1. Методы использования тепловых вторичных ресурсов
1.1 Использованиетепловых ВЭР возможно по трем направлениям
/>
Рис. 1.1 — Схема нагревательной печи с регенерацией теплоты уходящих газов [1]:
1 —горелка; 2 — рабочий объем печи; 3 — нагреваемые детали;
4 —воздухонагреватель
/>
Рис. 1.2 — Схема установки для осушки компрессорного воздуха [1]:
1 —теплообменник; 2 — конденсатор или вымораживатель;
3 —холодильная машина
1.2Установки для внешнего теплоиспользования
ТепловыеВЭР газовых потоков с высокой (> 400 °С) и средней (100—400 °С) температуройобычно используют для производства пара и горячей воды с помощью паровых иливодогрейных котлов-утилизаторов. Котлы-утилизаторы очень широко применяются впромышленности. Широко распространены в настоящее время системы испарительногоохлаждения элементов высокотемпературных печей. В печах многие элементыприходится делать из металла — прежде всего это несущие и поддерживающие балки,на них ложиться большая нагрузка, которую не выдержат огнеупорные материалы.Практически невозможно делать из огнеупоров и подвижные элементы, особенно те,которые должны герметично закрываться, например завалочные окна, шиберы,перекрывающие проходное сечение газоходов и т. п. Но металлы могут работатьтолько при умеренных температурах до 400—600 °С, а температура в печи намноговыше. Поэтому металлические элементы печей делают полыми и внутри нихциркулирует охлаждающая вода. Для исключения образования накипи и загрязненийвнутри охлаждаемых элементов вода должна быть специально подготовленной. Крометого, эту воду нужно охлаждать или сбрасывать. И в том, и в другом случаепроисходит загрязнение окружающей среды.
Все этинедостатки исключаются, если в охлаждаемые элементы печи подают воду из контурациркуляции парового котла-утилизатора (рис. 1.3).
Охлаждаемыеэлементы печи здесь выполняют роль испарительной поверхности, в которой теплотауже не сбрасывается в окружающую среду, а идет на выработку пара. Питаниекотлов осуществляется химически очищенной водой, поэтому накипи и загрязненийвнутри охлаждаемых элементов не образуется, и срок их службы в 1,5—3 разабольше, чем при охлаждении необработанной проточной водой.
/>
Рис. 1.3 — Упрощенная схема котла-утилизатора с системой испарительного охлаждения [1]:
1 —питательный насос; 2 — водяной экономайзер; 3 — испарительная поверхностькотла; 4— пароперегреватель; 5— барабан котла; 6 — охлаждаемые элементы печи;7— циркуляционный насос
Системаиспарительного охлаждения может работать и как самостоятельный паровой котел,но мощность его будет слишком малой. При комплексном подходе к утилизациитеплоты от газов и охлаждаемых элементов конструкции печи значительносокращаются затраты на вспомогательное оборудование, коммуникации, обслуживаниеи т. п.
Иногдаудается использовать теплоту раскаленных твердых продуктов. На многихметаллургических комбинатах сейчас работают установки охлаждения (технологиговорят «сухого тушения») кокса (УСТК), в которых охлаждается выгружаемый изкоксовых батарей кокс с температурой свыше 1000 °С.
Особаясложность этой установки состоит в том, что кокс — горючий материал. Поэтомудля его охлаждения используют инертный азот, а всю установку герметизируют, повозможности предотвращая утечки азота.
