Curso: Cálculo de la instalación para el aprovechamiento del calor de los gases residuales de un horno de proceso. Características termofísicas y propiedades de los gases Propiedades físicas de los gases de combustión

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 arde la leña, más caliente gases de combustión, más empuje debe ser (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 el área sección transversal 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 flujo de aire con la ayuda de dispositivos que cambien el área de la sección libre de la tubería, es decir, con la ayuda de 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 de aire volumétrico a través de la cámara de combustión.

Hagámoslo simple y buen ejemplo. 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 las fugas de aire frío a través de las ranuras en 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 en la temperatura de los gases de combustión son tan dañinos.

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-reprobado 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 pared interna la chimenea siempre tiene irregularidades, 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 punteada es el consumo de aire G consumo necesario para la oxidación completa de los productos de 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 rápidamente el régimen debido a la baja capacidad calorífica en comparación con las tuberías 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, en ideal la chimenea debe ser reemplazada sistema moderno extracción forzada de los 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 otros impurezas nocivas, así como para 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.

Al menos si el horno está encendido. larga quema(leña ardiendo sin llama), entonces el aislamiento de la tubería es absolutamente necesario, porque a potencias bajas (1 - 5 kW) una tubería de metal sin aislar se enfriará completamente, el condensado fluirá abundantemente, lo que en la mayoría de los casos muy frio incluso puede congelarse y bloquear 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 tuberías con hielo, en 1991 se prohibió la instalación de deflectores y parasoles en las chimeneas (e incluso antes en las chimeneas de las estufas 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 el no retorno estufa de sauna. 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 hornos de metal cuando se encienden, se calientan rápidamente (mucho más rápido que las tuberías de ladrillo), se mantienen 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 vigas (o vigas) para diseñar una abertura para incendios (corte) en el techo o techo (si es necesario); 7 - cumbrera del techo; ocho - techo blando(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) un tubo blindado 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 muestra diagramas de cableado típicos para no aislados tubos metalicos. 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.

Estado institución educativa 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 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, menor eficiencia del horno y mayor consumo 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 agua o calentadores de vapor) a temperaturas por encima del 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 KTAN, donde el agua que fluye a través del serpentín 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:

dónde 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 ,

dónde 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,

después q R norte cm, expresado en MJ/kg, es igual a:

MJ/kg.

Los resultados del cálculo se resumen en la Tabla. una:

Composición del combustible tabla 1

Determinemos la composición elemental del combustible, % (masa):

,

dónde 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 ,

dónde 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:

dónde 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:

dónde 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:

dónde W f - consumo especifico Boquilla de vapor al quemar 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:

dónde 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:

dónde 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

El flujo de calor absorbido por el vapor de agua en el horno (útil carga térmica):

dónde 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). Pérdida de calor por radiación en ambiente será del 10%, perdiéndose el 9% de ellos 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:

dónde 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 PAGS\u003d 750 - 850 ° С, aceptamos

t PAGS= 800 °C (1073 K). Entalpía de los productos de combustión a la temperatura en el paso

H PAGS= 21171,8 kJ/kg.

Flujo de calor absorbido por el vapor de agua en los tubos radiantes:

dónde 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. ∆ PAGS a= 0,1 MPa, entonces:

PAGS a = PAGS - PAGS a ,

PAGS a= 1,2 - 0,1 = 1,1 MPa.

Temperatura de entrada de vapor de agua a la sección radiante t a= 294 °C, entonces la temperatura media de la superficie exterior de los tubos radiantes será:

dónde 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;

A.

Temperatura máxima de combustión de diseño:

dónde a- 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 PAGS;

ºC

A tmáx = 1772.8 °С y t n \u003d 800 ° C densidad de calor de una superficie absolutamente negra qs por diferentes temperaturas la superficie exterior de los tubos radiantes tiene los siguientes significados:

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 A = 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:

dónde 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.

dónde 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:

dónde 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 superar 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:

dónde 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:

dónde 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:

dónde 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:

dónde 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):

dónde 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:

dónde A 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:

dónde A 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:

dónde A- 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 .

=

dónde 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:

dónde 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:

A.

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:

dónde 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:

dónde 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:

dónde 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):

dónde norte norte y Pero- entalpías del aire a la temperatura de entrada del horno ya la temperatura ambiente, respectivamente, kJ/kg;

Que- 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:

dónde 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:

dónde 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.

