Formule-Industrijske Peci i Kotlovi

Predmet: Industrijske pe}i i kotlovi Pregled kori{}enih formula u prora~unima

1.PRORA^UN PARAMETARA PROCESA SAGOREVANJA TE^NIH ^VRSTIH I GASOVITIH GORIVA

^VRSTO GORIVO - POTPUNO SAGOREVANJE Minimalna potrebna koli~ina kiseonika za sagorevanje ~vrstog goriva:

, S708O

H65C871100

1O2 ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅+⋅⋅= ,,,min, (1.1)

,,a

V min,min,v kg

m

O

32= (1.2)

gde je: a = 0,21 m3/m3, - zapreminski udeo kiseonika u vazduhu. Stvarna koli~ina vazduha za sagorevanje:

,,a

VV min,min,vstv,v kg

m

O 32⋅=⋅= λλ (1.3)

gde je: λ , - , - koeficijent vi{ka vazduha. Koli~ina komponenata u gasovitim produktima sagorevanja:

,,,

Vkgm

C100

871

3

CO2⋅= (1.4)

,,

Vkgm

, S100

70

3

SO2⋅= (1.5)

( ) ,,W,

Vkgm

H91002441

3

OH2+⋅⋅= (1.6)

( ) ,kgm

O1 3

2O2,V min,⋅−= λ (1.7) ,

kgm

O1

N100

80

3

2N2,

aa,

V min,⋅−

⋅+⋅= λ . (1.8)

Koli~ina vla`nih produkata sagorevanja:

∑ ++++== ,,VVVVVVV irw kgm

3

NOOHSOCO 22222 (1.9)

Koli~ina suvih produkata sagorevanja:

kgm

3

OH2,VVV rwrs −= . (1.10)

Zapreminski udeli komponenata u vla`nim produktima sagorevanja:

,,V

V

rww, % 100CO 2CO

2 ⋅= (1.11)

,,V

V

rww, % 100SO 2SO

2 ⋅= (1.12)

,,V

V

rww, % 100OH OH

22 ⋅= (1.13)

1


%, 100O 2O2 ,

V

V

rww, ⋅= (1.14)

% 100N 2N2 ,

V

V

rww, ⋅= . (1.15)

Zapreminski udeli komponenata u suvim produktima sagorevanja:

,,V

V

rss, % 100CO 2CO

2 ⋅= (1.16)

,,V

V

rss, % 100SO 2SO

2 ⋅= (1.17)

,,V

V

rss, % 100O 2O

2 ⋅= (1.18)

,,V

V

rss, % 100N 2N

2 ⋅= (1.19)

Entalpija produkata sagorevanja jednaka je zbiru entalpija komponenata, tj. O2, N2, CO2, SO2 i H2O. Entalpija produkata sagorevanja je:

( )h h V c ti i p i= = ⋅ ⋅∑∑ , , kJkg

, (1.20)

gde su:

iV ,kgm

,3

- koli~ina i-te komponente,

i,pc ,Cm

kJ,

o3 ⋅ - srednji specifi~ni toplotni kapacitet i-te

komponente u intervalu od 0 oC do t (Prilog 3.2),

t C,,o - temperatura produkata sagorevanja. Entalpija zagrejanog vazduha odredjuje se prema izrazu:

h V c tv v stv p v v= ⋅ ⋅, , , kJkg

, (1.21)

gde su:

v,pc ,Cm

kJ,

o3 ⋅

- srednji specifi~ni toplotni kapacitet vazduha, u intervalu temperatura od 0 oC do tv (Prilog 3.2.)

vt ,, C o - temperatura vazduha. Ukupna entalpija produkata sagorevanja (za tst ) odredjuje se prema izrazu:

( )h V c t H huk i p i st d v= ⋅ ⋅ = +∑ , ,kJkg

, (1.22)

gde su: stt ,C, o - teorijska temperatura sagorevanja.

i,pc,,

Cm

kJ

o3 ⋅ - srednji specifi~ni toplotni kapacitet i-te

komponente, u intervalu od 0 °C do tst (Prilog 3.2.).

2


U izrazu 1.22 uzeta je u obzir predpostavka da se celokupna koli~ina energije koja je uneta u proces sagorevanja predaje produktima sagorevanja (adijabatsko lo`i{te) i da nema disocijacije troatomnih gasova CO2 i H2O. Napomena: Prema izrazima 1.1 − 1.20 odredjuju se i karakteristi~ni parametri procesa sagorevanja te~nih goriva. GASOVITO GORIVO - POTPUNO SAGOREVANJE Minimalna potrebna koli~ina kiseonika za sagorevanje:

( ) ,n

m,,min, ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ++⋅++⋅⋅= ∑ 2nm222 OHC

4SH51COH50

1001

O (1.23)

Minimalna koli~ina vazduha za sagorevanje:

,,a

V min,min,v 3

32

mm

O

=

gde je: a =0,21 m3/m3, - zapreminski udeo kiseonika u vazduhu. Stvarna koli~ina vazduha za sagorevanje:

3

32

m

m

O,

aVV min,

min,vstv,v ⋅=⋅= λλ .

