Aprovechar el calor de los gases de escape. Una buena caldera necesita una buena chimenea. ¿Qué es el esmalte resistente al calor?
Temperatura de los gases de combustión y del aire. la entrada al colector de humo no debe ser superior a 500 ° C. El volumen del colector de humo no se puede sobreestimar (es difícil crear el voltaje térmico requerido en un colector de humo grande), pero no se puede subestimar su tamaño: en un colector de humo pequeño Es difícil crear el vacío requerido en el colector: no soportará una gran cantidad de gases de combustión y aire. Cada chimenea dispone de su propio colector de humos según su tamaño. Las superficies internas del colector de humos deben ser lisas." A la altura del paso se debe instalar a cada lado una puerta de limpieza herméticamente cerrada.
Como se señaló anteriormente, la combustión de combustible en las chimeneas se produce con un exceso múltiple de aire. La chimenea no tiene puerta de entrada, el camino del humo desde el hogar hacia la habitación está bloqueado por un flujo constante de aire dirigido desde la habitación al hogar y luego a través de la chimenea hacia la atmósfera. Para poder pasar todo este volumen de gases de combustión y aire, la chimenea debe tener una sección transversal suficiente con una superficie interior extremadamente lisa. La sección transversal de la chimenea debe corresponder a la sección transversal de la abertura de entrada a la chimenea. Se sabe que cuanto más alta es la chimenea, mayor es el tiro que se crea en ella. Esto debe tenerse en cuenta, pero en base a esto, no se debe subestimar la sección transversal de la chimenea.
Según investigadores suecos, la relación entre el área de la sección transversal de una chimenea rectangular y el área de la abertura de entrada de la chimenea con una altura de chimenea de 5 m debería ser del 12 por ciento; con una altura de chimenea de 10 m - 10 por ciento.
Mesa. B.2
| t, C | , kg/m3 | , J/(kgk) | , [W/(mK)] | , metro2 /Con | pr |
| 100 | 0,950 | 1068 | 0,0313 | 21,54 | 0,690 |
| 200 | 0,748 | 1097 | 0,0401 | 32,80 | 0,670 |
| 300 | 0,617 | 1122 | 0,0484 | 45,81 | 0,650 |
| 400 | 0,525 | 1151 | 0,0570 | 60,38 | 0,640 |
| 500 | 0,457 | 1185 | 0,0656 | 76,30 | 0,630 |
| 600 | 0,505 | 1214 | 0,0742 | 93,61 | 0,620 |
| 700 | 0,363 | 1239 | 0,0827 | 112,1 | 0,610 |
| 800 | 0,330 | 1264 | 0,0915 | 131,8 | 0,600 |
| 900 | 0,301 | 1290 | 0,0100 | 152,5 | 0,590 |
| 1000 | 0,275 | 1306 | 0,0109 | 174,3 | 0,580 |
| 1100 | 0,257 | 1323 | 0,01175 | 197,1 | 0,570 |
| 1200 | 0,240 | 1340 | 0,01262 | 221,0 | 0,560 |
Tarea No. 5. Transferencia de calor por radiación.
Diámetro de la pared de la tubería d= …[mm] calentado a temperatura t1 =…[°С] y tiene un coeficiente de radiación térmica.La tubería se coloca en un canal con una sección transversal bXh[mm], cuya superficie tiene una temperatura t2 =…[°С] y emisividad C2 = … [W/(m2 ·k4 )] .Calcular la emisividad reducida y la pérdida de calor. q tubería debido al intercambio de calor radiante.
Las condiciones de la tarea se dan en la Tabla 5.
Los valores del coeficiente de emisividad térmica de los materiales se dan en la Tabla B.1 del Apéndice B.
