Оскільки велика кількість грошових коштівможе бути зекономлено за рахунок утилізації теплоти конденсату, перед власником будь-якого підприємства, що споживає пару, рано чи пізно постає питання:
Як можна утилізувати теплоту конденсату в пароконденсатній системі мого підприємства?
У цьому розділі будуть розглянуті типові способи утилізації теплоти конденсату, які тією чи іншою мірою можуть бути реалізовані практично в будь-якій пароконденсатній системі.
Але без детального та всебічного обстеження існуючої пароконденсатної системи неможливо сказати однозначно, чи можна застосувати в даному конкретному випадку якийсь із розглянутих способів чи ні.
Що мається на увазі під словосполученням "утилізація теплоти конденсату"?
Почнемо з кількох основних принципів:
- Для нагрівання будь-якого продукту в теплообміннику до певної температури слід використовувати насичену пару.
- Температура насиченої пари повинна бути вищою за температуру нагрівається на виході з теплообмінного апарату.
- Тиск пари та температура пари взаємопов'язані, тобто. температура в теплообміннику залежить від тиску пари.
- Ентальпія насиченої пари складається з ентальпії води (теплота конденсату) та теплоти пароутворення (прихована теплота).
- У переважній більшості випадків теплообмінники проектуються для передачі продукту тільки прихованої теплоти, тоді як конденсат, що утворюється, повинен негайно відводитися з теплообмінника.
Конденсат та його теплота втрачаються безповоротно, якщо конденсат просто скидається в атмосферу і не використовується повторно. Навіть якщо конденсат збирається в бак відкритого типу і потім використовується як поживна вода для котла, то частина теплоти конденсату все одно втрачається разом з парою вторинного закипання, який утворюється після конденсатовідвідників і потім йде в атмосферу з відкритого конденсатного бака. Це явище ми розглянемо нижче.
Утилізація теплоти конденсату в даному контексті означає максимально ефективне використання теплоти, що відноситься разом з конденсатом з теплообмінного апарату.
Для відведення конденсату з теплообмінного обладнання застосовуються конденсатовідвідники, які одночасно з цим виконують роль пристрою, що дроселює, тобто. на конденсатовідвідника відбувається падіння тиску, тобто. перепад тиску між тиском пари в теплообмінному апараті та тиском конденсату в конденсатній системі.
Крапка 1:Вхід пари в теплообмінний апарат
Крапка 2:Конденсат при температурі насичення або з невеликим переохолодженням на виході з теплообмінного апарату або перед відводником конденсату.
Відрізок 1 2:Передача прихованої теплоти пароутворення в теплообмінному апараті при постійному тиску та температурі.
Крапка 3:Стан конденсату після конденсатовідвідника.
Відрізок 2 3:Падіння тиску – при постійній ентальпії – від тиску перед конденсатовідвідником (Pv) до тиску після конденсатовідвідника (Pg) або від температури перед конденсатовідвідником до температури насичення.
Крапка 4:Конденсат при температурі насичення після відводника конденсату.
Відрізок 3 4:Енергія, що вивільняється при падінні тиску у вигляді пари вторинного закипання.
Відрізок 4 5:Залишкова теплота конденсату.
Кількість утвореної пари вторинного закипання може бути розрахована за такою формулою:
m витрата конденсату [кг/год]; h"2 ентальпія конденсату перед закипанням [Ккал/кг або кДж/кг]; h"4 ентальпія конденсату після закипання [Ккал/кг або кДж/кг]; r теплота пароутворення при тиску за конденсатовідвідником [Ккал/кг або кДж/кг].
Альтернативним способом обчислення кількості пари вторинного закипання може бути використання діаграми на рис. 69, що показує залежність кількості пари вторинного закипання (кг), що утворюється з 1 кг конденсату, від тиску перед конденсатовідвідником (у теплообміннику) і тиску після конденсатовідвідника.
Наприклад: надлишковий тиск перед конденсатовідвідником – 5 бар, надлишковий тиск після конденсатовідвідника – 0 бар, кількість пари вторинного закипання 0,11 кг/кг, тобто. 11%.
Як бачимо, кількість пари вторинного закипання залежить від перепаду тиску на конденсатовідвіднику і кількості конденсату. Цей факт також пояснює те, чому після правильно працюючого конденсатовідвідника утворюються «клуби» пари (вони особливо видно, коли конденсат після конденсатовідвідника скидається в атмосферу).
Якщо конденсат відводиться в бак відкритого типу, то можна спостерігати, як пар вторинного закипання виходить із бака в атмосферу. У цьому випадку «клуби» пари ще більші, тому що в бак надходить конденсат відразу від декількох конденсатовідвідників одночасно.
При низьких тисках питомий об'єм пари досить високий. Неможливо відрізнити гостру пару від пари вторинного закипання, тому іноді навіть фахівці плутають пар вторинного закипання з гострою парою і роблять помилкові висновки про те, що конденсатовідвідники пропускають гостру пару, хоча насправді ці конденсатовідвідники працюють нормально.
На рис. 70 показаний приклад утворення великого об'єму пари вторинного закипання після конденсатовідвідника: 100 кг/год конденсату (з пари з тиском 8 бар (б) утворюють 24 м3/год пара вторинного закипання, в той час як об'єм води після конденсатовідвідника тільки 0,086 м3/год.
Цей приклад показує, що устаткування контролю роботи конденсатоотводчиков необхідно встановлювати лише перед конденсатоотводчиками, але з після конденсатоотводчиков.
Однак якщо використовуються високоякісні конденсатовідвідники, які гарантують відмінну та безвідмовну роботу, то контроль їхнього стану в більшості випадків не потрібний. З нашої найширшої лінійки конденсатовідвідників GESTRA ми можемо запропонувати Вам надійні та якісні конденсатовідвідники для вирішення будь-якого завдання.
Зі сказаного вище стає зрозуміло, що теплота, що міститься в конденсаті перед конденсатовідвідником, після конденсатовідвідника розділяється на пар вторинного закипання і залишкову теплоту конденсату.
Так як залишковий конденсат і, отже, його теплота практично завжди повторно використовується (конденсат повертається назад в котельню і йде на підживлення котла), то в даному контексті під утилізацією теплоти конденсату ми розуміємо лише ефективне використання пари вторинного закипання.
Можна виділити 4 основні способи ефективної утилізації пари вторинного закипання:
- підтоплення теплообмінних поверхонь конденсатом;
- застосування спеціальних судин (сепараторів) для відділення та утилізації пари вторинного закипання;
- встановлення теплообмінника на загальному конденсатопроводі;
- встановлення попереднього підігрівача перед основним теплообмінним апаратом.
Спосіб №1:
Підтоплення теплообмінних поверхонь конденсатом
Щоб запобігти утворенню пари вторинного закипання після конденсатовідвідника, необхідно затримувати конденсат теплообміннику, тобто. треба підтоплювати теплообмінні поверхні. Це означає, що частина теплоти конденсату буде передаватися продукту, що нагрівається і, таким чином, конденсат буде остигати. Температура конденсату повинна бути знижена всередині теплообмінника до температури насичення (або нижче), що відповідає тиску конденсатної лінії після конденсатовідвідника.
