Расчет основного аппарата. Выявление резервов увеличения производительности аппарата и интенсификации процесса

Рассчитаем циклонную печьпоз.7/1-3.

Циклонная печь предназначена для обезвреживания огневым методом промышленных сточных вод, содержащих органические и минеральные примеси. В качестве топлива используется природный газ.

Производительность по сточным водам-2800 кг/ч.

Расход природного газа-830 нм³/ч

Давление природного газа-1500 нм³/ч

Расход воздуха-8970 нм³/ч

Давление воздуха перед горелкой-0,007МПа

Расход промышленной очищенной воды на охлаждение 55 м³/ч

Температура дымовых газов 1000⁰С

Количество дымовых газов 13150 нм³/ч

Масса -26980 кг

Циклонная печь поз.7/1-3 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат Д=2400мм, Н=7015мм, футерованный внутри огнеупорным кирпичом, с четырьмя горелками и восемью форсунками для распыления промстоков. При температуре (800-1000)⁰С и коэффициенте избытка воздуха a=1,1 происходит полное выгорание органики, содержащейся в промстоках, до углекислого газа и воды, а вода, находящаяся в стоках, испаряется и перегревается до температуры 1000⁰С.

Циклонная печь состоит из керамической головки, футерованной огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом, вертикальной охлаждаемой цилиндрической камерой.

В головке печи устанавливаются тангенциально газовые горелки предварительного смешения ГПС 1 конструкции ОКБ «ЭТХИМ» и сопла вторичного дутья.

В верхней части охлаждаемой цилиндрической камеры расположены механические форсунки для распыливания сточных вод. Внутренняя цилиндрическая часть охлаждаемой камеры футеруется по шипам обмазкой ПХМ-6.

Цилиндрическая часть печи охлаждается промышленной очищенной водой. Температура воды на выходе из рубашки 40-70*С. Процесс обезвреживания сточных вод происходит в высокотемпературной зоне Т=950*С.

Минеральные примеси улавливаются в цилиндрической камере и в виде жидкого сплава выводятся через пережим в газоход-копильник. В настоящее время химические процессы очень часто протекают при высоких температурах и давлениях, поэтому для предупреждения аварий и взрывов наряду с технологическим расчётом аппаратов обязательно производится расчёт их на прочность.

Рассчитаем процесс горения.

Определим низшую теплоту сгорания топлива Q_р^н. Если топливо представляет собой индивидуальный углеводород, то теплота сгорания его Q_р^нравна стандартной теплоте сгорания за вычетом теплоты испарения воды, находящейся в продуктах сгорания.

Для топлива, состоящего из смеси углеводородов, теплота сгорания определяется по формуле:

где

Q_pi^н - теплота сгорания i-гo компонента топлива;

Q_р^н_см = 35,84*0,987 + 63,80*0,0033+ 91,32*0,0012+ 118,73*0,0004 + 146,10 = 35,75

Молярную масса топлива:

M_m = ΣM_iх y_i, где (25)

M_i -молярная масса i-гo компонента топлива

M_m=16,042 х 0,987+30,07 х 0,0033+58,120 х 0,0004+44,010х0,001+28,01 х 0,007 = 16,25 кг/моль.

(26)

тогда Q_р^н_см, выраженная в МДж/кг, равна:

МДж/кг.

Результаты расчета сводим в таблицу 12.

Таблица 12 - Состав топлива

Компонент	Молярная масса M_i,кг/кмоль	Молярная доля y_i,кмоль/кмоль	M_i∙y_i,кг/кмоль
CH₄	16,042	0,9870	15,83
C₂H₆	30,070	0,0033	0,10
C₃H₈	44,094	0,0012	0,05
н-C₄H₁₀	58,120	0,0004	0,02
C₅H₁₂	72,150	0,0001	0,01
CO₂	44,010	0,0010	0,04
N₂	28,010	0,0070	0,20
ИТОГО:		1,0000	16,25

Определим элементарный состав топлива, % (масс.):

Содержание углерода

(27)

Содержание водорода

(28)

Содержание кислорода

(29)

Содержание азота

, где (30)

n_i^C, n_i^H, n_i^N , n_i^O - число атомов углерода, водорода, азота и кислорода в молекулах отдельных компонентов, входящих в состав топлива;

- содержание каждого компонента топлива, масс. %;

x_i- содержание каждого компонента топлива, мол. %;

M_i- молярная масса отдельных компонентов топлива;

М_m- молярная масса топлива.

