حالت موسسه تحصیلیبالاتر آموزش حرفه ای

"ایالت سامارا دانشگاه فنی»

گروه فناوری شیمیایی و بوم شناسی صنعتی

کار دوره

در رشته "ترمودینامیک فنی و مهندسی حرارت"

موضوع: محاسبه تاسیسات بازیافت حرارت برای گازهای زائد یک کوره فرآیند

تکمیل شده توسط: دانشجو Ryabinina E.A.

ZF دوره III گروه 19

بررسی شده توسط: مشاور Churkina A.Yu.

سامارا 2010

معرفی

اکثر شرکت های شیمیایی زباله های حرارتی با دمای بالا و پایین تولید می کنند که می توانند به عنوان منابع انرژی ثانویه (SER) استفاده شوند. اینها عبارتند از گازهای دودکش از دیگهای بخار و کوره های فرآیندی مختلف، جریان های خنک شده، آب خنک کننده و بخار زائد.

RES حرارتی تا حد زیادی نیازهای حرارتی صنایع منفرد را پوشش می دهد. بنابراین، در صنعت نیتروژن، بیش از 26٪ از تقاضای گرما از طریق منابع انرژی تجدید پذیر و در صنعت سودا - بیش از 11٪ تامین می شود.

تعداد SERهای استفاده شده به سه عامل بستگی دارد: دمای SERها، توان حرارتی آنها و تداوم خروجی.

در حال حاضر، فراگیرترین آن بازیافت گرما از گازهای پسماند صنعتی است که تقریباً برای تمام فرآیندهای مهندسی آتش نشانی پتانسیل دمای بالایی دارد و می‌تواند به طور مداوم در اکثر صنایع مورد استفاده قرار گیرد. گرمای گازهای خروجی جزء اصلی تعادل انرژی است. در درجه اول برای فناوری و در برخی موارد برای مقاصد انرژی (در دیگهای بخار حرارتی هدر رفته) استفاده می شود.

با این حال، استفاده گسترده از HERهای حرارتی با دمای بالا با توسعه روش‌های بازیافت از جمله گرمای سرباره‌های داغ، محصولات و غیره، روش‌های جدید برای بازیافت گرمای گازهای زائد و همچنین بهبود طرح‌های موجود همراه است. تجهیزات بازیافت

1. شرح طرح فن آوری

در کوره های لوله ای که محفظه جابجایی ندارند یا در کوره های همرفت تابشی، اما با دمای اولیه نسبتاً بالای محصول گرم شده، دمای گازهای خروجی می تواند نسبتاً بالا باشد که منجر به افزایش تلفات حرارتی و کاهش می شود. در راندمان کوره و مصرف سوخت بالاتر. بنابراین استفاده از گرمای گازهای خروجی ضروری است. این امر می تواند با استفاده از یک بخاری هوا، که هوای ورودی به کوره را برای احتراق سوخت گرم می کند، یا با نصب دیگ های حرارتی زباله، که امکان به دست آوردن بخار آب لازم برای نیازهای تکنولوژیکی را فراهم می کند، حاصل می شود.

با این حال، برای گرم کردن هوا، هزینه های اضافی برای ساخت یک بخاری هوا، یک دمنده و همچنین مصرف برق اضافی توسط موتور دمنده مورد نیاز است.

برای اطمینان از عملکرد طبیعی بخاری هوا، مهم است که از احتمال خوردگی سطح آن از سمت جریان گاز دودکش جلوگیری شود. این پدیده زمانی امکان پذیر است که دمای سطح تبادل حرارتی زیر دمای نقطه شبنم باشد. در این حالت، بخشی از گازهای دودکش، در تماس مستقیم با سطح بخاری هوا، به طور قابل توجهی خنک می شود، بخار آب موجود در آنها تا حدی متراکم می شود و با جذب دی اکسید گوگرد از گازها، اسید ضعیف تهاجمی را تشکیل می دهد.

نقطه شبنم مربوط به دمایی است که در آن فشار بخار آب اشباع با فشار جزئی بخار آب موجود در گازهای دودکش برابر است.

یکی از مطمئن ترین روش های محافظت در برابر خوردگی این است که هوا را به نوعی (مثلاً در بخاری های آب یا بخار) تا دمای بالاتر از نقطه شبنم گرم کنید. اگر دمای خوراک ورودی به کوره کمتر از نقطه شبنم باشد، چنین خوردگی می تواند روی سطح لوله های همرفت نیز رخ دهد.

منبع گرما برای افزایش دمای بخار اشباع، واکنش اکسیداسیون (احتراق) سوخت اولیه است. گازهای دودکش تشکیل شده در حین احتراق، گرمای خود را در تابش و سپس محفظه های همرفت به جریان مواد خام (بخار آب) می دهند. بخار آب فوق گرم به مصرف کننده عرضه می شود و محصولات احتراق از کوره خارج می شوند و وارد دیگ بخار حرارتی زباله می شوند. در خروجی از HRSG، بخار آب اشباع شده به کوره بخار سوپرگرمینگ برگشت داده می شود و گازهای دودکش که توسط آب تغذیه خنک می شوند، وارد بخاری هوا می شوند. از بخاری هوا، گازهای دودکش وارد KTAN می شود، جایی که آب ورودی از سیم پیچ گرم شده و مستقیماً به سمت مصرف کننده می رود و گازهای دودکش وارد جو می شود.

2. محاسبه کوره

2.1 محاسبه فرآیند احتراق

اجازه دهید گرمای کمتر احتراق سوخت Q рн را تعیین کنیم. اگر سوخت یک هیدروکربن منفرد باشد، گرمای احتراق آن Q p n برابر با گرمای استاندارد احتراق منهای گرمای تبخیر آب موجود در محصولات احتراق است. همچنین می توان آن را با استفاده از اثرات حرارتی استاندارد تشکیل محصولات اولیه و نهایی بر اساس قانون هس محاسبه کرد.