Solicitud

Propiedades termofísicas Los productos gaseosos de combustión, necesarios para calcular la dependencia de varios parámetros de la temperatura de un medio gaseoso dado, se pueden establecer sobre la base de los valores dados en la tabla. En particular, estas dependencias para la capacidad calorífica se obtienen en la forma:

C psm = un -1/ d,

dónde a = 1,3615803; b = 7,0065648; C = 0,0053034712; d = 20,761095;

C psm = un + bT sm + Connecticut 2 SM,

dónde a = 0,94426057; b = 0,00035133267; C = -0,0000000539.

La primera dependencia es preferible en términos de precisión de aproximación, la segunda dependencia se puede tomar para realizar cálculos de menor precisión.

Parámetros físicos de los gases de combustión
(a PAG = 0,0981 MPa; R CO2 = 0,13; pags H2O = 0,11; R N2 = 0,76)

t, °C	γ, N m -3	Con p, W (m 2 ° С) -1	λ 10 2, W (m K) -1	a 10 6, m 2 s -1	μ 10 6 , Pa s	v 10 6, m 2 s -1	PR
	12,704	1,04	2,28	16,89	15,78	12,20	0,72
	9,320	1,07	3,13	30,83	20,39	21,54	0,69
	7,338	1,10	4,01	48,89	24,50	32,80	0,67
	6,053	1,12	4,84	69,89	28,23	45,81	0,65
	5,150	1,15	5,70	94,28	31,69	60,38	0,64
	4,483	1,18	6,56	121,14	34,85	76,30	0,63
	3,973	1,21	7,42	150,89	37,87	93,61	0,62
	3,561	1,24	8,27	183,81	40,69	112,10	0,61
	3,237	1,26	9,15	219,69	43,38	131,80	0,60
	2,953	1,29	10,01	257,97	45,91	152,50	0,59
	2,698	1,31	10,90	303,36	48,36	174,30	0,58
	2,521	1,32	11,75	345,47	40,90	197,10	0,57
	2,354	1,34	12,62	392,42	52,99	221,00	0,56

APÉNDICE 3

(referencia)

Permeabilidad al aire y al humo de conductos de aire y válvulas.

1. Para determinar fugas o fugas de aire en relación con los conductos de ventilación de los sistemas antihumo, se pueden utilizar las siguientes fórmulas, obtenidas por aproximación de datos tabulares:

para conductos de aire clase H (en el rango de presión 0,2 - 1,4 kPa): ΔL = a(R - b)Con, dónde ΔL- aspiraciones (fugas) de aire, m 3 / m 2 h; R- presión, kPa; a = 10,752331; b = 0,0069397038; Con = 0,66419906;

para conductos de aire clase P (en el rango de presión 0,2 - 5,0 kPa): donde un = 0,00913545; b=-3,1647682 10 8 ; c =-1.2724412 10 9 ; re= 0,68424233.

2. Para compuertas cortafuego normalmente cerradas, los valores numéricos de la característica específica de resistencia a la penetración de humo y gas en función de la temperatura del gas corresponden a los datos obtenidos durante las pruebas de fuego de banco de varios productos en la base experimental de VNIIPO:

1. Provisiones generales. 2 2. Datos iniciales. 3 3. Ventilación de humos de escape. 4 3.1. Eliminación de productos de combustión directamente de la sala de combustión. 4 3.2. Retiro de productos de combustión de locales adyacentes. 7 4. Suministro de ventilación de humos. 9 4.1. Suministro de aire a Cubo de la escalera. 9 4.2. Suministro de aire a los huecos de los ascensores. 14 4.3. Suministro de aire a las esclusas del vestíbulo. 16 4.4. Suministro de aire de compensación. 17 5. Especificaciones equipo. 17 5.1. Equipos para sistemas de ventilación de humos de escape. 17 5.2. Equipos para alimentación de sistemas de ventilación de humos. 21 6. Modos de control de incendios. 21 Referencias.. 22 Anexo 1. Determinación de los principales parámetros de la carga de fuego de los locales. 22 Anexo 2. Propiedades termofísicas de los gases de combustión. 24 Anexo 3. Permeabilidad al aire y al humo de conductos y válvulas de aire. 25

2. calor arrastrado por los gases de escape. Determinemos la capacidad calorífica de los gases de combustión a tux = 8000C;

3. pérdida de calor a través de la mampostería por conductividad térmica.

