ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ

Теплотехнические расчеты обычно выполняют исходя из низшей теплоты сгорания топлива (?н, подсчитываемой с учетом сгорания водорода топлива в водяной пар и расхода тепла на испарение содержащейся в топливе влаги. Однако при охлаждении продуктов сгорания топлива с высоким содержанием водорода или влаги ниже точки росы и частичной утилизации тепла конден­сации водяного пара использованное тепло может превышать низшую теп­лоту сгорания топлива. В этом случае кажущийся, или видимый, коэффи­циент полезного действия, подсчитанный по стандартной методике по от­ношению к низшей теплоте сгорания топлива, может превышать 100% [98].

Истинный коэффициент полезного действия, подсчитанный по отношению к высшей теплоте сгорания топлива, т. е. без учета расхода тепла на испаре­ние влаги, содержащейся в топливе и образующейся в результате сгорания водорода, естественно, всегда меньше 100%.

Соотношение высшей и низшей теплоты сгорания различных видов топ­лива приведено в табл 10 (стр. 33).

Учет высшей теплоты сгорания особенно актуален при использовании природного газа и других бессернистых видов топлива с высоким содержа­нием водорода или влаги [98].

На рис. 32 показан предложенный автором водогрейный котел ЭНИН-1 теплопроизводительностью 240 000 ккал/час с четырьмя горелками беспла­менного горения 1. Газовоздушная смесь сгорает в огнеупорных тупнелях

2, Работающих с тепловой нагрузкой 40—50 млн. ккал/м3 час. Дожигание газа может производиться между огнеупорными насадками, размещенными на поду 3 котла. Раскаленные насадки интенсивно излучают тепло тепловос­принимающим змеевикам, смонтированным в шахматном порядке.

Котел ЭНИН-1 был установлен на Московском заводе «Калибр» и исполь­зовался для отопления производственных корпусов. Температура уходящих газов составляла около 150°, к. п.д. котла — около 92% по отношению к низшей теплоте сгорания газа.

В целях повышения к. п.д. был создан котел ЭНИН-2 (рис. 33) теплопро­изводительностью 500 000 к кал/час.

Газовоздушная смесь из горелок 1 поступала в огнеупорные туннели 2. Дожигание газовоздушной смеси осуществлялось у свода 3 котла между огнеупорными насадками 4. Продукты сгорания проходили сверху вниз череа трубчатку 5 котла и, охлажденные до температуры 30—50°, отводились в трубу 6.

Видимый, или кажущийся, к. п.д. котла, подсчитанный по отношению к низшей теплоте сгорания, колебался от 101 до 103%.

Истинный к. п.д. котла, подсчитанный по отношению к высшей теплоте сгорания газа, составлял 91—93%.

Опубликованные автором в 1949 г. результаты испытаний водогрейного котла ЭНИН-2, работающего на московском городском газе с видимым к. п.д., равным 101 —103%, при осуществлении конденсации значительной части водяного пара, содержащегося в продуктах горения [98], оказались для того времени неожиданными и вызвали открытую дискуссию о котлах беспламен­ного горения [181]

Ученый совет Энергетического института им. Г. М. Кржижановского с уче­том материалов дискуссии констатировал правильность подсчета видимого к. п.д. котла по отношению к низшей теплоте сгорания газа 102%, что соот­ветствует 92% по отношению к высшей теплоте сгорания московского город­ского газа. В последующие годы был сооружен ряд установок, работающих на газе с видимым к. п.д. выше 100% по отношению к низшей теплоте сгора­ния топлива [182].

Как пример, приведем подсчет эффективности раздельного использования тепла природного газа в пета и паровом котле и комплексного (ступенчатого) использования тепла сначала в печи, а затем в котле, причем в качестве вари­анта рассмотрим применение за котлом контактного экономайзера с частич­ным использованием теплоты конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания природного газа.

Подсчет 2.

Печь — котел — контактный экономайзер.

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯРис. 33. Котел беспламенного горения ЭННН-2:

1 — горелки; 2 — огнеупорные туннели; :к 3— свод; 4— огнеупорные насадки; 5 — трубчатка 6 — труба, 7 — отвод конденсата

Раздельное использование тепла природного газа. Газ сжигают в технологической печи и в топке парового котла. Продукты сгорания, отводимые от печи и от котла, выпус­кают в атмосферу.

А) Работа печи на природном газе. Состав продуктов сгорания, отводимых из печи: С03 = 10,2; Ог = 2,8; N2 = 87,0%. Температура уходящих газов 1000°. Температура воздуха 30°

Б) Работа котла на природном газе. Состав продуктов сгорания, отводимых из котла: С02 = 9,6; 02 = 3,9; Г»Г2 = 86,5%. Температура уходящих газов 200°. Температура воздуха 30°.

Совместное ступенчатое использование тепла природного газа. Газ сжигают в тех­нологической печи. Продукты сгорания, отводимые из печи, используют по двум схемам.