برای سوختی که از مخلوطی از هیدروکربن ها تشکیل شده است، گرمای احتراق با قانون افزایشی تعیین می شود:

که در آن Q pi n گرمای احتراق جزء i ام سوخت است.

y i غلظت i ام جزء سوخت در کسری از وحدت است، سپس:

Q р n سانتی متر = 35.84 ∙ 0.987 + 63.80 ∙ 0.0033+ 91.32 ∙ 0.0012+ 118.73 ∙ 0.0004 + 146.10 ∙ 0.0033 + 91.32

جرم مولی سوخت:

M m = Σ M i ∙ y i،

که در آن M i جرم مولی جزء i ام سوخت است، از این رو:

M m = 16.042 ∙ 0.987 + 30.07 ∙ 0.0033 + 44.094 ∙ 0.0012 + 58.120 ∙ 0.0004 + 72.15 ∙ 0.0001 + 0.0001 ∙ 0.0001 + 0.04 0.0 07 = 16.25 کیلوگرم بر مول.

کیلوگرم بر متر 3،

سپس Q р n سانتی متر که بر حسب MJ/kg بیان می شود برابر است با:

MJ/kg

نتایج محاسبات در جدول خلاصه شده است. 1:

ترکیب سوخت جدول 1

اجازه دهید ترکیب عنصری سوخت، % (جرم) را تعیین کنیم:

,

که در آن n i C، n i H، n i N، n i O تعداد اتم های کربن، هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن در مولکول های اجزای جداگانه ای است که سوخت را تشکیل می دهند.

محتوای هر جزء سوخت، جرم. %؛

M i جرم مولی اجزای جداگانه سوخت است.

M m جرم مولی سوخت است.

بررسی ترکیب:

C + H + O + N = 74.0 + 24.6 + 0.2 + 1.2 = 100٪ (وزنی).

اجازه دهید مقدار نظری هوای مورد نیاز برای سوزاندن 1 کیلوگرم سوخت را تعیین کنیم؛ این مقدار از معادله استوکیومتری واکنش احتراق و محتوای اکسیژن موجود در هوای اتمسفر تعیین می شود. اگر ترکیب عنصری سوخت مشخص باشد، مقدار نظری هوا L0، کیلوگرم بر کیلوگرم، با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

در عمل، برای اطمینان از احتراق کامل سوخت، مقدار هوای اضافی به کوره وارد می‌شود؛ بیایید نرخ جریان واقعی هوا را در α = 1.25 بیابیم:

جایی که L جریان واقعی هوا است.

α - ضریب هوای اضافی،

L=1.25∙17.0 = 21.25 کیلوگرم بر کیلوگرم.

حجم مخصوص هوا (شماره) برای احتراق 1 کیلوگرم سوخت:

که ρ در = 1.293 - چگالی هوا در شرایط عادی,

متر 3 / کیلوگرم.

بیایید مقدار محصولات احتراق تشکیل شده در هنگام سوزاندن 1 کیلوگرم سوخت را پیدا کنیم:

اگر ترکیب عنصری سوخت مشخص باشد، ترکیب جرمی گازهای دودکش در هر کیلوگرم سوخت در حین احتراق کامل را می توان بر اساس معادلات زیر تعیین کرد:

که در آن m CO2، m H2O، m N2، m O2 جرم گازهای مربوطه، کیلوگرم است.

مقدار کل محصولات احتراق:

m p.c = m CO2 + m H2O + m N2 + m O2،

m p.s = 2.71 + 2.21 + 16.33 + 1.00 = 22.25 کیلوگرم بر کیلوگرم.

ما مقدار حاصل را بررسی می کنیم:

که در آن W f مصرف ویژه بخار نازل هنگام سوزاندن سوخت مایع، کیلوگرم بر کیلوگرم (برای سوخت گاز W f = 0) است.

از آنجایی که سوخت گاز است، از رطوبت موجود در هوا غافل می شویم و مقدار بخار آب را در نظر نمی گیریم.

اجازه دهید حجم محصولات احتراق را در شرایط عادی که در طی احتراق 1 کیلوگرم سوخت تشکیل شده است، پیدا کنیم:

که در آن m i جرم گاز مربوطه است که در طی احتراق 1 کیلوگرم سوخت تشکیل می شود.

ρ i چگالی یک گاز معین در شرایط عادی، kg/m 3 است.

M i جرم مولی یک گاز معین، kg/kmol است.

22.4 - حجم مولی، m 3 /kmol،

متر 3 / کیلوگرم؛ متر 3 / کیلوگرم؛

متر 3 / کیلوگرم؛ متر 3 / کیلوگرم.

حجم کل محصولات احتراق (شماره) در جریان واقعی هوا:

V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2،

V = 1.38 + 2.75 + 13.06 + 0.70 = 17.89 متر مکعب / کیلوگرم.

چگالی محصولات احتراق (شماره):

کیلوگرم بر متر مکعب

اجازه دهید ظرفیت گرمایی و آنتالپی محصولات احتراق 1 کیلوگرم سوخت را در محدوده دمایی 100 درجه سانتی گراد (373 کلوین) تا 1500 درجه سانتی گراد (1773 کلوین)، با استفاده از داده های جدول پیدا کنیم. 2.

میانگین ظرفیت گرمایی ویژه گازها با р, kJ/(kg∙K) جدول 2

آنتالپی گازهای دودکش تولید شده در طی احتراق 1 کیلوگرم سوخت:

که در آن c CO2، c H2O، c N2، c O2 میانگین ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت چمن‌های مربوطه در دمای t، kJ/(kg K) هستند.

c t میانگین ظرفیت گرمایی گازهای دودکش تولید شده در طی احتراق 1 کیلوگرم سوخت در دمای t, kJ/(kg K) است.