Koli~ine komponenata u produktima sagorevanja:

( ) ,mV ∑ ⋅++⋅= nm2CO HCCOCO100

1

2 (1.24)

,n

V ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅++⋅= ∑ nm22OH HC

2SHH

1001

2

(1.25)

( ) ,,V min, 3

3

2Om

m O1

2⋅−= λ

3

3

22Nm

m O

1N

1001

2

,a

aV min,⋅

−⋅+⋅= λ . (1.26)

Koli~ina vla`nih produkata sagorevanja:

∑ ++++==3

3

NOOHSOCOm

m

22222,VVVVVVV irw .

Koli~ina suvih produkata sagorevanja:

3

3

OHm

m

2,VVV rwrs −= .

Zapreminski udeli komponenata u vla`nim produktima sagorevanja:

,,V

V

rww, % 100CO 2CO

2 ⋅=

,,V

V

rww, % 100SO 2SO

2 ⋅=

,,V

V

rww, % 100OH OH

22 ⋅=

,,V

V

rww, % 100O 2O

2 ⋅=

3


,% 100N 2N2 ⋅=

rww, V

V.

Zapreminski udeli komponenata u suvim produktima sagorevanja:

,,V

V

rss, % 100CO 2CO

2 ⋅=

,V

V

rss, ,% 100SO 2SO

2 ⋅=

%, 100O 2O2 ,

V

V

rss, ⋅=

% 100N 2N2 ,

V

V

rss, ⋅= .

Entalpija produkata sagorevanja se izra~unava prema jedna~inama koje su date za proces sagorevanja ~vrstog/te~nog goriva.

Prora~un ekvivalentnog oboga}enja vazduha kiseonikom

Dodavanje tehni~kog kiseonika se naziva oboga}enje vazduha kiseonikom. Ukoliko se ono vr{i na taj na~in da se smanjuje koli~ina vazduha, a odr`ava ukupna koli~ina kiseonika za sagorevanje konstantnom, oboga}enje je ekvivalentno. Rezultat oboga}enja je pove}anje zapreminskog udela kiseonika u vazduhu. Koli~ina dodatnog tehni~kog kiseonika je:

,a

amin,d, kg

m, O

7910021

O3

22 ⋅⋅−

⋅= λ (1.27)

gde je: a ,%, - zapreminski udeo kiseonika u oboga}enom vazduhu. Koli~ina vazduha je:

,Va

aV stv,vv kg

m,

7921100 3

⋅⋅−

= (1.28)

gde je:

Vv,stv,,

kgm3

- stvarna koli~ina vazduha bez oboga}enja kiseonikom, prema izrazu:

21100

O2 ⋅⋅= λmin,stv,vV , mkg

3

.

Koli~ina me{avine vazduha i dodatnog kiseonika (stvarna koli~ina vazduha oboga}enog kiseonikom) je:

,VV d,v'

stv,v kgm

, O3

2+= (1.29)

ili,

.kga

V min,'

stv,v

3

2m

, 100O ⋅⋅=λ (1.30)

4


Promena koli~ine produkata sagorevanja

Promena koli~ine produkata sagorevanja svodi se na promenu koli~ine azota u produktima sagorevanja. Koli~ina azota u produktima sagorevanja (bez oboga}ivanja vazduha kiseonikom) je:

kgm

O2179

N100

80 3

2N2,

.V min,⋅⋅+⋅= λ .

Koli~ina azota u produktima sagorevanja (sa oboga}ivanjem vazduha kiseonikom) je:

kgm

O100

N100

80 3

2N2,

aa.