Раскаленныйкокс в специальных вагонах быстро (поскольку на воздухе он горит)транспортируется от коксовой батареи и загружается в герметичную фор-камеру 1 (рис.1.4), затем поступает в камеру тушения 2, в которой он снизу вверх продуваетсяинертным газом. За счет постепенной выгрузки снизу кокс плотным слоем движетсясверху вниз противотоком к охлаждающему газу. В результате кокс охлаждается с1000—1050 °С до 200—250 °С, а газ нагревается с 180—200 °С до 750—800 °С. Черезспециальное отверстие 3 и пылеосадительную камеру 4 газы попадают вкотел-утилизатор 5. В нем за счет охлаждения 1 т кокса получают примерно 0,5 тпара достаточно высоких параметров р = 3,9—4,0 МПа и t = 440—450 °С. Послекотла-утилизатора охлажденный газ еще раз очищают от пыли в циклоне 6 ивентилятором 1 вновь направляют в камеру тушения под специальный рассекательдля равномерного распределения по сечению камеры.
Сухойспособ охлаждения по сравнению с традиционным, когда раскаленный горящий коксдействительно «тушат», поливая водой, позволяет не только получитьдополнительную энергию (утилизировать ВЭР), но и повышает качество кокса,уменьшает его потери за счет выгорания в процессе тушения, исключает расходводы, а главное — позволяет избежать загрязнения атмосферы паром и коксовойпылью.
Аналогичныесхемы утилизации теплоты других твердых веществ можно использовать только придостаточно большой производительности, иначе это будет экономически не выгоднопо причинам, указанным выше. Производительность УСТК по коксу составляет 50—56т/ч.
/>
Рис. 1.4 — Схема установки для сухого тушения кокса [1]
1.3Использование низкопотенциальных вторичных энергоресурсов
Наиболеесложно найти применение низкопотенциальным тепловым ВЭР (
Впромышленных условиях охлаждение дымовых газов до температуры ниже 100 °Свесьма затруднительно прежде всего из-за конденсации водяных паров. Холодныестенки труб, по которым циркулирует нагреваемая среда, запотевают иподвергаются интенсивной коррозии. Чтобы исключить коррозию, промышленныеподогреватели воздуха иногда изготавливают из некорродирующихся стеклянныхтруб. Если нет вибрации, такие трубы работают достаточно долго.
Дляподогрева воды низкотемпературными газами (t
Вода в нихнагревается за счет теплоты контактирующих с ней газов. Поверхность контактакапель воды с газом большая, и теплообменник получается компактным и дешевым посравнению с рекуперативным (трубчатым), но вода насыщается вредными веществами,содержащимися в дымовых газах. В некоторых случаях это допустимо, например, дляводы, идущей в систему химводоподготовки в котельных или на ТЭС. Еслизагрязнение воды недопустимо, то ставят еще один теплообменник, в котором«грязная» вода отдает теплоту «чистой» и возвращается в контактный экономайзер.
/>
Рис. 1.5 — Схемасмесительного теплообменника (градирни) [1]:
1 — насадка(кольца Рашига); 2— каплеотбойник;
3— вытяжнойвентилятор
Змеевики,по которым циркулирует «чистая» вода, можно установить и внутри контактногоэкономайзера вместо насадки.
1.3.1Направление и общие схемы использования отработавшего пара
Отработавшийпроизводственный пар имеет давление 0,1—0.3 МПа, а иногда и 1 МПа, т. е.колеблется в широких пределах. Однако, несмотря на широкий диапазон колебаниядавления отработавший (иногда называют мятым) пар в основном имеет низкоедавление.
Отработавшийпар многих производств загрязнен механическими и агрессивными химическими примесями.Некоторые производственные агрегаты работают с переменной нагрузкой, что ведетк образованию прерывистых потоков отработавшего пара. Все это усложняетиспользование отработавшего пара и вызывает необходимость предварительнойочистки пара от загрязнения, преобразования прерывистых потоков отработавшегопара в постояный поток тепла, а также повышения давления отработавшего пара спомощью тепловых трансформаторов [1].
Отработавшийпроизводственный пар используют для технологических целей, теплоснабжения,выработки электроэнергии, комбинированно для целей выработки электроэнергии итеплоснабжения, получения холода.
