Трубчатые печи

ТРУБЧАТЫЕ ПЕЧИ
Лабораторная работа № 1
по дисциплине «Технологические процессы автоматизированных
производств»
Вариант № 10
Задание 1. Рассчитать процесс горения мазута, содержащего С %
углерода, Н % водорода, S % серы. Расход водяного пара на распыление
топлива составляет W кг/кг.
Таблица 1 – Исходные данные
№ варианта
10
Решение:
С, %
88,8
Н, %
10,2
S, %
1
W, кг/кг
0,5
Найдем мольное содержание углерода С, водорода Н, серы S в 1 кг
мазута:
1 𝐶%
1 88,8
∙
=
∙
= 0,074 кмоль/кг
12 100 12 100
1 𝐻% 1 10,2
𝑁𝐻 = ∙
= ∙
= 0,051 кмоль/кг
2 100 2 100
1 𝑆%
1
1
𝑁𝑆 =
∙
=
∙
= 0,000313 кмоль/кг
32 100 32 100
Теоретическое количество кислорода, необходимого для полного
𝑁𝐶 =
сгорания 1 кг топлива, может быть найдено из уравнения:
От=NC+1/2NH+NS+NN+NW-NO,
где NC,1/2NH, NS, NN, NW, NO – содержание в топливе соответствующих
элементов и воды, кмоль/кг.
ОТ = 0,074 +
0,051
+ 0,000313 = 0,099813 кмоль/кг
2
Теоретическое количество воздуха на горение 1 кг мазута:
𝐿𝑂 =
ОТ
0,099813
=
= 0,475298 ≈ 0,475 кмоль/кг
0,21
0,21
Принимаем коэффициент избытка воздуха α=1,2, тогда практическое
количество воздуха:
𝐿 = 𝛼 ∙ 𝐿𝑂 = 1,2 ∙ 0,475 = 0,57 кмоль/кг
Состав продуктов сгорания:
Двуокиси углерода:
1 𝐶%
1 88,8
∙
=
∙
= 0,074 кмоль/кг
12 100 12 100
Сернистого ангидрида:
𝑁𝐶О2 =
1 𝑆%
1
1
∙
=
∙
= 0,000313 кмоль/кг
32 100 32 100
Водяных паров:
𝑁𝑆О2 =
за счет содержания в топливе водорода:
1 𝐻% 1 10,2
∙
= ∙
= 0,051 кмоль/кг
2 100 2 100
за счет присутствия воды в топливе:
𝑁 ′ 𝐻2𝑂 =
𝑊 0,5
=
= 0,02777 кмоль/кг
18 18
Общее количество водяных паров:
𝑁 ′′′ 𝐻2𝑂 =
𝑁𝐻2 𝑂 = 𝑁 ′ 𝐻2 𝑂 + 𝑁 ′′′ 𝐻2 𝑂 = 0,051 + 0,02777 = 0,0788 кмоль/кг
Азота в воздухе:
𝑁𝑁2 = 𝑁′𝑁2 = 0,79 ∙ 𝐿 = 0,79 ∙ 0,57 = 0,4503 кмоль/кг
Свободного кислорода (в избытке воздуха):
𝑁О2 = 𝑁′О2 = (𝛼 − 1) ∙ ОТ = (1,2 − 1) ∙ 0,099813 = 0,019963 кмоль/кг
Суммарное количество продуктов сгорания:
∑ 𝑁 = 𝑁𝐶О2 + 𝑁𝑆О2 + 𝑁𝐻2 𝑂 + 𝑁𝑁2 + 𝑁О2
∑ 𝑁 = 0,074 + 0,000313 + 0,0788 + 0,4503 + 0,019963 =
= 0,623375 кмоль/кг
или (в кг на 1 кг топлива):
𝐺пр.сг = 0,074 ∙ 44 + 0,000313 ∙ 64 + 0,0788 ∙ 18 + 0,4503 ∙ 28 +
+0,019963 ∙ 32 = 17,94 кг/кг
Объём дымовых газов:
𝑉пр.сг = 22,4 ∙ ∑ 𝑁 = 22,4 ∙ 0,623375 = 13,9636 ≈ 13,96 м3 /кг
Плотность дымовых газов:
𝜌пр.сг =
𝐺пр.сг 17,94
=
= 1,285 кг/м3
𝑉пр.сг 13,96
Низшая теплота сгорания мазута по формуле Д. И. Менделеева:
𝑄рн = 81С + 246Н + 26(𝑆 − 𝑂) − 6𝑊
𝑄рн = 81 ∙ 88,8 + 246 ∙ 10,2 + 26(1 − 0) − 6 ∙ 0,5 = 9725 ккал/кг
Ответ: 9725 ккал/кг
Задание 2. Определить тепловую нагрузку печи вакуумной установки
производительностью GМ, кг/ч мазута (
). В печи мазут нагревается
от t1 ºС до t2 ºС, при этом k % его переходит в паровую фазу. В печи имеется
пароперегреватель, где перегревается Lв.п кг/ч водяного пара от t3 до t4 ºС.