Це означає, що ділянка труби, в якій відбувається таке охолодження конденсату, має бути досить довгою, тобто довжиною. теплообмінник буде більшою чи меншою мірою підтоплений конденсатом.
У стандартних теплообмінниках така схема утилізації теплоти конденсату застосовується порівняно рідко, оскільки підтоплення теплообмінних поверхонь знижує потужність і, отже, ефективність теплообмінника, а також може призводити до гідроударів.
Однак у випадку супутникового обігріву цей спосіб утилізації теплоти конденсату може бути реалізований за допомогою використання відповідних конденсатовідвідників (див. розділ 4.26 «Паросупутники»).
Теплообмінники з регулюванням по конденсату в більшості випадків працюють з частковим підтопленням теплообмінних поверхонь конденсатом. У цьому випадку підтоплення поверхонь конденсатом потрібне для підтримки температури постійного продукту. Однак така схема регулювання є досить інерційною і рекомендується до застосування тільки на теплообмінниках з вертикальними поверхнями, що гріють і з постійним режимомроботи.
На рис. 71 показаний підігрівач палива, оснащений регулятором температури прямої дії, який регулює витрати конденсату в залежності від температури продукту на виході з підігрівача. Конденсатовідвідник запобігає прольоту гострої пари в тих випадках, коли регулятор температури знаходиться у повністю відкритому положенні (у пускових режимах або при поломці).
Спосіб №2:
Застосування спеціальних судин (сепараторів) для відділення та утилізації пари вторинного закипання
Якщо пароконденсатной системі заводу використовується пара різних тисків, цей спосіб утилізації теплоти конденсату є оптимальним.
Якщо все-таки в пароконденсатній системі заводу використовується пар одного тиску, необхідно провести детальне обстеження даної системи щодо пошуку одного чи двох теплообмінників, які б споживати пар нижчого тиску. У переважній більшості випадків такий теплообмінник чи теплообмінники у системі є. Єдиною причиною, через яку всі теплообмінники в системі споживають пару одного тиску, дуже часто є те, що тільки така пара доступна для використання в системі.
Очевидно, що деаератори поживної води у парових котельнях є споживачами пари низького тиску. Найчастіше ці деаератори споживають гострий пар здавленням 0,2-0,5 бар (ха.).
Наприклад, пар вторинного закипання низького тиску можна використовувати у системах обігріву приміщень.
На рис. 72 показано принципову схему пароконденсатної системи з декількома теплообмінниками, що споживають пару різного тиску.
На практиці, природно, споживачів пари може бути набагато більше.
В даному випадку показана так звана відкрита конденсатна система, в якій пара вторинного закипання йде з конденсатного бака в атмосферу.
Ця система може бути оптимізована шляхом встановлення судин для відділення пари вторинного закипання між різними групами теплообмінників, а також за рахунок заміни конденсатного бака відкритого типу конденсатним баком закритого типу.
На рис. 73 показано закрита системаз трьома відокремленнями пара вторинного закипання. Конденсат із теплообмінника «16 бар» відводиться в відділник пари вторинного закипання «5 бар». Пара вторинного закипання з цього відділника йде в теплообмінник "5 бар". Якщо цієї пари з відокремлювача буде недостатньо для теплообмінного процесу, то регулятор тиску почне автоматично відкриватися і подавати недостатню кількість гострої пари в теплообмінник, тим самим, підтримуючи постійний тиск у теплообміннику та у відділнику. Конденсат з відокремлювача «5 бар» відводиться через поплавковий конденсатовідвідник у відділник пари вторинного закипання «2 бар». Конденсат із теплообмінника «5 бар» також відводиться у цей відділник. Пара вторинного закипання з відділника "2 бар" йде в теплообмінник "2 бар". Регулятор тиску автоматично подає недостатню кількість гострої пари в теплообмінник, підтримуючи постійний тиск після себе.
Конденсат із теплообмінника «2 бар» та конденсат із відділника «2 бар» відводяться в відділник «0,2-0,5 бар». Пара вторинного закипання, що утворюється в цьому відділі, використовується для подачі в атмосферний деаератор. Той, хто залишився у відділнику, конденсат відкачується насосами в бакпітальній воді.
На відділювачі пари вторинного закипання «5 бар» і «2 бар» необхідно встановити автоматичні відвідники повітря, так як неконденсовані гази (наприклад, повітря), що знаходяться в парі, можуть значно погіршити теплообмінні процеси.
У разі реконструкції існуючої пароконденсатної системи, наприклад, при переході від відкритої конденсатної системи до закритої конденсатної системи, необхідно переконатися в тому, чи буде пропускної спроможності існуючих відводників конденсату достатньо для роботи в новому режимі. Справа в тому, що у випадку із закритою конденсатною системою збільшується протитиск на конденсатовідвідниках. Як результат, перепад тиску на цих конденсатовідвідниках зменшується і, отже, знижується їхня пропускна здатність.
Звичайно, не завжди потрібне використання трьох відділників пари вторинного закипання. У більшості випадків буде достатньо одного чи двох. На рис. 74 та 75 показані такі системи.
Якщо вся пара вторинного закипання, що утворюється в системі, може бути повністю використаний в одному теплообмінному апараті, має сенс застосувати принцип термосифона. рис. 75. Єдина вимога - теплообмінний апарат повинен бути розташований вище відокремлювача пари вторинного закипання.
Відповідно до газових законів пар вторинного закипання підніматиметься нагору в теплообмінник «2 бар». Конденсат під дією сили тяжіння стікатиме вниз у відділник пари вторинного закипання.
При цьому конденсат повинен входити в відділник нижче рівня води, щоб не перешкоджати підйому пари нагору.
Для забезпечення нормальної термосифонної циркуляції необхідно ефективно відводити повітря та інші гази, що не конденсуються, з цього циркуляційного контуру. Принцип термосифона можна реалізувати, лише якщо теплообмінний апарат працює на постійному тиску.
Будь-яке регулювання роботи теплообмінного апарату по «паровій стороні» неможливе.
Спосіб №3:
Утилізація теплоти конденсату за допомогою встановлення теплообмінника на загальному конденсатопроводі.
Принципова схема показано на рис. 76.
Оптимальна температура продукту підтримується за допомогою 3-х ходового регулятора температури. Даний клапан запобігає надмірному підвищенню тиску в загальному конденсатопроводі. Для нормальної роботи даної системи необхідно, щоб кількість теплоти пароконденсатної суміші була більшою за кількість теплоти, необхідної для нагрівання продукту в теплообміннику. Надмірна кількість пароконденсатної суміші відводиться в конденсатний бак нижче рівня води. Ця пароконденсатна суміш використовується для нагрівання пом'якшеної води. Для запобігання гідроударам у конденсатному баку пароконденсатна суміш повинна подаватися в бак нижче рівня води та обов'язково через барботажну трубу. Сумарна площа всіх отворів у барботажній трубі повинна дорівнювати площі поперечного перерізу цієї труби.
Кінець барботажної труби має бути заглушений. У трубі вище за рівень води (всередині бака) необхідно передбачити невеликий отвір, який при зупинках системи запобігає всмоктуванню конденсату в барботажну трубу. Така система забезпечує максимальну утилізацію пари вторинного закипання.