Использованиеотработавшего пара для технологических целей чрезвычайно разнообразно иопределяется в каждом отдельном случае характером технологического процесса.Например, пропарка бетона, подача пара в газогенератор при получении смешанногоили водяного газа, нагрев аммиака на заводах азотной промышленности, разофеввязкого мазута, увлажнения доменного дутья и т.п.
Этонаправление является наиболее простым по исполнению, капитальные затраты иэксплуатационные расходы не значительны, а энергетический эффект весьма высок,так как коэффициент регенерации тепла зависит только от температуры отводимогоконденсата и составляет не менее 85%, а при использовании конденсата втехнологическом процессе равен 100%.
Получениехолода. Потребности промышленности в холоде непрерывно возрастают. Крупнымипотребителями холода являются заводы химической, металлургической, пищевой идругих отраслей промышленности. Холод все больше применяется в технологическихпроцессах, для кондиционирования воздуха, получения искусственного льда, атакже для процессов, связанных с низкими температурами.
Подавляющеебольшинство предприятий оснащено в настоящее время компрессионными холодильнымимашинами. Эти машины сложны и дороги, а главное — для производства холодазатрачивают очень много электрической энергии. Электрическую энергию могутзаменить тепловые отходы, имеющиеся в избытке почти на каждом химическом,металлургическом, нефтехимическом предприятии, т. е. как раз в тех отрасляхпроизводства, которые являются основными потребителями холода. Холод за счеттепловых отходов получают в абсорбционных холодильных машинах. Перспективнымявляется также использование для этих целей сезонных излишков тепла ТЭЦ.
Абсорбционныехолодильные машины могут устанавливаться как самостоятельные автономныеустановки, так и в сочетании с установками теплоснабжения и выработкиэлектроэнергии. Применение автономных холодильных установок может быть оправданнолишь тогда, когда холодоснабжение осуществляется круглогодично. Поскольку вбольшинстве случаев холодоснабжение носит сезонный (летний) характер, то болеерационально осуществлять комплексное использование тепла отработавшего пара.
1.3.2 Принципиальныесхемы использования теплоты производственной воды
Вода широкоприменяется для охлаждения конструктивных элементов огнетехнических установок,а также в производственных процессах, протекающих при низких температурах, дляискусственного охлаждения технологического продукта или аппаратуры. Примерамимогут служить: водяное охлаждение металлургических печей, печей химическихпроизводств; охлаждения горячей серной кислоты после контактного аппарата иликонденсатора; охлаждение водой различных нефтепродуктов; охлаждениеконденсаторов паровых турбин, масло- и воздухоохладителей генераторов наэлектростанциях, конденсаторов смешивающего типа выпарных батарей алюминиевыхрастворов на глиноземных заводах; охлаждение рубашек цилиндров двигателейвнутреннего сгорания и т.д.
Конечнаятемпература охлаждающей воды колеблется в интервале 293—363 К, не превышая вбольшинстве случаев 232—433 К.
Нагретуюпроизводственную воду можно использовать для теплоснабжения и горячеговодоснабжения, агротеплофикации и для выработки электроэнергии.
Теплоснабжение.Использование нагретой производственной воды для теплоснабжения частозатруднено из-за сезонного характера отопительной нагрузки. График потреблениятакой воды можно несколько выровнять, внедряя горячее водоснабжение. Большиеизбытки неиспользованной нагретой воды, особенно в летний период, рациональноутилизировать в абсорбционно-холодильных установках.
Возможнымвариантом использования производственной воды для теплоснабжения являетсянагревание вентиляционного воздуха, поступающего в производственные помещения.Интересны комбинированные схемы, предусматривающие одновременное использованиеохлаждающей воды и какого-либо другого вида ВЭР, например использование теплагорячего воздуха из колчеданных печей и тепла охлаждающей воды изсернокислотных холодильников. По этой схеме (рис. 1.6) горячий воздух из валовколчеданных печей 1 с температурой 473 К используют в первой зонетеплообменника 2 для нагрева воды на нужды централизованного теплоснабжениякомбината и жилого поселка. Температура горячего воздуха после теплообменниковсоставляет 343 К.
