Cálculo de la eficiencia de la planta de recuperación de calor
Al determinar el valor de la eficiencia del sistema sintetizado ( η mu) se utiliza el enfoque tradicional.
El cálculo de la eficiencia de la planta de recuperación de calor se realiza según la fórmula:
7. Evaluación exergética del sistema "horno - caldera de calor residual"
El método exergético de análisis de sistemas tecnológicos energéticos permite la evaluación más objetiva y cualitativa de las pérdidas de energía, que no se detectan de ninguna manera durante una evaluación convencional utilizando la primera ley de la termodinámica. En el caso que nos ocupa, se utiliza como criterio de evaluación la eficiencia exergética, que se define como la relación entre la exergía eliminada y la exergía suministrada al sistema:
donde mi sub- exergía del combustible, MJ/kg;
E resp.- exergía absorbida por el flujo de vapor de agua en el horno y la caldera de calor residual.
En el caso del combustible gaseoso, la exergía suministrada es la suma de la exergía del combustible ( Mi sub1) y exergía del aire ( Mi sub2):
donde norte norte y Pero- entalpías del aire a la temperatura de entrada del horno ya la temperatura ambiente, respectivamente, kJ/kg;
Ese- 298 K (25 °С);
∆S- cambio en la entropía del aire, kJ/(kg K).
En la mayoría de los casos, el valor de la exergía del aire puede despreciarse, es decir:
La exergía asignada para el sistema en consideración es la suma de la exergía absorbida por el vapor de agua en el horno ( E resp1), y la exergía absorbida por el vapor de agua en el CH ( E resp2).
Para flujo de vapor calentado en un horno:
donde GRAMO- consumo de vapor en el horno, kg/s;
H vp1 y H vp2- entalpías de vapor de agua a la entrada y salida del horno, respectivamente, kJ/kg;
ΔS vp- cambio en la entropía del vapor de agua, kJ/(kg K).
Para el caudal de vapor de agua obtenido en el HV:
donde G norte- consumo de vapor en CU, kg/s;
h a ch- entalpía del vapor de agua saturado a la salida de la KU, kJ/kg;
h n en- entalpía del agua de alimentación a la entrada de la KU, kJ/kg.
E resp. = Eotv1 + Eotv2 ,
E resp.\u003d 1965.8 + 296.3 \u003d 2262.1 J / kg.
Conclusión
Una vez realizado el cálculo de la instalación propuesta (recuperación del calor de los gases residuales del horno de proceso), podemos concluir que para una determinada composición del combustible, la productividad del horno en términos de vapor de agua, y otros indicadores, la eficiencia del el sistema sintetizado es alto, por lo tanto, la instalación es efectiva; esto también lo demostró la evaluación exergética del sistema "horno - caldera de calor residual", sin embargo, en términos de costos de energía, la instalación deja mucho que desear y necesita ser mejorada.
Lista de literatura usada
1. haraz d .Y. Formas de utilizar los recursos energéticos secundarios en las industrias químicas / D. I. Kharaz, B. I. Psakhis. - M.: Química, 1984. - 224 p.
2. Scoblo A . Y. Skoblo A.I., Tregubova I.A., Yu.K., Molokanov. - 2ª ed., revisada. y adicional – M.: Química, 1982. – 584 p.
3. pavlov k .F. Ejemplos y tareas en el curso de procesos y aparatos de tecnología química: Proc. Manual para universidades / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Noskov; ed. P. G. Romankova. - 10ª ed., revisada. y adicional - L.: Química, 1987. - 576 p.
Apéndice
Cuando se construye un horno, idealmente, a uno le gustaría tener un diseño que proporcione automáticamente tanto aire como sea necesario para la combustión. A primera vista, esto se puede hacer con una chimenea. De hecho, cuanto más intensamente se quema la leña, más calientes deben estar los gases de combustión, mayor debe ser el empuje (modelo de carburador). Pero no lo es. El tiro no depende en absoluto de la cantidad de humos calientes generados. El tiro es la caída de presión en la tubería desde la cabeza de la tubería hasta la cámara de combustión. Está determinado por la altura de la tubería y la temperatura de los gases de combustión, o más bien, su densidad.