Отгон имеет плотность
. Влажность водяного пара x %.
Таблица 2 – Исходные данные
№ вар-а GМ, кг/ч
10
70 000
Решение:
t1, ºС
t2, ºС
k, %
240
500
45
Lв.п,
кг/ч
910
t3, ºС
t4, ºС
130
450
Мазут при 240 ºС находится в жидком состоянии, а при 500 ºС часть его
(45%) переходит в пары – отгон.
Найдем энтальпию мазута и продуктов отгона в парах и жидкости при
240 и 500ºС:
ж
𝐼0,𝑡
= 𝓀𝑡ж 𝒶
𝒶=
1
√0,9952𝒹420 + 0,00806
Энтальпия мазута:
=
1
√0,9952 ∙ 0,931 + 0,00806
= 1,034402 ≈ 1,034
м
ж
𝐼240
= 𝐼0,𝑡
= 120,05 ∙ 1,034 = 124,1 ккал/кг
п
𝐼0,𝑡
= 𝓀𝑡п 𝒷 − 73,8
Энтальпия отгона:
от
п
𝐼500
= 𝐼0,𝑡
= 139,70 ∙ 3,065 − 73,8 = 357,08 ккал/кг
ост
Энтальпия остатка 𝐼500
= 295,8 ккал/кг.
Тепло, затрачиваемое на нагрев и испарение мазута:
от
ост
м )
м )
𝑄1 = 𝑄нагр + 𝑄исп = 𝐺𝑀𝑒 (𝐼430
− 𝐼226
+ 𝐺𝑀 (1 − 𝑒)(𝐼430
− 𝐼226
𝑄1 = 70000 ∙ 0,45 ∙ (357,08 − 124,1) + 70000 ∙ 0,55 ∙ (295,8 − 124,1) =
= 13949320 ккал/ч
Тепло, затрачиваемое на перегрев водяного пара:
𝑄2 = 𝑄пер.в.п = 𝐿в.п [𝑥𝑙 + 𝐶(𝑡3 − 𝑡4 )]
Влажность водяного пара примем 2%.
𝑄2 = 910 ∙ [0,02 ∙ 540 + 0,5(450 − 130)] = 155428 ккал/ч
Полезная тепловая нагрузка печи:
𝑄пол = 𝑄1 + 𝑄2 = 13949320 + 155428 = 14104748 ккал/ч
Ответ: 14104748 ккал/ч
Задание 3.
содержащего…
Определить
низшую
теплоту
сгорания
топлива,
Таблица 3 – Исходные данные
№ вар-а
10
Состав топлива, вес. %
C3H8
24,8
н-C4H10
55,9
Решение:
Топливо имеет следующий состав:
Пропан (С3Н8) – 24,8 %;
Н-Бутан (С4Н10) – 55,9 %;
Бутилен (С4Н8) – 15,8 %;
Сероводород (H2S) – 0,8 %;
Пентан (С5Н12) – 2,7 %;
C4H8
15,8
H2S
0,8
C5H12
2,7
Всего:
100%
Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг
твердого или жидкого или 1 м3 газового топлива, за вычетом тепла
парообразования водяных паров, образующихся при горении, называется
низшей теплотой сгорания.
Для газообразного топлива теплота сгорания определяется как сумма
произведений тепловых эффектов составляющих горючих газов на их
количество:
Qнр=913·C3H8+1185·C4H10+156·C4H8+234·H2S+1451·С5Н12
Qнр=913·24,8+1185·55,9+156·15,8+234·0,8+1451·2,7=95453,6 кДж/м3
Ответ: 95453,6 кДж/м3