Державна освітня установа вищої професійної освіти
«Самарський Державний Технічний Університет»
Кафедра «Хімічна технологія та промислова екологія»
Курсова робота
з дисципліни «Технічна термодинаміка і теплотехніка»
Тема: Розрахунок установки утилізації теплоти відхідних газів технологічної печі
Виконав: Студент Рябініна Є.А.
ЗФ курс III група 19
Перевірив: Консультант Чуркіна А.Ю.
Самара 2010
Введення
На більшості хімічних підприємств утворюються високо-і низько-температурні теплові відходи, які можуть бути використані в якості вторинних енергетичних ресурсів (ВЕР). До них відносяться гази, що йдуть різних котлів та технологічних печей, охолоджувані потоки, що охолоджує вода і відпрацьована пара.
Теплові ВЕР в значній мірі покривають потреби в теплі окремих виробництв. Так, в азотній промисловості за рахунок ВЕР задовольняється більш 26% потреби в теплі, в содової промисловості - понад 11%.
Кількість використаних ВЕР залежить від трьох факторів: температури ВЕР, їх теплової потужності і безперервності виходу.
В даний час найбільшого поширення набула утилізація тепла відхідних виробничих газів, які майже для всіх вогнетехнічних процесів мають високий температурний потенціал і в більшості виробництв можуть використовуватися безперервно. Тепло газів, що відходять є основною состовляющей 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'язано з розробкою методів утилізації, в тому числі тепла розжарених шлаків, продуктів і т. д., нових способів утилізації тепла відхідних газів, а також з удосконаленням конструкцій існуючого утилізаційного обладнання.
1. Опис технологічної схеми
У трубчастих печах, не мають камери конвекції, або в печах радіантні-конвекційного типу, але мають порівняно високу початкову температуру нагрівається продукту, температура відхідних газів може бути порівняно високою, що призводить до підвищених втрат тепла, зменшення ККД печі і більшого витраті палива. Тому необхідно використовувати тепло відхідних газів. Цього можна досягти або застосуванням повітропідігрівника, нагріваючого повітря, що поступає в піч для горіння палива, або установкою котлів-утилізаторів, що дозволяють отримати водяний пар, необхідний для технологічних потреб.
Однак для здійснення підігріву повітря потрібні додаткові витрати на спорудження повітропідігрівника, повітродувки, а також додаткову витрату електроенергії, споживаний двигуном повітродувки.
Для забезпечення нормальної експлуатації повітропідігрівника важливо запобігти можливості корозії його поверхні з боку потоку димових газів. Таке явище можливе, коли температура поверхні теплообміну нижче температури точки роси; при цьому частину димових газів, безпосередньо стикаючись з поверхнею повітропідігрівника, значно охолоджується, що міститься в них водяна пара частково конденсується і, поглинаючи з газів діоксид сірки, утворює агресивну слабку кислоту.
Точка роси відповідає температурі, при якій тиск насичених парів води виявляється рівним парціальному тиску водяної пари, що містяться в димових газах.
Одним з найбільш надійних способів захисту від корозії є попередній підігрів повітря яким-небудь способом (наприклад, у 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, нижче точки роси.
Джерелом теплоти, для підвищення температури насиченої пари, є реакція окислення (горіння) первинного палива. Утворюються при горінні димові гази віддають своє тепло в радіаційній, а потім конвекційної камерах сировинному потоку (водяній парі). Перегрітий водяний пар 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 в воздухоподогреватель. З воздухопо-догрівачі димові гази надходять в КТАН, де надходить по змійовику вода 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 індивідуальний вуглеводень, то теплота згоряння його Q р н дорівнює стандартній теплоті згоряння за вирахуванням теплоти випаровування води, що у продуктах згоряння. Також вона може бути розрахована за стандартними тепловим ефектів утворення вихідних і кінцевих продуктів виходячи із закону Гесса.
Для палива, що складається з суміші вуглеводнів, теплота згоряння визначається, але правилом адитивності:
де Q pi н - теплота згоряння i-гo компоненту палива;
y i - концентрація i-гo компоненту 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 3 .