Спосіб №4:
Утилізація теплоти конденсату за допомогою установки попереднього підігрівача передосновним теплообмінним апаратом.
Якщо утилізація пари вторинного закипання безпосередньо в основному теплообмінному апараті неможлива, перед цим теплообмінним апаратом можна встановити попередній підігрівач.
Теплообмінний апарат використовується для нагрівання продукту від початкової температури до кінцевої температури.
Цей теплообмінний процес вимагає певної кількості пари. Однак, якщо «вторинне тепло» використовується для попереднього підігріву продукту, то для досягнення кінцевої температури продукту в основному теплообміннику потрібно менше пари.
Попереднє підігрів продукту можна здійснювати за допомогою нерегульованої подачі пари вторинного закипання в попередній підігрівач (якщо можливо, то з використанням термосифона, див. рис. 75) або, наприклад, у невеликих системах за допомогою подачі пароконденсатної суміші безпосередньо в попередній підігрівач (мал. 77)
Основний теплообмінний апарат нагріває продукт – у нашому прикладі вода – до необхідної кінцевої температури. Якщо пароконденсатна система досить велика і протяжна, то, природно, можна використовувати кілька попередніх підігрівачів різних точках системи для послідовного підігріву продукту.
У разі великих теплообмінних апаратів рекомендується проводити утилізацію пари вторинного закипання і частини теплоти конденсату в попередніх підігрівачах, які можуть бути складовими елементами цих теплообмінних апаратів, будь-яко можуть встановлюватися в безпосередній близькості від цих теплообмінних апаратів (збоку або знизу).
На рис. 78 схематично показаний калорифер з попереднім підігрівачем, встановленим на вході повітря калорифер.
Суміш конденсату і пара вторинного закипання від різних секцій, що гріють, йде в конденсатний бак через попередній підігрівач. Прихована теплота пароутворення вторинної пари і частина теплоти конденсату передаються холодному повітрю, що надходить калорифер. Конденсат після попереднього підігрівача стікає у конденсатний бак щодо холодним і без пари вторинного закипання.
У прикладі на рис. 79 показаний попередній підігрівач, встановлений під теплообмінним основним апаратом.
Конденсат із основного теплообмінного апарату самопливом надходить у попередній підігрівач і віддає в ньому свою теплоту продукту. Відведення охолодженого конденсату з попереднього підігрівача здійснюється за допомогою конденсатовідвідника поплавця. Між попереднім підігрівачем і конденсатовідвідником поплавця повинен бути перегин трубопроводу, причому, верхня точка перегину повинна знаходитися вище попереднього підігрівача.
Для підтримки постійного рівня до та після попереднього підігрівача необхідно встановити трубку для вирівнювання тиску. Дана трубка повинна з'єднувати саму верхню точку ділянки трубопроводу між попереднім підігрівачем і конденсатовідвідником поплавця і трубопровід подачі пари в основний теплообмінний апарат. У цьому випадку попередній підігрівач завжди буде затоплений конденсатом. Тиск в основному теплообмінному апараті та в попередньому підігрівачі буде однаковим (у даному випадку ми нехтуємо статичним тиском стовпа рідини між основним теплообмінним апаратом та попереднім підігрівачем).
На виході з основного теплообмінного апарату необхідно встановити автоматичний відвідник повітря.
Цей спосіб взаємного розташуванняосновного теплообмінного апарату та попереднього підігрівача має деякі переваги порівняно зі способом, показаним на Рис. 78 (попередній підігрівач розташований збоку від основного теплообмінного апарату): як гріюче середовище в попередньому підігрівачі використовується тільки вода; вхідна температура продукту вища; діаметри трубопроводів можуть бути зменшені; практично повністю виключаються проблеми, пов'язані з гідроударами, кавітацією та ерозією у трубопроводах (дані проблеми характерні для двофазних потоків пар/конденсат).
Площа поверхонь, що гріють, попереднього підігрівача розраховується, виходячи з доступної для утилізації кількості «вторинного тепла» і необхідної вихідної температури конденсату.
Якщо Ви хочете покращити тепловий баланс Вашого підприємства за допомогою зниження теплових втрат, то фахівці GESTRA завжди готові обговорити з Вами існуючі проблеми та розробити детальний план заходів, який задовольняє конкретно. Ваші вимоги Природно, ми також поставимо Вам все необхідне обладнання та проведемо шеф-монтажні та пусконалагоджувальні роботи.
У всьому світі і насамперед у країнах Західної Європита США широко застосовуються технічне рішення, що дозволяють зменшити вартість життєвого циклу холодильної установки. Це і застосування електронних розширювальних вентилів, і оптимізація тиску конденсації в залежності від температури зовнішнього повітря, і встановлення тиску всмоктування холодильної машини в залежності від навантаження на неї, управління компресорами і вентиляторами конденсатора за допомогою перетворювачів частоти, що дозволяють істотно зменшити споживання енергії. У Росії активне впровадження подібних рішень довгий часстримувалося через помітно нижчі, ніж на Заході, ціни на енергоносії, що не дозволяли окупити додаткові капіталовкладення щодо короткий строк. Однак у Останніми рокамитехнології енергозбереження стають все більш актуальними і в нашій країні.
Системи утилізації тепла конденсації холодильної машини стоять окремо від перерахованих вище рішень, оскільки дозволяють економити не електроенергію, що споживається безпосередньо системою холодопостачання, а дають змогу знизити витрати інших систем, що використовуються на об'єкті.
Якщо розглядати термодинаміку циклу, можна побачити, що є дві основні можливості зняти теплоту. Перша – використовувати перегрів стисненого в компресорі газу. Друга – утилізувати теплоту конденсації холодоагенту.
У разі використання перегріву стисненого газу в холодильному контурі встановлюється додатковий теплообмінник. У цьому випадку можна утилізувати до 20% всього тепла, яке скидається установкою. Оскільки температура холодоагенту в кінці процесу стиснення може перевищувати 100 °C, середовище (повітря або вода) нагрівається до 80-90 °C.
При утилізації теплоти конденсації можна зняти набагато більше тепла, але низькопотенційного тепла, що дозволяє нагріти воду або повітря лише до 30 градусів.
Навіщо може бути використане утилізоване тепло? Найбільш очевидне застосування – повітряне опалення взимку. У найпростішому варіанті установка має два паралельно встановлені конденсатори, один - на вулиці (він працює в теплу пору року), а другий - усередині приміщення (він підігріває повітря в холоди). У недорогому виконанні таке рішення не має жодної регулюючої автоматики. Переведення із зимового режиму в літній проводиться вручну відключенням відповідного конденсатора за допомогою запірних клапанів. Більш складні варіанти мають один конденсатор, встановлений у приміщенні, і систему, яка спрямовує потік повітря або на вулицю, або всередину приміщення. Управління розподілом потоку може бути як ручним, і автоматичним.
В даний час набирає популярності застосування утилізованого тепла для підігріву води, що йде на різні технічні потреби.