Pérdidas a través de la bóveda

El espesor de la bóveda es de 0,3 m, el material es arcilla refractaria. Aceptamos que la temperatura de la superficie interior del domo es igual a la temperatura de los gases.

Temperatura media del horno:

De acuerdo con esta temperatura, seleccionamos el coeficiente de conductividad térmica del material de arcilla refractaria:

Así, las pérdidas a través de la bóveda son:

donde α es el coeficiente de transferencia de calor desde la superficie exterior de las paredes al aire ambiente, igual a 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)

Pérdidas a través de paredes. La mampostería de los muros es de dos capas (arcilla refractaria 345 mm, tierra de diatomeas 115 mm)

Área de la pared, m2:

zona metódica

zona de soldadura

zona tomil

final

Superficie total de la pared 162,73 m2

Con una distribución de temperatura lineal sobre el espesor de la pared, la temperatura promedio de la arcilla refractaria será de 5500C y la diatomita de 1500C.

Como consecuencia.

Pérdida total por mampostería

4. Según datos prácticos, las pérdidas de calor con agua de refrigeración se toman igual al 10% Qx del ingreso, es decir, Qx + Qp

5. Aceptamos pérdidas no contabilizadas en la cantidad de 15% Q de entrada de calor

Componga la ecuación para el balance de calor del horno.

El balance de calor del horno se resume en la Tabla 1; 2

tabla 1

Tabla 2

Consumo kJ/h	%
Calor gastado en calentar el metal.	53
calor de gases de combustión	26
pérdidas por mampostería	1,9
pérdidas de agua de refrigeración	6,7
pérdidas no contabilizadas	10,6
Total:	100

El consumo de calor específico para calentar 1 kg de metal será

Selección y cálculo de quemadores.

Aceptamos que se instalen quemadores del tipo "tubo en tubo" en el horno.

Hay 16 piezas en las zonas de soldadura, 4 piezas en la zona de espera. número total de quemadores 20 piezas. Determine la cantidad estimada de aire que llega a un quemador.

Vâ - consumo de aire por hora;

TV - 400 + 273 = 673 K - temperatura de calentamiento del aire;

N es el número de quemadores.

Se supone que la presión del aire frente al quemador es de 2,0 kPa. De ello se deduce que el quemador DBV 225 proporciona el caudal de aire necesario.

Determinar la cantidad estimada de gas por quemador;

VG \u003d V \u003d 2667 consumo de combustible por hora;

TG \u003d 50 + 273 \u003d 323 K - temperatura del gas;

N es el número de quemadores.

8. Cálculo del intercambiador de calor.

Para calentar el aire, diseñamos un intercambiador de calor de bucle metálico hecho de tuberías con un diámetro de 57/49,5 mm con una disposición de pasillo de su paso

Datos iniciales para el cálculo:

Consumo horario de combustible B=2667 kJ/h;

Consumo de aire por 1 m3 de combustible Lα = 13,08 m3/m3;

La cantidad de productos de combustión de 1 m3 de gas combustible Vα =13,89 m3/m3;

Temperatura de calentamiento del aire tv = 4000С;

La temperatura de los gases de combustión del horno tux=8000C.

Consumo de aire por hora:

Salida de humo por hora:

La cantidad de humo por hora que pasa por el intercambiador de calor, teniendo en cuenta la pérdida de humo por golpe de gracia y por la compuerta de derivación y la fuga de aire.

El coeficiente m, teniendo en cuenta la pérdida de humo, tomamos 0.7.

El coeficiente teniendo en cuenta la fuga de aire en los cerdos, lo tomaremos 0.1.

Temperatura de los humos frente al intercambiador de calor, teniendo en cuenta las fugas de aire;

donde iух es el contenido de calor de los gases de combustión en tух=8000С

Este contenido de calor corresponde a la temperatura del humo tD=7500C. (Ver Fig. 67(3))

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 aproximadamente un 30 % de gases combustibles (principalmente monóxido de carbono CO) y aproximadamente un 60 % de nitrógeno no combustible N2. mejor

El valor Qf para gases asociados, cuya composición se caracteriza por un alto contenido de 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 del más tóxico de los componentes 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).

El calor de combustión de varios tipos de 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 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 combustible 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 extracción y el consumo de combustible en cálculos económicos, se ha introducido el concepto de combustible convencional. Como combustible estándar, se acepta el combustible cuyo valor calorífico específico (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: