Kapı ve çit 

Kurs: Bir proses fırınının atık gazlarından gelen ısının kullanımı için kurulumun hesaplanması. Gazların termofiziksel özellikleri ve özellikleri Baca gazlarının fiziksel özellikleri

Bir fırın inşa ederken, ideal olarak, yanma için gereken kadar havayı otomatik olarak verecek bir tasarıma sahip olmak istenir. İlk bakışta, bu bir baca ile yapılabilir. Gerçekten de, yakacak odun ne kadar yoğun yanarsa, o kadar sıcak olur. baca gazları, daha fazla itme olmalıdır (karbüratörlü model). Ama değil. Taslak, üretilen sıcak baca gazlarının miktarına hiç bağlı değildir. Taslak, boru kafasından ateş kutusuna giden borudaki basınç düşüşüdür. Borunun yüksekliği ve baca gazlarının sıcaklığı veya daha doğrusu yoğunluğu ile belirlenir.

İtme şu formülle belirlenir:

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

F itme kuvveti, A katsayısı, p in dış havanın yoğunluğu, p d baca gazı yoğunluğu, h borunun yüksekliğidir

Baca gazı yoğunluğu aşağıdaki formülle hesaplanır:

p d \u003d p inç (273 + t inç) / (273 + t d)

nerede t ve t d - borunun dışındaki dış atmosferik havanın ve borudaki baca gazlarının santigrat derece cinsinden sıcaklığı.

Borudaki baca gazlarının hızı (hacimsel akış, yani borunun emme kapasitesi) G hiçbir şekilde borunun yüksekliğine bağlı değildir ve baca gazları ile dış hava arasındaki sıcaklık farkı ve ayrıca alan tarafından belirlenir. enine kesit baca. Bundan bir dizi pratik sonuç çıkar.

birinci olarak, bacalar, ocaktan geçen hava akışını arttırmak için değil, sadece taslağı (yani borudaki basınç düşüşünü) arttırmak için yapılır. Bu, rüzgar basıncı durumunda cereyanın devrilmesini (fırın dumanı) önlemek için çok önemlidir (itme değeri her zaman olası rüzgar basıncını aşmalıdır).

ikinci olarak, borunun serbest bölümünün alanını değiştiren cihazların yardımıyla, yani valflerin yardımıyla hava akışını düzenlemek uygundur. Baca kanalının kesit alanında, örneğin iki kat bir artışla, ateş kutusundan hacimsel hava akışında yaklaşık iki kat artış beklenebilir.

Basitleştirelim ve iyi örnek. İki özdeş fırınımız var. Onları bir araya getiriyoruz. İki katı hava akışı ve borunun kesit alanı ile iki katı yanan odun miktarına sahip çift boyutlu bir soba elde ediyoruz. Veya (ki bu aynı şeydir), ateş kutusunda giderek daha fazla yakacak odun parlarsa, borudaki vanaları daha fazla açmak gerekir.

Üçüncüsü Soba sabit durumda normal şekilde yanarsa ve ayrıca yanan odunu geçerek bacaya soğuk hava akışı sağlarsak, baca gazları hemen soğur ve sobadan geçen hava akışı azalır. Aynı zamanda, yanan odunlar solmaya başlayacaktır. Yani, yakacak odunu doğrudan etkilemiyor ve ek akışı yakacak odunun ötesine yönlendiriyor gibi görünmüyoruz, ancak bu ek hava akışı olmadığında borunun eskisinden daha az baca gazını geçebildiği ortaya çıktı. Borunun kendisi, daha önce yakacak oduna giden hava akışını azaltacak ve ayrıca ek bir soğuk hava akışına izin vermeyecektir. Başka bir deyişle, baca tıkanacaktır.

Bu nedenle bacalardaki yarıklardan soğuk hava sızar, ocakta aşırı hava akışı olur ve aslında bacada herhangi bir ısı kaybının baca gazı sıcaklığının düşmesine neden olması çok zararlıdır.

Dördüncü, bacanın gaz-dinamik direnç katsayısı ne kadar büyük olursa, hava akışı o kadar düşük olur. Yani, baca duvarlarının türbülanssız ve dönüşsüz mümkün olduğunca pürüzsüz hale getirilmesi arzu edilir.

Beşinci, baca gazlarının sıcaklığı ne kadar düşükse, baca gazlarının sıcaklığındaki dalgalanmalarla hava akışı o kadar keskin bir şekilde değişir, bu da fırın ateşlendiğinde borunun kararsızlığının durumunu açıklar.

altıncı, yüksek baca gazı sıcaklıklarında, hava akış hızı baca gazı sıcaklığından bağımsızdır. Yani, fırının güçlü bir şekilde ısıtılmasıyla hava akışı artmayı bırakır ve yalnızca borunun enine kesitine bağlı olmaya başlar.

Kararsızlık sorunları yalnızca bir borunun termal özelliklerini analiz ederken değil, aynı zamanda bir borudaki gaz akışlarının dinamiklerini dikkate alırken ortaya çıkar. Gerçekten de baca, hafif baca gazı ile dolu bir kuyudur. Bu hafif baca gazı çok hızlı yükselmezse, o zaman ağır dış havanın hafif gaza batması ve boruda aşağı doğru düşen bir akış oluşturması olasılığı vardır. Bu durum özellikle baca duvarları soğuk olduğunda, yani fırının tutuşması sırasında olasıdır.

Pirinç. 1. Soğuk bir bacada gazların hareketinin şeması: 1 - ocak; 2 - üfleyiciden hava beslemesi; 3-baca; 4 - valf; 5 - baca dişi; 6-baca gazları; 7-başarısız soğuk hava; 8 - itme devrilmesine neden olan hava akışı.

a) pürüzsüz açık dikey boru
b) valfli ve dişli bir boru
c) üst valfli boru

Katı oklar, hafif sıcak baca gazlarının hareket yönlerini gösterir. Kesikli oklar, atmosferden gelen soğuk ağır havanın aşağı akış yönlerini gösterir.

Üzerinde pilav. 1 A içine havanın 2 verildiği ve baca gazlarının 6 bacadan hatta ocaktan tahliye edildiği bir fırın şematik olarak gösterilmiştir. Bu düşen akış, üfleyici 2'den geçen “düzenli” hava akışının yerini alabilir. Soba tüm kapılarla kilitlenmiş ve tüm hava giriş damperleri kapalı olsa bile, soba yine de yukarıdan gelen hava nedeniyle yanabilir. Bu arada, fırın kapıları kapalıyken kömür yandığında sıklıkla olan şey budur. Taslakta tam bir devrilme bile meydana gelebilir: hava borudan yukarıdan girecek ve baca gazları kapıdan çıkacaktır.

Gerçekte, üzerinde iç duvar baca her zaman düzensizliklere, büyümelere, pürüzlülüğe sahiptir, baca gazları ve aşağı doğru gelen soğuk havanın çarpışması üzerine girdap oluşturur ve birbirleriyle karışır. Aynı zamanda, aşağı doğru soğuk hava akışı dışarı itilir veya ısınarak sıcak gazlarla karışarak yukarı doğru yükselmeye başlar.

Soğuk havanın aşağı akışlarını yukarıya çevirmenin etkisi, kısmen açık valflerin yanı sıra, şömine üretim teknolojisinde yaygın olarak kullanılan diş adı verilen varlığında artar ( pilav. 1b). Diş, bacadan çıkan soğuk havanın şömine boşluğuna girmesini engeller ve bu sayede şöminenin sigara içmesini engeller.

Bacadaki havanın aşağı doğru çekilmesi özellikle sisli havalarda tehlikelidir: baca gazları en küçük su damlacıklarını buharlaştıramaz, soğur, itme kuvveti azalır ve hatta devrilebilir. Aynı zamanda, soba yoğun bir şekilde sigara içiyor, alevlenmiyor.

Aynı nedenle nemli bacalı sobalar da çok sigara içiyor. Üst sürgülü vanalar özellikle aşağı akışları önlemede etkilidir ( pilav. 1c), bacadaki baca gazlarının hızına bağlı olarak ayarlanabilir. Bununla birlikte, bu tür vanaların çalışması elverişsizdir.