Opciones de tarea
Mesa. 5
| №tareas | d, [mm] | t1 , [°С] | t2 , [°С] | C2 ,[W/(m2 ·k4 )]. | bXh, [mm] | Material de la tubería |
| 1 | 400 | 527 | 127 | 5,22 | 600x800 | acero oxidado |
| 2 | 350 | 560 | 120 | 4,75 | 480x580 | aluminiobruto |
| 3 | 300 | 520 | 150 | 3,75 | 360x500 | concreto |
| 4 | 420 | 423 | 130 | 5,25 | 400x600 | hierro fundido |
| 5 | 380 | 637 | 200 | 3,65 | 550x500 | latón oxidado |
| 6 | 360 | 325 | 125 | 4,50 | 500x700 | cobre oxidado |
| 7 | 410 | 420 | 120 | 5,35 | 650x850 | Acero pulido |
| 8 | 400 | 350 | 150 | 5,00 | 450x650 | aluminio oxidado |
| 9 | 450 | 587 | 110 | 5,30 | 680x580 | latón pulido |
| 10 | 460 | 547 | 105 | 5,35 | 480x600 | cobre pulido |
| 11 | 350 | 523 | 103 | 5,20 | 620x820 | acero rugoso |
| 12 | 370 | 557 | 125 | 5,10 | 650x850 | hierro fundido torneado |
| 13 | 360 | 560 | 130 | 4,95 | 630x830 | aluminio pulido |
Continuación de la tabla. 5
| 14 | 250 | 520 | 120 | 4,80 | 450x550 | latón laminado |
| 15 | 200 | 530 | 130 | 4,90 | 460x470 | Acero pulido |
| 16 | 280 | 540 | 140 | 5,00 | 480x500 | hierro fundido en bruto |
| 17 | 320 | 550 | 150 | 5,10 | 500x500 | aluminio oxidado |
| 18 | 380 | 637 | 200 | 3,65 | 550x500 | latón pulido |
| 19 | 360 | 325 | 125 | 4,50 | 500x700 | cobre pulido |
| 20 | 410 | 420 | 120 | 5,35 | 650x850 | acero rugoso |
| 21 | 400 | 350 | 150 | 5,00 | 450x650 | hierro fundido torneado |
| 22 | 450 | 587 | 110 | 5,30 | 680x580 | aluminio pulido |
| 23 | 460 | 547 | 105 | 5,35 | 480x600 | latón laminado |
| 24 | 350 | 523 | 103 | 5,20 | 620x820 | acero oxidado |
| 25 | 370 | 557 | 125 | 5,10 | 650x850 | aluminiobruto |
| 26 | 450 | 587 | 110 | 5,30 | 450x650 | concreto |
| 27 | 460 | 547 | 105 | 5,35 | 680x580 | hierro fundido |
| 28 | 350 | 523 | 103 | 5,20 | 480x600 | latón oxidado |
| 29 | 370 | 557 | 125 | 5,10 | 620x820 | cobre oxidado |
| 30 | 280 | 540 | 140 | 5,00 | 480x500 | Acero pulido |
Archivos adyacentes en el elemento [DESORDENAR]
Fuente: https://StudFiles.net/preview/5566488/page:8/
7. Ruta gas-aire, chimeneas, limpieza de gases de combustión.
Gazovik - equipos de gas industrial Directorio GOST, SNiP, PB SNiP II-35-76 Instalaciones de calderas
7.1. Al diseñar salas de calderas, las instalaciones de tiro (extractores de humo y ventiladores) deben tomarse de acuerdo con especificaciones técnicas plantas de fabricación. Como regla general, las instalaciones de tiro deben realizarse individualmente para cada unidad de caldera.
7.2. Las instalaciones de tiro grupal (para grupos individuales de calderas) o generales (para toda la sala de calderas) se pueden utilizar al diseñar nuevas salas de calderas con calderas con una capacidad de hasta 1 Gcal/h y al diseñar salas de calderas reconstruidas.
7.3. Las instalaciones grupales o de tiro general deberán diseñarse con dos extractores de humos y dos ventiladores. La productividad de diseño de las calderas para las que se proporcionan estas instalaciones está garantizada por el funcionamiento paralelo de dos extractores de humos y dos ventiladores.
7.4. La elección de las unidades de tiro debe realizarse teniendo en cuenta los factores de seguridad de presión y productividad de acuerdo con el Apéndice. 3 de estas normas y reglamentos.
7.5. Al diseñar instalaciones de tiro para regular su productividad, se deben proporcionar dispositivos de guía, acoplamientos de inducción y otros dispositivos que proporcionen métodos de control económicos y se suministren completos con el equipo.