El empuje está determinado por la fórmula:
F \u003d A (p en - p d) h
donde F es el empuje, A es el coeficiente, p in es la densidad del aire exterior, p d es la densidad de los gases de combustión, h es la altura de la tubería
La densidad de los gases de combustión se calcula mediante la fórmula:
p d \u003d p en (273 + t en) / (273 + t d)
donde t in y t d - temperatura en grados Celsius del aire atmosférico exterior fuera de la tubería y gases de combustión en la tubería.
Velocidad de los gases de combustión en la tubería (flujo volumétrico, es decir, capacidad de succión de la tubería) GRAMO no depende en absoluto de la altura de la tubería y está determinada por la diferencia de temperatura entre los gases de combustión y el aire exterior, así como por el área de la sección transversal de la chimenea. De aquí se derivan una serie de conclusiones prácticas.
En primer lugar, las chimeneas no se hacen altas para aumentar el flujo de aire a través de la cámara de combustión, sino solo para aumentar el tiro (es decir, la caída de presión en la tubería). Esto es muy importante para evitar el vuelco del tiro (humo del horno) en caso de presión del viento (el valor del empuje siempre debe superar la posible presión del viento).
En segundo lugar, es conveniente regular el caudal de aire mediante dispositivos que cambien el área del tramo libre de la tubería, es decir mediante válvulas. Con un aumento en el área de la sección transversal del canal de la chimenea, por ejemplo, por un factor de dos, se puede esperar un aumento de aproximadamente el doble en el flujo volumétrico de aire a través de la cámara de combustión.
Expliquemos esto con un ejemplo sencillo e ilustrativo. Tenemos dos hornos idénticos. Los combinamos en uno. Obtenemos una estufa del doble del tamaño con el doble de la cantidad de leña quemada, con el doble del flujo de aire y el área de la sección transversal de la tubería. O (lo que es lo mismo), si cada vez se quema más leña en la cámara de combustión, entonces es necesario abrir cada vez más las válvulas de la tubería.
En tercer lugar Si la estufa arde normalmente en estado estable, y además dejamos que una corriente de aire frío entre en la caja de fuego a través de la madera quemada hacia la chimenea, los gases de combustión se enfriarán inmediatamente y el flujo de aire a través de la estufa disminuirá. Al mismo tiempo, la leña en llamas comenzará a desvanecerse. Es decir, parece que no afectamos directamente a la leña y dirigimos el flujo adicional más allá de la leña, pero resulta que la tubería puede pasar menos gases de combustión que antes, cuando este flujo de aire adicional estaba ausente. La tubería en sí reducirá el flujo de aire a la leña que había anteriormente y, además, no dejará entrar un flujo adicional de aire frío. En otras palabras, la chimenea quedará bloqueada.
Es por eso que el aire frío se filtra a través de las grietas de las chimeneas, los flujos excesivos de aire en la cámara de combustión y, de hecho, cualquier pérdida de calor en la chimenea que provoque una disminución de la temperatura de los gases de combustión son tan perjudiciales.
Cuatro, cuanto mayor sea el coeficiente de resistencia dinámica del gas de la chimenea, menor será el flujo de aire. Es decir, es deseable que las paredes de la chimenea sean lo más lisas posible, sin turbulencias y sin giros.
Quinto, cuanto más baja es la temperatura de los gases de combustión, más bruscamente cambia el flujo de aire con las fluctuaciones en la temperatura de los gases de combustión, lo que explica la situación de inestabilidad de la tubería cuando se enciende el horno.
En sexto, a altas temperaturas de los gases de combustión, el caudal de aire es independiente de la temperatura de los gases de combustión. Es decir, con un fuerte calentamiento del horno, el flujo de aire deja de aumentar y comienza a depender solo de la sección transversal de la tubería.