/>
Рис. 1.6 — Комбинированная схема использования тепла горячего воздуха охлаждающей воды [1]
Охлаждающуюводу из сернокислотных холодильников используют для восполнения утечек изтепловых сетей и покрытия нагрузок горячего водоснабжения поселка и комбината.Воду для охлаждения кислоты подают из реки в холодильники 3, в которых онанагревается до 313 К. Затем отправляют в промежуточный сборный бак 4, откуданасосом перекачивают к водоподготовительной установке 5. После очистки отмеханических примесей устранения временной жесткости и деаэрации подпиточнуюводу подают в теплообменник 2, где она подогревается до 335 К. Подпиточную иобратную воду после смешения подают насосом во вторую зону теплообменника 2,где она подогревается до 355 К и поступает в тепловые сети.
1.4 Тепловыеаккумуляторы
Экономичностьи техническая возможность использования ВЭР зависит от того, насколькопроизводство и потребление энергии соответствует друг другу. Однако в условияхэксплуатации возникает несоответствие между производством и потреблениемэнергии. Это вызывает большие потери и технические затруднения в работеустановок.
Выравниваниеэксплуатационных условий теплосиловых и теплоиспользующих установок взначительной мере обеспечивается аккумулированием тепла в виде пара, горячейили теплой воды в аккумуляторах тепла. В общем случае несоответствие междупроизводством и потреблением энергии может быть вызвано непостоянством притокаи колебаниями расхода ее потребителями.
Аккумуляторытепла в зависимости от состояния аккумулирующей среды бывают паровые,пароводяные и водяные[1].
Паровыеаккумуляторы работают без воды, и аккумулирование происходит только за счетизменения объема аккумулятора при постоянном давлении пара (колокольныеаккумуляторы) или за счет изменения давления пара при постоянном объемеаккумулятора (купольные аккумуляторы). Паровые аккумуляторы рассчитаны на давление0,1—0,2 МПа. Они очень громоздки, так как их размеры зависят от удельногообъема аккумулируемого пара, который очень высокий при низких давлениях.Высокая первоначальная стоимость и значительные тепловые потери делают этиаккумуляторы нерентабельными, и в настоящее время они не применяются.
Пароводяныеаккумуляторы аккумулируют пар конденсацией с помощью воды в момент повышениядавления в аккумуляторе. Аккумулятор разряжается испарением воды при понижениидавления в аккумуляторе, поэтому они называются аккумуляторами понижающегосядавления.
Водяныеаккумуляторы аккумулируют теплую или горячую воду при постоянном давлении.Водяные аккумуляторы бывают циркуляционного и вытесняющего типа. Ваккумуляторах циркуляционного типа изменение степени зарядки происходит за счетизменения количества находящейся в аккумуляторе воды, в аккумуляторахвытесняющего типа — за счет изменения в нем количества горячей воды,вытесняемой холодной водой или наоборот. Водяные аккумуляторы сами пар неотдают, а включены лишь в систему подогрева воды. Эти аккумуляторы способныснимать пики нагрузки большой длительности в связи с большой удельнойаккумулирующей способностью объема. Пароводяные аккумуляторы могут экономичнопокрывать пики нагрузки продолжительностью только в несколько часов.
Пароводяныеаккумуляторы. К числу широко применяемых аккумуляторов понижающего давленияотносятся пароводяные аккумуляторы Рато и Рутса.
Термодинамическиеосновы работы этих аккумуляторов состоят в том, что каждому значению давлениянасыщенного пара соответствует строго определенная температура. При изменениидавления смеси воды и пара должна измениться и температура этой смеси дотемпературы насыщения при новом давлении. При повышении давления часть параконденсируется к выделившаяся теплота парообразования вызывает повышениетемпературы. При понижении давления снижается температура смеси иосвобождающееся тепло служит для испарения части воды. Однако, несмотря натождественность принципа действия, эти аккумуляторы отличаются не толькоконструктивным оформлением, но и областью применения.
