Розрахункова робота №5 «Розрахунок установки заглибного горіння»

Заглибне горіння – це спосіб спалювання твердого, рідкого чи газоподібного палива в рідкому середовищі. Як рідке середовище використовуються шлак, розплави і розчини солей і ін.

Такий спосіб спалювання палива почав застосовуватися на теплових електростанціях для спалювання вугілля в шлаковому розплаві, а також у різних виробництвах хімічної промисловості.

На рисунку 5.1 наведена схема установки для випарювання агресивних і солевмістних розчинів. В апаратах цього типу випарювання розчинів і конденсація газоподібних речовин, що утворюються в зоні горіння, здійснюється за рахунок тепла продуктів згоряння. Нагрівальні елементи в цих апаратах відсутні.

К.В.Т. палива у випарних установках із заглибними пальниками досягає 90-95%.

1 – відстійник солі; 2 – випарний апарат; 3 – пальник; 4 – вибуховий запобіжний клапан; 5 – теплообмінник-конденсатор; 6 – збірник свіжого розчину; 7 – бак для упареного розчину; 8 – камера згоряння; 9 – свіжий розчин; 10 – конденсат; 11 – димові гази; 12 – газ; 13 – повітря; 14 – сіль

Рисунок 5.1 – Принципова схема установки заглибного горіння

Дані для розрахунку:

• Тип розчину – хлорид магнію, MgCl₂;

• Витрата розчину – G_P=1кг/с;

• Теплоємність розчину – С_Р=3,78кДж/кгК;

• Кількість води, що випарилася – G_в=0,26 кг/с;

• Концентрація розчину після випарювання М_к=35% MgCl₂;

• Початкова температура розчину – t_н=25 ˚С;

• Кінцева температура розчину – t_к=135 ˚С;

• Вологовміст парогазової суміші d=0,62;

• Теплота спалювання палива =35,8 МДж/м³;

• Коефіцієнт витрати повітря α=1,1;

• Паливо – природний газ;

• Діаметр апарата D₀=2,5м.

Розрахунок

1. Ентальпія парогазової суміші при t_пг=t_к+5 (приймаємо температуру парогазової суміші на 5 градусів вище, ніж кінцева температура розчину):

I_пг= ,

де i_n – ентальпія пари при t_к і парціальному тиску, що відповідає заданому ''d'' [1, с.29];

С_пг=1,01 – теплоємність парогазової суміші (приймається).

I_пг= кДж/кг пари.

2. Теплове навантаження (теплова потужність) на заглибний пальник з обліком тепловідводу в навколишнє середовище:

Q_г=1,02[G_в(I_пг – С_рt_к) + G_рC_p(t_к – t_н)] =

=1,02[0,26(2988 – 3,78135) + 13,78(135 – 25)] =1030 кВт.

3. Витрата газоподібного палива:

м³/с.

4. Витрата повітря для спалювання палива:

V_вз = м³/c.

5. Кількість продуктів згоряння:

V_п.с = [ м³/с,

де м³/м³.

6. Температура продуктів згоряння в камері згоряння:

де м³/м³.

7. Об'ємна витрата продуктів згоряння на виході із сопла:

, м³/с.

8. Діаметр камери згоряння :

, м.

де W_К=30 м/с – оптимальна швидкість газового середовища в камері згоряння. За практичними і теоретичними даними вона не повинна бути нижче за швидкість поширення полум'я в газоповітряній суміші.

9. Діаметр сопла зовнішньої частини пальника:

, м.

де W_с=50 м/c – гранична швидкість продуктів згоряння (газового потоку) на виході із сопла, прийнята з умови оптимального режиму барботажу (мінімального розбризкування розчину і віднесення крапельок розчину з ванни).

10. Визначимо режим витікання газового середовища в рідку ванну:

де ν_г – коефіцієнт кінематичної в'язкості газоповітряній суміші, зумовлений температурою t_к розчину [1, с.13].

11. Знаходимо з критеріального рівняння, що описує гідродинамічні процеси барботажу, оптимальну глибину занурення пальника, приймаючи умовно, що діаметр газового потоку в рідині дорівнює діаметру апарата:

, м.

12. Середня температура парогазової суміші на виході з рідкої ванни:

.

13. Витрата продуктів згоряння, що беруть участь у барботажі:

, м³/с.

14. Швидкість продуктів згоряння, приведена до поперечного переріза апарата:

, м/с.

15. Режим барботажу рідини в апараті:

.

16. Критерій теплової напруги:

.

17. Теплова напруга при випарюванні розчину:

, кВт/м³.

де λ=0,675 Вт/м·К – теплопровідність розчину.

18. Обсяг розчину, що знаходиться в апараті:

, м³.

19. Повний обсяг апарата при коефіцієнті завантаження η=0,6 складе:

,м³.

Дані для розрахунку наведені в додатку Е.

Розрахункова робота №6