Молярну маса палива:
M m = Σ M i ∙ y i,
де M i - молярна маса i-гo компоненту 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 / моль.
кг / м 3,
тоді Q р н см, виражена в МДж / кг, дорівнює:
МДж / кг.
Результати розрахунку зводимо в табл. 1:
Склад палива Таблиця 1
Компонент | Молярна маса M i, кг / кмоль | Молярна частка y i, кмоль / кмоль | M i ∙ y i, кг / кмоль |
CH 4 | 16,042 | 0,9870 | 15,83 |
C 2 H 6 | 30,070 | 0,0033 | 0,10 |
C 3 H 8 | 44,094 | 0,0012 | 0,05 |
н-C 4 H 10 | 58,120 | 0,0004 | 0,02 |
C 5 H 12 |
72,150 | 0,0001 | 0,01 | |
CO 2 | 44,010 | 0,0010 | 0,04 |
N 2 | 28,010 | 0,0070 | 0,20 |
РАЗОМ: | 1,0000 | 16,25 |
Визначимо елементарний склад палива,% (мас.):
вміст вуглецю
вміст водню
вміст кисню
вміст азоту
,
де n i C , N i H, n i N, n i O - число атомів вуглецю, водню, азоту і кисню в молекулах окремих компонентів, що входять до складу палива;
- Зміст кожного компонента палива, мас. %;
x i - Зміст кожного компонента палива, мовляв. %;
M i - 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 теоретичне кількість повітря, необхідне для спалювання 1 кг палива, воно визначається з стехіометричного рівняння реакції горіння та вмісту кисню в атмосферному повітрі. Якщо відомий елементарний склад палива, теоретичне кількість повітря L 0, кг / кг, обчислюється за формулою:
кг / кг.
На практиці для забезпечення повноти згоряння палива в топку вводять надмірна кількість повітря, знайдемо дійсний витрата повітря при α = 1,25:
L = αL 0,
де L - дійсний витрата повітря;
α - коефіцієнт надлишку повітря,
L = 1,25 ∙ 17,0 = 21,25 кг / кг.
Питома об'єм повітря (н. у.) Для горіння 1 кг палива:
де ρ в = 1,293 - щільність повітря при нормальних умовах,
м 3 / кг.
Знайдемо кількість продуктів згоряння, що утворюються при спалюванні 1 кг палива:
якщо відомий елементарний склад палива, то масовий склад димових газів в розрахунку на 1 кг палива при повному його згоранні може бути визначений на підставі наступних рівнянь:
кг / кг;
кг / кг;
кг / кг;
кг / кг,
де m CO2, m H2O, m N2, m O2 - маса відповідних газів, кг.
Сумарна кількість продуктів горіння:
m п. з = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2,
m п. з = 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 кг / кг.
Перевіряємо отриману величину:
де W ф - питома витрата форсуночного пари при спалюванні рідкого палива, кг / кг (для газового палива W ф = 0),
кг / кг.
Оскільки паливо - газ, вмістом вологи в повітрі нехтуємо, і кількість водяної пари не враховуємо.
Знайдемо обсяг продуктів згоряння при нормальних умовах, що утворилися при згорянні 1 кг палива:
де m i - маса відповідного газу, що утворюється при згоранні 1 кг палива;
ρ i - щільність даного газу при нормальних умовах, кг / м 3;
М i - Молярна маса даного 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 фактичному витраті повітря:
V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2,
V = 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 = 17,89 м 3 / кг.
Щільність продуктів згоряння (н. у.):
кг / м 3.
Знайдемо теплоємність і 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 теплоємності газів з р, кДж / (кг ∙ К) Таблиця 2
t, ° С | O 2 | N 2 | CO 2 | H 2 O | 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);
з t - Середня теплоємність димових газів, що утворюються при згорянні 1 кг палива при температурі t, кДж / (кг К);
при 100 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг;
при 200 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг;
при 300 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг;
при 400 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг;
при 500 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг;
при 600 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг;
при 700 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг;
при 800 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг;
при 1000 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг;
при 1500 ° С: кДж / (кг ∙ К);
кДж / кг.
Результати розрахунків зводимо в табл. 3.