در 100 درجه سانتیگراد: kJ/(kg∙K)؛

در 200 درجه سانتیگراد: kJ/(kg∙K)؛

در 300 درجه سانتیگراد: kJ/(kg∙K)؛

در 400 درجه سانتیگراد: کیلوژول/(کیلوگرم∙K)؛

در دمای 500 درجه سانتیگراد: کیلوژول/(کیلوگرم∙K)؛

در دمای 600 درجه سانتیگراد: kJ/(kg∙K)؛

در 700 درجه سانتیگراد: کیلوژول/(کیلوگرم∙K)؛

در 800 درجه سانتیگراد: kJ/(kg∙K)؛

در 1000 درجه سانتیگراد: kJ/(kg∙K)؛

در 1500 درجه سانتیگراد: kJ/(kg∙K)؛

نتایج محاسبات در جدول خلاصه شده است. 3.

آنتالپی محصولات احتراق جدول 3

بازیابی گرما سال هاست که به طور گسترده ای در مهندسی حرارت و برق استفاده می شود.ه - آبگرمکن های تغذیه، اکونومایزرها، بخاری های هوا، احیاء کننده های توربین گازی و غیره، اما در فناوری تبرید هنوز توجه کافی به آن نمی شود. این را می توان با این واقعیت توضیح داد که گرمای با پتانسیل پایین معمولاً دور ریخته می شود (در دمای زیر 100 درجه سانتیگراد)، بنابراین برای استفاده از آن لازم است مبدل های حرارتی اضافی و دستگاه های اتوماسیون وارد سیستم تبرید شوند که آن را پیچیده می کند. در عین حال، سیستم تبرید نسبت به تغییرات پارامترهای خارجی حساس تر می شود.

در ارتباط با مشکل انرژی، طراحان، از جمله تجهیزات تبرید، در حال حاضر مجبور هستند سیستم‌های سنتی را با دقت بیشتری در جستجوی طرح‌های جدید برای بازیابی گرمای تراکم تجزیه و تحلیل کنند.

اگر واحد تبرید دارای کندانسور هوا باشد، می توانید از هوای گرم شده مستقیماً بعد از کندانسور برای گرم کردن اتاق ها استفاده کنید. گرمای بخارات مبرد فوق گرم بعد از کمپرسور که پتانسیل دمایی بالاتری دارند نیز می تواند مفید باشد.

برای اولین بار، طرح های بازیابی گرما توسط شرکت های اروپایی ایجاد شد، زیرا در اروپا قیمت های بالاتری برای برق در مقایسه با قیمت های ایالات متحده وجود داشت.

تجهیزات تبرید کامل شرکت کوستان (ایتالیا) که در سالهای اخیر ساخته شده است، با سیستم بازیابی حرارت از کندانسورهای هوا، برای گرم کردن محل فروش فروشگاه های سوپرمارکت استفاده می شود. چنین سیستم هایی می توانند مصرف انرژی کلی در یک فروشگاه را 20-30٪ کاهش دهند.

هدف اولیه- استفاده از حداکثر مقدار ممکن گرمای تولید شده توسط دستگاه تبرید در محیط. گرما یا مستقیماً توسط یک جریان هوای گرم پس از کندانسور به قسمت فروش فروشگاه در طول فصل گرما منتقل می شود یا به یک مبدل حرارتی اضافی (گرمای بخار مبرد فوق گرم) برای تولید آب گرم که برای نیازهای تکنولوژیکی در طول سال استفاده می شود.

تجربه در سیستم عامل ها با استفاده از روش اول نشان داده است که نگهداری از آنها آسان، اما نسبتاً دست و پا گیر هستند؛ استفاده از آنها با نیاز به نصب فن های اضافی برای جابجایی مقادیر زیادی فیلتر هوا و هوا همراه است که در نهایت منجر به افزایش هزینه ها می شود. با در نظر گرفتن این موضوع، با وجود اینکه اجرای آنها عملیات را پیچیده می کند، اولویت به طرح های پیچیده تر داده می شود.

ساده ترین مدار با مبدل حرارتی-انباشته، مداری است که از اتصال سری خازن و باتری استفاده می کند. این طرح به شرح زیر عمل می کند. در دمای آب در ورودی مبدل حرارتی-انباشتگر و دمای هوای محیط برابر با 10 درجه سانتیگراد، دمای تراکم tK 20 درجه سانتیگراد است. برای مدت کوتاهی (مثلاً در طول شب) آب در انباشته گرم می شود. تا 50 درجه سانتیگراد، a t به 30 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که عملکرد کلی خازن و باتری کاهش می یابد، زیرا هنگامی که آب گرم می شود، فشار دمای اولیه در باتری کاهش می یابد.

افزایش 10 درجه سانتی گراد کاملا قابل قبول است، اما در ترکیبات نامطلوب درجه حرارت بالاو مصرف کم آب، افزایش قابل توجهی در دمای تراکم مشاهده می شود. این طرح در حین کار دارای معایب زیر است: نوسانات فشار تراکم. کاهش قابل توجه دوره ای فشار در گیرنده، که منجر به اختلال در تامین مایع به اواپراتور می شود. جریان معکوس احتمالی مایع به داخل کندانسور هوا هنگامی که کمپرسور متوقف می شود، زمانی که t به طور قابل توجهی کمتر از دمای گیرنده است.

نصب یک تنظیم کننده فشار تراکم به شما امکان می دهد از جریان برگشتی میعانات از گیرنده به کندانسور هوا جلوگیری کنید و همچنین فشار تراکم مورد نیاز را به عنوان مثال مطابق با 25 درجه سانتیگراد حفظ کنید.

