Kimyoviy ishlab chiqarishning energetik texnologiyasi texnik termodinamika

2.5. Energetika blokining issiqlik balansi

Kimyo sanoatida quyidagi energiya texnologiyalari birliklari keng qo'llaniladi: bug 'va issiq suv qozonlari, pechlar va har xil issiqlik almashinuvchilari.

Qozonxonalar va pechlarning asosiy farqi shundaki, bug 'va issiq suv qozonlarida issiqlik oraliq issiqlik tashuvchilarga, pechlarda esa to'g'ridan-to'g'ri qayta ishlangan materialga o'tadi. Dizayniga va maqsadiga qarab, issiqlik almashinuvchilari ham issiq suv, ham bug 'hosil qilishi mumkin (qozonlarning ishi), ham jarayon oqimlarini qizdirishi mumkin (pechlarning ishi).

Pechlarning dizayni qozonxonalar dizaynidan sezilarli darajada farq qiladi, shu bilan birga, o'rnatish turidan qat'i nazar, pechlar va qozonxonalar yonilg'i yonishi uchun mo'ljallangan bir xil modulga ega (yoqilg'i molekulalarining havo kislorodi bilan chuqur oksidlanishi), pechka yoki kimyoviy reaktor.

Texnologik rejimga qarab, energetika inshootlari ma'lum miqdorda issiq suv yoki bug 'hosil qilish, ma'lum miqdordagi materialni ma'lum vaqtgacha ma'lum bir haroratgacha qizdirish uchun mo'ljallangan, ya'ni. kerakli miqdorda issiqlik hosil qilish uchun.

Uskunaning turiga, ishlab chiqarilgan issiqlik energiyasining parametrlariga va jihozning hozirgi holatiga va ish parametrlariga qarab, ishlab chiqarilgan issiqlik birligiga (iste'mol qilish darajasi) har xil miqdordagi yoqilg'i sarflanadi.

Bundan tashqari, bir xil yoqilg'ida ishlaydigan va bir xil parametrlarda issiqlik energiyasini ishlab chiqaradigan bir xil turdagi uskunalar uchun ham iste'mol darajasi boshqacha bo'ladi, chunki har bir aniq holatda uskunaning hozirgi holati har xil bo'ladi. Shuning uchun har bir energetika bo'linmasi uchun issiqlik balansi tuziladi, u foydali energiya normalarini va uni yo'qotish normalarini tartibga soladi.

Boshqacha qilib aytganda, issiqlik balanslari raqamli ravishda yoqilg'ining foydalanish mumkin bo'lgan energiyaga aylanish darajasini va shunga muvofiq ravishda energetika blokining mukammalligini aniqlaydi. Jihozning har qanday tarkibiy modernizatsiyasi yoki texnologik rejim o'zgarishi bilan ular o'zgaradi. Issiqlik balanslarini tuzish o'simlik texnologining asosiy vazifalaridan biri bo'lganligi sababli, biz energetik birliklar uchun issiqlik balanslarini tuzish tartibini batafsil ko'rib chiqamiz.

Umuman olganda ilgari o'tgan texnologik kurslardan ma'lum

Bunday holda, har qanday texnologik birlikning issiqlik balansi kiruvchi va chiqadigan issiqlik oqimlari yig'indilarini tenglashtirish yo'li bilan tuziladi. Elektr stantsiyasining issiqlik oqimi diagrammasi shakl. 2.2.

RAsm. 2.2. Energiya inshootining issiqlik oqimlari: 1 - pech mikser; 2 - o'choq (kimyoviy reaktor); 3 - qozon (issiqlik almashtirgich); Qtopl - yoqilg'i oqimining jismoniy issiqligi;

Qair - havo oqimining jismoniy isishi; QN - yoqilg'ining eng past yonish issiqligi; Qpol - foydali issiqlik;
Qsmoke - tutun gazlarining jismoniy issiqligi; Qst - issiqlik yo'qotilishi

o'rnatish devorlari orqali; Qkhim - kimyoviy quyish bilan issiqlik yo'qotilishi; Qmech - mexanik quyma bilan issiqlik yo'qotilishi

S hunday qilib, issiqlik balansi tenglamasi shaklga ega

( 2.26)
Keling, shartli ravishda ushbu tenglama shartlarini guruhlarga ajratamiz va ularni tahlil qilamiz.