АккумуляторыРато предназначены для выравнивания колебаний в поступлении отработавшего параот машин периодического действия и машин, работающих с переменной нагрузкой,при использовании его в установках с постоянной нагрузкой. Эти аккумуляторыработают при низких давлениях (ниже 0,2 МПа) и при перепаде давления уаккумулятора от 0,2 до 0,1 МПа (обычно 0,12—0,1 МПа), обладают небольшойвыравнивающей способностью. Таким образом, аккумуляторы Рато используются вузкой области для выравнивания мгновенных колебаний паровой нагрузки. Их работааналогична работе, выполняемой маховиком в периодически действующих машинах.
Водяныеаккумуляторы. Основным назначением водяных аккумуляторов является создание«запаса тепла» в питательной воде. В аккумуляторах вытесняющего типа этоосуществляется конденсацией избыточного пара из котлов, а в аккумуляторахциркуляционного типа — непосредственным отбором горячей воды из котла ваккумулятор.
Особуюгруппу в установках подготовки горячей воды для отопления, в производственныхцелях и для бытовых нужд представляют аккумуляторы, которые обогреваются какострым, так и отработавшим паром, а также используют другие виды ВЭР[1].
1.5Использование низкотемпературных продуктов сгорания в промышленности
В связи спереходом многих стационарных установок на природный газ, продукты сгораниякоторого не содержат твердые частицы и оксиды серы, для использованияфизического тепла низкотемпературных уходящих газов можно применять болеепростые, дешевые и менее металлоемкие контактные теплообменники (рис. 1.7). Этодает возможность не только сократить стоимость утилизационной установки, но иобеспечивает глубокое охлаждение уходящих газов ниже точки росы, которая длясгорания природного газа составляет 50—60 °С. При этом используется не толькофизическое тепло уходящих газов, но и теплота конденсации содержащихся в нихводяных паров.
Насадкой вконтактном экономайзере служат керамические кольца Рашига размером 50*50 мм.Рабочая насадка укладывается высотой 1 м в шахматном порядке. Каплеулавливающаянасадка высотой 0,2 м загружается «внавал». Вода может нагреваться в этихэкономайзерах до 50—60 °С. Нагретая вода используется для производственных ибытовых нужд.
Аналогичныетеплообменники можно применять для утилизации тепла уходящих газов некоторыхпромышленных печей, сушилок, газовых турбин и других тепловых установок,работающих на природном газе.
/>
Рис. 1.7 — Блочный контактный экономайзер [1]:
1 — корпус;2, 7, 10— средняя, нижняя и верхняя секции; 3 — рабочая насадка; 4 — опорнаярешетка рабочей насадки; 5 — патрубок подвода; 6 — штуцер отбора горячей воды;8— опорная решетка каплеулавливающей насадки; 9— слой каплеулавливающей насадки;11 — патрубок отвода газов
Продуктысгорания природных газов применяются также в контактных газопых сушилках вразличных отраслях промышленности.
2. Расчетпечи
2.1 Расчетпроцесса горения топлива в топке котла
Определяемнизшую теплотворную способность топлива (в кДж/кг) по формуле:
/>/>/>/>
где CH4,C2H4и т.д. – содержание соответствующих компонентов в топливе, % об.
Получим:
/>
или
/>,
Пересчитаемсостав топлива в массовые проценты. Результаты пересчета сведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1Компоненты
Молекулярная масса Mi
Мольная доля ri
Mi· ri
Массовый %
/>
CH4 16 0,900 14,4 78,12
C2H6 30 0,040 1,2 6,50
C3H8 44 0,023 1,012 5,54
н-C4H10 58 0,025 1,45 7,86
CO2 44 0,002 0,088 0,47
N2 28 0,010 0,28 1,51 Итого 1,000 18,43 100,00
Определяемэлементарный состав топлива в массовых процентах.