Як правило, і для опалення, і для нагрівання води використовують перегрів стисненого газу, оскільки температури, яку можна отримати при утилізації тепла конденсації холодоагенту, недостатньо. Використання перегріву газу дозволяє нагріти воду до 40-50 ° C і від. У разі коли холодильна машина не забезпечує потрібної продуктивності або не може працювати постійно, а ємності бака-акумулятора для підтримки температури недостатньо, застосовують електричні нагрівачі або газові бойлери.
Цікавим різновидом подібних систем є каскадні установки з високотемпературним тепловим насосом як верхній контур, який підігріває воду до 65-80 °C. Така вода може використовуватися для санітарної обробкиповерхонь (при цій температурі гине більшість бактерій), у хімічному виробництві. За великої потреби у гарячій воді для промислових потреб доцільно застосування систем із транскритичним циклом на СО 2 . Вони менш ефективні в порівнянні з традиційними, але дозволяють нагрівати воду до вищої температури.
Для застосування систем утилізації тепла бажано, щоб графіки роботи холодильної машини та потреби у гарячій воді по можливості збігалися. Тому найдоцільніше використовувати ці системи там, де холод виробляється постійно. Наприклад, на підприємствах харчової промисловості, де гаряча вода необхідна миття приміщень. Цікавим є застосування систем подібного роду на льодових катках. Гаряча водатут може використовуватися для захисту ґрунту під охолоджуваною плитою від замерзання, а також для різних технологічних потреб. Оцінці економічної ефективності застосування систем утилізації на промислових підприємствах було присвячено статтю у журналі «Світ клімату» № 52.
Все більший інтерес до подібних систем виявляють магазини та торговельні мережі. Ще б пак - при відносно невеликих додаткових капітальних витратах системи рекуперації тепла дозволяють забезпечити гарячою водоюцілий супермаркет!
Цікавим є американський досвід використання теплоти перегріву конденсаторів молокоохолоджувачів на фермах. Принципова схема установки показано на рис. 1. Вода, що надходить із водопроводу, нагрівається гарячим газом і надходить у підігрівач, де її температура збільшується до необхідного значення. Експлуатація таких установок протягом року дозволила втричі зменшити витрати енергії на нагрівання води. Особливо помітний економічний ефект було отримано там, де підігрів здійснювався рідким паливом.
Слід зазначити, що система утилізації тепла може бути встановлена і на холодильній машині, що вже діє. Так, канадська служба з питань енергетичної ефективності The Office of Energy Efficiency (OEE) опублікувала звіт про модернізацію системи холодопостачання кухні одного з найбільших медичних центрів Канади. Лінії нагнітання всіх 10 компресорів об'єднали в одну і встановили на ній пластинчасто-паяний теплообмінник, в якому вода підігрівалася з 10°C до 30°C і прямувала до газового бойлера, де доводилася до необхідної температури. Завдяки застосуванню утилізації річне споживання газу знизилося на 40%, термін окупності системи становив 2,3 роки. У нашій країні успішний досвід модернізації діючої установки було здійснено компанією «Простор-Л» на льодовій арені «Локомотив» у Ярославлі. Система утилізації тепла, що виробляє гарячу воду для технологічних потреб, була встановлена через півтора року після здачі об'єкта в експлуатацію. Завдяки її застосуванню витрата гарячої води з міської мережі скоротилася вдесятеро, а сама система окупилася менш як за два роки.
Важливо, що системи утилізації тепла зазвичай виконуються за індивідуальними проектами під конкретне завдання. Дуже важливо правильно підібрати всі компоненти системи та без помилок її спроектувати. Теплообмінник-утилізатор, як правило, має пластинчасту конструкцію, хоча на великих установкахзастосовуються і кожухо-трубні теплообмінники. Якщо конструкції передбачено наявність предконденсатора, необхідний його точний підбір з метою недопущення конденсації холодоагенту. При використанні одночасно кількох джерел тепла, наприклад, середньо- та низькотемпературних центральних холодильних машин, важливо передбачити таке їх компонування в машинному відділенні, яке дозволить забезпечити зручне прокладання трубопроводів для гарячої води та доступ до систем автоматики та запірної арматури.
Як приклад використання утилізації тепла у промисловості розглянемо систему, яку застосував один із лідерів холодильного бізнесу — компанія ТОВ «Термокул» (м. Москва) (рис. 2). Гаряча вода виробляється системою холодопостачання камери шокової заморозки. Вода, що отримується в результаті нагрівання, використовується для розморожування м'яса, відтавання камери шокового заморожування та миття підлог після завершення зміни. Її можна використовувати й інших потреб. У даній системі на лінії нагнітання перед основним конденсатором змонтований передконденсатор (рис. 3), що є пластинчасто-паяним теплообмінником фірми «Данфосс». Сумарне тепло перегріву гарячого газу, яке виділяється системою холодопостачання на базі трьох гвинтових компресорів Bitzer HSN 8571, становить 450 кВт. Передконденсатор дає змогу утилізувати до 400 кВт тепла. Вода, що має температуру 8 °C, нагрівається до 40 °C із продуктивністю 11 кубометрів на годину, що дозволяє повністю задовольнити всі технологічні потреби. Для компенсації зниження продуктивності при відключення компресорів в системі встановлено бак-накопичувач об'ємом 3 кубічних метра.
Застосування такого технічного рішення дозволяє економити на електроенергії та прокладання інженерних комунікацій, що є дуже важливим для підприємства.
Статтю підготували Сергій Бучин та Сергій Смагін
- Холодильні машини та холодильні установки. Приклад проектування холодильних центрів
- «Розрахунок теплового балансу, надходження вологи, повітрообміну, побудова J-d діаграм. Мультизональне кондиціювання. Приклади рішень»
- Проектувальнику. Матеріали журналу "Світ клімату"
- Основні параметри повітря, класи фільтрів, розрахунок потужності калориферу, стандарти та нормативні документи, таблиця фізичних величин
- Окремі технічні рішення, обладнання Що таке еліптична заглушка і навіщо вона потрібна
Вплив чинних температурних нормативів на енергоспоживання центрів обробки даних Нові методи підвищення енергоефективності систем кондиціювання центрів обробки даних Підвищення ефективності твердопаливного каміна - Системи утилізації тепла в холодильних установках Мікроклімат виносховищ та обладнання для його створення Підбір обладнання для спеціалізованих систем подачі зовнішнього повітря (DOAS) Система вентиляції тунелів. Устаткування компанії TLT-TURBO GmbH Застосування обладнання Wesper у комплексі з глибокої переробки нафти підприємства «КИРИШИНЕФТЕОРГСИНТЕЗ» Управління повітрообмінним у лабораторних приміщеннях Комплексне використання систем розподілу повітря в підпільних каналах (UFAD) у поєднанні з балками, що охолоджують. Система вентиляції тунелів. Вибір схеми вентиляції Розрахунок повітряно-теплових завіс на основі нового виду подання експериментальних даних про теплові та масові втрати Досвід створення децентралізованої системи вентиляції під час реконструкції будівлі Холодні балки для лабораторії. Використання подвійної рекуперації енергії Забезпечення надійності на стадії проектування Утилізація теплоти, що виділяється під час роботи холодильної установки промислового підприємства Методика аеродинамічного розрахунку повітроводів Методика підбору спліт-системи від компанії DAICHI Новий стандарт проектування теплової ізоляції Прикладні питання класифікації приміщень за кліматичними параметрами Оптимізація управління та структури систем вентиляції Варіатори та дренажні помпи від EDC Нове довідкове видання від АВОК Новий підхід до будівництва та експлуатації систем холодопостачання будівель з кондиціюванням повітря Ваш вибір... Зіставлення фреонових кондиціонерів за технічними характеристиками Вібраційні характеристики вентиляторів Вентиляція на підприємствах комунального харчування Нові прилади для вентиляції приміщень із герметичними вікнами Автоматика для систем вентиляції та кондиціювання SHUFT Система дистанційного контролю та керування параметрами технологічних процесів від компанії «Термокул» Безкоштовний холод – реальність наших днів
Утилізація теплоти вже багато років широко застосовується в теплоенергетикуе - підігрівачі поживної води, економайзери, повітро-підігрівачі, газотурбінні регенератори і т. д., але в холодильній техніці їй приділяється недостатня увага. Це можна пояснити тим, що зазвичай скидається теплота низького потенціалу (при температурі нижче 100 ° С), тому для її використання необхідно вводити в холодильну систему додаткові теплообмінники і прилади автоматики, що ускладнює її. При цьому холодильна система стає більш чутливою до зміни зовнішніх параметрів.