Birinchi guruh tenglamaning shartlarini o'z ichiga oladi, ularning qiymati fizik issiqlik yoki oqimlarning entalpialari va, demak, ularning harorati bilan belgilanadi. Ushbu guruhga Qfuel, Qair va Qsmoke kiradi.

Ularni hisoblash uchun fizikani hisoblash uchun tenglamadan foydalanishingiz mumkin issiqlik oqimi (izobarik sharoit uchun)

(2.27)

Issiqlik balansi tenglamasidan ko'rinib turibdiki, Qfuel va Qair ijobiy atamalar, Qsmoke esa salbiy. Shunday qilib, jihozning ishlashini yaxshilash uchun yoqilg'i va havo oqimlari o'choqqa eng yuqori haroratda etkazib berilishi va chiqindi gazlar eng past haroratda chiqarilishi kerak.

Ikkinchi guruhga issiqlik balansi tenglamasining "manfiy" shartlari kiradi, ular birlik dizayni nomukammalligi sababli issiqlik yo'qotishlarini aniqlaydi: Qst, Qchem va Qmech.

Apparat devori (Qst) orqali issiqlik yo'qotishlarini kamaytirish usullarini aniqlash uchun biz issiqlik uzatishning asosiy tenglamasini tahlil qilamiz

(2.28)
bu erda Ktr - tutun gazlaridan atrofga issiqlik uzatish koeffitsienti, tutun gazlaridan qozon devoriga (d tutun - st) va qozon devoridan atrofga (st - oc) issiqlik uzatish koeffitsientlari bilan belgilanadi, issiqlik o'tkazuvchanligi (st st) va devor qalinligi (dst):

(2.29)
F - issiqlik uzatish maydoni yoki kuch-texnologik qurilmaning tashqi yuzasi;

Dtav - bu issiqlik uzatishning harakatlantiruvchi kuchi bo'lib, u tutun gazlari va atrof-muhitning shartli doimiy haroratida soddalashtirilgan tarzda hisoblanishi mumkin:

(2.30)
Shunday qilib, apparatning devori (Qst) orqali issiqlik yo'qotilishini kamaytirish uchun quyidagilar zarur:

- issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientini issiqlik izolyatsiyasining qalinligini oshirish va minimal issiqlik o'tkazuvchanligi bo'lgan izolyatsion materialdan foydalanish orqali kamaytirish;

- qozonning ichki devorlarini tutun gazlari bilan aloqa qilishdan (konvektiv komponentning kamayishi) va yonish zonasining infraqizil nurlanishidan (nurli komponentning kamayishi) maksimal darajada himoya qilish;

- yuqori haroratli zonaning hajmini minimallashtirish va jihozning tashqi qoplamasini iloji boricha silliqroq modernizatsiya qilish orqali issiqlik uzatish maydonini kamaytirish;

- pechning devor yaqinidagi haroratni pasaytirib, issiqlik uzatishni harakatlantiruvchi kuchini kamaytirish.

Kuyikish bilan issiqlik yo'qotilishi - kimyoviy Qchem (tutun gazlari tarkibidagi soot, CO, H2 va CH4 ning tarkibi) va mexanik Qmech (kul yoki cürufdagi yonuvchan elementlarning tarkibi) - bu, odatda, bruserlarning mukammallik darajasini tavsiflaydi. parametrlarning ko'pligi bilan aniqlanadi (yoqilg'i tarkibi va burner turidan ortiqcha havo nisbatiga qadar) va chiziqli emas. Shu munosabat bilan, bunday issiqlik yo'qotishlari ishga tushiruvchi tashkilotlar tomonidan belgilanadi va qurilmaning ishlash xaritasiga muvofiq ma'lum bir yoqilg'i tarkibi uchun grafik shaklida namoyish etiladi.

Uchinchi guruhga issiqlik tenglamasining qolgan shartlari kiradi

huquqiy balans: Q H va Q.men qavat

Yoqilg'i yonishining eng past issiqligi (QiH) yoqilg'ining tarkibi bilan belgilanadi va "ijobiy" atamadir.