7.6.*
El diseño del conducto gas-aire de las salas de calderas se lleva a cabo de acuerdo con el método estándar de cálculo aerodinámico de instalaciones de calderas del TsKTI im. I. I. Polzunova.
Para las salas de calderas empotradas, adosadas y montadas en el techo, se deben proporcionar aberturas en las paredes para el suministro de aire de combustión, ubicadas, por regla general, en la zona superior de la habitación. Las dimensiones de la sección transversal abierta de las aberturas se determinan teniendo en cuenta que la velocidad del aire en ellas no supera 1,0 m/s.
7.7. La resistencia al gas de las calderas producidas comercialmente debe tomarse de acuerdo con los datos del fabricante.
7.8. Dependiendo de las condiciones hidrogeológicas y de las soluciones de diseño de las unidades de caldera, los conductos de gas externos se deben prever bajo tierra o en la superficie. Los conductos de gas deben estar hechos de ladrillo u hormigón armado. Se permite excepcionalmente el uso de conductos metálicos de gas elevados, previo estudio de viabilidad adecuado.
7.9. Las tuberías de gas-aire dentro de la sala de calderas pueden ser de acero, sección redonda. Tuberías de gas y aire sección rectangular Se permite colocarlo en lugares adyacentes a elementos rectangulares del equipo.
7.10. Para las secciones de los conductos de humos donde es posible la acumulación de cenizas, se deben prever dispositivos de limpieza.
7.11. Para las salas de calderas que funcionan con combustible de azufre, si existe la posibilidad de que se forme condensación en los conductos de gas, se debe proporcionar protección contra la corrosión de las superficies internas de los conductos de gas de acuerdo con construyendo códigos y reglas de protección estructuras de construccion de la corrosión.
TUBERÍAS DE HUMO
7.12. Las chimeneas de las salas de calderas deben construirse según proyectos estándar. Al desarrollar proyectos de chimeneas individuales, debe guiarse por soluciones tecnicas adoptado en proyectos estándar.
7.13. Para la sala de calderas, es necesario prever la construcción de una chimenea. Se permite disponer de dos o más tuberías con la justificación adecuada.
7.14.* La altura de las chimeneas con tiro artificial se determina de acuerdo con las Directrices para el cálculo de la dispersión de sustancias nocivas en la atmósfera contenidas en las emisiones de las empresas y las Normas sanitarias para el diseño de empresas industriales. La altura de las chimeneas con tiro natural se determina en base a los resultados del cálculo aerodinámico del recorrido gas-aire y se verifica de acuerdo con las condiciones de dispersión de sustancias nocivas en la atmósfera.
Al calcular la dispersión de sustancias nocivas en la atmósfera, se deben tomar las concentraciones máximas permitidas de cenizas, óxidos de azufre, dióxido de nitrógeno y monóxido de carbono. En este caso, la cantidad de emisiones nocivas liberadas se toma, por regla general, según los datos de los fabricantes de calderas; en ausencia de estos datos, se determina mediante cálculo.
La altura de la boca de las chimeneas para salas de calderas empotradas, adosadas y en tejados debe ser superior al límite de presión del viento, pero no menos de 0,5 m por encima del tejado, y tampoco menos de 2 m por encima del tejado de la parte más alta del edificio o el edificio más alto dentro de un radio de 10 m.
7.15.* Los diámetros de las aberturas de salida de las chimeneas de acero se determinan a partir del estado de las velocidades óptimas del gas basándose en cálculos técnicos y económicos. Los diámetros de las aberturas de salida de las tuberías de ladrillo y hormigón armado se determinan con base en los requisitos de la cláusula 7.16 de estas normas y reglamentos.
7.16. Para evitar la penetración de gases de combustión en el espesor de las estructuras de ladrillo y tuberías de hormigón armado, no se permite la presión estática positiva en las paredes del pozo de salida de gas. Para ello se debe cumplir la condición R1, aumentar el diámetro de la tubería o utilizar una tubería de diseño especial (con cañón de salida de gas interno estanco, con contrapresión entre el cañón y el revestimiento).