هنگامی که tw به 50 درجه سانتیگراد و تاک به 25 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، تنظیم کننده فشار به طور کامل باز می شود و افت فشار در آن از 0.001 مگاپاسکال تجاوز نمی کند.

اگر و t به 10 درجه سانتیگراد کاهش یابد، تنظیم کننده فشار بسته می شود و حفره داخلیکندانسور هوا و همچنین بخشی از سیم پیچ مبدل حرارتی-انباشته کننده با مایع پر شده است. هنگامی که دما به 25 درجه سانتیگراد می رسد، تنظیم کننده فشار دوباره باز می شود و مایع از کندانسور هوا فوق خنک خارج می شود. فشار بالای سطح مایع در گیرنده برابر با فشار تراکم منهای افت فشار در رگولاتور خواهد بود و فشار در گیرنده می تواند بسیار کم شود (به عنوان مثال، مطابق با tK< 15°С), что жидкость перед подачей к регулирующему вентилю не будет переох-лажденной. В этом случае необходимо ввести в схему регенеративный теплообменник.

برای حفظ فشار در گیرنده، یک شیر دیفرانسیل نیز به مدار وارد می شود. در tk = 20 درجه سانتیگراد و tok - 40 درجه سانتیگراد، شیر دیفرانسیل بسته است، افت فشار در خطوط لوله کندانسور هوا، مبدل حرارتی-انباشته کننده و تنظیم کننده فشار ناچیز است.

هنگامی که به 0 درجه سانتیگراد و t به 10 درجه سانتیگراد کاهش یابد، دمای مایع جلوی تنظیم کننده فشار تقریباً 10 درجه سانتیگراد خواهد بود. افت فشار در تنظیم کننده فشار قابل توجه خواهد بود، شیر دیفرانسیل 6 باز می شود و بخار داغ به گیرنده جریان می یابد.

با این حال، این به طور کامل مشکل عدم خنک سازی مایع را در گیرنده برطرف نمی کند. ضروری نصب اجباریمبدل حرارتی احیا کننده یا استفاده از گیرنده ای با طراحی خاص. در این حالت مایع سرد از کندانسور مستقیماً به خط مایع هدایت می شود. همین اثر را می توان با نصب یک گیرنده عمودی به دست آورد که در آن مایع سردتر به پایین فرو می رود و بخار داغ وارد قسمت بالایی می شود.

محل تنظیم کننده فشار در مدار بین مبدل حرارتی-انباشته کننده و کندانسور هوا. به دلایل زیر ترجیح داده می شود: در زمستان ممکن است زمان زیادی طول بکشد تا فشار تراکم مورد نیاز به دست آید. در یک واحد متراکم کننده کمپرسور، طول خط لوله بین کندانسور و گیرنده به ندرت کافی است. در تاسیسات موجود، برای نصب مبدل حرارتی-انباشته، باید لوله تخلیه را جدا کرد. یک شیر چک نیز مطابق این طرح نصب می شود.

مدارهایی با اتصال موازی خازن های هوا ایجاد شده استبرای حفظ دمای 20 درجه سانتیگراد در یک اتاق و 10 درجه سانتیگراد در اتاق دیگر، جایی که درها اغلب در زمستان باز می شوند. چنین مدارهایی همچنین نیاز به نصب رگولاتورهای فشار و شیرهای دیفرانسیل دارند.

کندانسورهای متصل به موازات با بازیابی حرارت معمولاً در تابستان کار نمی کنند و فشار در آنها کمی کمتر از کندانسور اصلی است. به دلیل بسته شدن شل شیر برقی و شیرهای چکگردش مجدد مایع و پر کردن کندانسور بازیابی امکان پذیر است. برای جلوگیری از این امر، مدار یک خط لوله بای پس فراهم می کند که از طریق آن کندانسور به طور دوره ای روشن می شود تا گرما را بر اساس سیگنال یک رله زمان بازیابی کند.

نوسانات بار حرارتی کندانسور اصلی و کندانسورها با بازیابی گرما با نیاز به استفاده در چنین مدارهایی از گیرنده ای با ظرفیت بیشتر نسبت به ماشین های تبرید بدون بازیابی گرما یا نصب گیرنده اضافی به موازات مورد اول همراه است. ، که باعث افزایش مقدار مبرد برای شارژ سیستم می شود.

تحلیل و بررسی طرح های مختلفبازیابی حرارتاستفاده از مبدل های حرارتی استاندارد از نوع کواکسیال (لوله در لوله) با تراکم کامل در آنها و تنها استفاده از گرمای بخارات فوق گرم نشان می دهد که تاسیسات با تراکم کامل در یک احیاء کننده حرارتی تنها با استفاده مداوم و پایدار از آب گرم اقتصادی تر عمل می کند.

دستگاه تبرید در دو سیکل (با نقطه جوش 10 درجه سانتیگراد و دماهای مختلف تراکم 35 و 55 درجه سانتیگراد) کار می کند. یک مبدل حرارتی آب ضد جریان اضافی به عنوان یک بازسازی کننده حرارت استفاده می شود که گرمای بخار مبرد فوق گرم را در فشار دمایی ظرفیت تبرید کمپرسور 10 کیلو وات و مصرف برق 2.1 کیلو وات (Tc = 35 درجه سانتی گراد) در قسمت اصلی انتقال می دهد. کندانسور می‌توان آب را (با دبی 0.012 کیلوگرم بر ثانیه) از 10 تا 30 درجه سانتی‌گراد گرم کرد و سپس در احیاکننده، دمای آب را از 30 به 65 درجه سانتی‌گراد افزایش داد. در یک سیکل از 55 درجه سانتی گراد با ظرفیت خنک کننده 10 کیلو وات و توان مصرفی 3.5 کیلو وات، آب در کندانسور اصلی (با دبی 0.05 کیلوگرم بر ثانیه) از 10 تا 50 درجه سانتی گراد گرم می شود و سپس آب گرم می شود. در یک مبدل حرارتی اضافی (با سرعت جریان 0.017 کیلوگرم بر ثانیه) گرم می شود و از 50 تا 91 درجه سانتیگراد گرم می شود. در مورد اول، 13.7٪ به طور مفید استفاده می شود، در مورد دوم - 52٪ از کل انرژی عرضه شده.

در همه موارد، هنگام انتخاب سیستم بازیابی حرارت برای دستگاه تبرید، لازم است موارد زیر را تعیین کنید:

• ظرفیت خنک کننده کمپرسور و بار حرارتی کندانسور؛
• حالت کار دستگاه تبرید در تابستان و دوره های زمستانی; امکان استفاده از گرمای بازیافتی؛ رابطه بین گرمای لازم برای گرم کردن اتاق و گرم کردن آب؛
• دمای مورد نیاز آب گرم و مصرف آن در طول زمان؛ قابلیت اطمینان دستگاه تبرید در حالت تولید سرد.
• تجربه در بهره برداری از سیستم های بازیابی حرارت نشان می دهد که هزینه های سرمایه اولیه چنین سیستمی در فروشگاه های بزرگ در عرض 5 سال پرداخت می شود، بنابراین اجرای آنها از نظر اقتصادی امکان پذیر است.

در تولیدات متالورژی به منظور بازیابی گرما از گازهای زائد از احیاگرها، احیاگرها و بویلرهای حرارتی زباله استفاده می شود. در این دستگاه ها از گرمای گازها در دو جهت استفاده می شود.

1. گرمای گازهای خروجی صرف گرمایش هوا و سوخت گازی صرف گرمایش کوره می شود و در نتیجه دوباره به کوره باز می گردد. در این حالت بازیابی حرارت گاز مستقیماً بر عملکرد کوره، افزایش دمای کوره و افزایش مصرف سوخت تأثیر می گذارد. این استفاده از گرما در هنگام استفاده از ریکپراتورها و احیا کننده ها مشاهده می شود.

2. گرمای گازها به کوره بازگردانده نمی شود، بلکه برای گرم کردن دیگ های حرارتی هدر رفته استفاده می شود که بخار را تولید می کنند. فشار بالاو دما در این حالت نصب دیگ حرارت هدر رفته در پشت واحد تأثیر مستقیمی بر عملکرد آن ندارد، بلکه تأثیر بسیار قطعی و قابل توجهی بر روی کل کارخانه دارد.

از دیدگاه ترموتکنیکی، بازیافت حرارت گازهای زائد منجر به موارد زیر می شود.

الف) مصرف سوخت در اجاق های سوخت (بر خلاف اجاق های برقی) گرما در نتیجه احتراق سوخت به هزینه هوا به دست می آید. مقدار کل گرمای صرف شده در فرآیند همچنین شامل به اصطلاح گرمای فیزیکی سوخت و هوا می شود که به مقدار گرمایی که سوخت و هوا در دمای معینی گرم می کنند اشاره دارد. از آنجایی که گرم کردن یک فلز تا دمای معین در یک کوره خاص به مقدار کاملاً مشخصی از گرما نیاز دارد، بدیهی است که هر چه سهم گرمای فیزیکی در گرمای کل بیشتر باشد، سهم گرمای شیمیایی سوخت کمتر می‌شود. سوخت کمترباید برای گرمایش هزینه شود.

هر چه میزان بازیابی بیشتر باشد، یعنی سوخت و هوا بیشتر گرم می شوند و بنابراین، هرچه دمای گازهای دودکش خروجی از ریکپراتور یا احیاگر کمتر باشد، مصرف سوخت بیشتر می شود، زیرا بیشتر گرما به دستگاه بازگردانده می شود. کوره

ب) افزایش دما مشخص است که هنگام سوزاندن سوخت، گرما آزاد می شود که محصولات احتراق را تا دمای خاصی گرم می کند که دمای احتراق نامیده می شود.

دمای احتراق:

t = Qnr / Vpr * چهارشنبه * C

که در آن Qнр مقدار حرارت کمتر سوخت، kJ/kg یا kJ/m3 است.

Vpr - حجم محصولات تشکیل شده در هنگام احتراق کامل یک واحد سوخت، m3 / kg، یا m3 / m3.

Av - میانگین ظرفیت گرمایی ویژه محصولات احتراق، kJ/(kg * deg)، یا kJ/ (m 3 * deg).

اگر گاز و هوا تا دمای معینی گرم شده و بنابراین دارای حرارت فیزیکی Qf باشد، این گرما نیز صرف گرمایش محصولات احتراق می شود. در نتیجه Qf باید به صورتگر اضافه شود و سپس

مشاهده می شود که هرچه Qf بیشتر باشد (Qnr برای هر نوع سوخت یک مقدار ثابت است)، عدد شمار بزرگتر و در نتیجه دمای احتراق سوخت بالاتر است.

ج) تشدید احتراق سوخت. علاوه بر صرفه جویی در سوخت و افزایش دمای احتراق آن، گرم کردن سوخت و هوا منجر به وقوع شدیدتر واکنش های احتراق سوخت می شود. مثلا، حداکثر سرعت، بیشینه سرعتاحتراق هیدروژن هنگامی که از 100 تا 400 درجه گرم می شود بیش از چهار برابر افزایش می یابد. هنگام سوزاندن سوخت مایع، فرآیند احتراق به دلیل تسریع فرآیند تبخیر سوخت مایع و در نتیجه تشکیل یک مخلوط گازی تشدید می شود.

از بین انواع انرژی های مصرفی در صنایع شیمیایی، جایگاه اول متعلق به انرژی حرارتی است. درجه استفاده از گرما در طول یک فرآیند فن آوری شیمیایی توسط بازده حرارتی تعیین می شود:

که در آن Q t و Q pr به ترتیب مقدار گرمایی است که از لحاظ نظری و عملی برای انجام واکنش صرف می شود.