Pirinç. Şekil 2. Fazla hava katsayısının a fırının ısıtılma süresine bağımlılığı (düz eğri). Noktalı eğri, baca gazlarında (göreceli birimlerde) yakacak odunun (kurum ve uçucu maddeler dahil) yanma ürünlerinin tam oksidasyonu için gerekli hava tüketimi G tüketimidir. Kesikli noktalı eğri, boru çekişi tarafından sağlanan borunun gerçek hava tüketimi G'dir (göreceli birimlerde). Fazla hava katsayısı, G akışı başına G boru ayrımının oranıdır.

Kararlı ve yeterince güçlü bir taslak, ancak baca duvarları ısındıktan sonra meydana gelir, bu da uzun zaman alır, bu nedenle ısıtmanın başlangıcında her zaman yeterli hava yoktur. Bu durumda, fazla hava katsayısı birden azdır ve fırın sigara içiyor ( pilav. 2). Ve bunun tersi: ısıtmanın sonunda, baca sıcak kalır, yakacak odun neredeyse yanmış olmasına rağmen taslak uzun süre kalır (fazla hava katsayısı birden fazladır). Metal yalıtımlı bacalı metal fırınlar, tuğla bacalara göre düşük ısı kapasitesi nedeniyle rejime daha hızlı ulaşır.

Bacadaki süreçlerin analizine devam edilebilir, ancak sobanın kendisi ne kadar iyi olursa olsun, kötü bir baca tarafından tüm avantajlarının sıfıra indirilebileceği zaten açıktır. tabii ki, içinde ideal baca değiştirilmelidir modern sistem ayarlanabilir akış hızına sahip bir elektrikli fan vasıtasıyla ve baca gazlarından nemin ön yoğuşması ile baca gazlarının zorla tahliyesi. Böyle bir sistem, diğer şeylerin yanı sıra, baca gazlarını kurum, karbon monoksit ve diğer maddelerden temizleyebilir. zararlı kirlilikler, ayrıca tahliye edilen baca gazlarını soğutmak ve ısı geri kazanımı sağlamak.

Ama bütün bunlar uzak bir gelecekte. Bir yaz sakini ve bahçıvan için, özellikle çok katlı bir evin ısıtılması durumunda, bir baca bazen sobanın kendisinden çok daha pahalı olabilir. Sauna bacaları genellikle daha basit ve kısadır ancak sobanın ısı çıkış seviyesi çok yüksek olabilir. Bu tür borular, kural olarak, tüm uzunluk boyunca çok sıcaktır, kıvılcımlar ve küller genellikle onlardan uçar, ancak yoğuşma ve kurum önemsizdir.

Şimdilik sauna binasını sadece hamam olarak kullanmayı planlıyorsanız, boru izolasyonsuz da yapılabilir. Hamamı, özellikle kışın olası bir konaklama yeri (geçici ikamet, geceleme) olarak da düşünüyorsanız, boruyu hemen ve dahası niteliksel olarak “yaşam için” yalıtmak daha uygundur. Aynı zamanda sobalar en az her gün değiştirilebilir, tasarım daha rahat ve daha uygun seçilebilir ve boru aynı olacaktır.

En azından fırın açıksa uzun yanma(yakacak için yanan odun), o zaman boru yalıtımı kesinlikle gereklidir, çünkü düşük güçte (1 - 5 kW) yalıtılmamış bir metal boru tamamen soğur, yoğuşma suyu bol miktarda akacaktır, bu en çok çok soğuk hatta donabilir ve boruyu buzla tıkayabilir. Bu, özellikle kıvılcım önleyici ızgara ve küçük geçiş boşlukları olan şemsiyelerin varlığında tehlikelidir. Kıvılcım önleyiciler yazın yoğun ısıtma için kullanışlıdır ve kışın zayıf odun yakma koşulları için son derece tehlikelidir. Boruların buzla tıkanma olasılığı nedeniyle, bacalara deflektör ve şemsiye takılması 1991'de (ve hatta daha önce gaz sobalarının bacalarında) yasaklandı.

Aynı nedenlerden dolayı, borunun yüksekliğine kapılmamalısınız - geri dönüşün olmaması için itme seviyesi o kadar önemli değil sauna sobası. Sigara içiyorsa, odayı her zaman hızlı bir şekilde havalandırabilirsiniz. Ancak, rüzgar darbeleri sırasında itmenin devrilmesini önlemek için çatı mahyasının üzerindeki yükseklik (en az 0,5 m) gözlemlenmelidir. Düz çatılarda, boru kar örtüsünün üzerine çıkmalıdır. Her durumda, daha düşük bir boruya sahip olmak daha iyidir, ancak daha sıcaktır (daha yüksekten, ancak daha soğuktan). Yüksek bacalar kışın her zaman soğuk ve tehlikelidir.

Soğuk bacaların birçok dezavantajı vardır. Aynı zamanda izolasyonsuz fakat çok uzun olmayan borular üzerinde metal fırınlarçıra yaparken çabuk ısınırlar (tuğla borulardan çok daha hızlıdır), kuvvetli ısıtma ile sıcak kalırlar ve bu nedenle özellikle nispeten ucuz oldukları için banyolarda (ve sadece banyolarda değil) çok yaygın olarak kullanılırlar. Asbestli çimento boruları, ağır oldukları için metal fırınlarda kullanılmaz ve ayrıca aşırı ısındığında parçalar uçarak çöker.

Pirinç. 3. Metal bacaların en basit tasarımları: 1 - metal yuvarlak baca; 2 - kıvılcım yakalayıcı; 3 - boruyu atmosferik yağıştan korumak için bir kapak; 4 - kirişler; 5 - çatı kaplaması; 6 - tahta bloklarçatıda veya tavanda (gerekirse) bir yangın açıklığı (kesme) tasarlamak için kirişler (veya kirişler) arasında; 7 - çatı sırtı; sekiz - yumuşak çatı(çatı malzemesi, hidrostekloizol, yumuşak fayanslar, oluklu mukavva-bitüm levhalar vb.); 9 - çatı kaplama ve açıklığı kaplamak için metal levha (düz bir asit levhası kullanılmasına izin verilir - bir asbestli çimento elektrik yalıtım levhası); 10 - metal drenaj pedi; 11 - boşluğun asbest sızdırmazlığı (eklem); 12 - metal kapaklı su samuru; 13 - tavan kirişleri (boşluğu yalıtımla doldurarak); 14 - tavan kaplaması; 15 - çatı katı (gerekirse); 16 - tavan kesme sacı; 17 - metal takviye köşeleri; 18 - tavan kesiminin metal kapağı (gerekirse); 19 - yanmaz ısıya dayanıklı yalıtım (genişletilmiş kil, kum, perlit, mineral yün); 20 - koruyucu ped (8 mm kalınlığında bir asbest karton tabakası üzerinde metal levha); 21 - metal boru ekranı.

a) ısı yalıtımlı olmayan boru;
b) en az 0,3 m 2 derece / W ısı transfer direncine sahip (130 mm tuğla kalınlığına veya 20 mm mineral yün yalıtım kalınlığına eşdeğer) ısı yalıtımlı blendajlı boru.

Üzerinde pilav. 3 yalıtılmamış için tipik kablo şemalarını gösterir metal borular. Borunun kendisi en az 0,7 mm kalınlığında paslanmaz çelikten satın alınmalıdır. Rus borusunun en popüler çapı 120 mm, Fin olanı 115 mm'dir.

GOST 9817-95'e göre, çok turlu bir baca kesit alanı, odun yandığında fırında salınan 1 kW nominal ısı çıkışı başına en az 8 cm2 olmalıdır. Bu güç, SNiP 2.04.05-91'e göre fırının dış tuğla yüzeyinden odaya salınan, ısı yoğun bir fırının termal gücü ile karıştırılmamalıdır. Bu, normatif belgelerimizin birçok yanlış anlaşılmasından biridir. Isı yoğun fırınlar genellikle günde sadece 2-3 saat ısıtıldığından, fırındaki güç, bir tuğla fırının yüzeyinden ısı salma gücünden yaklaşık on kat daha fazladır.