Los problemas de inestabilidad surgen no solo cuando se analizan las características térmicas de una tubería, sino también cuando se considera la dinámica de los flujos de gas en una tubería. De hecho, la chimenea es un pozo lleno de gases de combustión ligeros. Si este gas de combustión liviano no sube muy rápidamente, entonces existe la posibilidad de que el aire pesado del exterior pueda simplemente hundirse en el gas liviano y crear un flujo descendente en la tubería. Esta situación es especialmente probable cuando las paredes de la chimenea están frías, es decir, durante el encendido del horno.
Arroz. 1. Esquema del movimiento de gases en una chimenea fría: 1 - caja de fuego; 2 - suministro de aire a través del soplador; 3 chimeneas; 4 - válvula; 5 - diente de chimenea; 6-gases de combustión; 7-falta de aire frio; 8 - flujo de aire que provoca el vuelco del empuje.
a) tubo vertical abierto liso
b) un tubo con una válvula y un diente
c) tubería con válvula superior
Las flechas sólidas muestran las direcciones de movimiento de los gases de combustión calientes ligeros. Las flechas discontinuas muestran las direcciones de los flujos descendentes de aire pesado y frío de la atmósfera.
Sobre el arroz. 1a se muestra esquemáticamente un horno, en el que se suministra aire 2 y los gases de combustión 6 se descargan a través de la chimenea, incluso la cámara de combustión. Este flujo descendente puede reemplazar el flujo de aire "regular" a través del ventilador 2. Incluso si la estufa está bloqueada con todas las puertas y todas las compuertas de entrada de aire están cerradas, la estufa aún puede arder debido al aire que viene de arriba. Por cierto, esto es lo que sucede a menudo cuando el carbón se quema con las puertas del horno cerradas. Incluso puede ocurrir un vuelco completo del tiro: el aire entrará desde arriba a través de la tubería y los gases de combustión saldrán por la puerta.
En realidad, en la pared interna de la chimenea siempre hay protuberancias, crecimientos, asperezas, al chocar con los cuales los gases de combustión y los flujos de aire frío que se aproximan hacia abajo se arremolinan y se mezclan entre sí. Al mismo tiempo, el flujo de aire frío hacia abajo es expulsado o, calentándose, comienza a subir mezclado con gases calientes.
El efecto de convertir hacia arriba los flujos de aire frío hacia abajo se mejora en presencia de amortiguadores parcialmente abiertos, así como el llamado diente, que se usa ampliamente en la tecnología de fabricación de chimeneas ( arroz. 1b). El diente evita el flujo de aire frío desde la chimenea hacia el espacio de la chimenea y, por lo tanto, evita que la chimenea eche humo.
Las corrientes descendentes de aire en la tubería son especialmente peligrosas en tiempo de niebla: los gases de combustión no pueden evaporar las gotas de agua más pequeñas, se enfrían, el empuje disminuye e incluso pueden volcarse. Al mismo tiempo, la estufa echa mucho humo, no se enciende.
Por la misma razón, las estufas con chimeneas húmedas echan mucho humo. Las válvulas de compuerta superior son particularmente efectivas para prevenir flujos descendentes ( arroz. 1c), regulable en función de la velocidad de los humos en la chimenea. Sin embargo, el funcionamiento de tales válvulas es inconveniente.
Arroz. Fig. 2. Dependencia del coeficiente de exceso de aire a en el tiempo de calentamiento del horno (curva sólida). La curva de puntos es el consumo de aire G consumo necesario para la oxidación completa de los productos de la combustión de la leña (incluidos el hollín y las sustancias volátiles) en los gases de combustión (en unidades relativas). La curva de puntos y guiones es el consumo de aire real G de la tubería proporcionado por el tiro de la tubería (en unidades relativas). El coeficiente de exceso de aire es el cociente de G separación de tubería por G caudal
Un tiro estable y lo suficientemente fuerte ocurre solo después de que las paredes de la chimenea se hayan calentado, lo que lleva mucho tiempo, por lo que siempre no hay suficiente aire al comienzo del calentamiento. En este caso, el coeficiente de exceso de aire es menor que la unidad y el horno echa humo ( arroz. 2). Y viceversa: al final del calentamiento, la chimenea permanece caliente, el tiro permanece durante mucho tiempo, aunque la leña casi se ha consumido (el coeficiente de exceso de aire es más de uno). Los hornos metálicos con chimeneas con aislamiento metálico alcanzan el régimen más rápido debido a su baja capacidad calorífica en comparación con las chimeneas de ladrillo.