У зв'язку з енергетичною проблемою, в даний час проектувальники, в тому числі і холодильного обладнання, змушені уважніше аналізувати традиційні системи в пошуках нових схем з регенерацією теплоти конденсації.
Якщо холодильна установка має повітряний конденсатор, можна використовувати нагріте повітря безпосередньо після конденсатора для обігріву приміщень. Можна корисно використовувати і теплоту перегрітих парів холодоагенту після компресс-сора, мають більш високий температурний потенціал.
Вперше схеми утилізації теплоти були розроблені європейськими фірмами, оскільки в Європі склалися вищі ціни на електроенергію в порівнянні з цінами в США.
Комплектне холодильне обладнання фірми ”Костан” (Італія), розроблене останніми роками, із системою утилізації теплоти повітряних конденсаторів застосовується для опалення торгового залу магазинів типу ”Універсам”. Такі системи дають змогу скоротити загальне енергоспоживання в магазині на 20—30%.
основна ціль- Використання максимально можливої кількості теплоти, що виділяється холодильною машиною в навколишнє середовище. Теплота передається або безпосередньо потоком теплого повітряпісля конденсатора в торговий зал магазину під час опалювального сезону, або в додатковий теплообмінник-акумулятор (теплота перегрітих парів холодоагенту) для отримання теплої води, яка використовується для технологічних потреб протягом усього року.
Досвід експлуатації систем за першим способом показав, що вони прості в обслуговуванні, але порівняно громіздкі, використання їх пов'язане з необхідністю встановлення додаткових вентиляторів для переміщення великої кількостіповітря та повітряних фільтрів, що в кінцевому підсумку призводить до зростання наведених витрат. З огляду на це перевагу віддають більш складним схемам, незважаючи на те, що їх реалізація ускладнює експлуатацію.
Найбільш простою схемою з теплообмінником-акумулятором є схема з послідовним з'єднанням конденсатора і акумулятора. Ця схема працює в такий спосіб. При температурах води на вході в теплообмінник-акумулятор і температура навколишнього повітря, рівних 10°С, температура конденсації tK становить 20 С. Протягом короткого часу (наприклад, протягом ночі) вода в акумуляторі нагрівається до 50° З a t підвищується до 30°С. Пояснюється це тим, що загальна продуктивність конденсатора та акумулятора знижується, оскільки при нагріванні води зменшується початковий температурний тиск у акумуляторі.
Підвищення на 10°С цілком допустимо, проте при несприятливих поєднаннях високої температури та малого споживання води може спостерігатися і більш значне підвищення температури конденсації. Ця схема має такі недоліки при експлуатації: - коливання тиску конденсації; періодичне значне зниження тиску в ресивері, що призводить до порушення живлення випарника рідиною; можливе зворотне перетікання рідини повітряний конденсатор під час зупинки компресора, коли t значно нижче температури в ресивері.
Установка регулятора тиску конденсації дозволяє запобігати зворотному перетіканню конденсату з ресивера в повітряний конденсатор, а також підтримувати необхідний тиск конденсації, наприклад, що відповідає 25 °С.
При підвищенні tw до 50 ° С і tок до 25 ° С регулятор тиску повністю відкривається, при цьому падіння тиску в ньому не перевищує 0,001 МПа.
Якщо і t знижуються до 10 ° С, то регулятор тиску закривається і внутрішня порожнина повітряного конденсатора, а також частина змійовика теплообмінника-акумулятора заповнюються рідиною. При підвищенні t до 25 ° С регулятор тиску знову відкривається і рідина з повітряного конденсатора виходить переохолодженою. Тиск над поверхнею рідини в ресивері дорівнюватиме тиску конденсації мінус падіння тиску в регуляторі, причому тиск в ресивері може стати настільки низьким (наприклад, відповідати tK< 15°С), что жидкость перед подачей к регулирующему вентилю не будет переох-лажденной. В этом случае необходимо ввести в схему регенеративный теплообменник.
Для підтримки тиску в ресивері у схему також вводиться диференціальний клапан. При tк = 20 ° С і tок - 40 ° С диференціальний клапан закритий, падіння тиску в трубопроводах повітряного конденсатора, теплообмінника-акумулятора та регулятора тиску незначно.
При зниженні до 0°С, a t до 10°С рідина перед регулятором тиску матиме температуру приблизно 10°С. Падіння тиску в регуляторі тиску стане значним, відкриється диференціальний клапан 6 і гаряча пара надходитиме в ресивер.
Однак і це повністю не виключає проблеми відсутності переохолодження рідини в ресивері. Необхідні обов'язкова установка регенеративного теплообмінника або використання ресивера спеціальної конструкції. В цьому випадку холодна рідина з конденсатора прямує безпосередньо в рідинний трубопровід. Такого ж ефекту можна досягти установкою вертикального реси-вера, в якому холодніша рідина опускається на дно, а гаряча пара надходить у верхню частину.
Розташування регулятора тиску в схемі між теплообмінником-акумулятором і повітряним конденсатором. переважно з таких причин: взимку може знадобитися багато часу на досягнення необхідного тиску конденсації; в компресс-сорно-конденсаторном агрегаті рідко буває достатньої довжина трубопроводу між конденсатором і ресивером; у існуючих установках необхідно відключати зливальний трубопровід, щоб вбудувати теплообмінник-акумулятор. За цією схемою встановлюється зворотний клапан.
Розроблено схеми з паралельним з'єднанням повітряних конденсаторівдля підтримки в одному приміщенні температури 20 ° С, а в іншому, де часто відкриваються взимку двері, - 10 ° С. Такі схеми також вимагають встановлення регуляторів тиску та диференціальних клапанів.
Паралельно включені конденсатори з утилізацією теплоти в літній часзазвичай не працюють, і тиск у них дещо нижчий, ніж в основному конденсаторі. Внаслідок нещільного закриття соленоїдних і зворотних клапанів можливі рециркуляція рідини та заповнення конденсатора-утилізатора. Щоб уникнути цього в схемі передбачають байпасний трубопровід, через який періодично включається конденсатор з утилізацією теплоти по сигналу реле часу.
