7844

20

В данном примере рассмотрена нагревательная печь, за которой устанавливается рекуператор охлаждающий продукты сгорания с 922,15ºС до 392ºС и контактный экономайзер, который с 347 ºС охлаждает продукты сгорания до 140ºС (рис. 11).

Рис. 11. Схема комплексного использования теплоты в кузнечно-термическом цехе

Далее приводится пример возможных расчетов в соответствии с ранее выбранным методом теплотехнических расчетов:

Характеристики природного газа

Источник газа – Ямбургское месторождение.

Состав газа:

СН4 – 98,6% С2Н6 - 0,1% С3Н8 - ----% С4Н10 - ----% С5Н12 - ----% N2 - 1,2% СО2 - 0,1%

Плотность газа ρ – 0,725 кг/м3 Низшая теплота сгорания по таблице35360 кДж/м3

Определение объемов воздуха, расходуемого на горение, и образующихся продуктов сгорания.

Суммарный расход кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м3 природного газа Vo0, подсчитывают по формуле (6.3) [2], м3:

Vо20=0,01 (2CH4+3,5C2H6+5 C3H8+6,5C4H10+8 C5H12)= = 0,01(2*98,6+3,5*0,1)=0,2007 м3

где CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 – содержание в природном газе метана, этана, пропана, бутана, и пентана в процентах по объему.

С учетом коэффициента избытка воздуха:

Vо2= 7* Vо20= 1,1*0,2007=0,221 м3

Vо2 изб.=( 7 - 1) *Vо20=0,1*0,2007=0,02007 м3

Объем воздуха составит

VВ= 4,76* Vо2= 4,76*0,221=1,052 м3

Объем водяного пара считают по формуле (без учета влаги содержащейся в воздухе и га-

зе) (6.7) [2]:

Vн2о=0,01 (2CH4+3 C2H6+4 C3H8+5 C4H10+6 C5H12)= =0,01(2*98,6+3*0,1)=0,2002 м3

Объем двуокиси углерода рассчитывается по формуле (6.6) [2]:

VСО2=0,01 (2CО2 + CH4 + 2 C2H6+3 C3H8+4 C4H10+5 C5H12)=

21

=0,01 (0,1+98,6+2*0,1)=0,101м3

Объем азота в продуктах сгорания рассчитывается по формуле (6.8) [2]: VN2=3,76 Vо2 + 0,01 N2= 3,76*0,221 + 0,01*1,2=1,01 м3

Объем сухих продуктов сгорания рассчитывается по формуле

Vс.г.= VСО2 + Vо2 изб. + VN2=0,101+0,02007+1,01=1,131

Суммарный объем продуктов сгорания равен:

VΣ= Vн2о+ Vс.г.=1,131+0,2002=1,331

Состав сухих продуктов сгорания в процентах по объему составит соответственно

CО2= VСО2/ Vс.г.*100=(0,101/1,131)*100=8,93% О2= (0,02007/1,131)*100=1,77%

N2= (0, 01/1,131)*100=89,302%

Исходя из состава продуктов сгорания, для дальнейших расчетов, корректируем и принимаем коэффициент избытка воздуха 7=1,29 (таблица 6.2 [2]).

Расчет схемы комплексного использования теплоты в кузнечно-термическом цехе

Произведем расчет потерь теплоты по формуле (6.18) [2] q2печь= 0,01*z1* (tух.г.печь- 0,85*tвозд),

где z1 – коэффициент, зависящий от температуры продуктов сгорания и степени их разбавления избыточным воздухом, т.е. содержания в сухих продуктах полного сгорания CО2, а в продуктах неполного сгорания суммы (CО2+ CО+ CH4), табл.6.1 [2];

tух.г.печь – температура уходящих из печи продуктов сгорания топлива, оС; tвозд – температура окружающего воздуха, 20 оС.

q2печь=0,01*5,7*(1000-0,85*20)= 56,031%

Коэффициент использования топлива (КИТ) в данной работе определяем без учета теплоты вследствие неполноты сгорания q3.

КИТпечь=100 - q2печь=100 – 56,031= 43,97%

Так как уходящие газы не уходят в окружающую среду, q2печь на выходе из печи рассчитывается, без учета температуры воздуха, по формуле:

q2печь= 0,01*z* tух.г.печь,

q2печь= 0,01*5,7* 1000=57 % КИТпечь=100 - q2печь=100-57=43%.