Foydali issiqlik (Qpol) kuch-texnologik blokning konstruktsiyasi, sovutish suvi parametrlari va blokning ishlash texnologik parametrlari bilan belgilanadi. Amaldagi texnologik parametrlarga bog'liqlikni (Qpol) tahlil qilish asosiy issiqlik uzatish tenglamasi yordamida ham amalga oshirilishi mumkin (Qst tahlilida bo'lgani kabi). Biroq, bu holatda xulosalar aksincha bo'ladi, ya'ni quyidagilar zarur:

- quvur devorlarining qalinligini kamaytirish va maksimal issiqlik o'tkazuvchanligi va quvvati bilan quvur materialidan foydalanish orqali issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientini oshirish;

- chiqindi gazlar oqimini maksimal darajada turbulyatsiya qilish va ularning issiqlik o'tkazuvchi sirtlarini yuvishini yaxshilash (konvektiv komponentning ko'payishi) va yonish zonasining infraqizil nurlanishi (nurlanish komponentining ko'payishi) tufayli issiqlik uzatilishini faollashtirish;

- issiqlik uzatishning o'ziga xos maydonini ko'paytirish uchun (finlangan quvurlar, kichikroq diametrli quvurlar va boshqalar);

- tutun gazlarining haroratini oshirish va sovutish suvi haroratini pasaytirish orqali issiqlik uzatishning harakatlantiruvchi kuchini oshirish.

Mavjud issiqlikdan to'liq foydalanishni tavsiflovchi eng muhim parametrlardan biri bu energetik blokning yalpi samaradorligi, ya'ni. Yordamchi ehtiyojlar uchun energiya sarfini hisobga olmasdan samaradorlik, bu foydali issiqlikning mavjud issiqqa nisbati bilan teng (yoqilg'ining eng past yonishi va yoqilg'ining jismoniy issiqligi yig'indisi). Oddiy gaz yoqilg'isi uchun umumiy samaradorlik 85-94% qiymatiga ega.

Shuni esda tutish kerak: chunki Rossiyada elektrotexnika blokining samaradorligini hisoblashda yoqilg'ining eng past yonishi ishlatiladi, chiqindi gazlarining harorati ularning shudring nuqtasi haroratidan kam yoki teng bo'lmasligi kerak. Shunday qilib, chiqindi gazlarining harorati shudring nuqtasi haroratiga yoki 55-60 S ga teng bo'lgan taqdirda, yoqilg'ining quyi yonish issiqligi 100% ishlatiladi.

Agar energetika bo'limi tutun gazlaridan suv bug'ining kondensatsiyalanishi bilan tutunli gazlarni kuchli sovutishini ta'minlasa, u holda hisob-kitoblarda yonishning yuqori issiqligi ishlatilishi kerak, chunki eng past yonish issiqligi bilan standart hisoblash ko'proq samaradorlik qiymatini beradi. 100% dan yuqori.

Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, dastlabki ma'lumotlar o'zgarganda, issiqlik konversiyasi jarayonining mukammallik darajasini belgilaydigan "ideal" parametrlarni, boshqalarga - yanada qattiqroq o'zgartirish kerak bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, mahalliy va import qilinadigan uskunalarning samaradorligini ularning samaradorligi jihatidan taqqoslashda juda ehtiyot bo'lish kerak.

Bu, ayniqsa, yangi ishlab chiqarilgan agregatlarni hisobga olish juda muhimdir, chunki yoqilg'ining narxining oshishi bilan bog'liq ravishda issiqlikdan, birinchi navbatda, tutun gazlarining issiqligidan to'liq foydalanishga ehtiyoj bor elektrotexnika blokining yo'qotishlari eng katta mutlaq qiymatga ega.

Ammo, bu holda, isitish sirtlarining korroziyasi (tutun gazlarida mavjud bo'lgan SO2 va NOx, kondensatda eriydi, kislota hosil qiladi) yoki ekologiya (SO2 va NOx o'z ichiga olgan sovuq chiqindi gazlar atmosferada kam tarqalgan) bilan bog'liq boshqa muammolar paydo bo'ladi. hal qilinishi kerak.