Содержаниеуглерода:
/>/>,
где /> — число атомовуглерода в данном компоненте топлива;
Содержаниеводорода:
/>/>,
где /> – число атомовводорода в данном компоненте топлива.
Содержаниекислорода:
/>%,
где /> – число атомовкислорода в молекуле СО2.
Содержаниеазота:
/>%,
где /> – число атомовазота в молекуле.
Определяемтеоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1кг топлива:
/>
/>,
Фактическийрасход воздуха:
/>,
или
/>,
где /> – коэффициентизбытка воздуха, равный 1,06;
/> — плотностьвоздуха при нормальных условиях.
Определяемколичество продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1кг топлива:
/>,
/>,
/>,
/>.
Суммарноеколичество продуктов сгорания:
/>
Проверка:
/>.
Содержаниемвлаги пренебрегаем.
Объемноеколичество продуктов сгорания:
/>,
/>,
/>,
/>.
Суммарныйобъем продуктов сгорания:
/>.
Плотностьпродуктов сгорания при н.у.:
/>.
Расчеттеплосодержания продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температурепроизводится по формуле:
/>,
где Т –температура продуктов сгорания, К;
Ci– средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг×К (их значения находим по табл.2 [2] методом интерполяции);
/>/> кДж/кг.
Результатырасчета значений теплосодержания представим в виде таблицы 2.2.
Таблица 2.2Т, К 300 500 700 1100 1500 1700 1900
qt, кДж/кг 550 4745 9060 15860,9 20451,1 28517,6 39219,5
/>
Рисунок 2.1– График зависимости температура-энтальпия
2.2 Расчеткоэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива
Коэффициентполезного действия трубчатой печи:
/>,
где />, /> –соответственно потери тепла с уходящими дымовыми газами и потери тепла вокружающую среду в долях от низшей теплотворной способности топлива.
Потеритепла в окружающую среду qпот. принимаем 6 % (0,06 в долях) отнизшей теплотворной способности топлива, т.е. />.
Температурауходящих дымовых газов определяется равенством:
/>, К,
где Т1– температура нагреваемого продукта на входе в печь, К;
DТ – разность температур теплоносителей на входе сырья в змеевиккамеры конвекции; принимаем DТ = 120 К;
/> К.
При этойтемпературе определяем потери тепла с уходящими газами:
/>кДж/кг.
Итак,определяем к.п.д. печи:
/>.
Расчетполезной тепловой нагрузки трубчатой печи производим по формуле:
/>,
где /> –производительность печи по сырью, кг/ч;
/>, />, /> –соответственно теплосодержания паровой и жидкой фазы при температуре Т2,жидкой фазы (сырья) при температуре Т1, кДж/кг;
e – доляотгона сырья на выходе из змеевика трубчатой печи.
Теплосодержаниепаров нефтепродуктов определяется по таблицам приложения [2]:
/> кДж/кг.
Теплосодержаниtжидких нефтепродуктов определяется по таблицам приложения [2]:
/> кДж/кг;
/> кДж/кг.
Рассчитываемполезную тепловую нагрузку печи:
/> />.
Определяемполную тепловую нагрузку печи:
/>/> = 21956 кВт.
Часовойрасход топлива:
/> кг/ч.
2.3 Расчетповерхности нагрева радиантных труб и размеров камеры радиации
Поверхностьнагрева радиантных труб:
/>, м2,
где /> – количествотепла, переданного нефти в камере радиации, кВт;
/>-теплонапряжение радиантных труб, кВт/м2.
Количествотепла, переданное в камере радиации:
/>,
где /> – кпд топки;
/> — энтальпиядымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре Тп, кДж/кг топлива.
ПримемТп=1100 К и по диаграмме определяем /> кДж/кг топлива.