V min,' ⋅

−⋅+⋅= λ . (1.31)

Smanjenje koli~ine azota je:

, ,VVV '

kgm

3

NNN 222−=∆ (1.32)

odnosno koli~ine produkata sagorevanja je:

.,a

VV min,rw kgm

100O1

211 3

2N2⋅⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅== λ∆∆ (1.33)

Koli~ina vla`nih produkata sagorevanja (sa oboga}ivanjem vazduha kiseonikom) je:

kgm

3

NOOHSOCO 22222,VVVVVV ''

rw ++++= . (1.34)

PRORAÛN NEPOTPUNOG SAGOREVANJA GORIVA Pri prora~unu koli~ina produkata nepotpunog sagorevanja polazna vrednost je minimalna koli~ina kiseonika - , potrebna za potpuno sagorevanje goriva, kao i odgovaraju}e koli~ine

ugljen-dioksida - , i vodene pare - , koje nastaju pri potpunom sagorevanju goriva:

oV2O

oV2CO

oV OH2

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ++⋅++⋅⋅== ∑ 2nm222O OHC

4SH51COH50

1001

O2

nm.,V min,

o ,

( ) ,HCmCOCOV nmo

CO ∑ ⋅++⋅= 21001

2

,n

V nmo ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅++⋅= ∑ OHHC

2SHH

1001

222OH2

Koli~ina ugljen-dioksida pri nepotpunom sagorevanju goriva odredjuje se iz izraza: ( ) ( )[ ]

( ) ,K

VVVVKBBV

oooo

3

3OOHCOCO

211

COmm

, 12

1214 2222

2 −⋅

−⋅⋅−+⋅⋅−⋅++−=

λ (1.35)

gde su: B1 - pomo}na veli~ina, data izrazom:

( ) ( ) ( ) ,,KVKVVB oCO

oo3

3

OOH1m

m 2112

222−⋅−−⋅−⋅⋅+= λ (1.36)

K - konstanta ravnoteè reakcije (vodenog gasa): 222 HCOOHCO +→

←+ . Vrednosti konstante ravnoteè u zavisnosti od temperature date su u Prilogu 5.1. Koli~ina ugljen-monoksida je:

.VVV o3

3

COCOCO mm

,22

−= (1.37)

5


Za odredjivanje koli~ine vodene pare koristi se izraz: ( ) ,VVVVV oo

22222 OCOOHo

COOH 12 ⋅−⋅−−+= λ (1.38)

Koli~ina vodonika u produktima nepotpunog sagorevanja je: ( ) ,VVVV oo

2222 COOCOH 12 −⋅−⋅+= λ (1.39)

Koli~ina azota je:

.mm

100N

2179

3

32

ON 22,VV o +⋅⋅= λ (1.40)

Sada se mogu odrediti koli~ine suvih i vla`nih produkata:

,VVVVV NHCOCOrs 3

3

mm

222+++=

Sastav produkata nepotpunog sagorevanja (u zapreminskim udelima komponenata u suvim i vla`nim produktima) odredjuje se primenom izraza:

%100CO 2CO2 ,

V

V

rss, ⋅= , % 100CO CO ,

VV

rss ⋅= , % 100H 2H

2 ,V

V

rss, ⋅= ,

,,V

V

rss, % 100N 2N

2 ⋅=

,,V

V

rww, % 100CO 2CO

2 ⋅= ,,VV

rww % 100CO CO ⋅= ,,

V

V

rww, % 100H 2H

2 ⋅=

%100N 2N2 ,

V

V

rww, ⋅= , %100OH OH

22 ,

V

V

rww ⋅= .

Donja toplotna mo} vla`nih produkata nepotpunog sagorevanja odredjuje se iz izraza:

( ) ,H ww,ps,d CO12635H10785100

12 ⋅+⋅⋅=

Donja toplotna mo} vla`nih produkata nepotpunog sagorevanja moè se odrediti i u odnosu na 1 m3 polaznog goriva:

,VVH ps,d COH 12635107852

⋅+⋅=

Napomena: Treba voditi ra~una o jedinicama u kojima je izraèna vrednost donje toplotne mo}i produkata sagorevanja - moè biti izraèno u kJ/m3

prod.sagorevanja, - prva formula odnosno u kJ/m3(ili kg)goriva - druga formula Stepen iskori{}enja goriva Stepen iskori{}enja goriva predstavlja odnos ukupne energije koja je predata u pe}i i energije koja se sa gorivom unese u pe}. Stepen iskori{}enja goriva ra~una se prema izrazu:

d

igorvdg H

qhhH ∑−++=η , (2.15)

gde su:

hv kJm

3, , - entalpija vazduha na ulazu u pe},

hgor kJm

, 3, - entalpija goriva na ulazu u pe},

,mkJ

3,q i∑ - suma gubitaka toplote koji su dati zadatkom (obi~no su to gubici usled

hemijske nepotpunosti sagorevanja i gubici sa dimnim gasovima).

