Файл: Попов, Н. П. Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений [учебное пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 45
Скачиваний: 0
кие химические реакции происходят в процессе горения. Состав и теплота сгорания некоторых горючих газов и мазутов приведены в приложении (табл. IV и Y).
Основные свойства топочных газов и воздуха
Как указывалось выше, топочные газы и воздух содержат опре деленное количество водяных паров, т. е. представляют собой газо вые смеси. Характеристическими параметрами для влажного газа являются давление Р , парциальное давление водяного пара р п и сухого воздуха рвОЗД, абсолютная температура Т, плотность р, влагосодержание d, относительная влажность <р, теплоемкость с и теплосодержание (энтальпия)’ г. Расчет выпарных установок кон тактного типа целесообразно вести на 1 кг абсолютно сухого газа, так как эта величина остается постоянной в процессе выпаривания.
Влагосодержанием газа называется отношение массы влаги в данной смеси к массе сухой части смеси. Влагосодержание обозна чается d (г/кг) или х (кг/кг).
В смеси газов объем каждого, газа равен общему объему смеси V, а температура — обшей температуре смеси. Поэтому влагосодер жание газа может быть определено из уравнения:
-«возд-* |
л п |
кг/кг |
(32) |
Рвозд |
|
где КвозД, R n — газовые постоянные воздуха и пара; V выражается в кубических метрах, а Т — в кельвинах.
Так как для воздуха и водяного пара отношение RB03ЛШП=
= 0,622, то уравнение (32) |
можно представить в следующем виде: |
||||
ж = 0,622 |
Рп = |
=0,622 |
Рп |
кг/кг |
|
или |
Рвозд |
|
R '—Рп |
|
|
|
|
Рп |
|
|
|
|
d = |
622- |
г/кг , |
(33) |
|
|
|
|
— Рп |
|
|
Относительная влажность пара ф определяется как отношение данной абсолютной влажности газа к максимальной абсолютной влажности, которая может удерживаться в 1-м8 газа без конденса ции влаги при данных давлении и температуре, т. е.
|
|
|
Рп |
(34) |
|
|
|
рнас |
|
или, учитывая, что р |
Р |
|
|
|
RT |
|
|
||
|
|
Рп |
|
|
|
|
<Р= |
(35) |
|
|
|
Рнас |
|
|
гДе Рнас — плотность |
сухого насыщенного водяного пара, |
кг/м3; |
||
рп — плотность водяного пара при данной температуре влаж |
||||
ного газа, |
кг/м3; |
|
|
|
21
рп — парциальное давление водяного пара при данной тем пературе влажного газа, кгс/м2;
Рнас — парциальное давление сухого насыщенного водяного пара, кгс/м2.
Величины рнас и рнас определяют по таблице сухого насыщенного водяного пара по заданной температуре (см. приложение, табл. I).
Плотность влажного газа определяется суммой плотностей су хого газа и водяного пара:
Рвл. г = рс. г+Рп КГ/мЗ |
(36) |
||
Для смеси воздуха с водяным паром |
|
||
Рвл. В03Д= 0.289 ~f~, 1Q622d d" кг/ м3 |
(37) |
||
Удельный объем влажного воздуха V°, отнесенный к 1 кг сухого |
|||
воздуха, можно определить по |
формуле: |
|
|
F° = 4,64-10_6 (622+ d) (273+ г) мЗ/кг |
(38) |
||
где t — температура влажного воздуха, |
°С. |
уравнения |
|
Плотность влажного воздуха |
можно |
определить из |
|
1 + 0,оом |
, , |
,„п, |
|
Рвл.возд= — |
------ кг/мЗ |
(39) |
|
Для парогазовых смесей введено понятие теплоемкости влажного газа свл г при постоянном давлении, отнесенной к 1 кг влажного газа, и теплоемкости влажного газа, отнесенной к 1 кг сухого газа.
Теплоемкость влажного газа, отнесенная к 1 кг влажного газа:
|
сс. г + 0.001сп^ |
________ ккал__________ |
свл. г — |
i_f-0,001d |
кг влажного газа•РС |
и теплоемкость влажного газа, отнесенная к 1 кг сухого газа:
_ |
д,____________ ккал________ |
.... |
свл. г — Сс. г + сп iqqq кг сухого газа ■?С |
|
|
где сс г — теплоемкость |
сухого газа, ккал/(кг-°С); |
|
сп — теплоемкость водяного пара, ккал/(кг-°С); |
|
|
d — влагосодержание газа, кг/кг.