Bir dahaki sefere bacaların kurulumunun özellikleri hakkında konuşacağız.

Durum Eğitim kurumu yüksek mesleki eğitim

"Samara Devlet Teknik Üniversitesi"

Kimya Teknolojisi ve Endüstriyel Ekoloji Bölümü

DERS ÇALIŞMASI

"Teknik termodinamik ve ısı mühendisliği" disiplininde

Konu: Bir proses fırınının atık gazlarından ısının geri kazanılması için tesisatın hesaplanması

Tamamlayan: Öğrenci Ryabinina E.A.

ZF kursu III grup 19

Kontrol eden: Danışman Churkina A.Yu.

2010

giriiş

Çoğu kimya işletmesi, ikincil enerji kaynakları (SER) olarak kullanılabilecek yüksek ve düşük sıcaklıklı termal atık üretir. Bunlara çeşitli kazanlardan ve proses fırınlarından çıkan baca gazları, soğutulmuş akışlar, soğutma suyu ve egzoz buharı dahildir.

Termal VER, bireysel endüstrilerin ısı talebini büyük ölçüde karşılar. Böylece nitrojen endüstrisinde ısı ihtiyacının %26'dan fazlası VER aracılığıyla, soda endüstrisinde ise %11'den fazlası karşılanmaktadır.

Kullanılan HOR'ların sayısı üç faktöre bağlıdır: HOR'ların sıcaklığı, termal güçleri ve çıktının sürekliliği.

Şu anda en yaygın olanı, neredeyse tüm yangın mühendisliği süreçleri için yüksek sıcaklık potansiyeline sahip olan ve çoğu endüstride sürekli olarak kullanılabilen endüstriyel atık gazlardan gelen ısının kullanılmasıdır. Atık gaz ısısı, enerji dengesinin ana bileşenidir. Esas olarak teknolojik ve bazı durumlarda - enerji amaçlı (atık ısı kazanlarında) kullanılır.

Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklı termal VER'lerin yaygın kullanımı, sıcak cürufların, ürünlerin vb. ısısı dahil olmak üzere kullanım yöntemlerinin geliştirilmesi, egzoz gazlarının ısısının kullanılması için yeni yöntemlerin yanı sıra iyileştirme ile ilişkilidir. Mevcut kullanım ekipmanlarının tasarımları.

1. Açıklama teknolojik şema

Konveksiyon odası olmayan tüp fırınlarda veya radyan konveksiyon tipi fırınlarda, ancak ısıtılan ürünün nispeten yüksek bir başlangıç ​​sıcaklığına sahip olduğunda, baca gazı sıcaklığı nispeten yüksek olabilir, bu da artan ısı kaybına, düşük fırın verimliliğine ve daha yüksek yakıta yol açar. tüketim. Bu nedenle atık gazların ısısının kullanılması gerekmektedir. Bu, ya yakıtın yanması için fırına giren havayı ısıtan bir hava ısıtıcısı kullanılarak ya da teknolojik ihtiyaçlar için gerekli su buharını elde etmeyi mümkün kılan atık ısı kazanları kurularak sağlanabilir.

Bununla birlikte, hava ısıtmanın uygulanması için, bir hava ısıtıcısının, üfleyicilerin yapımı için ek maliyetler ve ayrıca üfleyici motor tarafından tüketilen ek güç tüketimi gereklidir.

Hava ısıtıcısının normal çalışmasını sağlamak için, baca gazı akışının yanından yüzeyinin korozyon olasılığını önlemek önemlidir. Bu fenomen, ısı değişim yüzeyinin sıcaklığı çiy noktası sıcaklığından düşük olduğunda mümkündür; Aynı zamanda, hava ısıtıcısının yüzeyi ile doğrudan temas halinde olan baca gazlarının bir kısmı önemli ölçüde soğutulur, içlerinde bulunan su buharı kısmen yoğunlaşır ve gazlardan kükürt dioksiti emerek agresif bir zayıf asit oluşturur.

Çiğ noktası, suyun doymuş buhar basıncının, baca gazlarında bulunan su buharının kısmi basıncına eşit olduğu sıcaklığa karşılık gelir.

Korozyona karşı korumanın en güvenilir yollarından biri havayı bir şekilde önceden ısıtmaktır (örneğin suda veya buharlı ısıtıcılar) çiğ noktasının üzerindeki sıcaklıklara. Bu tür korozyon, fırına giren hammaddenin sıcaklığı çiy noktasının altındaysa, konveksiyon borularının yüzeyinde de meydana gelebilir.

Doymuş buharın sıcaklığını artırmak için ısı kaynağı, birincil yakıtın oksidasyon reaksiyonudur (yanma). Yanma sırasında oluşan baca gazları, ısılarını radyasyona ve ardından konveksiyon odalarına hammadde akışına (buhar) verir. Kızgın su buharı tüketiciye girer ve yanma ürünleri fırından çıkarak atık ısı kazanına girer. KU'nun çıkışında, doymuş su buharı, buharlı aşırı ısıtma fırınına geri beslenir ve besleme suyu tarafından soğutulan baca gazları hava ısıtıcısına girer. Hava ısıtıcısından baca gazları, serpantinden akan suyun ısıtıldığı ve doğrudan tüketiciye gittiği CTAN'a girer ve baca gazları atmosfere salınır.

2. Fırın hesabı

2.1 Yanma işleminin hesaplanması

Yakıt yanmasının düşük kalorifik değerini belirleyelim Q R n. Yakıt ayrı bir hidrokarbon ise, kalorifik değeri Q R n standart yanma ısısından yanma ürünlerindeki suyun buharlaşma ısısının çıkarılmasına eşittir. Hess yasasına dayalı olarak ilk ve son ürünlerin oluşumunun standart termal etkilerinden de hesaplanabilir.

Hidrokarbon karışımından oluşan bir yakıt için kalorifik değer, katkı kuralına göre belirlenir:

nerede Q pi n- yanma ısısı i-th yakıt bileşeni;

ben- konsantrasyon i Bir birimin kesirlerinde -th yakıt bileşeni, o zaman:

Q R n santimetre = 35.84 ∙ 0.987 + 63.80 ∙ 0.0033+ 91.32 ∙ 0.0012+ 118.73 ∙ 0.0004 + 146.10 ∙ 0.0001 \u003d 35.75 MJ / m3.

Molar yakıt kütlesi:

mm = Σ ben ∙ ben ,

nerede ben- molar kütle i-th yakıt bileşeni, buradan:

Mm = 16.042 ∙ 0.987 + 30.07 ∙ 0.0033 + 44.094 ∙ 0.0012 + 58.120 ∙ 0.0004 + 72.15 ∙ 0.0001 + 44.010 ∙ 0,001+ 28.01 ∙ 0,002 = 28.01 ∙ 0,002

kg / m3,

sonra Q R n santimetre MJ/kg olarak ifade edilen , şuna eşittir:

MJ/kg.

Hesaplama sonuçları Tabloda özetlenmiştir. bir:

yakıt bileşimi tablo 1

Yakıtın elementel bileşimini, % (kütle) belirleyelim:


,

nerede n ben C , NIH , n ben N , n ben O- yakıtı oluşturan ayrı bileşenlerin moleküllerindeki karbon, hidrojen, nitrojen ve oksijen atomlarının sayısı;

Yakıtın her bir bileşeninin içeriği, wt. %;

x ben- yakıtın her bileşeninin içeriği derler. %;

ben bireysel yakıt bileşenlerinin molar kütlesidir;

mm yakıtın molar kütlesidir.

kompozisyon kontrolü :

C + H + O + N = 74.0 + 24.6 + 0.2 + 1.2 = %100 (kütle).


1 kg yakıtı yakmak için gereken teorik hava miktarını belirleyelim; yanma reaksiyonunun stokiyometrik denkleminden ve atmosferik havadaki oksijen içeriğinden belirlenir. Yakıtın elementel bileşimi biliniyorsa, teorik hava miktarı L0, kg/kg, aşağıdaki formülle hesaplanır:

Uygulamada, yakıtın yanmasını sağlamak için fırına fazla miktarda hava verilir, gerçek hava akışını α = 1.25'te buluruz:

L = aL 0 ,

nerede L- gerçek hava tüketimi;

α - fazla hava katsayısı,

L = 1.25~17.0 = 21.25 kg/kg.