استفاده از منابع ثانویه انرژی (ضایعات) باعث افزایش کارایی می شود. ضایعات انرژی در صنایع شیمیایی و سایر صنایع برای مقاصد مختلف استفاده می شود.

از اهمیت ویژه ای در صنایع شیمیایی، بازیافت گرما از محصولات واکنش خروجی از رآکتورها برای پیش گرم کردن مواد ورودی به همان رآکتورها است. چنین گرمایشی در دستگاه‌هایی به نام احیاگر، احیاگر و دیگ‌های حرارت هدر رفته انجام می‌شود. آنها گرما را از گازهای زائد یا محصولات انباشته می کنند و آن را برای فرآیندها آزاد می کنند.

احیاگرها محفظه هایی هستند که به طور دوره ای با یک نازل پر شده اند. برای یک فرآیند مداوم، حداقل 2 بازسازی کننده لازم است.

گاز داغ ابتدا از احیا کننده A عبور می کند، نازل آن را گرم می کند و خود را خنک می کند. گاز سرد از احیاگر B عبور می کند و توسط نازلی که قبلاً گرم شده است گرم می شود. پس از گرم شدن نازل در A و خنک شدن در B، دمپرها بسته می شوند و غیره.

در ریکپراتورها، معرف ها وارد یک مبدل حرارتی می شوند، جایی که با گرمای محصولات داغ خروجی از دستگاه واکنش گرم می شوند و سپس وارد راکتور می شوند. تبادل حرارت از طریق دیواره های لوله های مبدل حرارتی انجام می شود.

در دیگ های بازیابی، از گرمای گازهای زائد و محصولات واکنش برای تولید بخار استفاده می شود.

گازهای داغ از طریق لوله های واقع در بدنه دیگ حرکت می کنند. در فضای بین لوله آب وجود دارد. بخار حاصل از جداکننده رطوبت عبور کرده و از دیگ خارج می شود.

مواد خام

صنعت شیمیایی با شدت مواد تولیدی بالا مشخص می شود. به عنوان یک قاعده، چندین تن مواد اولیه برای یک تن محصول نهایی شیمیایی مصرف می شود. نتیجه این است که هزینه محصولات شیمیایی تا حد زیادی توسط کیفیت مواد اولیه، روش ها و هزینه های تولید و آماده سازی آن تعیین می شود. در صنایع شیمیایی، هزینه مواد اولیه در بهای تمام شده تولید 60-70 درصد یا بیشتر است.

نوع و کیفیت مواد اولیه به طور قابل توجهی تعیین کننده استفاده کامل از ظرفیت های تولیدی صنایع شیمیایی، بهره وری حرارتی، زمان بهره برداری تجهیزات، هزینه های نیروی کار و غیره است. خواص ماده خام، محتوای اجزای مفید و مضر موجود در آن، تکنولوژی مورد استفاده برای پردازش آن را تعیین می کند.

انواع مواد اولیه بسیار متنوع است و می توان آنها را به گروه های زیر تقسیم کرد:

1. مواد خام معدنی؛
2. مواد خام گیاهی و حیوانی؛
3. هوا، آب

1. مواد خام معدنی - مواد معدنی استخراج شده از روده های زمین.

مواد معدنی به نوبه خود به موارد زیر تقسیم می شوند:

• سنگ معدن (تولید فلز) کانی های مهم چند فلزی
• غیر فلزی (کود، نمک، H +، OH - شیشه و غیره)
• مواد قابل احتراق (زغال سنگ، نفت، گاز، شیل)

مواد خام سنگ معدن سنگ هایی هستند که از نظر زیست محیطی به دست آوردن فلزات مفید است. فلزات موجود در آن بیشتر به صورت اکسید و سولفید هستند. سنگ معدن فلزات غیر آهنی اغلب حاوی ترکیباتی از چندین فلز است - اینها سولفیدهای سرب، مس، روی، نقره، نیکل و غیره هستند. چند فلزییا پیچیده ضروری بخشی جدایی ناپذیرتمام سنگ معدن های صنعتی FeS 2 – پیریت هستند. هنگام فرآوری برخی از سنگ‌ها، محصولات دیگری همراه با فلزات به دست می‌آیند. بنابراین، به عنوان مثال، همزمان با مس، روی، نیکل، H 2 SO 4 نیز در طی فرآوری سنگ معدن سولفید به دست می آید.

مواد خام غیر فلزی سنگ هایی هستند که در تولید مواد غیرفلزی (به جز کلریدهای فلز قلیایی و منیزیم) استفاده می شوند. این نوع مواد خام یا مستقیماً در اقتصاد ملی (بدون فرآوری شیمیایی) استفاده می شود یا برای تولید مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. از این مواد اولیه در تولید کود، نمک، اسید، قلیا، سیمان، شیشه، سرامیک و غیره استفاده می شود.

مواد خام غیر فلزی به طور معمول به گروه های زیر تقسیم می شوند:

• مصالح ساختمانی - مواد اولیه مستقیماً یا پس از پردازش مکانیکی یا فیزیکی و شیمیایی (شن، ماسه، خاک رس و غیره) استفاده می شوند.
• مواد اولیه صنعتی - مورد استفاده در تولید بدون فرآوری (گرافیت، میکا، کوراندوم)
• مواد خام معدنی شیمیایی - مستقیماً پس از عملیات شیمیایی (گوگرد، نمک، فسفوریت، آپاتیت، سیلوینیت، سنگ و سایر نمک ها) استفاده می شود.
• مواد اولیه گرانبها، نیمه قیمتی و زینتی (الماس، زمرد، یاقوت، مالاکیت، جاسپر، مرمر و غیره)

مواد خام معدنی قابل احتراق فسیل هایی هستند که می توانند به عنوان سوخت استفاده شوند (زغال سنگ، نفت، گاز، شیل نفتی و غیره).