El análisis de los procesos en la chimenea puede continuar, pero ya está claro que por muy buena que sea la estufa en sí, todas sus ventajas pueden quedar reducidas a cero por una mala chimenea. Por supuesto, lo ideal sería sustituir la chimenea por un moderno sistema de extracción forzada de humos mediante electroventilador de caudal regulable y con precondensación de la humedad de los humos. Dicho sistema, entre otras cosas, podría limpiar los gases de combustión de hollín, monóxido de carbono y otras impurezas nocivas, así como enfriar los gases de combustión descargados y proporcionar recuperación de calor.
Pero todo esto está en un futuro lejano. Para un residente de verano y un jardinero, una chimenea a veces puede resultar mucho más costosa que la estufa, especialmente en el caso de calentar una casa de varios niveles. Las chimeneas de sauna suelen ser más simples y cortas, pero el nivel de salida de calor de la estufa puede ser muy alto. Tales tuberías, por regla general, están muy calientes en toda su longitud, a menudo salen chispas y cenizas, pero la condensación y el hollín son insignificantes.
Si por ahora planea usar el edificio de la sauna solo como una casa de baños, entonces la tubería también se puede hacer sin aislamiento. Si también piensa en la casa de baños como un lugar de posible estadía (residencia temporal, pernoctaciones), especialmente en invierno, entonces es más conveniente aislar la tubería de inmediato, y cualitativamente, "de por vida". Al mismo tiempo, las estufas se pueden cambiar al menos todos los días, el diseño se puede seleccionar de manera más conveniente y adecuada, y la tubería será la misma.
Como mínimo, si la estufa está funcionando en el modo de combustión a largo plazo (leña ardiendo), el aislamiento de la tubería es absolutamente necesario, ya que a potencias bajas (1 - 5 kW) una tubería de metal sin aislamiento se enfriará por completo, el condensado se caudal abundante, que en las heladas más severas puede incluso helarse y obstruir la tubería con hielo. Esto es especialmente peligroso en presencia de una rejilla parachispas y paraguas con pequeños espacios de paso. Los parachispas son útiles para calefacción intensiva en verano y extremadamente peligrosos para condiciones débiles de quema de leña en invierno. Debido a la posible obstrucción de las tuberías con hielo, en 1991 se prohibió la instalación de deflectores y parasoles en las chimeneas (e incluso antes en las chimeneas de las cocinas de gas).
Por las mismas razones, no debe dejarse llevar por la altura de la tubería: el nivel de empuje no es tan importante para una estufa de sauna sin retorno. Si fuma, siempre puede ventilar rápidamente la habitación. Pero se debe observar la altura sobre la cumbrera del techo (al menos 0,5 m) para evitar que el empuje se vuelque durante las ráfagas de viento. En techos planos, la tubería debe sobresalir por encima de la capa de nieve. En cualquier caso, es mejor tener una tubería más baja, pero más cálida (que más alta, pero más fría). Las chimeneas altas siempre son frías y peligrosas en invierno.
Las chimeneas frías tienen muchas desventajas. Al mismo tiempo, las tuberías no aisladas, pero no muy largas, en las estufas de metal se calientan rápidamente durante el encendido (mucho más rápido que las tuberías de ladrillo), permanecen calientes con un calentamiento vigoroso y, por lo tanto, se usan mucho en los baños (y no solo en los baños). ), especialmente porque son relativamente baratos. Las tuberías de cemento de asbesto no se utilizan en hornos de metal, ya que son pesadas y también colapsan cuando se sobrecalientan y los fragmentos salen volando.