1 kg yakıtın yanması için özgül hava hacmi (n.a.):

nerede ρ içinde= 1.293 - normal koşullar altında hava yoğunluğu,

m3 / kg.


1 kg yakıtın yanması sırasında oluşan yanma ürünlerinin miktarını bulalım:

yakıtın temel bileşimi biliniyorsa, tam yanması sırasında 1 kg yakıt başına baca gazlarının kütle bileşimi aşağıdaki denklemler temelinde belirlenebilir:

nerede mCO2 , mH2O , mN2 , mO2- karşılık gelen gazların kütlesi, kg.

Toplam yanma ürünleri miktarı:

m s. s = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2 ,

m s. s= 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 kg/kg.

Alınan değeri kontrol etme:

nerede w f - özel tüketim sıvı yakıt yakarken meme buharı, kg/kg (gaz yakıtı için w f = 0),


Yakıt gaz olduğu için havadaki nem içeriğini ihmal ediyor ve su buharı miktarını hesaba katmıyoruz.

1 kg yakıtın yanması sırasında oluşan normal koşullar altında yanma ürünlerinin hacmini bulalım:

nerede ben mi- 1 kg yakıtın yanması sırasında oluşan ilgili gazın kütlesi;

ρi- normal şartlar altında bu gazın yoğunluğu, kg/m3;

ben verilen gazın molar kütlesi, kg/kmol;

22.4 - molar hacim, m 3 / kmol,

m3 /kg; m3 /kg;

m3 /kg; m3 / kg.

Gerçek hava akışında toplam yanma ürünleri (n.a.) hacmi:

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

V = 1.38 + 2.75 + 13.06 + 0.70 \u003d 17.89 m3 / kg.

Yanma ürünlerinin yoğunluğu (n.a.):


kg / m3

Tablodaki verileri kullanarak 100 °C (373 K) ila 1500 °C (1773 K) sıcaklık aralığında 1 kg yakıtın yanma ürünlerinin ısı kapasitesini ve entalpisini bulalım. 2.

Gazların ortalama özgül ısı kapasiteleri p, kJ/(kg∙K) Tablo 2

t, °С

1 kg yakıtın yanması sırasında oluşan baca gazlarının entalpisi:

nerede CO2 ile , H2O ile , N2 ile , O2 ile- sıcaklıkta karşılık gelen çimin sabit basıncında ortalama özgül ısı kapasiteleri t, kJ/(kgK);

t ile bir sıcaklıkta 1 kg yakıtın yanması sırasında oluşan baca gazlarının ortalama ısı kapasitesidir. t, kJ/(kgK);

100 °С'de: kJ/(kg∙K);


200 °С'de: kJ/(kg∙K);

300 °C'de: kJ/(kg∙K);

400 °С'de: kJ/(kg∙K);

500 °С'de: kJ/(kg∙K);

600 °C'de: kJ/(kg∙K);

700 °С'de: kJ/(kg∙K);

800 °С'de: kJ/(kg∙K);

1000 °С'de: kJ/(kg∙K);

1500 °C'de: kJ/(kg∙K);


Hesaplamaların sonuçları Tabloda özetlenmiştir. 3.

Yanma ürünlerinin entalpisi Tablo 3

Tabloya göre. 3 bir bağımlılık grafiği oluşturun H t = f ( t ) (Şek. 1) Eki görmek .

2.2 Fırın ısı dengesi, fırın verimliliği ve yakıt tüketiminin hesaplanması

Fırında su buharı tarafından alınan ısı akısı (faydalı termal yük):

nerede G- birim zamandaki kızgın su buharı miktarı, kg/s;

h vp1 ve h vp2


Çıkan baca gazlarının sıcaklığını 320 °C (593 K) olarak alıyoruz. Radyasyonla ısı kaybı çevre%10, %9'u radyan odada, %1 konveksiyon odasında kayıp olacaktır. Fırın verimliliği η t = 0.95.

Kimyasal düşük yanmadan kaynaklanan ısı kayıpları ile gelen yakıt ve havanın ısı miktarı ihmal edilir.

Fırının verimliliğini belirleyelim:

nerede uh fırından çıkan baca gazlarının sıcaklığındaki yanma ürünlerinin entalpisidir, t uh; çıkan baca gazlarının sıcaklığının genellikle fırın girişindeki hammaddenin başlangıç ​​sıcaklığından 100 - 150 °C daha yüksek olduğu varsayılır; ter- çevreye radyasyon yoluyla ısı kaybı, % veya fraksiyonu Q kat ;

Yakıt tüketimi, kg/sn:

kg/sn.

2.3 Radyan oda ve konveksiyon odasının hesaplanması

Baca gazı sıcaklığını geçişte ayarladık: t P\u003d 750 - 850 ° С, kabul ediyoruz

t P= 800 °C (1073 K). Geçiş sıcaklığındaki yanma ürünlerinin entalpisi

H P= 21171,8 kJ/kg.

Radyant tüplerde su buharı tarafından alınan ısı akısı:

nerede H n, geçişte baca gazı sıcaklığında yanma ürünlerinin entalpisidir, kJ/kg;

η t - fırının verimliliği; 0.95 - 0.98'e eşit alınması önerilir;

Konveksiyon borularında su buharının aldığı ısı akısı:

Radyant bölümün girişindeki su buharının entalpisi şöyle olacaktır:

kJ/kg.


Konveksiyon odasındaki basınç kayıplarının değerini kabul ediyoruz ∆ P ile= 0.1 MPa, sonra:

P ile = P - P ile ,

P ile= 1,2 - 0,1 = 1,1 MPa.

Radyant bölüme su buharı giriş sıcaklığı t ile= 294 °C, bu durumda radyan tüplerin dış yüzeyinin ortalama sıcaklığı şöyle olacaktır:

nerede Δt- radyant boruların dış yüzeyinin sıcaklığı ile borularda ısıtılan su buharının (hammaddenin) sıcaklığı arasındaki fark; Δt= 20 - 60 °С;

İLE.

Maksimum tasarım yanma sıcaklığı:

nerede ile- başlangıçtaki yakıt ve hava karışımının azaltılmış sıcaklığı; yanma için sağlanan havanın sıcaklığına eşit olarak alınır;

TEŞEKKÜRLER.- sıcaklıkta yanma ürünlerinin özgül ısı kapasitesi t P;


°C.

saat tmaks = 1772.8 °С ve t n \u003d 800 ° C kesinlikle siyah bir yüzeyin ısı yoğunluğu qs için farklı sıcaklıklar radyant tüplerin dış yüzeyi aşağıdaki anlamlara gelir:

Θ, °С 200 400 600

qs, W/m2 1,50 ∙ 10 5 1,30 ∙ 10 5 0,70 ∙ 10 5

Yardımcı bir çizelge oluşturuyoruz (Şekil 2) Eki görmek, buna göre ısı yoğunluğunu Θ = 527 °С'de buluyoruz: qs\u003d 0.95 ∙ 10 5 W / m2.

Fırına verilen toplam ısı akışını hesaplıyoruz:

Tamamen siyah bir yüzeye eşdeğer alanın ön değeri:

m2

Duvar perdeleme derecesini kabul ediyoruz Ψ = 0.45 ve α = 1.25 için şunu buluyoruz

hs /H ben = 0,73.


Eşdeğer düz yüzeyin değeri:

m2

Tek sıralı bir boru yerleşimi ve aralarında bir adım kabul ediyoruz:

S = 2d n= 2 ∙ 0.152 = 0.304 m Bu değerler için form faktörü İle = 0,87.