По пути выходящих газов из печи в рекуператор, температура меняется, и рассчитывается по формуле:

z1 - коэффициент, соответствующий выходным параметрам продуктов сгорания и степени их разбавления избыточным воздухом из предшествующей ступени, табл.6.1 [2];

z2 - коэффициент, соответствующий входным параметрам продуктов сгорания и степени их разбавления избыточным воздухом в последующую ступень, табл.6.1 [2];

t – падение температуры на один погонный метр, оС. Для целей данной работы принимаем 2 оС;

В результате прохождения продуктов сгорании по газоходу происходит их разбавление избыточным воздухом за счет подсоса. Вследствие чего изменяется коэффициент избытка воздуха 7. Для целей данной работы принимаем на один метр газохода 7 =+0,01. Длина газохода принимается равной 10 м. Следовательно, на входе в рекуператор 7 =1,39.

Исходя из 7 =1,39 по таблице 6.18 [2] состав продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 8,2%, О2 = 6,4%, N2 = 85,4%.

tII'=( 1000*(5,7/6,05) – 2*10) = 922,15 оС.

22

Температура на выходе из рекуператора ОПТТМ принимается равной 392 оС., коэффициент избытка воздуха 7 увеличивается на 0,2 и составляет 1,49. Следовательно, состав продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 7,6%, О2 = 7,5%, N2 = 84,9%.

q2рек= 0,01*z* tух.г.рек,

q2рек= 0,01*6,05* 392,15=23,73 % КИТрек+печь=100 - q2рек=100-23,73=76,27 %. КИТрек= КИТрек+печь - КИТпечь = 76,27 – 43= 33,27 %

Для дальнейшей утилизации теплоты уходящих газов предлагается использовать контактный экономайзер.

В результате прохождения продуктов сгорании по газоходу происходит их разбавление избыточным воздухом за счет подсоса. Вследствие чего изменяется коэффициент избытка воздуха 7. Для целей данной работы принимаем на один метр газохода 7 =+0,01. Длина газохода принимается равной 10 м. Следовательно, на входе в утилизатор 7 =1,59. Следовательно, состав продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 7,0%, О2 = 8,5%, N2 = 84,5%.

Температура на входе в утилизатор составит:

tII'=( 392,15*(6,05/6,45) – 2*10) = 347,8 оС.

Температура на выходе из контактного экономайзер принимается равной 140 оС., коэффициент избытка воздуха 7 увеличивается на 0,1 и составляет 1,69. Следовательно, состав продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 6,7%, О2 = 9,1%, N2 = 84,2%.

Далее произведем расчет потерь теплоты на выходе из утилизатора по формуле (6.18) [2], как для последней ступени:

q2ут= 0,01*z1* (tух.г.ут- 0,85*tвозд)=0,01*6,5*(140-0,85*20)=8,0 % КИТрек+печь+ут =100 - q2ут =100-8,0=92 %

КИТут= КИТрек+печь+ут - КИТрек+печь = 92 – 76,27 =15,73 % КИТпечь + КИТрек+печь + КИТрек+печь+ут + q2ут =

=43+33,27+15,73+8=100 %

Определение достигаемой экономии газа

Аналитически определить достигаемую экономию газа при использовании рекуператора можно по формуле (3.1) [1]:

Э = q2печь*R/ КИТпечь + q2печь*R,

где R – степень рекуперации или доля располагаемой теплоты, отводимой из печи уходящих газов, возвращенных в печь с нагретым воздухом.

Э =57*0,57/43+57*0,57=33,25%

Итак, достигаемая экономия 33,3 % сжигаемого газа, а теплота нагретого в рекуператоре воздуха, подаваемого на горелки, соответствует лишь 27% теплоты сжигаемого в печи топлива.

Количество воды, подогреваемое контактным способом W, рассчитывается по формуле:

W = 95*B*( q2рек - q2ут)/(tк – t н),

где В – расход газа, 40 м3/ч;

tк – температура нагретой воды на выходе из экономайзера, оС; tн – температура воды на входе в экономайзер, оС.