2. مواد خام گیاهی و حیوانی محصولات کشاورزی (کشاورزی، دامداری، سبزی کاری) و همچنین گوشت و شیلات است.

با توجه به هدف آن به مواد غذایی و فنی تقسیم می شود. مواد اولیه غذایی شامل سیب زمینی، چغندر قند، غلات و غیره است. صنایع شیمیایی و سایر صنایع مواد خام گیاهی و حیوانی را مصرف می کنند که برای غذا نامناسب هستند (پنبه، کاه، کتان، روغن نهنگ، پنجه و غیره). تقسیم مواد خام به مواد غذایی و فنی در برخی موارد خودسرانه است (سیب زمینی → الکل).

3. هوا و آب ارزان ترین و در دسترس ترین مواد اولیه هستند. هوا عملا منبع پایان ناپذیر N 2 و O 2 است. H 2 O نه تنها منبع مستقیم H 2 و O 2 است، بلکه تقریباً در تمام فرآیندهای شیمیایی شرکت می کند و به عنوان حلال نیز استفاده می شود.

پتانسیل اقتصادی هر کشور در شرایط مدرن تا حد زیادی توسط منابع طبیعیمنابع معدنی، مقیاس و ویژگی های کیفی مکان آنها و همچنین سطح توسعه صنایع مواد خام.

مواد اولیه صنایع مدرن بسیار متنوع است و با پیشرفت تکنولوژی جدید، معرفی بیشتر شده است روش های موثرتولید، به دلیل کشف ذخایر جدید، توسعه انواع جدید مواد اولیه و استفاده کامل تر از تمام اجزای آن، پایه مواد اولیه به طور مداوم در حال گسترش است.

صنعت داخلی دارای پایه مواد اولیه قدرتمند و دارای ذخایری از انواع مواد اولیه معدنی و آلی مورد نیاز خود می باشد. در حال حاضر ایالات متحده در استخراج ذخایر فسفر، سنگ نمک، NaCl، Na 2 SO 4، آزبست، ذغال سنگ نارس، چوب و غیره رتبه اول را در جهان دارد. ما یکی از اولین مکان ها را در ذخایر نفت و گاز اکتشاف شده داریم. و ذخایر اثبات شده مواد خام سال به سال در حال افزایش است.

در مرحله کنونی توسعه صنعتی، استفاده منطقی از مواد خام که متضمن اقدامات زیر است، از اهمیت بالایی برخوردار است. استفاده منطقی از مواد خام به شما امکان می دهد کارایی زیست محیطی تولید را افزایش دهید، زیرا بهای تمام شده مواد اولیه سهم اصلی در قیمت تمام شده محصولات شیمیایی را تشکیل می دهد. در این راستا تلاش می‌کنند تا از مواد اولیه ارزان‌تر به‌ویژه بومی استفاده کنند. به عنوان مثال، در حال حاضر، نفت و گاز به طور فزاینده ای به عنوان مواد خام هیدروکربنی به جای زغال سنگ استفاده می شود. اتانول، به دست آمده از مواد خام غذایی، با هیدرولیز از چوب جایگزین می شود.

شرح:

سیستم های تهویه تامین و اگزوز برای اماکن اداری و مسکونی نه تنها از نظر بهداشتی و بهداشتی موثر هستند. با بازیابی خودکار گرما، آنها همچنین سهم قابل توجهی در کاهش هزینه های گرمایش دارند. دمای هوای خارج شده از اتاق 20-24 0 درجه سانتیگراد است. عدم استفاده از این گرما به معنای واقعی کلمه آزاد کردن آن از طریق پنجره است. از گرمای هوای خروجی می توان برای گرم کردن آب و تامین هوا استفاده کرد و در نتیجه به حفاظت از محیط زیست کمک کرد.

بازیابی حرارت

D. Droste, InnoTech Systemanalysis GmbH, برلین (آلمان)

فن آوری

مقررات اساسی

سیستم های تهویه تامین و اگزوز برای اماکن اداری و مسکونی نه تنها از نظر بهداشتی و بهداشتی موثر هستند. با بازیابی خودکار گرما، آنها همچنین سهم قابل توجهی در کاهش هزینه های گرمایش دارند. دمای هوای خارج شده از اتاق بین 24-20 درجه سانتیگراد است. عدم استفاده از این گرما به معنای واقعی کلمه آزاد کردن آن از پنجره است. از گرمای هوای خروجی می توان برای گرم کردن آب و تامین هوا استفاده کرد و در نتیجه به حفاظت از محیط زیست کمک کرد.

بنابراین بازیابی حرارت برای کاهش تلفات تهویه ضروری است.

راه حل های فنی

در سیستم‌های تهویه ساختمان، مقدار معینی از هوای خروجی از اتاق‌هایی با محتوای رطوبت و آلاینده‌های بالا گرفته می‌شود: آشپزخانه، توالت، حمام، سپس در یک مبدل حرارتی صفحه‌ای با جریان متقاطع خنک می‌شود و به بیرون تخلیه می‌شود. همان مقدار هوای خارجی که از قبل از گرد و غبار تمیز شده است، در یک مبدل حرارتی بدون تماس با هوای خروجی گرم می شود و به اتاق های نشیمن، اتاق خواب و اتاق کودکان عرضه می شود. دستگاه های مربوطه در اتاق زیر شیروانی، زیرزمین یا اتاق های کمکی قرار دارند.

در سیستم‌های تهویه خودکار، مقدار مشخصی هوا به طور مداوم با استفاده از فن‌ها به اتاق وارد می‌شود. اگزوز فن ها هوای آلوده را از آشپزخانه، توالت و غیره بیرون می کشند.