Arroz. 3. Los diseños más simples de chimeneas metálicas: 1 - una chimenea redonda metálica; 2 - atrapachispas; 3 - una tapa para proteger la tubería de la precipitación atmosférica; 4 - vigas; 5 - revestimiento del techo; 6 - bloques de madera entre las vigas (o vigas) para el diseño de una abertura para incendios (corte) en el techo o techo (si es necesario); 7 - cumbrera del techo; 8 - techos blandos (material para techos, hidrostekloizol, tejas blandas, láminas de cartón corrugado y betún, etc.); 9 - lámina de metal para techar y cubrir la abertura (se permite usar una lámina plana de aceid, un tablero aislante eléctrico de cemento de asbesto); 10 - almohadilla de drenaje de metal; 11 - sellado de asbesto del espacio (junta); 12 - nutria de gorra de metal; 13 - vigas del techo (con relleno del espacio con aislamiento); 14 - revestimiento de techo; 15 - piso del ático (si es necesario); 16 - hoja de metal de corte de techo; 17 - esquinas de refuerzo de metal; 18 - cubierta metálica del corte del techo (si es necesario); 19 - aislamiento resistente al calor no combustible (arcilla expandida, arena, perlita, lana mineral); 20 - almohadilla protectora (lámina de metal sobre una capa de cartón de asbesto de 8 mm de espesor); 21 - pantalla de tubo de metal.
a) tubería con aislamiento no térmico;
b) una tubería blindada con aislamiento térmico con una resistencia a la transferencia de calor de al menos 0,3 m 2 -grados / W (lo que equivale a un espesor de ladrillo de 130 mm o un espesor de aislamiento de lana mineral de 20 mm).
Sobre el arroz. 3 se presentan esquemas típicos de instalación de tuberías metálicas no aisladas. La tubería en sí debe comprarse de acero inoxidable con un espesor de al menos 0,7 mm. El diámetro más popular de la tubería rusa es de 120 mm, el finlandés es de 115 mm.
De acuerdo con GOST 9817-95, el área de la sección transversal de una chimenea de múltiples vueltas debe ser de al menos 8 cm 2 por 1 kW de potencia calorífica nominal liberada en el horno cuando se quema madera. Esta potencia no debe confundirse con la potencia térmica de un horno de calor intensivo, liberado desde la superficie exterior del ladrillo del horno a la habitación de acuerdo con SNiP 2.04.05-91. Este es uno de los muchos malentendidos de nuestros documentos normativos. Dado que los hornos intensivos en calor generalmente se calientan solo de 2 a 3 horas al día, la potencia en el horno es aproximadamente diez veces mayor que la potencia de liberación de calor de la superficie de un horno de ladrillos.
La próxima vez hablaremos sobre las características de la instalación de chimeneas.
Cuando el carbón combustible se quema en el aire según la ecuación (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2), por cada volumen de CO2 en los productos de combustión hay 79: 21 = 3,76 volúmenes de N2.
La combustión de antracita, carbón pobre y otros combustibles con un alto contenido de carbono produce productos de combustión que son similares en composición a los productos de combustión de carbono. Cuando el hidrógeno se quema de acuerdo con la ecuación
42H2+2102+79N2=42H20+79N2
Por cada volumen de H2O, hay 79:42 = 1,88 volúmenes de nitrógeno.
En los productos de combustión de gases naturales, licuados y de coquería, combustibles líquidos, leña, turba, lignito, carbón de llama larga y gas y otros combustibles con un contenido significativo de hidrógeno en la masa combustible, se forma una gran cantidad de vapor de agua. , a veces superando el volumen de CO2. La presencia de humedad en la parte superior.
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Tabla 36 Capacidad calorífica, kcal/(m3. °C) |
Live, naturalmente, aumenta el contenido de vapor de agua en los productos de combustión.
