Тепловые балансы ВТУ, их разновидности. Тепловой баланс теплотехнологического реактора

1.

ЛЕКЦИЯ № 6
Тепловой баланс (ТБ) – это
аналитическое, графическое
или табличное выражение
закона сохранения энергии.
Задачи, решаемые на основе ТБ:
1) насколько эффективно используется теплота;
2) почему неэффективно?
3) по какому пути идти для повышения КПД?
1

2.

Разновидности
теплового
Доменная
печь баланса
Основные разновидности теплового баланса:
Тепловой
баланс
теплотехнологического
реактора
Тепловой
баланс
отдельных зон
теплотехнологического
реактора
Тепловой
баланс
других
элементов
тепловой
схемы ВТУ
2

3.

I. ТБ ТТР
Доменная
печь
кДж кДж
Приход [кг тп; кг тм; кВт] Nприх
N расх
кДж кДж
Расход [кг тп; кг тм; кВт]
1. Химическая теплота топлива
QQi
2. Физическая теплота топлива
Qф.т.
2. Тепловой эффект
эндотермических реакций
Qэнд
3. Теплота окислителя
Qок
3. Теплота шлаковых отходов
Qш.о.
4. Теплота исходного материала
Qи.м.
4. Теплота уноса
Qун
5. Теплота восстановителя
Qв
5. Теплота отходящих газов
Qо.г.
6. Тепловой эффект экзотермических
реакций
Qэкз
6. Теплота выбивающихся газов
Qв.г.
7. Электроэнергия как источник
теплоты
Qэл
7. Неполнота горения
Qн.г.
8. Потери теплоты в окружающую
среду
Qо.с.
Итого:
Qрасх
Итого:
i 1
х.т.
Qприх
1.
Q j , технологического
Теплота
j 1
продукта
Qт.п.
3

4.

Расход топлива
Доменная
печь
Из УТБ определяется:
ед.топл
- видимый расход топлива В,
;
с
B ед.топл
- видимый удельный расход топлива b = , кг т.п.
P
Речь идет о расходе топлива, продукты горения которого выполняют функцию источника
теплоты.
Среди статей ТБ можно выделить три группы, различающиеся связью с b :
I. Прямо пропорциональны b :
Qх.т bQнр ;
Qф.т bHф.т ;
Qн.г bH н.г .
II. Не связаны с b : Qи.м ; Qв ; Qэкз ; Qт.п ; Qэнд ; Qо.с ; Qэл ; Qакк .
III.Связаны частично: одно слагаемое прямо пропорционально,
другое – нет:
топ
тех
топ
тех
Qо.г bH о.г
Qо.г
; Qок bH ок Qок ; Qш.о ; Qун ; Qв.г .
Уравнение для расчета видимого удельного расхода топлива (при Qакк = 0):
b
кДж
кДж
Qi – кг т.п. , Hi – ед.топл
Qтех Qо.с Qэл
.
топ
топ
H р H пот
4

5.

Расход топлива
Доменная
печь
Qтех – потребление теплоты технологическим материалом
тех
тех
Qтех = Qт.п + Qэнд + Qпот
– Qр .
тех
Здесь Qр
– располагаемая теплота технологического процесса
тех
Qртех = Qи.м + Qэкз + Qок
(или Qв ).
тех
Qпот
– теплота потерь в технологическом процессе:
тех
тех
тех
тех
тех
Qпот
= Qо.г + Qв.г + Qш.о + Qун ;
H ртоп – располагаемая энтальпия топочного процесса:
топ
.
H ртоп = Qнр + H ф.т + H ок
топ
H пот
– энтальпия потерь в топочном процессе:
топ
топ
топ
топ
топ
H пот
= H о.г + H в.г + H ш.о + H ун + H н.г ; («н.г» – неполнота горения)
5

6.

Расход топлива
Доменная
печь
Коэффициент использования топлива (КИТ)
ηКИТ
топ
H ртоп H пот
Qнр
1
топ
H ф.т H ок
топ
H пот
р .
Qн
Qнр
Соответственно формула для b принимает вид
Q Q Qэл
.
b тех р о.с
Qн ηКИТ
Топливные ВТУ:
Qэл 0; Qтех Qо.с 0 b 0
Топливно-электрические ВТУ:
Qэл 0; Qтех Qо.с Qэл b 0
Электротермические ВТУ:
Qэл 0; Qтех Qо.с Qэл b 0
Автотермические ВТУ:
Qэл 0; Qтех Qо.с 0 b 0
6

7.