6


Za slu~aj zamene jedne vrste goriva drugom Za slu~aj upotrebe jedne vrste goriva koli~ina dovedene toplote (koja se dobija sagorevanjem goriva) je:

111 g,dg,h HBQ ⋅= && , (2.19)

gde je:

1B& - potro{nja goriva 1,

a za slu~aj upotrebe druge vrste goriva je :

222 g,dg,h HBQ ⋅= && , (2.20)

gde je:

2B& - potro{nja goriva 2. Za jednak kapacitet pe}i i jednake gubitke u okolinu pri promeni goriva, ili pri promeni stepena iskori{}enja goriva vaì jednakost:

21 21 gg,hgg,h QQ ηη ⋅=⋅ && , (2.21)

ili

21 2211 gg,dgg,d HBHB ηη ⋅⋅=⋅⋅ && . (2.22)

P era~unavanje sa jednog sastava goriva na drugi (kada se menja udeo vlage u gorivu ili kada se prera~unava sa npr. ~iste gorive mase na realan sastav goriva) r

Prera~unavanje sa ~iste gorive mase na stvarnu masu goriva sa realnim sadràjem vlage i pepela koji su definisani tehni~kom analizom:

100100 AW

CC gm−−

⋅=

100100 AW

HH gm−−

⋅=

100100 AW

OO gm−−

⋅=

100100 AW

NN gm−−

⋅=

100100 AW

SS gm−−

⋅=

Prera~unavanje sastava goriva sa jednog sadràja vlage na drugi:

WW

CC−−

⋅=100100 1

1

WW

HH−−

⋅=100100 1

1

WW

OO−−

⋅=100100 1

1

WW

NN−−

⋅=100100 1

1

WW

SS−−

⋅=100100 1

1

1W , %, - novi sadràj vlage u gorivu

WW

AA−−

⋅=100100 1

1 .

7


Dimenzionisanje izolacije zidova pe}i i lo`i{ta Na slici 1. prikazan je bo~ni zid pe}i sa rasporedom temperatura po preseku zida. Usvajaju se po~etne debljine slojeva, prema standardnim dimenzijama vartostalnih i izolacionih materijala (Prilozi 6.1. - 6.5.):

- prvi (unutra{nji) sloj: vatrostalna {amotna opeka, debljine δ1 - drugi sloj: termoizolaciona opeka, debljine δ2 , - tre}i sloj: mineralna vuna, debljine δ3.

tt

t

t

t t

g,sr

1

2

3

4o

λ λ λ1 2 3

1 2 3δδδ

Slika 1. Raspored temperatura po preseku zida

Predpostavlja se po~etni raspored temperatura: t1 ; t2 ; t3 ; t4. Na osnovu predpostavljenog rasporeda temperatura izra~unavaju se srednje temperature slojeva:

2

211

ttt sr,

+= ,

232

2tt

t sr,+

= ,

243

3tt

t sr,+

= .

Toplotne provodnosti slojeva ra~unaju se za srednju temperaturu sloja, na osnovu podataka datih u Prilozima 6.1 - 6.5, kori{}enjem izraza:

K) W/(m,2 ⋅⋅+⋅+= sr,isr,ii tctbaλ .

Ovde su a, b i c konstante koje zavise od vrste primenjenog vatrostalnog i izolacionog materijala. Prema izrazu specifi~ni toplotni fluks kroz zid je:

αλδ

λδ

λδ 1

3

3

2

2

1

1

01

+++

−=

ttqv& .

Proverom temperatura na dodiru slojeva dobijaju se vrednosti:

′ = − ⋅t t qv2 11

1

&δλ

,

8


′ = − ⋅ +⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟t t qv3 1

1

1

2

2

&δλ

δλ

,

i na spolja{njoj povr{ini pe}i:

′ = − ⋅ + +⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟t t qv4 1

1

1

2

2

3

4

&δλ

δλ

δλ

,

Prema zahtevu u zadatku potrebno je da razlike izmedju predpostavljenih i izra~unatih vrednosti temperatura budu u granicama ± 2 °C:

2tt ii ±≤′−=it∆ , Kako ovaj uslov nije ispunjen usvaja se novi raspored temperatura na osnovu izra~unatih vrednosti i postupak se ponavlja. Na osnovu novog rasporeda temperatura ra~unaju se nove vrednosti toplotne provodnosti za svaki od slojeva, a zatim se ponavlja prora~un za toplotni fluks kroz zid i vr{i provera temperatura. Kada su razlike izmedju vrednosti temperatura iz prethodne iteracije i izra~unatih vrednosti u zahtevanim granicama ± 2 °C, iterativni postupak se zavr{ava.

9

Formule-Industrijske Peci i Kotlovi

Documents

Transcript of Formule-Industrijske Peci i Kotlovi