Ентальпія продуктів згоряння Таблиця 3
Температура | Теплоємність продуктів згоряння з t, кДж / (кг ∙ К) | Ентальпія продуктів згоряння H t, кДж / кг | |
° С | До | ||
100 200 300 400 500 600 700 800 |
1000 1500 | 373 473 573 673 773 873 973 1073 1273 1773 | 24,398 24,626 24,912 25,202 25,503 25,821 26,151 26,465 27,032 29,171 | 2439,8 4925,3 7473,6 10080,8 12751,7 15492,4 18305,6 21171,8 27032,0 43756,5 |
За даними табл. 3 будуємо графік залежності H t = f (t) (рис. 1) см. Додаток.
2.2 Розрахунок теплового балансу печі, ККД печі і витрати палива
Тепловий потік, сприйнятий водяною парою в печі (корисна теплова навантаження):
де G - кількість перегрівається водяної пари в одиницю часу, кг / с;
H вп1 і Н вп2 - ентальпії водяної пари на вході і виході з печі відповідно, кДж / кг;
Вт
Приймаються температуру відхідних димових газів рівної 320 ° С (593 К). Втрати тепла випромінюванням у навколишнє середовище складуть 10%, причому 9% з них втрачається в радіантні камері, а 1% - в конвекційної. ККД топки η т = 0,95.
Втратами тепла від хімічного недопалювання, а також кількістю теплоти надходить палива і повітря нехтуємо.
Визначимо ККД печі:
де Н ух - ентальпія продуктів згоряння при температурі димових газів, що залишають піч, t ух; температура відхідних димових газів приймається зазвичай на 100 - 150 ° С вище початкової температури сировини на вході в піч; q пот - втрати тепла випромінюванням у навколишнє середовище,% або частки від Q підлогу;
Витрата палива, кг / с:
кг / с.
2.3 Розрахунок радіантні камери і камери конвекції
Задаємося температурою димових газів на перевалі: t п = 750 - 850 ° С, приймаємо
t п = 800 ° С (1073 К). Ентальпія продуктів згоряння при температурі на перевалі
H п = 21171,8 кДж / кг.
Тепловий потік, сприйнятий водяною парою в радіантні трубах:
де Н п - ентальпія продуктів згоряння при температурі димових газів па перевалі, кДж / кг;
η т - коефіцієнт корисної дії топки; рекомендується приймати його рівним 0,95 - 0,98;
Вт
Тепловий потік, сприйнятий водяною парою в конвекційних трубах:
Вт
Ентальпія водяної пари на вході в радіантні секцію складе:
кДж / кг.
Приймаються величину втрат тиску в конвекційної камері Δ P к = 0,1 МПа, тоді:
P к = P - P к,
P к = 1,2 - 0,1 = 1,1 МПа.
Температура входу водяної пари в радіантні секцію t до = 294 ° С, тоді середня температура зовнішньої поверхні радіантні труб складе:
де Δt - різниця між температурою зовнішньої поверхні радіантні труб і температурою водяної пари (сировини), що нагрівається в трубах; Δt = 20 - 60 ° С;
К.
Максимальна розрахункова температура горіння:
де t o - приведена температура вихідної суміші палива і повітря; приймається рівною температурі повітря, що подається на горіння;
з п.с. - питома теплоємність продуктів згоряння при температурі t п;
° С.
При t max = 1772,8 ° С і t п = 800 ° С теплонапруженості абсолютно чорної поверхні q s для різних температур зовнішньої поверхні радіантні труб має наступні значення:
Θ, ° С 200 400 600
q s, Вт / м 2 1,50 ∙ 10 Травня 1,30 ∙ 10 травня 0,70 ∙ 10 Травень
Будуємо допоміжний графік (рис. 2) см. Додаток, за яким знаходимо теплонапруженості при Θ = 5 27 ° С: q s = 0,95 ∙ 10 5 Вт / м 2.
Розраховуємо повний тепловий потік, внесений в топку:
Вт
Попереднє значення площі еквівалентної абсолютно чорної поверхні:
м 2.