Определение
слагаемых печь
ТБ ТТР. Расчет Qтех
Доменная
1. Расчет
Qтех .
Для i-го слагаемого из числа входящих в
Qтех ,
за исключением
Qэнд
и
Qэкз ,
используется формула
Qi mi ci ti при ti tф.i ;
Qi mi ci tф.i ri ci ti tф.i
где
mi –
при
ti tф.i ;
удельный расход i-го слагаемого материального
баланса теплотехнологического
процесса, кг/кг;
ci , ci , ci –
удельные
теплоемкости
i-го
слагаемого,
средние
в
соответствующем
температурном интервале;
tф.i , ti
– температуры фазового превращения и i-го слагаемого на входе в рабочую камеру
и на выходе из нее;
ri – температура фазового превращения i-го слагаемого.
7

8.

Определение слагаемых
ТТР. Расчет Qтех, Qос
ДоменнаяТБпечь
Qэнд и Qэкз для
σ j , энд m j , энд q j , энд
Формулы для
Q j , энд
i-го слагаемого имеют вид
;
Q j , экз σ j , экз m j , экз q j , экз ;
σ j , энд , σ j , экз – степени завершения j-й эндотермической или экзотермической реакции;
q j , энд , q j , экз – тепловые эффекты j-й эндотермической или экзотермической реакции;
m j , энд , m j , экз – удельные расходы j-х веществ, участвующих в эндо- или экзотермических
реакциях.
Расчет слагаемых Qо.с.
тепловые потери
теплопроводностью через
ограждение рабочего
пространства
Qо.с. = Qо.с.тепл + Qо.с.тр + Qо.с.л + Qо.с.охл
излучением через
открытые окна
через принудительно
охлаждаемые
поверхности
с транспортными
устройствами
8

9.

Определение
слагаемых печь
ТБ ТТР. Расчет Qос
Доменная
тепл
а) расчет Qо.с
тепл
Qо.с
тепл
qо.с
F / P;
тепл
qо.с
tр.п tо.с
1
δ
1
i
α вн i λi α нар
tр.п – температура рабочего пространства;
F – площадь поверхности ограждения.
тр
б) расчет Qо.с
тр
H тр
Pтр / P ;
Qо.с
H тр
Pтр – массовый расход транспортных устройств;
P – производительность установки;
, H тр
– энтальпия транспортных устройств на входе и выходе рабочего
H тр
пространства.
9

10.

Определение
слагаемых печь
ТБ ТТР. Расчет Qос
Доменная
охл
в) расчет Qо.с
охл
H охл
Pохл / P или
Qо.с
H охл
охл
охл
Qо.с
qо.с
Fохл / P;
(см. в учебнике схему методической печи).
В общем случае для обобщения эмпирических данных применяется формула
охл
qо.с
A Tг / 100 ;
n
A, n – эмпирические коэффициенты.
Для методической печи эта формула принимает вид (кВт/м2)
охл
3
Tг / 100
qо.с,
1
,
28
10
метод.зона
3,54
;
4
охл
3
.
qо.с,
2
,
80
10
T
/
100
свар.зона
г
л
г) расчет Qо.с
л
л
Qо.с
qо.с
Fотв / P;
л
qо.с
σ0 Ф ψτ Tэф4 10 3 ;
Fотв – площадь поверхности отверстий, окон;
σ 0 – коэффициент теплового излучения а.ч.т.;
Ф – угловой коэффициент (коэффициент диафрагмирования);
ψ τ – коэффициент, учитывающий время, в течение которого окно открыто.
Ф зависит:
- от формы;
- от конкретных размеров отверстия.
10

11.

Определение
слагаемых ТБ
ТТР. Расчет Hiтоп
Доменная
печь
3. Располагаемая энтальпия топочного процесса
топ
;
H ртоп = Qнр + H ф.т + H ок
топ
топ
Vок
cок tок ;
H ф.т cт tт ; H ок
t т – температура топлива, при которой оно входит в горелки ТТР;
cт – средняя удельная теплоемкость топлива;
Vоктоп – удельный расход окислителя.
4. Энтальпия потерь топочного процесса
топ
топ
топ
топ
топ
H пот
= H о.г + H в.г + H ш.о + H ун + H н.г .
Здесь H о.г 1 φ в Vп.г cо.г tо.г ;
топ
топ
топ
H ш.о
mш.о
cш.о tш.о ;
H н.г H х.н H м.н
топ
H в.г
φвVп.г cв.г tв.г ;
топ
топ
H ун
mун
cун t ун ;
(с. 156 учебника).
11