Первая схема. Уходящие газы, отводимые из печи, направляют для исполь­зования в паровой котел.

Вторая схема. Уходящие газы, отводимые из печи, направляют для исполь­зования в паровой котел, а затем уходящие газы, покидающие котел, направляют в кон­тактный водонагреватель для дальнейшего использования физического тепла, а также скрытой теплоты конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах горения при­родного газа.

Подсчитать потери тепла с уходящими газами при раздельном и ступенчатом ис­пользовании тепла, а также установить видимый и истинный коэффициент использова­ния топлива при конденсации в водонагревателе 70% пара и температуре уходящих га­зов 40°.

Решение

Раздельное использование природного газа. Рассмотрим два случая,

А) Потери тепла с уходящими газами, отводимыми из печи = 0,01 (г2 — «,) 1 = 0,01 (1000-30) 5,08 = 49,3%.

Отсюда, коэффициент использования топлива в печи при полноте сгорания природ­ного газа

6) Потери тепла с уходящими газами, отводимыми из котла

Дг = 0,01 (200-30) 4,84 = 8,2%.

Следовательно, коэффициент использования топлива в котле при полноте сгораниж газа равен

К. и.т. = 100-8,2 = 91,8%.

Ступенчатое использование природного газа. Рассмотрим две схемы.

Первая схема. Потери тепла с уходящими газами, отводимыми из печи в котел и попадающими котел с температурой 200°, равны 8,2%.

Следовательно, суммарный к. п.д. использования природного газа в установке равев 91,8%. Повышение эффективности использования гааа по комплексной схеме в этих условиях обусловлено устранением потерь тепла с уходящими газами, отводимыми из пе­чи с высокой температурой.

Вторая схема. Потери тепла с уходящими газами по отношению к низшей теплоте сгорания топлива равны

<72 = 0,01 (40-30) 4,84 = 0,48^0,5%.

Для подсчета теплоты конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сго­рания природного газа в количестве около 2 нм2 на каждый 1 нм? сжигаемого газа, уста — иавливаем по табл. 10 отношение высшей теплоты сгорания водорода, входящего в состав углеводородов природного газа, в воду и низшей теплоты сгорания, подсчитываемой с учетом сгорания водорода в водяной пар. Это отношение для природного газа равно 111% Следовательно, различие между высшей и низшей теплотой сгорания, соответствующее теплоте конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания природного газа, равно 11% по отношению к низшей теплоте сгорания газа.

Согласно условию, 70% водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания при­родного газа, конденсируется в контактном экономайзере. Следовательно, в контактном экономайзере улавливается дополнительно 11-0,7 = 7,7% тепла по отношению к низ­шей теплоте сгорания сжигаемого газа.

В соответствии с этим кажущийся коэффициент использования тепла природного газа по второй схеме комплексного использования тепла равен

К. и.’ = 100 — 72 + ?конд = 100 — 0,5 + 7,7 = 107,2%.

Истинный коэффициент использования топлива, подсчитанный на основе не ниа шей, а высшей теплоты сгорания природного газа, т. е. с учетом теплоты конденсации водяного пара, образующегося при сгорании водорода,

<?В

К. и.т. — ту — = 107,2 : 1,11 = 96%.

V н

Суммарные потери тепла с уходящими газами по отношению к высшей теп­лоте сгорания сжигаемого топлива складываются из располагаемого тепла продуктов сгорания д и потерь тепла, обусловленных остаточным содержанием в продуктах сгорания не полностью сконденсировавшегося в контактном эко­номайзере водяного пара [170].

Указанные потери тепла при сжигании природного газа можно подсчитать по расчетной табл. 123 и формуле

= (*у. г — ^в) ^ + <7′ % .

Подсчет 3. Контактный экономайзер.

Определить потери тепла с уходящими газами и коэффициент использования топли­ва в котельной установке с контактным экономайзером по отношению к высшей теплоте сгорания природного газа, если температура уходящих газов 40°, температура воздуха 30°, содержание С02 в продуктах полного сгорания равно 9,6%.

При температуре продуктов сгорания 40° и содержании СОг = 9,6% величина Ъ по табл. 123 равна 0,042 и д’ = 4,2.