Korumalı duvar yüzeyinin değeri:

m2

Radyant tüplerin ısıtma yüzeyi:

m2

BB2 fırınını seçiyoruz, parametreleri:

radyasyon odası yüzeyi, m 2 180

konveksiyon odası yüzeyi, m 2 180

fırının çalışma uzunluğu, m 9

radyasyon odası genişliği, m 1.2

b versiyonu

yakıt yakma yöntemi alevsiz

radyasyon odası boru çapı, mm 152×6

konveksiyon odası boru çapı, mm 114×6

Radyasyon odasındaki boru sayısı:

nerede d n, radyasyon odasındaki boruların dış çapıdır, m;

ben zemin - baca gazlarının akışıyla yıkanan radyan boruların faydalı uzunluğu, m,

ben kat = 9 - 0,42 = 8,2 m,

.

Radyant tüplerin yüzeyinin termal stresi:

W / m2.

Konveksiyon odası borularının sayısını belirleyin:


Onları bir yatay sıra halinde 3'lük bir dama tahtası deseninde düzenliyoruz. Borular arasındaki adım S = 1.7 d h = 0.19 m.

Ortalama sıcaklık farkı aşağıdaki formülle belirlenir:

°C.

Konveksiyon odasındaki ısı transfer katsayısı:

W / (m 2 ∙ K).

Konveksiyon borularının yüzeyinin ısı stresi aşağıdaki formülle belirlenir:

W / m2.

2.4 Fırın bobininin hidrolik hesabı

Fırın bobininin hidrolik hesaplaması, radyan ve konveksiyon borularındaki su buharının basınç kaybının belirlenmesinden oluşur.


nerede G

ρ v.p.'ye - konveksiyon odasındaki ortalama sıcaklık ve basınçta su buharının yoğunluğu, kg / m3;

d k - konveksiyon borularının iç çapı, m;

z k, konveksiyon odasındaki akış sayısıdır,

Hanım.

ν k \u003d 3.311 ∙ 10 -6 m 2 / s.

Reynolds kriterinin değeri:

m.


Sürtünme basıncı kaybı:

Pa = 14,4 kPa.

Pa = 20,2 kPa.

nerede Σ ζ için

- dönüş sayısı.

Toplam basınç kaybı:

2.5 Radyasyon odasındaki su buharı basınç kaybının hesaplanması

Ortalama buhar hızı:

nerede G fırında aşırı ısıtılan su buharının akış hızı, kg/s;

ρ r v.p. - konveksiyon odasındaki ortalama sıcaklık ve basınçta su buharının yoğunluğu, kg / m3;

dр – konveksiyon borularının iç çapı, m;

z p, konveksiyon odasındaki akışların sayısıdır,

Hanım.

Konveksiyon odasındaki ortalama sıcaklık ve basınçta su buharının kinematik viskozitesi ν p \u003d 8.59 ∙ 10 -6 m 2 / s.

Reynolds kriterinin değeri:

Düz bir bölümdeki toplam boru uzunluğu:

m.


Hidrolik sürtünme katsayısı:

Sürtünme basıncı kaybı:

Pa = 15.1 kPa.

Üstesinden gelmek için basınç kaybı yerel direnç:

Pa = 11,3 kPa,

nerede Σ ζ p\u003d 0.35 - 180 ºС dönerken direnç katsayısı,

- dönüş sayısı.

Toplam basınç kaybı:


Yapılan hesaplamalar, seçilen fırının belirli bir modda su buharının aşırı ısıtılması sürecini sağlayacağını göstermiştir.

3. Atık ısı kazanının hesaplanması

Ortalama baca gazı sıcaklığını bulun:

nerede t 1 - girişteki baca gazı sıcaklığı,

t 2 – çıkış baca gazı sıcaklığı, °С;

°C (538 K).

Baca gazı kütle akışı:

nerede B - yakıt tüketimi, kg / s;

Baca gazları için spesifik entalpiler Tablodaki verilere göre belirlenir. 3 ve şek. 1 formüle göre:

soğutucuların entalpileri Tablo 4

Baca gazları tarafından iletilen ısı akısı:

nerede H 1 ve H 2 - 1 kg yakıtın yanması sırasında oluşan KU'nun giriş ve çıkış sıcaklığındaki baca gazlarının entalpisi, kJ/kg;

B - yakıt tüketimi, kg/sn;

h 1 ve h 2 - baca gazlarının spesifik entalpileri, kJ / kg,

Su tarafından algılanan ısı akısı, W:

nerede η ku - CU'da ısı kullanım katsayısı; η ku = 0.97;

G n - buhar kapasitesi, kg/sn;

h k vp - çıkış sıcaklığında doymuş su buharının entalpisi, kJ/kg;

h n giriş - besleme suyu entalpisi, kJ/kg,

KU'da alınan su buharı miktarı aşağıdaki formülle belirlenir:

kg/sn.

Isıtma bölgesinde su tarafından alınan ısı akısı:

nerede h k in - buharlaşma sıcaklığında suyun özgül entalpisi, kJ / kg;

Baca gazları tarafından ısıtma bölgesinde suya aktarılan ısı akışı (faydalı ısı):

nerede h x sıcaklıkta baca gazlarının özgül entalpisidir t x , buradan:

kJ/kg.


1 kg yakıtın yanma entalpisinin değeri:

Şek. Değere karşılık gelen 1 baca sıcaklığı H x = 5700,45 kJ/kg:

t x = 270 °С.

Isıtma bölgesindeki ortalama sıcaklık farkı:

°C.

270 baca gazları 210 Karşı akış endeksini dikkate alarak:


nerede İle f, ısı transfer katsayısıdır;

m2

Buharlaşma bölgesindeki ortalama sıcaklık farkı:


°C.

320 baca gazları 270 Karşı akış endeksini dikkate alarak:

187 su buharı 187


Isıtma bölgesindeki ısı değişim yüzey alanı:

nerede İle f, ısı transfer katsayısıdır;

m2

Toplam ısı değişim yüzey alanı:

F = F+ F sen,

F\u003d 22,6 + 80 \u003d 102,6 m 2.

GOST 14248-79'a göre, aşağıdaki özelliklere sahip bir buhar boşluğuna sahip standart bir evaporatör seçiyoruz:

kasa çapı, mm 1600

tüp demeti sayısı 1

bir demetteki boru sayısı 362

ısı değişim yüzeyi, m 2 170

bir vuruşun kesit alanı

borular, m 2 0.055

4. Hava ısıtıcısının ısı dengesi

Sıcaklık ile atmosferik hava t ° in-x bir sıcaklığa ısıtıldığı aparata girer t x in-x baca gazlarının ısısı nedeniyle.

Hava tüketimi, kg / s gerekli yakıt miktarına göre belirlenir:

nerede AT- yakıt tüketimi, kg/sn;

L- 1 kg yakıtın yanması için gerçek hava tüketimi, kg/kg,

Isılarını yayan baca gazları soğutulur. t dg3 = t g2önceki t dg4 .

=

nerede H3 ve H4- sıcaklıklarda baca gazı entalpileri t dg3 ve t dg4 sırasıyla, kJ/kg,

Hava tarafından algılanan ısı akısı, W:


nerede in-x ile- havanın ortalama özgül ısı kapasitesi, kJ/(kg K);

0.97 - havalı ısıtıcı verimliliği,

Nihai hava sıcaklığı ( t x in-x) ısı dengesi denkleminden belirlenir:

İLE.

5. KTAN'ın ısı dengesi

Hava ısıtıcısından sonra, baca gazları, sıcaklıklarının düştüğü aktif bir nozul (KTAN) ile temas aparatına girer. t g5 = t dg4 sıcaklığa kadar t g6= 60 °С.

Baca gazı ısısı iki ayrı su akışı ile uzaklaştırılır. Bir akım, baca gazlarıyla doğrudan temas halindedir ve diğeri, bobin duvarından onlarla ısı alışverişinde bulunur.

Baca gazları tarafından verilen ısı akışı, W:

nerede H5 ve H6- sıcaklıkta baca gazı entalpileri t g5 ve t g6 sırasıyla, kJ/kg,

Soğutma suyu miktarı (toplam), kg/s, ısı dengesi denkleminden belirlenir:

burada η - KTAN verimliliği, η=0.9,

kg/sn.