Для влажного воздуха приближенно можно определить среднюю теплоемкость по соотношению:
|
свл. возд —0,244 + |
0,45- 1000 |
ккал/(кг •РС) |
(42) |
|||
Теплосодержание (энтальпия) влажного газа, |
отнесенное к 1 кг |
||||||
сухой |
части: |
* , |
d . |
|
ккал |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
гВЛ. Г —СС. Г^+ |
[ООО |
кг |
сухого газа |
|
||
где t |
— температура газа, |
°С; |
|
|
водяного |
пара, |
ккал/кг |
ia — теплосодержание |
перегретого |
||||||
22
Для определения теплосодержания перегретого водяного пара можно пользоваться формулой:
t'n = 595 + 0,47i ккал/кг |
(44) |
При расчете параметров смеси топочных газов и воздуха необ ходимо знать элементарный состав принятого топлива.
Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха для сжига ния 1 кг твердого или жидкого топлива определяется по уравнению:
L0=[0,115CP + 0,345HP — 0,043(Ор— SP)] кг/кг |
(45) |
где Ср, Нр, Ор и Sp — величины элементарного состава топлива, выраженные в процентах по весу.
Для сжигания сухого газообразного топлива эта величина со ставляет:
|
|
т -{-- |
£ 0 = |
1,38\0,017CO + 0,248H2 + 0,44H2S-1- |
\2m-\-n СтНп — О2 I кг/кг (46) |
где |
СО, Н 2, H2S, CmH„ — составляющие газообразного топлива; |
|
их содержание выражается в процентах по весу.
Чтобы определить, сколько водяных паров и сухих газов обра зуется при сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива, пользуются формулами:
|
r |
9Н + ТТР |
abode кг/кг |
|
|
(47) |
|||
|
п ~ |
|
100 |
|
1000 |
|
|
|
|
|
Gc. г — 1 + « Ь о |
9НР + ТГР + ЛР |
кг/кг |
|
(48) |
||||
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
где Нр, |
W p, А р — содержание |
водорода и |
влаги, |
зольность |
то |
||||
|
плива, |
соответственно, |
вес. %; |
|
|
||||
|
а — коэффициент избытка воздуха в топке; |
|
|||||||
|
L0 — теоретически |
необходимое |
количество воздуха |
||||||
|
на 1 кг |
сжигаемого топлива, кг/кг; |
г/кг; |
||||||
|
do — влагосодержание |
окружающего |
воздуха, |
||||||
|
(do = |
6-f- 10 г/кг). |
|
|
|
|
|||
При сжигании 1 кг сухого газообразного топлива образуется |
|||||||||
водяных |
паров |
|
|
|
|
|
|
|
|
а сухих |
с"=2 т12т-\-п |
|
| |
|
|
' |
<«> |
||
газов |
|
|
0,09п |
|
|
|
|
||
|
Gc. г= 1 + а^о— |
|
|
|
(50) |
||||
|
12т-\-п Ст Н „ |
кг/кг |
|
||||||
Зная количество сухих газов и водяных паров, можно определить |
|||||||||
влагосодержание топочных газов: |
■ |
|
|
|
|
||||
|
1000 |
Gс |
г /к г |
сухого |
газа |
|
(51) |
||
|
|
|
|||||||
Коэффициент избытка воздуха а определяют исходя из заданной температуры топочных газов перед выпарным аппаратом £вх.
23
Для твердого и жидкого топлива
№] г -рCjtj ■ |
9HP+ W * -M P ') |
, |
9HP+VFP . |
|
ТОО |
) |
сс . Л х - |
10Q ■ чп |
|
а = ----------------- |
|
|
|
( 52) |
Lo ( cc.rW + -^ g — *о)
для газообразного топлива
(/вДт-ЬСА —■ |
0,09ге |
пН» ) с=. r<BX~ |
( 2 12m + п CmHn) г'п |
|
12т'-\-п |
||||
|
||||
|
|
•*вх + 1000 |
(53) |
|
где Q% — высшая теплота сгорания топлива, |
||||
ккал/кг; |
||||
т}т — к. п. д. топки, учитывающий потери тепла в окружающую
"среду, %;
|
ст — теплоемкость |
топлива, ккал/(кг-°С); |
|
|
||
|
tT — температура |
топлива, °С; |
|
|
|
|
|
tBX — температура газов при входе в аппарат, °С; |
|
|
|||
|
го — теплосодержание наружного воздуха при входе в топку, |
|||||
|
|
ккал/кг; |
|
паров, ккал/кг. |
|
|
|
гп — теплосодержание водяных |
|
|
|||
|
Материальный и тепловой баланс выпарного аппарата |
|||||
|
Материальный баланс для аппаратов контактного типа подобен |