Приймаються ступінь екранування кладки Ψ = 0,45 і для α = 1,25 знаходимо, що
H s / H л = 0,73.
Величина еквівалентної плоскої поверхні:
м 2.
Приймаються однорядне розміщення труб і крок між ними:
S = 2 d н = 2 ∙ 0,152 = 0,304 м. Для цих значень фактор форми К = 0,87.
Величина заекранірованной поверхні кладки:
м 2.
Поверхня нагріву радіантні труб:
м 2.
Вибираємо піч ББ2 , Її параметри:
поверхню камери радіації, м 2 180
поверхню камери конвекції, м 2 180
робоча довжина печі, м 9
ширина камери радіації, м 1,2
виконання б
спосіб спалювання палива безполум'яної
горіння
діаметр труб камери радіації, мм 152 × 6
діаметр труб камери конвекції, мм 114 × 6
Число труб в камері радіації:
де d н - зовнішній діаметр труб у камері радіації, м;
l підлогу - корисна довжина радіантні труб, що омивається потоком димових газів, м,
l підлогу = 9 - 0,42 = 8,2 м,
.
Теплонапруженості поверхні радіантні труб:
Вт / м 2.
Визначаємо кількість труб камери конвекції:
Маємо їх в шаховому порядку по 3 в одному горизонтальному ряду. Крок між трубами S = 1,7 d н = 0,19 м.
Середня різниця температур визначаємо за формулою:
° С.
Коефіцієнт теплопередачі в камері конвекції:
Вт / (м 2 ∙ К).
Теплонапруженості поверхні конвекційних труб визначаємо за формулою:
Вт / м 2.
2.4 Гідравлічний розрахунок змійовика печі
Гідравлічний розрахунок змійовика печі полягає у визначенні втрат тиску водяної пари в радіантні і конвекційних трубах.
Середня швидкість водяної пари:
де G - витрата перегріватися у печі водяної пари, кг / с;
ρ до в.п. - щільність водяної пари при середній температурі і тиску в камері кон тепловою вентиляцією, кг / м 3;
d к - внутрішній діаметр конвекційних труб, м;
z к - число потоків в камері конвекції,
м / с.
Кінематична в'язкість водяної пари при середній температурі і тиску в камері конвекції ν к = 3,311 ∙ 10 -6 м 2 / с.
Значення критерію Рейнольдса:
Загальна довжина труб на прямій ділянці:
м.
Коефіцієнт гідравлічного тертя:
Втрати тиску на тертя:
Па = 14,4 кПа.
Втрати тиску на подолання місцевих опорів:
Па = 20,2 кПа.
де Σ ζ к = 0,35 - коефіцієнт опору при повороті на 180 º С,
- Кількість поворотів.
Загальна втрата тиску:
кПа
2.5 Розрахунок втрати тиску водяної пари в радіаційній камері
Середня швидкість водяної пари:
де G - витрата перегріватися у печі водяної пари, кг / с;
ρ р в.п. - щільність водяної пари при середній температурі і тиску в камері кон тепловою вентиляцією, кг / м 3;
d р - внктренній діаметр конвекційних труб, м;
z р - число потоків в камері клнвекціі,
м / с.
Кінематична в'язкість водяної пари при середній температурі і тиску в камері конвекції ν р = 8,59 ∙ 10 -6 м 2 / с.
Значення критерію Рейнольдса:
Загальна довжина труб на прямій ділянці:
м.
Коефіцієнт гідравлічного тертя:
Втрати тиску на тертя:
Па = 15,1 кПа.
Втрати тиску на подолання місцевих опорів:
Па = 11,3 кПа,
де Σ ζ р = 0,35 - коефіцієнт опору при повороті на 180 º С,
- Кількість поворотів.
Загальна втрата тиску:
кПа.
Проведені розрахунки показали, що обрана піч забезпечить процес перегріву водяної пари в заданому режимі.
3. Розрахунок котла-утилізатора
Знайдемо середню температуру димових газів:
де t 1 - температура димових газів на вході,
t 2 - температура димових газів на виході, ° С;
° С (538 К).
Масова витрата димових газів:
де В - витрата палива, кг / с;
кг / с.