Ранее былопринято, что потери тепла в окружающую среду составляют 6%. Пусть 4% из нихсоставляют потери в топке. Тогда:
/>.
и /> кДж/ч или14512 кВт.
Примемтеплонапряжение радиантных труб 67 кВт/м2.
/>, м2.
Выбираемтрубы диаметром 127х8 мм с полезной длиной lтр=9,5 м. числорадиантных труб:
/>.
Принимаемпечь беспламенного горения с двухрядным экраном двухстроннего облучения, сгоризонтальным шахматным расположением труб и двумя нижними конвекционнымисекциями.
Посуществующим нормам принимаем шаг размещения экранных труб S=0,25 м, расстояниемежду вертикальными рядами радиантных труб S1=0,215 м. расстояние отизлучающих стен до экрана принимаем αт=1 м [2].
Высотарадиантной камеры:
/>, м
где /> – число труб водном вертикальном ряду,
/> – расстояниеот верхней и нижней труб вертикального ряда до пола и потолка соответственно,0,25 м.
/> м.
Ширинарадиантной камеры:
/> м.
Объемкамеры радиации:
/> м3.
Теплонапряжениетопочного объема:
/> кВт/м3.
Дляобеспечения равномерного нагрева каждой трубы экрана по окружности и по длинепринимаем для проектируемой печи газовые горелки ВНИИНефтехиммаша типа ГБП2атеплопроизводительностью />=69,78 кВт.
Количествогорелок:
/>.
Принимаемдля каждой из двух излучающих стен топки по 160 горелок: 20 горелок по длине, 8по высоте. Размер горелки 0,5х0,5 м, поэтому площадь излучающей стены печи:
R=(0,5·20)(0,5·8)=40м2,
А двух стен80 м2.
3. Эксергетический и тепловой баланс печи
3.1 Эксергетическийбаланс печи
/>,
где /> – эксергияисходного топлива, кДж/кг;
/>
/> – эксергияатмосферного воздуха, кДж/кг;
/>–эксергияпродуктов сгорания, кДж/кг;
/>,
где Т0– температура окружающего воздуха, К;
Тк– температура горения, определяется по диаграмме температура – энтальпия, К:
/>кДж/кг
/> – потериэксергии в окружающую среду, кДж/кг:
/>кДж/кг
/> – потериэксергии вследствие необратимости процесса горения, кДж/кг, вычисляется изэксергетического баланса.
ЭксергетическийКПД печи:
/>.
Эксергетическаядиаграмма представлена на рис. 2.3.
/>
Рис. 2.2 –Эксергетическая диаграмма
3.2Тепловой баланс печи
Уравнениетеплового баланса для трубчатой печи выглядит так:
/>
Расчеттеплового баланса ведется на 1 кг топлива.
Статьирасхода тепла:
/>,
где qпол.,qух., qпот. – соответственно полезно воспринятое в печисырьем, теряемое с уходящими из печи дымовыми газами, теряемое в окружающуюсреду, кДж/кг.
Статьиприхода тепла:
/>,
где Cт,Cв, Cф.п. – соответственно теплоемкости топлива, воздуха,форсуночного водяного пара, кДж/кг;
Tт,Tв, Tф.п. – температуры топлива, воздуха, форсуночноговодяного пара, К.
Явное теплотоплива, воздуха и водяного пара обычно невелико и ими часто в техническихрасчетах пренебрегают.
Итак,уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:
/>,
/>,
/>,
/>кДж/кг.
Диаграмматепловых потоков представлена на рис. 2.3.
/>
Рис. 2.3 –Тепловая диаграмма
Списокиспользованных источников
1 Латыпов Р.Ш., ШарафиевР.Ф. Техническая термодинамика и энерготехнология химических производств. – М.:Энергоатомиздат. – 1995. – 344 с.
2 Кузнецов А.А., КагермановС.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающейпромышленности. Ленинград.: Химия. – 1974. – 344 с.