Soğutma suyu tarafından algılanan ısı akısı, W:

nerede g su- soğutma suyu tüketimi, kg/sn:

su ile- suyun özgül ısı kapasitesi, 4,19 kJ/(kg K);

t n su ve su için- sırasıyla KTAN'ın giriş ve çıkışındaki su sıcaklığı,

6. Isı geri kazanım tesisinin verimliliğinin hesaplanması

Sentezlenen sistemin verimliliğinin değerini belirlerken ( η mu) geleneksel yaklaşım kullanılır.

Isı geri kazanım tesisinin veriminin hesaplanması aşağıdaki formüle göre yapılır:

7. "Fırın - atık ısı kazanı" sisteminin ekserji değerlendirmesi

Enerji teknolojisi sistemlerinin ekserjetik analiz yöntemi, termodinamiğin birinci yasası kullanılarak geleneksel bir değerlendirme sırasında hiçbir şekilde tespit edilmeyen enerji kayıplarının en objektif ve niteliksel değerlendirmesine izin verir. Söz konusu durumda, ekserji verimliliği, alınan ekserjinin sisteme verilen ekserjiye oranı olarak tanımlanan bir değerlendirme kriteri olarak kullanılır:

nerede E alt- yakıt ekserjisi, MJ/kg;

E cevap.- fırın ve atık ısı kazanındaki su buharının akışıyla alınan ekserji.

Gaz halindeki yakıt durumunda, sağlanan ekserji, yakıtın ekserjisinin toplamıdır ( E alt1) ve hava ekserjisi ( E alt2):

nerede N n ve Fakat- sırasıyla fırın giriş sıcaklığındaki ve ortam sıcaklığındaki hava entalpileri, kJ/kg;

O- 298 K (25 °С);

∆S- hava entropisindeki değişim, kJ/(kg K).


Çoğu durumda hava ekserjisinin değeri ihmal edilebilir, yani:

Söz konusu sistem için ayrılan ekserji, fırında su buharı tarafından alınan ekserjinin toplamıdır ( E cevap1) ve CH'deki su buharının aldığı ekserji ( E cevap2).

Bir fırında ısıtılan buhar akışı için:

nerede G- fırında buhar tüketimi, kg/s;

h vp1 ve h vp2- sırasıyla fırının giriş ve çıkışındaki su buharı entalpileri, kJ/kg;

ΔS vp- su buharının entropisindeki değişim, kJ/(kg K).

HV'de elde edilen su buharı akışı için:

nerede G n- CU cinsinden buhar tüketimi, kg/s;

h'den ch'ye- KU çıkışındaki doymuş su buharının entalpisi, kJ/kg;

h n içinde- KU girişindeki besleme suyunun entalpisi, kJ/kg.

E cevap. = E otv1 + E otv2 ,

E cevap.\u003d 1965.8 + 296.3 \u003d 2262.1 J / kg.


Çözüm

Önerilen kurulum için hesaplamayı yaptıktan sonra (işlem fırınının atık gazlarının ısısının geri kazanılması), belirli bir yakıt bileşimi, su buharı açısından fırın verimliliği ve diğer göstergeler için, verimliliğin verimliliğinin olduğu sonucuna varabiliriz. sentezlenmiş sistem yüksektir, bu nedenle kurulum etkilidir; bu aynı zamanda "fırın - atık ısı kazanı" sisteminin ekserji değerlendirmesi ile de gösterilmiştir, ancak enerji maliyetleri açısından, kurulum arzu edilenden çok daha fazlasını bırakmaktadır ve iyileştirilmesi gerekmektedir.

kullanılmış literatür listesi

1. Haraz D .Ve. Kimya endüstrilerinde ikincil enerji kaynaklarını kullanma yolları / D. I. Kharaz, B. I. Psakhis. - M.: Kimya, 1984. - 224 s.

2. Scoblo A . Ve. Skoblo A.I., Tregubova I.A., Yu.K., Molokanov. - 2. baskı, gözden geçirilmiş. ve ek – M.: Kimya, 1982. – 584 s.

3. Pavlov K .F. Kimyasal teknoloji prosesleri ve aparatları sırasındaki örnekler ve görevler: Proc. Üniversiteler için el kitabı / K. F. Pavlov, P. G. Romankov, A. A. Noskov; Ed. P.G. Romankova. - 10. baskı, gözden geçirilmiş. ve ek - L.: Kimya, 1987. - 576 s.

Başvuru

termofiziksel özelliklerÇeşitli parametrelerin belirli bir gazlı ortamın sıcaklığına bağımlılığını hesaplamak için gerekli olan gaz halindeki yanma ürünleri, tabloda verilen değerler temelinde oluşturulabilir. Özellikle, ısı kapasitesi için bu bağımlılıklar şu şekilde elde edilir:

C psm = bir -1/ d,

nerede a = 1,3615803; b = 7,0065648; c = 0,0053034712; d = 20,761095;

C psm = bir + bT sm + cT 2 sm,

nerede a = 0,94426057; b = 0,00035133267; c = -0,0000000539.

İlk bağımlılık yaklaşıklık doğruluğu açısından tercih edilir, ikinci bağımlılık daha düşük doğrulukta hesaplamalar yapmak için alınabilir.

Baca gazlarının fiziksel parametreleri
(en P = 0.0981 MPa; R CO2 = 0.13; p H2O = 0.11; R N2 = 0,76

t, °С γ, N m -3 p ile, W (m 2 ° С) -1 λ 10 2, W (m K) -1 a 10 6, m 2 sn -1 μ 10 6 , Pa s v 10 6, m 2 sn -1 halkla ilişkiler
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

EK 3

(referans)

Hava kanalları ve valflerinin hava ve duman geçirgenliği

1. Duman önleyici sistemlerin havalandırma kanallarıyla ilgili sızıntıları veya hava sızıntılarını belirlemek için, tablo verilerinin yaklaşık olarak elde edilmesiyle elde edilen aşağıdaki formüller kullanılabilir:

H sınıfı hava kanalları için (0,2 - 1,4 kPa basınç aralığında): ΔL = a(R - b)İle birlikte, nerede ΔL- hava emişleri (sızıntıları), m 3 / m 2 h; R- basınç, kPa; a = 10,752331; b = 0,0069397038; İle birlikte = 0,66419906;

P sınıfı hava kanalları için (0,2 - 5,0 kPa basınç aralığında): burada bir = 0,00913545; b=-3.1647682 10 8 ; c =-1.2724412 10 9; d= 0,68424233.

2. Normalde kapalı yangın damperleri için, gaz sıcaklığına bağlı olarak duman ve gaz penetrasyonuna karşı direncin spesifik karakteristiğinin sayısal değerleri, VNIIPO'nun deneysel tabanında çeşitli ürünlerin tezgah yangın testleri sırasında elde edilen verilere karşılık gelir:

1. Genel Hükümler. 2 2. İlk veriler. 3 3. Egzoz dumanı havalandırması. 4 3.1. Yanma ürünlerinin doğrudan yanma odasından uzaklaştırılması. 4 3.2. Yanma ürünlerinin bitişik binalardan uzaklaştırılması. 7 4. Duman havalandırmasını sağlayın. 9 4.1. Hava beslemesi merdiven boşlukları. 9 4.2. Kaldırma şaftlarına hava beslemesi. 14 4.3. Giriş kapısı kilitlerine hava beslemesi. 16 4.4. Dengeleyici hava beslemesi. 17 5. Özellikler teçhizat. 17 5.1. Egzoz dumanı havalandırma sistemleri için donatım. 17 5.2. Tedarik duman havalandırma sistemleri için donatım. 21 6. Yangın kontrol modları. 21 Referanslar. 22 Ek 1. Binaların yangın yükünün ana parametrelerinin belirlenmesi. 22 Ek 2. Baca gazlarının termofiziksel özellikleri. 24 Ek 3. Hava kanalları ve valflerinin hava ve duman geçirgenliği. 25

2. egzoz gazları tarafından taşınan ısı. Tux = 8000C'de baca gazlarının ısı kapasitesini belirleyelim;

3. termal iletkenlik ile duvardan ısı kaybı.

Kasadan kaynaklanan kayıplar

Tonozun kalınlığı 0,3 m, malzemesi şamottur. Kubbenin iç yüzeyinin sıcaklığının gazların sıcaklığına eşit olduğunu kabul ediyoruz.