Composición de productos combustión completa los principales tipos de combustible en el volumen estequiométrico de aire se dan en la Tabla. 34. De los datos de esta tabla se puede ver que el contenido de N2 en los productos de combustión de todos los tipos de combustible excede significativamente el contenido total de C02-f-H20, y en los productos de combustión de carbono es 79%.
Los productos de la combustión del hidrógeno contienen un 65 % de N2; los productos de la combustión de gases naturales y licuados, gasolina, fuel oil y otros combustibles de hidrocarburos contienen un 70-74 % de N2.
Arroz. 5. Capacidad calorífica volumétrica
Productos de combustion
4 - productos de combustión de carbono
5 - productos de combustión de hidrógeno
La capacidad calorífica promedio de los productos de combustión completa que no contienen oxígeno se puede calcular mediante la fórmula
C \u003d 0.01 (Cc02C02 + Cso2S02 + Cn20H20 + CN2N2) kcal / (m3 - ° С), (VI. 1)
Donde Сс0г, Cso2, СНа0, CNa son las capacidades caloríficas volumétricas de dióxido de carbono, dióxido de azufre, vapor de agua y nitrógeno, y С02, S02, Н20 y N2 son el contenido de los componentes correspondientes en los productos de combustión, % (vol.) .
De acuerdo con esta fórmula (VI. 1) toma la siguiente forma:
C \u003d 0.01.(Cc02 /? 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 "°C). (VI.2)
La capacidad calorífica volumétrica promedio de CO2, H2O y N2 en el rango de temperatura de 0 a 2500 °C se da en la Tabla. 36. Las curvas que caracterizan el cambio en la capacidad calorífica volumétrica promedio de estos gases con el aumento de la temperatura se muestran en la fig. 5.
De la mesa. 16 datos y curvas representadas en la fig. 5 muestra lo siguiente:
1. La capacidad calorífica volumétrica del CO2 supera significativamente la capacidad calorífica del H2O, que, a su vez, supera la capacidad calorífica del N2 en todo el rango de temperatura de 0 a 2000 °C.
2. La capacidad calorífica del CO2 aumenta con el aumento de la temperatura más rápido que la capacidad calorífica del H20, y la capacidad calorífica del H20 más rápido que la capacidad calorífica del N2. Sin embargo, a pesar de esto, las capacidades caloríficas volumétricas promedio ponderadas de los productos de combustión de carbono e hidrógeno en un volumen estequiométrico de aire difieren poco.
Esta situación, un tanto inesperada a primera vista, se debe a que en los productos de la combustión completa del carbono en el aire, por cada metro cúbico de CO2, que tiene la mayor capacidad calorífica volumétrica, hay 3,76 m3 de N2 con un mínimo volumétrico
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Capacidades caloríficas volumétricas medias de los productos de combustión de carbono e hidrógeno en la cantidad teóricamente necesaria de aire, kcal/(m3-°C)
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Capacidad calorífica, y en los productos de la combustión del hidrógeno por cada metro cúbico de vapor de agua, cuya capacidad calorífica volumétrica es menor que la del CO2, pero mayor que la del N2, hay la mitad de la cantidad de nitrógeno (1,88 m3).
Como resultado, las capacidades caloríficas volumétricas promedio de los productos de combustión de carbono e hidrógeno en el aire se igualan, como se puede ver en los datos de la Tabla. 37 y comparación de las curvas 4 y 5 en las Figs. 5. La diferencia en las capacidades caloríficas promedio ponderadas de los productos de combustión de carbono e hidrógeno en el aire no excede el 2%. Naturalmente, las capacidades caloríficas de los productos de combustión del combustible, que consiste principalmente en carbono e hidrógeno, en un volumen estequiométrico de aire se encuentran en una región estrecha entre las curvas 4 y 5 (sombreadas en la Fig. 5).