7.17. La formación de condensación en los troncos de ladrillo y tuberías de hormigón armado que descargan productos de combustión de combustible gaseoso está permitida en todos los modos de funcionamiento.
7.18.*
Para las salas de calderas que funcionan con combustible gaseoso, se permite el uso de chimeneas de acero si no es económicamente viable aumentar la temperatura de los gases de combustión.
Para las salas de calderas autónomas, las chimeneas deben ser estancas al gas y estar fabricadas de metal o materiales no combustibles. Las tuberías deben tener, por regla general, aislamiento térmico exterior para evitar la formación de condensación y trampillas para inspección y limpieza.
7.19.
Las aberturas para conductos de gas en una sección horizontal de un tubo de tubería o vidrio de base deben ubicarse uniformemente alrededor de la circunferencia.
El área total de debilitamiento en una sección horizontal no debe exceder el 40%. área total secciones para un tronco de hormigón armado o vidrio de cimentación y un 30% para un tronco de tubería de ladrillo.
7.20. Los conductos de suministro de gas en el cruce con la chimenea deben tener forma rectangular.
7.21. Al conectar conductos de gas a una chimenea, es necesario prever juntas o compensadores de temperatura y sedimentación.
7.22. La necesidad de utilizar revestimiento y aislamiento térmico para reducir las tensiones térmicas en los troncos de ladrillo y tuberías de hormigón armado está determinada mediante cálculos de ingeniería térmica.
7.23. En las tuberías diseñadas para eliminar los gases de combustión de la quema de combustible sulfuroso, cuando se forma condensación (independientemente del porcentaje de contenido de azufre), se debe proporcionar un revestimiento de materiales resistentes a los ácidos a lo largo de toda la altura del eje. Si no hay condensación en superficie interior del tronco del tubo de escape de gas, en todos los modos de funcionamiento, se permite utilizar un revestimiento de ladrillos de arcilla para chimeneas o ladrillos de arcilla ordinarios prensados plásticos de grado no inferior a 100 con una absorción de agua de no más del 15% en un mortero de arcilla-cemento o complejo de grado no inferior a 50.
7.24. El cálculo de la altura de la chimenea y la elección del diseño para proteger la superficie interior de su tronco de la influencia agresiva del medio ambiente deben realizarse en función de las condiciones de combustión del combustible principal y de reserva.
7.25. La altura y ubicación de la chimenea deben acordarse con el Departamento de Aviación Civil local. Las cercas ligeras de las chimeneas y la pintura para señalización exterior deben cumplir con los requisitos del Manual de servicio de aeródromo en aviación civil de la URSS.
7.26. Los diseños deben incluir protección contra la corrosión de las estructuras exteriores de acero de las chimeneas de ladrillo y hormigón armado, así como de las superficies de los tubos de acero.
7.27. En la parte inferior de la chimenea o cimentación se deben prever pozos de registro para inspeccionar la tubería y, si es necesario, dispositivos para drenar el condensado.
LIMPIEZA DE HUMOS
7.28. Las salas de calderas diseñadas para funcionar con combustibles sólidos (carbón, turba, pizarra bituminosa y desechos de madera) deben estar equipadas con instalaciones para limpiar las cenizas de los gases de combustión en los casos en que
Nota. Cuando se utiliza combustible sólido como emergencia, no es necesaria la instalación de recolectores de cenizas.
7.29.
La elección del tipo de recolectores de cenizas se realiza en función del volumen de gases a depurar, el grado de depuración requerido y las capacidades de diseño, basándose en una comparación técnica y económica de opciones para la instalación de recolectores de cenizas. varios tipos.
Como dispositivos de recolección de cenizas se deben utilizar los siguientes:
- Los bloques ciclónicos TsKTI o NIIOGAZ - con un volumen de gases de combustión de 6000 a 20000 m3/h.
- ciclones de batería - con un volumen de gases de combustión de 15.000 a 150.000 m3/h,
- ciclones de batería con recirculación y precipitadores eléctricos - con un volumen de gases de combustión superior a 100.000 m3/h.
Se pueden utilizar recolectores de cenizas “húmedos” con tubos Venturi bajos en calorías con eliminadores de gotas si existe un sistema de eliminación de cenizas y escorias hidráulicas y dispositivos que eviten la descarga de sustancias nocivas contenidas en la pulpa de cenizas y escorias a los cuerpos de agua.