Ortalama fırın sıcaklığı:

Bu sıcaklığa göre, şamot malzemesinin termal iletkenlik katsayısını seçiyoruz:

Böylece, kasadan kaynaklanan kayıplar:

α, duvarların dış yüzeyinden ortam havasına ısı transfer katsayısıdır, 71,2 kJ / (m2 * h * 0С) eşittir

Duvarlardan kaynaklanan kayıplar. Duvarların duvarları iki katmandan yapılmıştır (şamot 345 mm, diyatomlu toprak 115 mm)

Duvar alanı, m2:

metodik bölge

kaynak bölgesi

Tomil bölgesi

son

Toplam duvar alanı 162.73 m2

Duvar kalınlığı boyunca doğrusal bir sıcaklık dağılımı ile, şamot kilinin ortalama sıcaklığı 550C ve diatomit 1500C olacaktır.

Sonuç olarak.

Duvarcılıktan kaynaklanan toplam kayıp

4. Pratik verilere göre, soğutma suyu ile ısı kayıpları %10 Qx gelire, yani Qx + Qp'ye eşit alınır.

5. Isı girdisinin %15'i oranında hesaplanmamış kayıpları kabul ediyoruz.

Fırının ısı dengesi için denklemi oluşturun

Fırının ısı dengesi Tablo 1'de özetlenmiştir; 2

tablo 1

Tablo 2

Tüketim kJ/saat %

Metali ısıtmak için harcanan ısı

 53

baca gazı ısısı

 26

duvarcılıktan kaynaklanan kayıplar

 1,9

soğutma suyu kayıpları

 6,7

hesaplanmamış kayıplar

 10,6

Toplam:

100

1 kg metalin ısıtılması için özgül ısı tüketimi


Brülörlerin seçimi ve hesaplanması

Fırına "boru içinde boru" tipi brülörlerin monte edildiğini kabul ediyoruz.

Kaynak bölgelerinde 16 adet, tutma bölgesinde 4 adet bulunmaktadır. toplam brülör sayısı 20 adet. Bir brülöre gelen tahmini hava miktarını belirleyin.

Vв - saatlik hava tüketimi;

TV - 400 + 273 = 673 K - hava ısıtma sıcaklığı;

N, brülör sayısıdır.

Brülörün önündeki hava basıncının 2,0 kPa olduğu varsayılmıştır. Gerekli hava akışının DBV 225 brülörü tarafından sağlandığı takip eder.

Brülör başına tahmini gaz miktarını belirleyin;

VG \u003d V \u003d 2667 saatlik yakıt tüketimi;

TG \u003d 50 + 273 \u003d 323 K - gaz sıcaklığı;

N, brülör sayısıdır.

8. Isı eşanjörünün hesaplanması

Hava ısıtması için, aralıklarının koridor düzenlemesi ile 57/49.5 mm çapında borulardan yapılmış metal bir döngü ısı eşanjörü tasarlıyoruz.

Hesaplama için ilk veriler:

Saatlik yakıt tüketimi B=2667 kJ/h;

1 m3 yakıt başına hava tüketimi Lα = 13,08 m3/m3;

1 m3 yanıcı gazdan elde edilen yanma ürünlerinin miktarı Va =13.89 m3/m3;

Hava ısıtma sıcaklığı tv = 4000С;

Fırından çıkan baca gazlarının sıcaklığı tux=8000C.

Saatlik hava tüketimi:

Saatlik duman çıkışı:

Baypas damperi ve hava kaçağı ile baypas için duman kaybı dikkate alınarak, ısı eşanjöründen geçen saatlik duman miktarı.

Duman kaybını hesaba katarak m katsayısı, 0,7 alıyoruz.

Domuzlardaki hava kaçağını hesaba katan katsayı, 0.1 alacağız.

Hava kaçağı dikkate alınarak ısı eşanjörünün önündeki duman sıcaklığı;

burada iух, tух=8000С'de baca gazlarının ısı içeriğidir

Bu ısı içeriği, tD=7500C duman sıcaklığına karşılık gelir. (Bkz. Şekil 67(3))

Yanma ısısı. Kuru gaz halindeki yakıt Qf'nin net kalorifik değeri, 4 ila 47 MJ / m3 arasında değişir ve bileşimine bağlıdır - yanıcı ve yanıcı olmayanların oranı ve kalitesi

bileşenler. En düşük değer Ortalama bileşimi yaklaşık %30 yanıcı gaz (esas olarak karbon monoksit CO) ve yaklaşık %60 yanıcı olmayan nitrojen N2 olan yüksek fırın gazı için Qf. En büyük

Bileşimi yüksek ağır hidrokarbon içeriği ile karakterize edilen ilişkili gazlar için Qf değeri. Doğal gazların yanma ısısı dar bir Qf = 35.5…37.5 MJ/m3 aralığında dalgalanır.

Gaz halindeki yakıtları oluşturan tek tek gazların daha düşük kalorifik değeri Tablo'da verilmiştir. 3.2. Gaz halindeki yakıtların kalorifik değerini belirleme yöntemleri için Bölüm 3'e bakın.

Yoğunluk. Gazların mutlak ve bağıl yoğunlukları vardır.

Mutlak gaz yoğunluğu rg, kg/m3, bu gazın kapladığı hacmin 1 m3'ü başına gaz kütlesidir. Tek bir gazın yoğunluğunu hesaplarken, kilomo-la'sının hacmi 22.41 m3'e eşit olarak alınır (ideal gaz için olduğu gibi).

Bağıl gaz yoğunluğu Rotn, normal koşullar ve benzer hava yoğunluğu altındaki mutlak gaz yoğunluğunun oranıdır:

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

Burada rg, pE, sırasıyla, normal koşullar altında gaz ve havanın mutlak yoğunluğu, kg / m3'tür. Gazların bağıl yoğunluğu genellikle farklı gazları birbirleriyle karşılaştırmak için kullanılır.

Basit gazların mutlak ve bağıl yoğunluk değerleri Tabloda verilmiştir. 6.1.

Gaz karışımının yoğunluğu pjM, kg/m3, gazların özelliklerinin sırasıyla toplandığı toplama kuralına göre belirlenir. hacim oranı karışımda:

Xj, yakıttaki 7. gazın hacimsel içeriği olduğunda, %; (rg); - yakıtın bir parçası olan j-th gazının yoğunluğu, kg/m3; n, yakıttaki tek tek gazların sayısıdır.

Gaz halindeki yakıtların yoğunluk değerleri tabloda verilmiştir. S.5.

Gaz yoğunluğu p, kg/m3, sıcaklığa ve basınca bağlı olarak formülle hesaplanabilir.

p0 normal koşullar altında gaz yoğunluğu olduğunda (T0 = 273 K ve p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p ve T sırasıyla gerçek basınç, kPa ve gazın mutlak sıcaklığı, K'dir.

Hemen hemen tüm gazlı yakıt türleri havadan daha hafiftir, bu nedenle sızdığında tavanların altında gaz birikir. Güvenlik nedeniyle, kazanı çalıştırmadan önce, birikiminin en olası yerlerinde gazın bulunmadığını kontrol etmek zorunludur.

Gazların viskozitesi artan sıcaklıkla artar. Dinamik viskozite katsayısı p, Pa-s'nin değerleri, ampirik Seser-Land denklemi kullanılarak hesaplanabilir.

Tablo 6.1

Gaz yakıt bileşenlerinin özellikleri (t - O ° C chr \u003d 101,3 kPa'da)

Kimyasal

Molar kütle M,

Yoğunluk

toplu konsantreler

gazın adı

mutlak

Akraba

Hava ile bir karışımda gazın tutuşma siyonik limitleri,%

yanıcı gazlar

propilen

karbonmonoksit

hidrojen sülfit

yanıcı olmayan gazlar

Karbon dioksit

kükürt dioksit

Oksijen

Atmosferik hava.

su buharı

p0, normal koşullar altında gazın dinamik viskozite katsayısı olduğunda (G0 = 273 K ve p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T, gazın mutlak sıcaklığıdır, K; C - gazın cinsine bağlı katsayı, K, Tablodan alınmıştır. 6.2.