Productos de la combustión completa de varios videos; Los combustibles en aire estequiométrico en el rango de temperatura de 0 a 2100 °C tienen la siguiente capacidad calorífica, kcal/(m3>°C):
Las fluctuaciones en la capacidad calorífica de los productos de la combustión de varios tipos de combustible son relativamente pequeñas. En combustible sólido con alto contenido de humedad (leña, turba, lignito, etc.) la capacidad calorífica de los productos de combustión en el mismo rango de temperatura es superior a la de combustibles con bajo contenido de humedad (antracita, carbón, fuel oil, gas natural, etc.) .) . Esto se debe al hecho de que durante la combustión de combustible con un alto contenido de humedad en los productos de combustión, aumenta el contenido de vapor de agua, que tiene una mayor capacidad calorífica en comparación con el gas diatómico: nitrógeno.
En mesa. 38 muestra las capacidades caloríficas volumétricas promedio de los productos de combustión completa, no diluidos con aire, para varios rangos de temperatura.
Tabla 38
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El valor de las capacidades caloríficas promedio de los productos de combustión de combustible y aire no diluido con aire en el rango de temperatura de 0 a t ° С
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Un aumento en el contenido de humedad en el combustible aumenta la capacidad calorífica de los productos de combustión debido a un aumento en el contenido de vapor de agua en ellos en el mismo rango de temperatura, en comparación con la capacidad calorífica de los productos de combustión de combustible con menor humedad contenido, y al mismo tiempo reduce la temperatura de combustión del combustible debido a un aumento en el volumen de productos de combustión debido al par de agua.
Con un aumento en el contenido de humedad en el combustible, la capacidad calorífica volumétrica de los productos de combustión aumenta en un rango de temperatura dado y, al mismo tiempo, el intervalo de temperatura disminuye de 0 a £max debido a una disminución en el valor<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).
Esto permite simplificar considerablemente la determinación de las temperaturas de combustión calorimétricas y calculadas (según el método descrito en el Capítulo VII). El error permitido en este caso no suele superar el 1%, o 20°.
De la consideración de las curvas 4 y 5 en las Figs. 5 se puede ver que la relación de la capacidad calorífica de los productos de combustión completa de carbono en un volumen estequiométrico de aire en el rango de temperatura de 0 a t ° C, por ejemplo, de 0 a
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Capacidad calorífica de los productos de combustión de 0 a t’mayL de varios tipos de combustibles sólidos con un contenido de humedad de 0 a 40%, en un volumen estequiométrico de aire
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200 y de 0 a 2100 °C son prácticamente iguales a la relación de las capacidades caloríficas de los productos de combustión de hidrógeno en los mismos rangos de temperatura. La relación especificada de capacidades caloríficas C' permanece prácticamente constante para los productos de la combustión completa de varios tipos de combustible en un volumen estequiométrico de aire.
En mesa. En la figura 40 se muestran las relaciones de las capacidades caloríficas de los productos de combustión completa del combustible con bajo contenido de lastre, que pasa a productos de combustión gaseosos (antracita, coque, carbón, combustible líquido, natural, petróleo, gases de coquería, etc.) en el rango de temperatura de 0 a t ° С y en el rango de temperatura de 0 a 2100 °C. Dado que la capacidad calorífica de estos tipos de combustible es cercana a los 2100 °C, la relación indicada de capacidades caloríficas C' es igual a la relación de capacidades caloríficas en el rango de temperatura de 0 a t y de 0 a tm&x-
En mesa. 40 también muestra los valores de C', calculados para los productos de combustión de combustible con un alto contenido de lastre, que pasa durante la combustión de combustible en productos de combustión gaseosos, es decir, humedad en combustible sólido, nitrógeno y dióxido de carbono en gaseoso Gasolina. La producción de calor de estos tipos de combustible (madera, turba, lignito, generador mixto, aire y gases de alto horno) es de 1600-1700 °C.
Mesa 40
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La relación entre las capacidades caloríficas de los productos de combustión C 'y el aire K en el rango de temperatura de 0 a t ° C a la capacidad calorífica de los productos de combustión de 0 a
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Como puede verse en la Tabla. 40, los valores de C' y K difieren poco incluso para productos de combustión de combustible con diferente contenido de lastre y salida de calor.