Для димових газів питомих ентальпії визначимо виходячи з даних табл. 3 та рис. 1 за формулою:
Ентальпії теплоносіїв Таблиця 4
Теплоносій | Температура, ° С | Питома ентальпія, кДж / кг |
Димові гази | 320 | 358,3 |
210 | 225,4 | |
Живильна вода | 60 | 251,4 |
187 | 794,2 | |
Насичений водяний пар | 187 | 2783,0 |
Тепловий потік, що передається димовими газами:
або
де Н 1 і H 2 - ентальпія димових газів при температурі входу і виходу з КУ відповідно, що утворюються при згорянні 1 кг палива, кДж / кг;
В - витрата палива, кг / с;
h 1 і h 2 - питомі ентальпії димових газів, кДж / кг,
Вт
Тепловий потік, сприйнятий водою, Вт:
де η ку - коефіцієнт використання теплоти в КУ; η ку = 0,97;
G n - паропродуктивність, кг / с;
h до вп - ентальпія водяної пари при температурі виходу, кДж / кг;
h н в - енталигая живильної води, кДж / кг,
Вт
Кількість водяної пари, одержуваного в КУ, визначимо за формулою:
кг / с.
Тепловий потік, сприйнятий водою в зоні нагрівання:
де h до в - питома ентальпія води при температурі випаровування, кДж / кг;
Вт
Тепловий потік, зраджувати димовими газами воді в зоні нагріву (корисна теплота):
де h x - питома ентальпія димових газів при температурі t x, звідси:
кДж / кг.
Значення ентальпії згоряння 1 кг палива:
кДж / кг.
За рис. 1 температура димових, відповідна значенню H x = 5700,45 кДж / кг:
t x = 270 ° С.
Середня різниця температур в зоні нагрівання:
° С.
270 димові гази 210 З урахуванням індексу протиточного:
° С.
187 вода 60
Площа поверхні теплообміну в зоні нагрівання:
де К ф - коефіцієнт теплопередачі;
м 2.
Середня різниця температур в зоні сублімації:
° С.
320 димові гази 270 З урахуванням індексу протиточного:
° С.
187 водяна пара 187
Площа поверхні теплообміну в зоні нагрівання:
де К ф - коефіцієнт т6плопередачі;
м 2.
Сумарна площа поверхні теплообміну:
F = F н + F u,
F = 22,6 + 80 = 102,6 м 2.
Відповідно до ГОСТ 14248-79 вибираємо стандартний випарник з паровим простором з наступними характеристиками:
діаметр кожуха, мм 1600
число трубних пучків 1
кількість труб в одному пучку 362
поверхню теплообміну, м 2 170
площа перерізу одного ходу
по трубах, м 2 0,055
4. Тепловий баланс повітропідігрівника
Атмосферне повітря з температурою t ° в-х поступає в апарат, де нагрівається до температури t х у-х за рахунок теплоти димових газів.
Витрата повітря, кг / с визначається виходячи їх необхідної кількості палива:
де В - витрата палива, кг / с;
L - дійсний витрата повітря для спалювання 1 кг палива, кг / кг,
кг / с.
Димові гази, віддаючи свою теплоту, охолоджуються від t ДГЗ = t дг2 до t дг4.
Тепловий потік, відданий димовими газами, Вт:
=
де H 3 і H 4 - ентальпії димових газів при температурах t дг3 і t дг4 відповідно, кДж / кг,
Вт
Тепловий потік, сприйнятий повітрям, Вт:
де з загально-х - Середня питома теплоємність повітря, кДж / (кг К);
0,97 - ККД повітропідігрівника,
Вт
Кінцева температура повітря (t х у-х) визначається з рівняння теплового балансу:
К.
5. Тепловий баланс КТАНа
Після повітропідігрівника димові гази надходять у контактний апарат з активною насадкою (КТАН), де їх температура знижується від t дг5 = t дг4 до температури t дг6 = 60 ° С.
Знімання теплоти димових газів здійснюється двома окремими потоками води. Один потік вступає в безпосередній контакт з димовими газами, а інший обмени-ється з ними теплотою через стінку змійовика.
Тепловий потік, відданий димовими газами, Вт:
де H 5 і H 6 - ентальпії димових газів при температурі t дг5 і t дг6 відповідно, кДж / кг,
Вт
Кількість охолоджуючої води (сумарне), кг / с, визначається з рівняння теплового балансу:
де η - ККД КТАНа, η = 0,9,
кг / с.
Тепловий потік, сприйнятий охолоджуючої водою, Вт:
де G вода - витрата охолоджуючої води, кг / с:
з вода - питома теплоємність води, 4,19 кДж / (кг К);
t н вода і t до вода - Температура води на вході і виході з КТАНа відповідно,
Вт
6. Розрахунок коефіцієнта корисної дії теплоутилізаційного установки
При визначенні величини ККД синтезованої системи (η ту) використовується традиційний підхід.
Розрахунок ККД теплоутилізаційного установки здійснюється за формулою:
7. Ексергетичного оцінка системи «піч - котел-утилізатор»
Ексергетичного метод аналізу енерготехнологічних систем дозволяє найбільш об'єктивно і якісно оцінити енергетичні втрати, які ніяк не виявляються при звичайній оцінці за допомогою першого закону термодинаміки. В якості критерію оцінки в даному випадку використовується ексергетичного ККД, який визначається як відношення відведеної ексергія до ексергія підведеної в систему:
де Е підв - ексергія палива, МДж / кг;
Е отв - ексергія, сприйнята потоком водяної пари в печі і котлі-утилізаторі.
У разі газоподібного палива підведена ексергія складається з ексергія палива (Е подв1) і ексергія повітря (Е подв2):
кДж / кг;
де Н н і Н про - Ентальпії повітря при температурі входу в топку печі і температурі навколишнього середовища відповідно, кДж / кг;
Т о - 298 К (25 ° С);
ΔS - зміна ентропії повітря, кДж / (кг К).
У більшості випадків величиною ексергія повітря можна знехтувати, тобто:
кДж / кг.
Відведена ексергія для даної системи складається з ексергія, сприйнятої водяною парою в печі (Е отв1), і ексергія, сприйнятої водяною парою в КУ (Е отв2).
Для потоку водяної пари, що нагрівається в печі:
Дж / кг.
де G - витрата пари в печі, кг / с;
Н вп1 і Н вп2 - ентальпії водяної пари на вході і виході з печі відповідно, кДж / кг;
ΔS вп - зміна ентропії водяної пари, кДж / (кг К).
Для потоку водяної пари, одержуваного в КУ:
Дж / кг,
де G n - витрата пари в КУ, кг / с;
h до вп - ентальпія насиченої водяної пари на виході з КУ, кДж / кг;
h н в - ентальпія живильної води на вході в КУ, кДж / кг.
Е отв = Е отв1 + Е отв2,
Е отв = 1965,8 + 296,3 = 2262,1 Дж / кг.
Висновок
Провівши розрахунок за запропонованою установці (утилізації теплоти відхідних газів технологічної печі) можна зробити висновок, що при даному складі палива, продуктивності печі по водяній парі, іншими показниками - величина ККД синтезованої системи високий, таким чином - установка ефективна; це показала також і ексергетичного оцінка системи «піч - котел-утилізатор», однак з енергетичних витрат установка залишає бажати кращого і потребує доопрацювання.
Список використаної літератури
1. Харазі Д. І. Шляхи використання вторинних енергоресурсів в хімічних виробництвах / Д. І. Харазі, Б. І. Псахіс. - М.: Хімія, 1984. - 224 с.
2. Скобла А. І. Процеси та апарати нафтопереробної і нафтохімічної промисловості / А. І. Скобла, І. А. Трегубова, Ю. К., Молоканов. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Хімія, 1982. - 584 с.
3. Павлов До. Ф. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології: Учеб. Посібник для вузів / К. Ф. Павлов, П. Г. Романків, А. А. Носков; Під ред. П. Г. Романкове. - 10-е изд., Перераб. і доп. - Л.: Хімія, 1987. - 576 с.
Додаток
Рис. 1
Рис. 2