Коливання теплового навантаження основного конденсатора і конденсаторів з утилізацією теплоти пов'язані з необхідністю використання в таких схемах ресивера більшої місткості, ніж у холодильних машинах без утилізації теплоти, або установки додаткового ресивера паралельно першому, що змушує збільшувати кількість холодоагенту для заправки.
Аналіз різних схем утилізації теплотиз використанням стандартних теплообмінників коаксіального типу (труба в трубі) при повній конденсації в них і використанні лише теплоти перегріву парів показує, що установка працює економічніше при повній конденсації в регенераторі теплоти лише при безперервному та стабільному використанні теплої води.
Холодильна машина працює за двома циклами (з температурою кипіння - 10 ° С і різними температурами конденсації 35 і 55 ° С). Як регенератор теплоти використовується додатковий протиточний водяний теплообмінник, що передає теплоту перегріву парів холодоагенту при температурному натиску холодопродуктивності компресора 10 кВт і споживаної потужності 2,1 кВт (Тк = 35 ° С) в основному конденсаторі можна нагріти воду (при витраті її 0,012 кг/с) з 10 до 30°С, а потім в регенераторі підвищити температуру води з 30 до 65 °С. У циклі з 55°С при холодопродуктивності 10 кВт і потужності 3,5 кВт в основному конденсаторі води (при витраті 0,05 кг/с) нагрівається з 10 до 50°С, і потім в додатковому теплообміннику-регенераторі вода ( при витраті 0,017 кг/с) нагрівається з 50 до 91°С. У першому випадку корисно використовується 13,7%, у другому - 52% всієї енергії, що підводиться.
У всіх випадках при виборі системи утилізації теплоти холодильної машини необхідно визначити таке:
- холодопродуктивність компресора та теплове навантаження на конденсатор;
- режим роботи холодильної машини у літній та зимовий періоди; можливість використання утилізованої теплоти; взаємозв'язок між необхідною теплотою для обігріву приміщення та нагрівання води;
- необхідну температуру теплої води та витрату її за часом; надійність роботи холодильної машини у режимі одержання холоду.
- Досвід експлуатації систем утилізації теплоти показує, що початкові капітальні витрати на таку систему у великих магазинах окупаються протягом 5 років, тому їх використання економічно доцільне.
З усіх видів споживаної в хімічної промисловостіЕнергія перше місце належить тепловій енергії. Ступінь використання тепла під час проведення хіміко-технологічного процесу визначається тепловим К.П.Д.:
де Q т і Q пр відповідно кількість тепла, що теоретично і практично витрачається на здійснення реакції.
Використання вторинних енергетичних ресурсів (відходів) підвищує К.П.Д. Енергетичні відходи використовуються у хімічних та інших галузях промисловості для різних потреб.
Особливо велике значенняу хімічній промисловості має утилізація тепла продуктів реакцій, що виходять з реакторів, попереднього нагрівуматеріалів, що надходять у ці реактори. Таке нагрівання здійснюється в апаратах, званих регенераторами, рекуператорами та котлами-утилізаторами. Вони накопичують тепло газів, що відходять або продуктів, і віддають його для проведення процесів.
Регенератори є періодично діючі камери, заповнені насадкою. Для безперервного процесу необхідно мати принаймні 2 регенератори.
Гарячий газ спочатку проходить через регенератор А, нагріває його насадку, а сам охолоджується. Холодний газ проходить через регенератор Б і нагрівається від нагрітої раніше насадки. Після нагрівання насадки А і охолодження Б заслінки перекривають і т.д.
У рекуператорах реагенти надходять у теплообмінник, де нагріваються за рахунок тепла гарячих продуктів, що виходять з реакційного апарату, а потім подаються в реактор. Теплообмін відбувається через стінки труб теплообмінника.
У котлах-утилізаторах тепло газів, що відходять, і продуктів реакції використовують для отримання пари.
Гарячі гази рухаються трубами, розміщеними в корпусі котла. У міжтрубному просторі є вода. Пар, що утворюється, проходячи вологовідділювач, виходить з котла.
Сировина
Хімічна промисловість характеризується високою матеріаломісткістю виробництва. На одну тонну готової хімічної продукції витрачається, як правило, кілька тонн сировини та матеріалів. Звідси випливає, що собівартість хімічної продукції значною мірою визначається якістю сировини, способами та вартістю її отримання та підготовки. У хімічній промисловості витрати на сировину у собівартості продукції становлять 60-70% і більше.
Від виду та якості сировини суттєво залежить повнота використання виробничих потужностей галузей хімічної промисловості, продуктивність тепла, тривалість роботи обладнання, витрати праці та ін. Властивості сировини, вміст у ньому корисних і шкідливих компонентів визначають технологію його обробки.
Види сировини дуже різноманітні, і їх можна поділити на такі групи:
- мінеральну сировину;
- рослинна та тваринна сировина;
- повітря, вода.
1. Мінеральна сировина – корисні копалини, що видобуваються із земних надр.
Корисні копалини у свою чергу поділяються на:
- рудні (отримання металів) важливі поліметалеві руди
- нерудні (добрива, солі, H + , OH - скло тощо)
- пальне (вугілля, нафта, газ, сланці)
Рудна сировина – це гірські породи, у тому числі екологічно вигідно отримувати метали. Метали в ньому знаходяться переважно у вигляді оксидів і сульфідів. Руди кольорових металів досить часто містять у своєму складі сполуки кількох металів – це сульфіди Pb, Cu, Zn, Ag, Ni та ін. Такі руди називають поліметалевимичи комплексними. Неодмінною складовоювсіх промислових руд є FeS 2 – пірит. При переробці деяких руд одержують поряд із металами та інші продукти. Так, наприклад, одночасно з Cu, Zn, Ni при переробці сульфідних руд отримують і H 2 SO 4 .
Нерудна сировина – це гірські породи, що використовуються у виробництві неметалічних матеріалів (крім хлоридів лужних металів та Mg). Цей вид сировини або безпосередньо використовується у народному господарстві (без хімічної переробки) або служить для того чи іншого хімічного виробництва. Цю сировину використовують у виробництві добрив, солей, кислот, лугів, цементу, скла, кераміки тощо.
Нерудну сировину умовно поділяють такі групи:
- будівельні матеріали- сировина використовується безпосередньо або після механічного або фізико-хімічного відпрацювання (жвір, пісок, глина і т.д.)
- індустріальна сировина - використовується у виробництві без обробки (графіт, слюда, корунд)
- хімічну мінеральну сировину – використовують безпосередньо після хімічної обробки (сірка, селітра, фосфорит, апатит, сильвініт, кам'яна та інші солі)
- дорогоцінна, напівдорогоцінна та виробна сировина (алмаз, смарагд, рубін, малахіт, яшма, мармур і т.д.)
Пальне мінеральне сировину – копалини, які можуть бути як палива (вугілля, нафту, газ, горючі сланці та інших.)
2. Рослинна та тваринна сировина – це продукти сільського (землеробства, тваринництва, овочівництва), а також м'ясного та рибного господарства.