Los volúmenes de gas se toman a su temperatura de funcionamiento.
7.30. Los coeficientes de limpieza de los dispositivos recolectores de cenizas se toman mediante cálculo y deben estar dentro de los límites establecidos por la aplicación. 4 a estas normas y reglamentos.
7.31. La instalación de recolectores de cenizas debe realizarse en el lado de succión de los extractores de humos, generalmente en áreas abiertas. Con la debida justificación, se permite la instalación de recolectores de cenizas en el local.
7.32. Los recolectores de cenizas se proporcionan individualmente para cada unidad de caldera. En algunos casos, es posible prever un grupo de recolectores de cenizas o un aparato seccional para varias calderas.
7.33. Cuando una sala de calderas funciona con combustible sólido, los recolectores de cenizas individuales no deben tener conductos de derivación.
7.34.
La forma y superficie interna de la tolva recogedora de cenizas debe asegurar la descarga completa de las cenizas por gravedad, mientras que el ángulo de inclinación de las paredes de la tolva con respecto al horizonte se supone de 60° y, en casos justificados, se permite al menos 550.
Las tolvas recolectoras de cenizas deben tener cierres herméticos.
7.35. La velocidad de los gases en el conducto de alimentación de las unidades de recogida de cenizas debe ser de al menos 12 m/s.
7.36. En las salas de calderas diseñadas para funcionar con desechos de madera, se deben utilizar parachispas “húmedos” en los casos en que ApV≤5000. Los parachispas no se instalan después de los recolectores de cenizas.
Fuente: https://gazovik-gas.ru/directory/add/snip_2_35_76/trakt.html
Condensación en la chimenea y punto de rocío.
14.02.2013
A. Batsulin
Para comprender el proceso de formación de condensación en las chimeneas de las estufas, es importante comprender el concepto de punto de rocío. El punto de rocío es la temperatura a la que el vapor de agua contenido en el aire se condensa en agua.
A cada temperatura, no se puede disolver en el aire más de una cierta cantidad de vapor de agua. Esta cantidad se llama densidad. vapor saturado para una temperatura determinada y se expresa en kilogramos por metro cúbico de espacio.
En la Fig. La Figura 1 muestra un gráfico de la densidad del vapor saturado versus la temperatura. A la derecha están marcadas las presiones parciales correspondientes a estos valores. Los datos de esta tabla se utilizan como base. En la Fig. La figura 2 muestra la sección inicial del mismo gráfico.
Arroz. 1.
Presión de vapor de agua saturado.
Arroz. 2.
Presión de vapor de agua saturado, rango de temperatura 10 - 120*C
Expliquemos cómo usar el gráfico usando un ejemplo simple. Tome una cacerola con agua y cúbrala con una tapa. Después de un tiempo, debajo de la tapa se establecerá un equilibrio entre agua y vapor de agua saturado. Deje que la temperatura de la olla sea de 40°C, luego la densidad del vapor debajo de la tapa será de aproximadamente 50 g/m3. La presión parcial del vapor de agua debajo de la tapa según la tabla (y el gráfico) será de 0,07 atm, los 0,93 atm restantes serán presión del aire.
(1 barra = 0,98692 atm). Comencemos a calentar lentamente la cacerola, y a 60°C la densidad del vapor saturado bajo la tapa ya será de 0,13 kg/m3 y su presión parcial será de 0,2 atm. A 100°C, la presión parcial del vapor saturado debajo de la tapa alcanzará una atmósfera (es decir, presión externa), lo que significa que ya no habrá aire debajo de la tapa. El agua comenzará a hervir y saldrá vapor por debajo de la tapa.
En este caso, la densidad del vapor saturado bajo la tapa será de 0,59 kg/m3. Ahora cerremos la tapa herméticamente (es decir, la convirtamos en un autoclave) e insertemos una válvula de seguridad en ella, por ejemplo, a 16 atm, y sigamos calentando la sartén. La ebullición del agua se detendrá y la presión y la densidad del vapor debajo de la tapa aumentarán, y cuando alcance los 200 ° C, la presión alcanzará las 16 atm (ver gráfico). Al mismo tiempo, el agua volverá a hervir y saldrá vapor por debajo de la válvula.