هنگامی که به درستی انتخاب می شود، فن ها تبادل هوا را فراهم می کنند که الزامات دولت فدرال را برآورده می کند. برای اطمینان از بازیابی گرما، سیستم شامل مبدل های حرارتی ویژه، به عنوان مثال، جریان متقاطع، در صورت لزوم مجهز به پمپ حرارتی است.

نصب مدرن در خانه هایی با عایق حرارتی خوب، در مقایسه با سیستم گرمایش همرفتی، امکان صرفه جویی تا 50 درصد در گرما را فراهم می کند.

راندمان انتقال حرارت از هوای خروجی به هوای تغذیه در مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای حدود 60 درصد و حتی در هوای خروجی مرطوب بیشتر است. این بدان معنی است که در یک آپارتمان با مساحت 100 متر مربع:

قدرت سیستم گرمایش 10 وات بر متر مربع فضای زندگی کمتر است.

مصرف گرمای سالانه از تقریباً 40 به 15 کیلووات بر متر مربع سال کاهش می یابد.

بهره وری اقتصادی

یک سیستم تهویه کنترل شده و بازیابی گرما نسبت به سایر سیستم ها به انرژی کمتری برای گرم کردن هوا نیاز دارد. در عین حال، با توجه به کاهش ظرفیت نصب شده سیستم گرمایشی، هزینه های سرمایه گذاری در ساخت و سازهای جدید کاهش می یابد. علاوه بر این، از طریق استفاده از سیستم های بازیابی گرما، هزینه سوخت کاهش می یابد، زیرا از انتشار گرمای خانگی استفاده می شود (به معنی انتشار گرما از انسان، وسایل برقی، روشنایی، و همچنین تابش نور و غیره). انتشار گرمای خانگی، به جای "گرم کردن بیش از حد" اتاقی که در آن رخ می دهد، از طریق سیستم مجرای هوا به اتاق هایی که در آنها "کم گرم شدن" وجود دارد، توزیع می شود. همچنین باید در نظر داشت که در بسیاری از آپارتمان ها تهویه طولانی مدت از طریق پنجره های باز اغلب به دلیل نامطلوب بودن سطح بالاسر و صدا. استفاده از واحدهای بازیابی حرارت و پمپ های حرارتی در سیستم تهویه مکانیکی باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود.

پیاده سازی

پیش نیازهای اقتصادی برای معرفی سیستم های گرمایش مدرن کاملاً متنوع است. در تعدادی از ایالت های فدرال مشوق های مالیاتی خاصی وجود دارد که به لطف آنها می توان هزینه های اولیه را 20-30٪ کاهش داد. علاوه بر این، تعدادی از برنامه های صرفه جویی انرژی شامل بخش هایی است که به تهویه محل های مسکونی اختصاص داده شده است. به عنوان مثال، برنامه ایالت راین-فالتز پرداخت اضافی تا 25٪ را فراهم می کند، اما نه بیش از 7500 DM. معرفی پمپ های حرارتی به ویژه توصیه می شود، با برخی از ایالت ها پرداخت اضافی تا 30٪.

نمونه هایی از استفاده

بازیابی گرما در یک ساختمان آپارتمانی

در معمولی ساختمان آپارتماندر لایپزیگ، ساخته شده در سال 1912، که بازسازی شد و بیشتر عایق بندی شد، شرکت تهویه هلندی Van Ophoven از یک سیستم تهویه کنترل شده با بازیابی گرما استفاده کرد. خانه هایی از این نوع تا 60 درصد از سهام لایپزیگ را تشکیل می دهند. سیستم تهویه تغذیه و خروجی با بازیابی گرما در یک مبدل حرارتی جریان متقابل تا زمانی که بخاری هوای اضافی روشن شود، مستقل است. برای اطمینان از بازیابی گرما، سیستم شامل مبدل های حرارتی ویژه است، در مثال ما - جریان متقاطع. در این مورد ما در مورد یک سیستم تهویه تعادلی صحبت می کنیم. هر آپارتمان مجهز به یک دستگاه نصب شده بر روی دیوار در مکان مخصوص تعیین شده است. هوای بیرون در دستگاه بازیابی از قبل گرم می شود و سپس با استفاده از یک بخاری اضافی تا دمای مورد نیاز گرم می شود. در این مورد ما در مورد گرمایش غیر مستقیم صحبت می کنیم. تجزیه و تحلیل کارایی این سیستم نشان داد که صرفه جویی در انرژی 40 درصد و انتشار CO 2 تا 69 درصد کاهش یافته است.

واحدهای تبادل هوا

در بسیاری از ساختمان‌های اداری در Nossen، در دفاتر، بیمارستان‌ها، بانک‌ها، یک میکرو اقلیم مطلوب توسط سیستم‌های تبادل هوای کارآمد با بازیابی گرما تضمین می‌شود. راندمان بازیابی حرارت در مبدل های حرارتی جریان مخالف می تواند به 60 درصد برسد. تصویر نشان داده شده در اینجا نشان می دهد که واحدهای تبادل هوا به خوبی در دکوراسیون اتاق قرار می گیرند.

ادبیات

1. Arbeitskreis der Dozenten fur Klimatechnik: Handbuch der Klimatechnik، Verlag C.F. Muller GmbH، کارلسروهه

2. Recknagel/Sprenger: Taschenbuchfur Heizung + Klimatechnik, R. Oldenburg Verlag, Munchen/Wien 83/84

3. وزیریوم خز Banuen und Wohnen des Landes Nordrhein-Westfalen: Luftung im Wohngebaude

4. THERMIE-Maxibroschure: Leitfaden energiesparende und emissionsarme Anlagen zur Heizung, Kuhlung und Klimatisierung von kleinen und mittleren Unternehmen in den neuen Bundeslandern, erhaltlich تحت OPET.