Bir gaz karışımı için, dinamik viskozite katsayısı, bireysel bileşenlerin viskozite değerlerinden yaklaşık olarak belirlenebilir:

gj, yakıttaki j-th gazının kütle oranı olduğunda, %; Zu - j-th bileşeninin dinamik viskozite katsayısı, Pa-s; n, yakıttaki tek tek gazların sayısıdır.

Pratikte, kinematik viskozite katsayısı V, m2/s, yaygın olarak kullanılmaktadır.
hangi bağımlılık ile yoğunluk p aracılığıyla dinamik viskozite p ile ilgilidir

V = r / r. (6.6)

(6.4) ve (6.6) dikkate alınarak, basınca ve sıcaklığa bağlı olarak kinematik viskozite katsayısı v, m2/s, formülle hesaplanabilir.

v0, normal koşullar altında gazın kinematik viskozite katsayısı olduğunda (Go = 273 K ve p0 = 101,3 kPa), m2/s; p ve G sırasıyla gerçek basınç, kPa ve gazın mutlak sıcaklığı, K'dir; C - gazın cinsine bağlı katsayı, K, Tablodan alınmıştır. 6.2.

Gaz halindeki yakıtlar için kinematik viskozite katsayılarının değerleri Tabloda verilmiştir. s.9.

Tablo 6.2

Gaz yakıt bileşenlerinin viskozite ve ısıl iletkenlik katsayıları

(t \u003d 0 ° С ir \u003d 101,3 kPa'da)

gazın adı

viskozite faktörü

Termal iletkenlik katsayısı N03, W/(m-K)

Sutherland katsayısı C, K

Dinamik r-106, Pa-s

Kinematik v-106, m2/s

yanıcı gazlar

propilen

karbonmonoksit

hidrojen sülfit

yanıcı olmayan gazlar

Karbon dioksit

Oksijen

atmosferik hava

100 °C'de su buharı

Termal iletkenlik. Gazlarda moleküler enerji transferi, termal iletkenlik katsayısı 'k, W / (m-K) ile karakterize edilir. Termal iletkenlik katsayısı basınçla ters orantılıdır ve artan sıcaklıkla artar. X katsayısının değerleri Sutherland formülü kullanılarak hesaplanabilir.

X,0 gazın normal şartlar altında ısıl iletkenliği ise (G0 = 273 K ve Po = 101,3 kPa), W / (m-K); p ve T sırasıyla gerçek basınç, kPa ve gazın mutlak sıcaklığı, K'dir; C - gazın cinsine bağlı katsayı, K, Tablodan alınmıştır. 6.2.

Gazlı yakıtlar için ısıl iletkenlik katsayılarının değerleri Tablo'da verilmiştir. s.9.

1 m3 kuru gaz başına gaz halindeki yakıtın ısı kapasitesi, bileşimine bağlıdır ve genellikle şu şekilde tanımlanır:

4L=0.01(CH2H2+Ccos0 +

CCH4CH4 + cCo2cOg + - + cx. X;), (6.9) - yakıtı oluşturan bileşenlerin sırasıyla hidrojen, karbon monoksit, metan, karbon dioksit ve /-th bileşeninin ısı kapasiteleri, kJ / (m3-K); H2, CO, CH4, CO2, ..., Xg--

Gaz halindeki yakıtın yanıcı bileşenlerinin ısı kapasiteleri Tablo'da verilmiştir. S.6, yanmaz - tabloda. S.7.

Islak gaz yakıtın ısı kapasitesi

Cgtl, kJ/(m3-K), şu şekilde tanımlanır

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

patlayıcılık. Yanıcı gazın belirli oranlarda hava ile karışımı, ateş veya hatta bir kıvılcım varlığında patlayabilir, yani ses yayılma hızına yakın bir hızda tutuşup yanar. Havadaki yanıcı gazın patlayıcı konsantrasyonları, gazın kimyasal bileşimine ve özelliklerine bağlıdır. Hava ile bir karışımdaki münferit yanıcı gazlar için hacim konsantrasyonu tutuşma limitleri Tablo'da daha önce verilmiştir. 6.1. Hidrojen (hacimce %4.. .74) ve karbon monoksit (%12.5...74) en geniş tutuşma sınırlarına sahiptir. Doğal gaz için ortalama alt ve üst yanıcılık sınırları hacimce sırasıyla %4,5 ve %17'dir; kok için - %5,6 ve %31; etki alanı için - %35 ve %74.

Toksisite. Toksisite, bir gazın canlı organizmaların zehirlenmesine neden olma yeteneği olarak anlaşılır. Toksisite derecesi, gazın türüne ve konsantrasyonuna bağlıdır. Bu açıdan en tehlikeli gaz bileşenleri karbon monoksit CO ve hidrojen sülfür H2S'dir.

Gaz karışımlarının toksisitesi, esas olarak, karışımda bulunan bileşenlerin en toksik olanlarının konsantrasyonu ile belirlenirken, zararlı etkisi, kural olarak, diğer zararlı gazların varlığında belirgin şekilde artar.

Havadaki zararlı gazların varlığı ve konsantrasyonu, özel bir cihaz - bir gaz analizörü ile belirlenebilir.

Hemen hemen tüm doğal gazlar kokusuzdur. Gaz kaçağı tespiti ve güvenlik önlemlerinin alınması için doğalgaz, ana devreye girmeden önce kokulandırılır, yani keskin kokulu bir maddeyle (örneğin merkaptanlar) doyurulur.

Çeşitli yakıt türlerinin yanma ısısı büyük ölçüde değişir. Örneğin akaryakıt için 40 MJ/kg'ın üzerindedir ve yüksek fırın gazı ve bazı petrol şeyl kaliteleri için yaklaşık 4 MJ/kg'dır. Enerji yakıtlarının bileşimi de büyük ölçüde değişir. Bu nedenle, yakıtın türüne ve markasına bağlı olarak aynı niteliksel özellikler birbirinden niceliksel olarak keskin bir şekilde farklılık gösterebilir.

Yakıtın verilen özellikleri. Karşılaştırmalı analiz için, yakıtın kalitesini özetleyen özelliklerin rolünde, genellikle formülle hesaplanan %-kg / MJ yakıtın verilen özellikleri kullanılır.

хг, çalışan yakıtın kalitesinin bir göstergesi olduğunda, %; Q[ - özgül yanma ısısı (en düşük), MJ/kg.

Yani, örneğin, indirgenmiş hesaplamak için

Kükürtün nem kül içeriği S „p ve

Azot N^p (yakıt çalışma koşulu için)

Formül (7.1) aşağıdaki formu alır, %-kg/MJ:

TOC o "1-3" h z KP=Kl GT; (7.2)

4f=l7e[; (7.3)

snp=S’/Єї; (7.4)

^p=N7 S[. (7.5)

Açıklayıcı bir örnek olarak, aynı termik güce sahip kazanlarda farklı yakıtların yakılması şartıyla aşağıdaki karşılaştırma gösterge niteliğindedir. Böylece, Moskova yakınlarındaki kömürün azaltılmış nem içeriğinin bir karşılaştırması

Dereceler 2B (WЈp = %3.72 -kg / MJ) ve Nazarov-

Kömür 2B (W^p = %3,04-kg/MJ), birinci durumda, yakıtla kazanın fırınına verilen nem miktarının, ikincisine göre yaklaşık 1,2 kat daha fazla olacağını göstermektedir. Moskova yakınlarındaki kömürün çalışma nemi (W[ \u003d %31)

Nazarovsky kömürü (Wf = %39).

koşullu yakıt Enerji sektöründe, çeşitli kazan tesislerinde yakıt kullanımının verimliliğini karşılaştırmak, yakıtın üretim ve tüketimini ekonomik hesaplamalarda planlamak amacıyla konvansiyonel yakıt kavramı ortaya atılmıştır. Standart yakıt olarak, spesifik kalorifik değeri (en düşük) çalışma durumunda Qy T = 29300 kJ/kg (veya

7000 kcal/kg).

Her doğal yakıt için, birden büyük veya küçük olabilen boyutsuz bir termal eşdeğer E vardır: