125382 (Расчет печи и процессов горения), страница 2

Паровые аккумуляторы работают без воды, и аккумулирование происходит только за счет изменения объема аккумулятора при постоянном давлении пара (колокольные аккумуляторы) или за счет изменения давления пара при постоянном объеме аккумулятора (купольные аккумуляторы). Паровые аккумуляторы рассчитаны на давление 0,1—0,2 МПа. Они очень громоздки, так как их размеры зависят от удельного объема аккумулируемого пара, который очень высокий при низких давлениях. Высокая первоначальная стоимость и значительные тепловые потери делают эти аккумуляторы нерентабельными, и в настоящее время они не применяются.

Пароводяные аккумуляторы аккумулируют пар конденсацией с помощью воды в момент повышения давления в аккумуляторе. Аккумулятор разряжается испарением воды при понижении давления в аккумуляторе, поэтому они называются аккумуляторами понижающегося давления.

Водяные аккумуляторы аккумулируют теплую или горячую воду при постоянном давлении. Водяные аккумуляторы бывают циркуляционного и вытесняющего типа. В аккумуляторах циркуляционного типа изменение степени зарядки происходит за счет изменения количества находящейся в аккумуляторе воды, в аккумуляторах вытесняющего типа — за счет изменения в нем количества горячей воды, вытесняемой холодной водой или наоборот. Водяные аккумуляторы сами пар не отдают, а включены лишь в систему подогрева воды. Эти аккумуляторы способны снимать пики нагрузки большой длительности в связи с большой удельной аккумулирующей способностью объема. Пароводяные аккумуляторы могут экономично покрывать пики нагрузки продолжительностью только в несколько часов.

Пароводяные аккумуляторы. К числу широко применяемых аккумуляторов понижающего давления относятся пароводяные аккумуляторы Рато и Рутса.

Термодинамические основы работы этих аккумуляторов состоят в том, что каждому значению давления насыщенного пара соответствует строго определенная температура. При изменении давления смеси воды и пара должна измениться и температура этой смеси до температуры насыщения при новом давлении. При повышении давления часть пара конденсируется к выделившаяся теплота парообразования вызывает повышение температуры. При понижении давления снижается температура смеси и освобождающееся тепло служит для испарения части воды. Однако, несмотря на тождественность принципа действия, эти аккумуляторы отличаются не только конструктивным оформлением, но и областью применения.

Аккумуляторы Рато предназначены для выравнивания колебаний в поступлении отработавшего пара от машин периодического действия и машин, работающих с переменной нагрузкой, при использовании его в установках с постоянной нагрузкой. Эти аккумуляторы работают при низких давлениях (ниже 0,2 МПа) и при перепаде давления у аккумулятора от 0,2 до 0,1 МПа (обычно 0,12—0,1 МПа), обладают небольшой выравнивающей способностью. Таким образом, аккумуляторы Рато используются в узкой области для выравнивания мгновенных колебаний паровой нагрузки. Их работа аналогична работе, выполняемой маховиком в периодически действующих машинах.

Водяные аккумуляторы. Основным назначением водяных аккумуляторов является создание «запаса тепла» в питательной воде. В аккумуляторах вытесняющего типа это осуществляется конденсацией избыточного пара из котлов, а в аккумуляторах циркуляционного типа — непосредственным отбором горячей воды из котла в аккумулятор.

Особую группу в установках подготовки горячей воды для отопления, в производственных целях и для бытовых нужд представляют аккумуляторы, которые обогреваются как острым, так и отработавшим паром, а также используют другие виды ВЭР[1].

1.5 Использование низкотемпературных продуктов сгорания в промышленности

В связи с переходом многих стационарных установок на природный газ, продукты сгорания которого не содержат твердые частицы и оксиды серы, для использования физического тепла низкотемпературных уходящих газов можно применять более простые, дешевые и менее металлоемкие контактные теплообменники (рис. 1.7). Это дает возможность не только сократить стоимость утилизационной установки, но и обеспечивает глубокое охлаждение уходящих газов ниже точки росы, которая для сгорания природного газа составляет 50—60 °С. При этом используется не только физическое тепло уходящих газов, но и теплота конденсации содержащихся в них водяных паров.

Насадкой в контактном экономайзере служат керамические кольца Рашига размером 50*50 мм. Рабочая насадка укладывается высотой 1 м в шахматном порядке. Каплеулавливающая насадка высотой 0,2 м загружается «внавал». Вода может нагреваться в этих экономайзерах до 50—60 °С. Нагретая вода используется для производственных и бытовых нужд.

Аналогичные теплообменники можно применять для утилизации тепла уходящих газов некоторых промышленных 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 — опорная решетка рабочей насадки; 5 — патрубок подвода; 6 — штуцер отбора горячей воды; 8— опорная решетка каплеулавливающей насадки; 9— слой каплеулавливающей насадки; 11 — патрубок отвода газов

Продукты сгорания природных газов применяются также в контактных газопых сушилках в различных отраслях промышленности.

2. Расчет печи

2.1 Расчет процесса горения топлива в топке котла

Определяем низшую теплотворную способность топлива (в кДж/кг) по формуле:

где CH₄,C₂H₄ и т.д. – содержание соответствующих компонентов в топливе, % об.

Получим:

или

,

Пересчитаем состав топлива в массовые проценты. Результаты пересчета сведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Определяем элементарный состав топлива в массовых процентах.

Содержание углерода:

,

где - число атомов углерода в данном компоненте топлива;

Содержание водорода:

,

где – число атомов водорода в данном компоненте топлива.

Содержание кислорода:

%,

где – число атомов кислорода в молекуле СО2.

Содержание азота:

%,

где – число атомов азота в молекуле.

Определяем теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1кг топлива:

,

Фактический расход воздуха:

,

или

,

где – коэффициент избытка воздуха, равный 1,06;

- плотность воздуха при нормальных условиях.

Определяем количество продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1кг топлива:

,

,

,

.

Суммарное количество продуктов сгорания:

Проверка:

.

Содержанием влаги пренебрегаем.

Объемное количество продуктов сгорания:

,

,

,

.

Суммарный объем продуктов сгорания:

.

Плотность продуктов сгорания при н.у.:

.

Расчет теплосодержания продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре производится по формуле:

,

где Т – температура продуктов сгорания, К;

C_i – средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кгК (их значения находим по табл.2 [2] методом интерполяции);

кДж/кг.

Результаты расчета значений теплосодержания представим в виде таблицы 2.2.

Таблица 2.2

Рисунок 2.1 – График зависимости температура-энтальпия

2.2 Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива

Коэффициент полезного действия трубчатой печи:

,

где , – соответственно потери тепла с уходящими дымовыми газами и потери тепла в окружающую среду в долях от низшей теплотворной способности топлива.

Потери тепла в окружающую среду q_пот. принимаем 6 % (0,06 в долях) от низшей теплотворной способности топлива, т.е. .

Температура уходящих дымовых газов определяется равенством:

, К,

где Т₁ – температура нагреваемого продукта на входе в печь, К;