За своїм призначенням воно поділяється на харчове та технічне. До харчової сировини відносяться картопля, цукрові буряки, хлібні злаки і т.д. Хімічна та інші галузі промисловості споживають рослинну та тваринну сировину, непридатну для їжі (бавовна, солома, льон, китовий жир, пазурі тощо). Поділ сировини на харчову та технічну в деяких випадках умовний (картопля → спирт).
3. Повітря і вода є найдешевшою та найдоступнішою сировиною. Повітря – практично невичерпне джерело N 2 і O 2. H 2 O як безпосереднє джерело H 2 і O 2 , а й бере участь у всіх хімічних процесах, і навіть використовується як розчинник.
Економічний потенціал будь-якої країни в сучасних умовахбільшою мірою визначається природними ресурсами з корисними копалинами, масштабами і якісної характеристикою їх місць, і навіть рівнем розвитку сировинних галузей промисловості.
Сировинні ресурси сучасної промисловості дуже різноманітні, причому з розвитком нової техніки, впровадженням більш ефективних методіввиробництва сировинна база постійно розширюється рахунок відкриття нових родовищ, освоєння нових видів сировини і повного використання всіх його компонентів.
Вітчизняна промисловість має потужну сировинну базу і має у своєму розпорядженні запаси всіх необхідних їй видів мінеральної та органічної сировини. В даний час США займає перше місце у світі з видобутку запасів P, кам'яних солей, NaCl, Na 2 SO 4 , азбесту, торфу, деревини і т.д. У нас одне з перших місць з розвіданих покладів нафти та газу. І розвідані запаси сировини рік у рік зростають.
на сучасному етапірозвитку промисловості велике значення набуває раціонального використання сировини, що передбачає наступні заходи. Раціональне використання сировини дозволяє підвищити екологічну ефективність виробництва, т.к. Ціна сировини становить основну частку у собівартості хімічної продукції. У зв'язку з цим прагнуть використовувати дешевшу, особливо місцеву сировину. Наприклад, в даний час як вуглеводнева сировина все ширше використовують нафту і газ, а не кам'яне вугілля, етиловий спирт, отриманий з харчової сировини замінюють на гідролізний з деревини.
Державне освітня установавищого професійної освіти
«Самарський державний Технічний університет»
Кафедра «Хімічна технологія та промислова екологія»
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни «Технічна термодинаміка та теплотехніка»
Тема: Розрахунок установки утилізації теплоти газів, що відходять, технологічної печі
Виконав: Студент Рябініна О.О.
ЗФ курс ІІІ група 19
Перевірив: Консультант Чуркіна А.Ю.
Самара 2010 р.
Вступ
На більшості хімічних підприємств утворюються високо- та низько-температурні теплові відходи, які можуть бути використані як вторинні енергетичні ресурси (ВЕР). До них відносяться гази, що йдуть, різних котлів і технологічних печей, охолоджувані потоки, охолоджувальна вода і відпрацьована пара.
Теплові ВЕР значною мірою покривають потреби у теплі окремих виробництв. Так було в азотної промисловості з допомогою ВЕР задовольняється понад 26 % потреби у теплі, в содовій промисловості – понад 11 %.
Кількість використаних ВЕР залежить від трьох факторів: температури ВЕР, їх теплової потужності та безперервності виходу.
В даний час найбільшого поширення набула утилізація тепла виробничих газів, що відходять, які майже для всіх вогнетехнічних процесів мають високий температурний потенціал і в більшості виробництв можуть використовуватися безперервно. Тепло відхідних газів є основною складовою енергетичного балансу. Його використовують переважно для технологічних, а в деяких випадках – і для енергетичних цілей (у котлах-утилізаторах).
Однак широке використання високотемпературних теплових ВЕР пов'язане з розробкою методів утилізації, у тому числі тепла розжарених шлаків, продуктів і т. д., нових способів утилізації тепла газів, що відходять, а також з удосконаленням конструкцій існуючого утилізаційного обладнання.
1. Опис технологічної схеми
У трубчастих печах, що не мають камери конвекції, або в печах радіантно-конвекційного типу, але мають порівняно високу початкову температуру продукту, що нагрівається, температура відхідних газів може бути порівняно високою, що призводить до підвищених втрат тепла, зменшення ККД печі і більшій витраті палива. Тому необхідно використовувати тепло газів, що відходять. Цього можна досягти або застосуванням повітропідігрівача, що нагріває повітря, що надходить у піч для горіння палива, або встановленням котлів-утилізаторів, що дозволяють отримати водяну пару, необхідну для технологічних потреб.
Однак для здійснення підігріву повітря потрібні додаткові витрати на спорудження повітропідігрівача, повітродувки, а також додаткова витрата електроенергії, що споживається двигуном повітродувки.
Для забезпечення нормальної експлуатації повітропідігрівача важливо запобігти можливості корозії його поверхні з боку потоку димових газів. Таке явище можливе, коли температура поверхні теплообміну нижче температури точки роси; при цьому частина димових газів, безпосередньо стикаючись з поверхнею повітропідігрівача, значно охолоджується, водяна пара, що міститься в них, частково конденсується і, поглинаючи з газів діоксид сірки, утворює агресивну слабку кислоту.
Точка роси відповідає температурі, при якій тиск насиченої пари води виявляється рівним парціальному тиску водяної пари, що містяться в димових газах.
Одним з найбільш надійних способів захисту від корозії є попередній підігрів повітря будь-яким способом (наприклад, водяних або парових калориферах) до температури вище точки роси. Така корозія може мати місце і на поверхні конвекційних труб, якщо температура сировини, що надходить у піч, нижча за точку роси.
Джерелом теплоти, підвищення температури насиченої пари, є реакція окислення (горіння) первинного палива. Димові гази, що утворюються при горінні, віддають свою теплоту в радіаційній, а потім конвекційній камерах сировинному потоку (водяному пару). Перегріта водяна пара надходить до споживача, а продукти згоряння залишають піч і надходять у котел-утилізатор. На виході з КУ насичена водяна пара надходить назад на подачу в піч перегріву пари, а димові гази, охолоджуючись живильною водою, надходять у повітропідігрівач. З повітропогрівача димові гази надходять у КТАН, де вода, що надходить по змійовику, нагрівається і йде на пряму до споживача, а димові гази – в атмосферу.
2. Розрахунок печі
2.1 Розрахунок процесу горіння
Визначимо нижчу теплоту згоряння палива Q р н. Якщо паливо є індивідуальним вуглеводнем, то теплота згоряння його Q р н дорівнює стандартній теплоті згоряння за вирахуванням теплоти випаровування води, що знаходиться в продуктах згоряння. Також вона може бути розрахована за стандартними тепловими ефектами утворення вихідних та кінцевих продуктів виходячи із закону Гесса.
Для палива, що складається із суміші вуглеводнів, теплота згоряння визначається, але правилом адитивності:
де Q pi н - теплота згоряння i-го компонента палива;
y i - концентрація i-го компонента палива в частках від одиниці, тоді:
Q р н см = 35,84 ∙ 0,987 + 63,80 ∙ 0,0033+ 91,32 ∙ 0,0012+ 118,73 ∙ 0,0004 + 146,10 ∙ 0,0001 = 35,75 МДж/м .