W = 95*40*( 23,73 - 8,0)/(55– 5)=1195,48 т/ч

23

Литература

1.Энергосбережение и охрана воздушного бассейна при использовании природного газа : учеб. пособие для студентов по направлениям "Стр-во" (5501) и "Теплоэнергетика" (5509)

/Б. В. Шанин, Е. Е. Новгородский, В. А. Широков, А. Ф. Пужайло ; М-во общ. и проф. образования Рос. Федерации, Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Нижний Новгород

: ННГАСУ, 1998. – 356 с. : ил.

2.Шанин, Б. В. Справочник оператора газовых установок / Б. В. Шанин. – Горький : Волго-

Вят. кн. изд-во, 1986 – 302 с. : ил.

3.Иссерлин, А. С. Основы сжигания газового топлива : справ. пособие / А. С. Иссерлин. – 2- е издание. – Ленинград : Недра, Ленингр. отд-ние, 1987. – 335 с. : ил.

4.Новгородский, Е. Е. Повышение эффективности использования природного газа в промышленности / Е. Е. Новгородский // Материалы международного семинара «Повышение эффективности использования газа в промышленности». – Москва, 1987.

5.Равич, М. Б. Газ и эффективность его использования в народном хозяйстве / М. Б. Равич.

– Москва : Недра,1987. – 237 с. : ил.

6.Тебеньков, Б. П. Рекуператоры для промышленных печей / Б. П. Тебеньков. – 4- е изд., испр. и доп. – Москва : Металлургия, 1975. – 294 с. : черт.

7.Сезоненко, Б. Д. Рекуператоры для промышленных печей / Б. Д. Сезоненко. – Москва : ВНИИЭгазпром, 1985. – 41 с. : ил. – ( Газовая промышленность : обзор. информ. / ВНИИ экономики, организации пр-ва и техн.-экон. информ. в газовой пром-сти. Сер. "Использование газа в народном хозяйстве" ; Вып. 5).

8.Новгородский, Е. Е. Комплексное использование тепла при производстве цинковых белил

/Е. Е. Новгородский, В. А. Широков // Экономия материальных и энергетических ресурсов в системах отопления и вентиляции : межвуз. сб. / Рост. инженер.-строит. ин-т. – Ро- стов-на-Дону, 1985.

9.Шанин, Б. В. Эффективность использования газа в промышленности и защита воздушного бассейна / Б. В. Шанин. – Горький : Волго-Вят. кн. изд-во, 1979. – 223 с. : ил.

10.Друскин, Л. И. Эффективное использование природного газа в промышленных установках : справ. пособие / Л. И. Друскин. – Москва : Энергоатомиздат, 1992. – 175 с. : ил.

11.Сигал, И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива / И. Я. Сигал. – Ленинград : Недра, Ленингр. отд-ние, 1977. – 294 с. : ил.

12.Об энергосбережении [Электронный ресурс] : федер. закон Рос. Федерации от 03.04.96 № 28 [ред. от 30.12.2008]. – Режим доступа : КонсультантПлюс. Законодательство. ВерсияПроф. Утратил силу в связи с принятием нижеслед. закона

13.Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации [Электронный ресурс] : федер. закон Рос. Федерации от 23.11.2009 N 261-ФЗ [ред. от 03.07.2016]. – Режим доступа : КонсультантПлюс. Законодательство. ВерсияПроф.

14.Комолов, Д. А. Энергоэффективность / Д. А. Комолов // Экономика и ТЭК сегодня. – 2008. – № 11. – С. 35-45.

15.Об утверждении государственной программы "Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года" [Электронный ресурс] : распоряжение Правительства Рос. Федерации от 27.12.2010 N 2446-р [ред. от 16.02.2013]. – Режим доступа : КонсультантПлюс. Законодательство. ВерсияПроф.

16.Ляшков, В. И. Тепловые двигатели и нагнетатели : учеб. пособие для студентов, обучающихся по специальности 140106 "Энергообеспечение предприятий" / В. И. Ляшков ; Тамб. гос. техн. ун-т. – Тамбов : Изд-во ТГТУ, 2009. – 23 с. : ил.

Соколов Михаил Михайлович

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДИКИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТОПЛИВОИСПОЛЬЗУЮЩИХ УСТАНОВОК

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям (включая рекомендации по организации

самостоятельной работы и выполнению расчетно-графической работы) по дисциплине «Современные методики теплотехнических расчетов топливоиспользующих установок» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство,

профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий (заочное отделение)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru