Тепловой баланс воздухоподогревателя

4. Тепловой баланс воздухоподогревателя

Атмосферный воздух с температурой t^°_в-х поступает в аппарат, где нагревается до температуры t^х_в-хза счет теплоты дымовых газов.

Расход воздуха, кг/с определяется исходя их необходимого количества топлива:

где В - расход топлива, кг/с;

L - действительный расход воздуха для сжигания 1 кг топлива, кг/кг,

 кг/с.

Дымовые газы, отдавая свою теплоту, охлаждаются от t_дгЗ = t_дг2 до t_дг4.

Тепловой поток, отданный дымовыми газами, Вт:

=

где H₃ и H₄ - энтальпии дымовых газов при температурах t_дг3 и t_дг4 соответственно, кДж/кг,

Вт.

Тепловой поток, воспринятый воздухом, Вт:

где с_в-х- средняя удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг К);

0,97 - КПД воздухоподогревателя,

Вт.

Конечная температура воздуха (t^х_в-х) определяется из уравнения теплового баланса:

К.

5. Тепловой баланс КТАНа

После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается от t_дг5 = t_дг4 до температуры t_дг6 = 60 °С.

Съем теплоты дымовых газов осуществляется двумя раздельными потоками воды. Один поток вступает в непосредственный контакт с дымовыми газами, а другой обмени-вается с ними теплотой через стенку змеевика.

Тепловой поток, отданный дымовыми газами, Вт:

где H₅ и H₆ - энтальпии дымовых газов при температуре t_дг5 и t_дг6 соответственно, кДж/кг,

 Вт.

Количество охлаждающей воды (суммарное), кг/с, определяется из уравнения теплового баланса:

где η - КПД КТАНа, η=0,9,

кг/с.

Тепловой поток, воспринятый охлаждающей водой, Вт:

где G_вода - расход охлаждающей воды, кг/с:

с_вода - удельная теплоемкость воды, 4,19 кДж/(кг К);

t^н_вода и t^к_вода- температура воды на входе и выходе из КТАНа соответственно,

Вт.

6. Расчет коэффициента полезного действия теплоутилизационной установки

При определении величины КПД синтезированной системы (η_ту) используется традиционный подход.

Расчет КПД теплоутилизационной установки осуществляется по формуле:

7. Эксергетическая оценка системы «печь - котел-утилизатор»

Эксергетический метод анализа энерготехнологических систем позволяет наиболее объективно и качественно оценить энергетические потери, которые никак не выявляются при обычной оценке с помощью первого закона термодинамики. В качестве критерия оценки в рассматриваемом случае используется эксергетический КПД, который определяется как отношение отведенной эксергии к эксергии подведенной в систему:

где Е_подв - эксергия топлива, МДж/кг;

Е_отв - эксергия, воспринятая потоком водяного пара в печи и котле-утилизаторе.

В случае газообразного топлива подведенная эксергия складывается из эксергии топлива (Е_подв1) и эксергии воздуха (Е_подв2):

 кДж/кг;

где Н_ни Н_о - энтальпии воздуха при температуре входа в топку печи и температуре окру-жающей среды соответственно, кДж/кг;

 

Т_о - 298 К (25 °С);

 

ΔS - изменение энтропии воздуха, кДж/(кг К).

В большинстве случаев величиной эксергии воздуха можно пренебречь, то есть:

 кДж/кг.

Отведенная эксергия для рассматриваемой системы складывается из эксергии, воспринятой водяным паром в печи (Е_отв1), и эксергии, воспринятой водяным паром в КУ (Е_отв2).

Для потока водяного пара, нагреваемого в печи:

Дж/кг.

где G - расход пара в печи, кг/с;

Н_вп1 и Н_вп2 - энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно, кДж/кг;

ΔS_вп — изменение энтропии водяного пара, кДж/(кг К).

Для потока водяного пара, получаемого в КУ:

Дж/кг,

где G_n - расход пара в КУ, кг/с;

h^к_вп - энтальпия насыщенного водяного пара на выходе из КУ, кДж/кг;

h^н_в - энтальпия питательной воды на входе в КУ, кДж/кг.

 

Е_отв = Е_отв1 + Е_отв2,

Е_отв = 1965,8 + 296,3 = 2262,1 Дж/кг.

Заключение

Проведя расчет по предложенной установке (утилизации теплоты отходящих газов технологической печи) можно сделать вывод, что при данном составе топлива, производительности печи по водяному пару, другим показателям - величина КПД синтезированной системы высокая, таким образом - установка эффективна; это показала также и эксергетическая оценка системы «печь – котел-утилизатор», однако по энергетическим затратам установка оставляет желать лучшего и требует доработки.

 

Список использованной литературы

 

1. Хараз Д. И. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах / Д. И. Хараз, Б. И. Псахис. – М.: Химия, 1984. – 224 с.

2. Скобло А. И. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности / А. И. Скобло, И. А. Трегубова, Ю. К., Молоканов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1982. – 584 с.

3. Павлов К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. Пособие для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков; Под ред. П. Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

 

Приложение

 

Рис. 1

Рис. 2