Таблица 123

Значения коэффициента Z/ и д

СОг+СО+СШ

V

9′

СО.+СО+СН,

9′

30°

40′

45”

30°

35°

40«

45*

11,8

0,036

1,9

2,6

3,4

4,5

7,8

0,050

2,9

3,9

5,2

6,&

11,6

0,037

1,9

2,6

3,5

4,6

7,6

0,051

3,0

4,0

5,3

7,1

11,4

0,037

2,0

2,7

3,6

4,7

7,4

0,053

3,1

4,1

5,5

7,3

11,2

0,037

2,0

2,7

3,6

4,8

7,2

0,054

3,1

4,2

5,6

7,5-

11,0

0,038

2,1

2,8

3,7

4,9

7,0

0,055

3,2

4,3

5,8

7,7

10,8

0,038

2,1

2,8

3,8

5,0

6,8

0,056

3,3

4,5

6,0

7,9

10,6

0,039

2,1

2,9

3,8

5,1

6,6

0,058

3,4

4,6

6,2

8,2

10,4

0,040

2,2

2,9

3,9

5,2

6,4

0,059

3,5

4,7

6,3

8,4

10,2

0,040

2,2

3,0

4,0

5,3

6,2

0,061

3,7

4,9

6,5

8,7

10,0

0,041

2,3

3,0

4,1

5,4

6,0

0,063

3,8

5,1

6,8

9,0

9,8

0,042

2,3

3,1

4,2

5,5

5,8

0,065

3,9

5,2

7,0

9,3

9,6

0,042

2,4

3,2

4,2

5,6

5,6

0,067

4,1

5,4

7,3

9,6

9,4

0,043

2,4

3,2

4,3

5,7

5,4

0,069

4,2

5.6

7,5

10,0

9,2

0,044

2,5

3,3

4.4

5,9

5,2

0,071

4,4

5,8

7,8

10,4

9,0

0,045

2,5

3,4

4,5

6,0

5,0

0,074

4,5

6.1

8,1

10,8

8,8

0,046

2,6

3,4

4,6

6,1

4,8

0,077

4,7

6,3

8,5

11,3

8,6

0,046

2,6

3,5

4,7

6,3

4,6

0,079

4,9

6, Г)

8,8

11,7

8,4

0,047

2,7

3,6

4,7

6,4

4,4

0,083

5,1

6,9

9,2

12,3

8,2

0,048

2,8

3,7

5,0

6,6

4,2

0,087

5,4

7,?.

9,7

12,8

8,0

0,049

2,8

3,8

5,1

6,7

4,0

0,000

5,7

7,6

10,2

13,5

Примечание. Ееличииа Т’ дана в температурном интервале 0—00 °С продуктов сгорании.

Соответственно

= (40 — 30).0,042 + 4,2 = 4,6%;

К. и.т. = 100—4,6 = 95,4%.

По мнению автора, наступающий период развития техники использова­ния газа характеризуется следующими положениями.

1. Природный газ становится основным видом топлива для ряда ваншен — ших отраслей промышленности.

2. Широкая сеть газопроводов, кольцевание газовых сетей и создание подземных газохранилищ позволяют отказаться во многих районах| страны от применения резервного топлива для технологических печей и промышлен­ных котлов.

3. Надежное обеспечение газом позволяет широко внедрить наиболее эффективное оборудование, спроектированное специально для работы на газообразном топливе, и применить прогрессивные методы использования газа, в том числе ступенчатое использование тепла бессернистых продуктов сгорания природного газа.

4. Продукты сгорания, отводимые из высокотемпературных установок, целесообразно использовать в низкотемпературных процессах, устранив расход газа или других энергоносителей, применяемых для отопления этих установок.

5. Суммарный к. п.д. ступенчатых установок можно довести до 95% по отношению к высшей теплоте сгорания природного газа. В этих условиях К а Ж у Щ И. Й С Я, или видимый, к. п.д., определяемый по стандарт­ной методике по отношению к низшей теплоте сгорания, может превышать 100%.

6. Капиталовложения, необходимые для создания установок ступенча­того использования тепла продуктов сгорания, примерно в 10 раз меньше вложений, необходимых для добычи сэкономленного топлива.

7. Применение ступенчатых методов использования тепла продуктов сго­рания позволяет существенно повысить народнохозяйственную эффектив­ность при замене природным газом других видов топлива.

8. Опыт работы ряда промышленных установок подтвердил высокую эф­фективность методов ступенчатого использования тепла продуктов сгорания.

9. При проектировании новых и реконструкции действующих предприя­тий следует предусматривать размещение газоиспользующих установок, по­зволяющее осуществить ступенчатое использование тепла продуктов сгорания природного газа.

10. Целесообразно осуществлять ступенчатое использование тепла на дей­ствующих предприятиях при наличии потребителей низкопотенциального тепла вблизи от высокотемпературных установок.

11. Охлажденные до низкой температуры продукты полного сгорания при­родного газа можно применять в качестве инертных газов в промышленности и в качестве дарового углекислотного удобрения. Этот вопрос рассмотрен в гл. XXXIV.

12. Экономию газа, достигаемую при осуществлении ступенчатых мето­дов использования тепла, можно легко установить на основе упрощенной ме­тодики теплотехнических расчетов по снижению температуры уходящих газов.

Комментирование на данный момент запрещено, но Вы можете оставить ссылку на Ваш сайт.

Комментарии закрыты.


gazogenerator.com