Проверка состава:

C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100 % (масс.).

Определим теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива, оно определяется из стехиометрического уравнения реакции горения и содержания кислорода в атмосферном воздухе. Если известен элементарный состав топлива, теоретическое количество воздуха L₀, кг/кг, вычисляется по формуле:

(31)

На практике для обеспечения полноты сгорания топлива в топку вводят избыточное количество воздуха, найдем действительный расход воздуха при α = 1,25:

L=αL₀, , где (32)

L - действительный расход воздуха;

α-коэффициент избытка воздуха,

L=1,25*17,0 = 21,25 кг/кг.

Удельный объем воздуха (н. у.) для горения 1 кг топлива:

где (33)

ρ_в= 1,293 -плотность воздуха при нормальных условиях,

м³/кг.

Найдем количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:

Если известен элементарный состав топлива, то массовый состав дымовых газов в расчете на 1 кг топлива при полном его сгорании может быть определен на основании следующих уравнений:

кг/кг;

, где (34)

m_CO2, m_H2O, m_N2, m_O2 - масса соответствующих газов, кг.

кг/кг,

Суммарное количество продуктов горения:

m_{п. с} = 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25 кг/кг.

Проверяем полученную величину:

где (35)

W_ф - удельный расход форсуночного пара при сжигании жидкого топлива, кг/кг (для газового топлива W_ф = 0),

кг/кг.

Найдем объем продуктов сгорания при нормальных условиях, образовавшихся при сгорании 1 кг топлива:

где (36)

m_i-масса соответствующего газа, образующегося при сгорании 1 кг топлива;

ρ_i - плотность данного газа при нормальных условиях, кг/м³;

М_i- молярная масса данного газа, кг/кмоль;

22,4 - молярный объем, м³/кмоль,

м³/кг; м³/кг;

м³/кг; м³/кг.

Найдем теплоемкость и энтальпию продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от 100°С (373 К) до 1500 °С (1773 К), используя данные таблице 13.

Таблица 13 - Средние удельные теплоемкости газов

O₂	N₂	CO₂	H₂O	Воздух
0,9148	1,0392	0,8148	1,8594	1,0036
0,9232	1,0404	0,8658	1,8728	1,0061
0,9353	1,0434	0,9102	1,8937	1,0115
0,9500	1,0488	0,9487	1,9292	1,0191
0,9651	1,0567	0,9877	1,9477	1,0283
0,9793	1,0660	1,0128	1,9778	1,0387
0,9927	1,0760	1,0396	2,0092	1,0496
1,0048	1,0869	1,0639	2,0419	1,0605
1,0157	1,0974	1,0852	2,0754	1,0710
1,0305	1,1159	1,1225	2,1436	1,0807
1,0990	1,1911	1,1895	2,4422	1,0903

Энтальпия дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива:

где (37)

с_CO2, с_H2O, с_N2, с_О2 - средние удельные теплоемкости при постоянном давлении соответствующих газон при температуре t, кДж/(кг ·К);

с_t- средняя теплоемкость дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива при температуре t, кДж/(кг К);

кДж/кг;

При 200°С:

Так считаем на все значения температур.

Результаты расчетов сводим в таблицу 14.

Таблица 14- Энтальпия продуктов сгорания

Температура

Теплоемкость продуктов сгорания с_t,

кДж/(кг*К)

Энтальпия продуктов сгорания H_t,

кДж/кг

°С

100 200 300 400 500 600 700 800 1000 1500

373 473 573 673 773 873 973 1073 1273 1773

24,398 24,626 24,912 25,202 25,503 25,821 26,151 26,465 27,032 29,171

2439,8 4925,3 7473,6 10080,8 12751,7 15492,4 18305,6 21171,8 27032,0 43756,5

Расчет полезного коэффициента.

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

Расчет КПД установки осуществляется по формуле:

Полученные показатели эффективности работы циклонной печи соответствуют ее размерамД=2400мм, Н=7015мм.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 336; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!