Молярна маса палива:
M m = Σ M i ∙ y i ,
де M i – молярна маса i-го компонента палива, звідси:
M m =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 ∙ 0,007 = 16,25 кг/ міль.
кг/м 3 ,
тоді Q р н см, виражена МДж/кг, дорівнює:
МДж/кг.
Результати розрахунку зводимо у табл. 1:
Склад палива Таблиця 1
| Компонент | Молярна маса M i , | Молярна частка y i , кмоль/кмоль | |
| 16,042 | 0,9870 | 15,83 | |
| 30,070 | 0,0033 | 0,10 | |
| 44,094 | 0,0012 | 0,05 | |
| 58,120 | 0,0004 | 0,02 | |
| 72,150 | 0,0001 | 0,01 | |
| 44,010 | 0,0010 | 0,04 | |
| 28,010 | 0,0070 | 0,20 | |
| РАЗОМ: | 1,0000 | 16,25 |
Визначимо елементарний склад палива, % (мас.):
,
де n i C , n i H , n i N , n i O - число атомів вуглецю, водню, азоту та кисню в молекулах окремих компонентів, що входять до складу палива;
Вміст кожного компонента палива, мас. %;
Mi - молярна маса окремих компонентів палива;
М m – молярна маса палива.
Перевірка складу:
C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100% (мас.).
Визначимо теоретичну кількість повітря, необхідну для спалювання 1 кг палива, воно визначається зі стехіометричного рівняння реакції горіння та вмісту кисню в атмосферному повітрі. Якщо відомий елементарний склад палива, теоретична кількість повітря L 0 кг/кг обчислюється за формулою:
На практиці для забезпечення повноти згоряння палива в топку вводять надмірну кількість повітря, знайдемо дійсну витрату повітря при α = 1,25:
де L - дійсна витрата повітря;
α - коефіцієнт надлишку повітря,
L=1,25∙17,0 = 21,25 кг/кг.
Питома кількість повітря (н. у.) для горіння 1 кг палива:
де ρ в = 1,293 – щільність повітря за нормальних умов,
м 3 /кг.
Знайдемо кількість продуктів згоряння, що утворюються при спалюванні 1 кг палива:
якщо відомий елементарний склад палива, то масовий склад димових газів у розрахунку на 1 кг палива при повному його згоранні може бути визначений на підставі наступних рівнянь:
де m CO2, m H2O, m N2, m O2 - маса відповідних газів, кг.
Сумарна кількість продуктів горіння:
m п. с = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2
m п. с = 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 кг/кг.
Перевіряємо отриману величину:
де W ф - питома витрата форсункової пари при спалюванні рідкого палива, кг/кг (для газового палива W ф = 0),
Оскільки паливо – газ, вміст вологи в повітрі нехтуємо, і кількість водяної пари не враховуємо.
Знайдемо обсяг продуктів згоряння за нормальних умов, що утворилися при згорянні 1 кг палива:
де mi - маса відповідного газу, що утворюється при згорянні 1 кг палива;
ρ i - щільність даного газу за нормальних умов, кг/м 3 ;
М i - молярна маса цього газу, кг/кмоль;
22,4 - молярний об'єм, м 3 /кмоль,
м 3 /кг; 
м 3 /кг;
м 3 /кг; 
м 3 /кг.
Сумарний обсяг продуктів згоряння (н. у.) при фактичній витраті повітря:
V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2
V = 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 = 17,89 м3/кг.
Щільність продуктів згоряння (н. у.):
кг/м3.
Знайдемо теплоємність та ентальпію продуктів згоряння 1 кг палива в інтервалі температур від 100 °С (373 К) до 1500 °С (1773 К), використовуючи дані табл. 2.
Середні питомі теплоємностігазів з р, кДж/(кг∙К) Таблиця 2
| Повітря | |||||
| 0 | 0,9148 | 1,0392 | 0,8148 | 1,8594 | 1,0036 |
| 100 | 0,9232 | 1,0404 | 0,8658 | 1,8728 | 1,0061 |
| 200 | 0,9353 | 1,0434 | 0,9102 | 1,8937 | 1,0115 |
| 300 | 0,9500 | 1,0488 | 0,9487 | 1,9292 | 1,0191 |
| 400 | 0,9651 | 1,0567 | 0,9877 | 1,9477 | 1,0283 |
| 500 | 0,9793 | 1,0660 | 1,0128 | 1,9778 | 1,0387 |
| 600 | 0,9927 | 1,0760 | 1,0396 | 2,0092 | 1,0496 |
| 700 | 1,0048 | 1,0869 | 1,0639 | 2,0419 | 1,0605 |
| 800 | 1,0157 | 1,0974 | 1,0852 | 2,0754 | 1,0710 |
| 1000 | 1,0305 | 1,1159 | 1,1225 | 2,1436 | 1,0807 |
| 1500 | 1,0990 | 1,1911 | 1,1895 | 2,4422 | 1,0903 |
Ентальпія димових газів, що утворюються при згорянні 1 кг палива:
де з CO2, з H2O, з N2, з О2 - середні питомі теплоємності при постійному тиску відповідних газон при температурі t, кДж/(кг · К);
t - середня теплоємність димових газів, що утворюються при згорянні 1 кг палива при температурі t, кДж/(кг К);
при 100 °С: кДж/(кг∙К);
при 200 °С: кДж/(кг∙К);
при 300 °С: кДж/(кг∙К);
при 400 °С: кДж/(кг∙К);
при 500 °С: кДж/(кг∙К);
при 600 °С: кДж/(кг∙К);
при 700 °С: кДж/(кг∙К);
при 800 °С: кДж/(кг∙К);
при 1000 °С: кДж/(кг∙К);
при 1500 °С: кДж/(кг∙К);
Результати розрахунків зводимо у табл. 3.
Ентальпія продуктів згоряння Таблиця 3
| Температура | Теплоємність продуктів згоряння з t, кДж/(кг∙К) | Ентальпія продуктів згоряння H t , |
|
| °С | До | ||
| гази, що відходять з регенератора скловарної печі, досить чисті. В інших випадках потрібно ще встановити спеціальний фільтр, який би відчистив гази перед тим, як вони підуть у теплообмінник. Мал. 1. Рекуперативний теплообмінник для утилізації теплоти газів, що відходять. Гаряча вода t = 95 °C Гарячі відхідні...
Економії різних видівенергії. 2. Постановка задачі Проаналізувати роботу печі перегріву водяної пари та для ефективності використання теплоти первинного палива запропонувати теплоутилізаційне встановлення вторинних енергоресурсів. 3. Опис технологічної схеми Пекти перегріву водяної пари на установці виробництва стиролу призначена для підвищення температури... Об'єми азоту та водяної пари в продуктах згоряння ПГ. 1. МЕТА РОБОТИ 1.1 Ознайомитися з пристроєм котлів-утилізаторів 1.2 Отримати практичні навички проведення термодинамічного аналізу ефективності агрегатів енерготехнологічних систем і процесів, що протікають в них. 2. ЗМІСТ РОБОТИ 2.1 Проведення термодинамічного аналізу ефективності котла-утилізатора енергетичним та... | |||