|||||
материальному балансу для однокорпусной выпарной |
установки |
|||||
поверхностного типа (см. стр. 9). |
’ |
|
|
|||
|
Общим методом принятого нами теплового расчета является со |
|||||
ставление теплового баланса выпарного аппарата на |
1 |
кг выпа |
||||
ренной |
воды. |
|
|
|
|
|
|
Расход тепла на испарение воды: |
|
|
|||
|
|
9исп = |
595-f-0,47(^вых— ^нач) ккал/кг |
|
(54) |
|
г Де |
*вых — температура газов, выходящих из аппарата, |
°С; |
||||
|
£нач — температура исходного раствора, °С. |
|
|
|||
|
Расход тепла на нагрев упаренного раствора,, отнесенный к 1 кг |
|||||
испаренной влаги: |
G |
|
|
|
||
|
|
|
^нач) ккал/кг |
|
(об) |
|
|
|
?нагр~— — ср Ркон |
|
|||
гДе ^кон |
— температура упаренного раствора, °С; |
|
|
|||
|
ср — теплоемкость упаренного раствора, ккал/(кг-°С). |
|||||
|
Потери тепла в окружающую среду, отнесенные к 1кг испаренной |
|||||
воды: |
|
Fнар® А/0 |
|
|
||
|
|
|
|
(об) |
||
|
|
|
дПот = ----------------- ккал/кг |
|
||
где |
F Haр — наружная поверхность |
аппарата, м2; |
|
|
||
|
|
а — коэффициент теплоотдачи [а = 0,5-f-l,0 ккалДм2*ч°С)]; |
||||
24
At0 — разность температур внутри |
аппарата и в воздухе, |
|
где расположен аппарат, °С; |
кг. |
' |
W — количество испаренной влаги, |
||
Изоляция аппарата выбирается таким образом, чтобы наружная стенка не нагревалась выше 40 °С или чтобы коэффициент тепло отдачи находился в пределах 0,5—1,0 ккал/(м2-ч- °С).
Как правило, потери в окружающую среду не превышают 5—
10%. Обычно принимают дпот = |
30 -f- 60 ккал/кг. |
|
|
|
||||||||
Выход сухих газов на 1 кг испаренной воды: |
|
|
|
|
||||||||
|
Lc. t= |
gt,cn + gHarp+ |
gnoT кг/кг |
|
|
|
(57). |
|||||
|
|
|
|
^вх^вх свых^вых |
|
|
|
|
|
|||
где свх, свых — теплоемкость теплоносителя на входе |
и выходе из |
|||||||||||
аппарата, ккал/(кг-°С); |
|
входе |
и |
выходе из |
||||||||
tBX, £вых — температура |
теплоносителя на |
|||||||||||
аппарата, °С. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Потери тепла с отходящими газами: |
|
|
|
|
|
|||||||
*7от. r “ 7ic, г (^вых-f-6,001 (?вхсп) Овых— ^о) |
ккал/кг |
|
|
(58) |
||||||||
где сп — теплоемкость |
1 |
|
кг |
пара |
в |
теплоносителе |
при |
£ВЬ]Х, |
||||
ккал/(кг-°С); |
|
газов |
при |
входе |
в аппарат, |
кг/кг; |
||||||
dRX— влагосодержание |
||||||||||||
£о — температура окружающей среды, °С. |
|
|
|
|
||||||||
Суммарный расход тепла на 1 кг выпаренной воды: |
|
|
|
|||||||||
2 7 |
= |
?исп + |
?нагр + |
5пот+?от.г ккал/кг |
|
|
(59) |
|||||
Расход тепла на |
1 |
кг испаренной воды с учетом потерь |
тепла |
|||||||||
в топке: |
|
|
|
|
У д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ккал/кг |
|
|
|
|
(60) |
||
|
|
|
|
|
— |
|
|
|
|
|||
где т}х — к. п. д. топки, |
%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Расход топлива, |
сжигаемого в топке аппарата: |
|
|
|
||||||||
|
|
|
В = |
^ с ~г- W кг/ч |
|
|
|
|
(61) |
|||
|
|
|
|
|
Сгс. г |
|
|
|
|
|
|
|
Конструкции контактных выпарных аппаратов
По конструктивному оформлению аппараты контактного типа можно разделить на следующие группы:
1)барботажные аппараты барабанного типа и аппараты с погруж ными горелками;
2)скоростные прямоточные распыливающие аппараты;
3)скрубберные аппараты.
На рис. 4 представлен барботажный аппарат барабанного типа, состоящий из выносной топки 1 и горизонтального цилиндрического1 корпуса 7. Часть объема аппарата заполняется исходным раствором, подаваемым по трубе 6. Топочные газы поступают по трубам 2, 4Г