Ahora la densidad del vapor debajo de la tapa será de 8 kg/m3.
Al considerar la precipitación del condensado de los gases de combustión (FG), solo es de interés la parte del gráfico hasta una presión de 1 atm, ya que el horno se comunica con la atmósfera y la presión en él es igual a la presión atmosférica dentro de un rango de pocos Pa. También es obvio que el punto de rocío del generador diésel está por debajo de 100°C.
vapor de agua en los gases de combustión
Para determinar el punto de rocío de los gases de combustión (es decir, la temperatura a la que cae la condensación del generador diésel), es necesario conocer la densidad del vapor de agua en el generador diésel, que depende de la composición del combustible, su humedad. , coeficiente de exceso de aire y temperatura. La densidad del vapor es igual a la masa de vapor de agua contenida en 1 m3 de gases de combustión a una temperatura determinada.
Las fórmulas para el volumen de DW se derivaron en este trabajo, sección 6.1, fórmulas A1.3 - A1.8. Después de las transformaciones, obtenemos una expresión para la densidad de vapor en los gases de combustión en función del contenido de humedad de la madera, el coeficiente de exceso de aire y la temperatura. La humedad del aire fuente hace una pequeña corrección y no se tiene en cuenta en esta expresión.
La fórmula tiene un significado físico simple. Si multiplicamos el numerador de la fracción grande por 1/(1+w), obtenemos la masa de agua en el generador diésel, en kg por kg de madera. Y si multiplicamos el denominador por 1/(1+w), obtenemos el volumen específico de DG en nm3/kg. El multiplicador de temperatura sirve para convertir metros cúbicos normales en reales a temperatura T. Tras sustituir los números obtenemos la expresión:
Ahora puede determinar gráficamente el punto de rocío de los gases de combustión. Superpongamos la gráfica de densidad de vapor en el DG a la gráfica de densidad de vapor de agua saturado. La intersección de las gráficas corresponderá al punto de rocío del DG con la humedad y el exceso de aire adecuados. En la Fig. 3 y 4 muestran el resultado.
Arroz. 3.
El punto de rocío de los gases de combustión con exceso de aire es unidad y diferente humedad de la madera.
De la Fig. 3 se deduce que en el caso más desfavorable, al quemar madera con una humedad del 100% (la mitad de la masa de las muestras es agua) sin exceso de aire, la condensación del vapor de agua comenzará a aproximadamente 70 * C.
En condiciones típicas de hornos periódicos (humedad de la madera del 25% y exceso de aire de aproximadamente dos), la condensación comenzará cuando los gases de combustión se enfríen a 46 * C. (ver figura 4)
Arroz. 4.
Punto de rocío de los gases de combustión con un contenido de humedad de la madera del 25% y diversos excesos de aire.
De la Fig. 4 también muestra claramente que el exceso de aire reduce significativamente la temperatura de condensación. Mezclar el exceso de aire en la chimenea es una forma de eliminar la condensación en las tuberías.
Corrección por variabilidad en la composición del combustible.
Todas las consideraciones anteriores son válidas si la composición del combustible permanece sin cambios con el tiempo, por ejemplo, se quema gas en el tanque de combustible o se alimenta continuamente pellets. Cuando se quema una carga de leña en una estufa discontinua, la composición de los gases de combustión cambia con el tiempo. Primero, los volátiles se queman y la humedad se evapora, y luego se quema el residuo de carbón. Es obvio que en el período inicial el contenido de vapor de agua en el generador diesel será significativamente mayor que el calculado, y en la etapa de combustión del residuo de carbón será menor. Intentemos estimar aproximadamente la temperatura del punto de rocío en el período inicial.
Deje que los volátiles del relleno se quemen en el primer tercio del proceso de calentamiento y toda la humedad contenida en el relleno se evaporará durante este tiempo. Entonces la concentración de vapor de agua en el primer tercio del proceso será tres veces mayor que la media. Con un contenido de humedad de la madera del 25% y un exceso de aire doble, la densidad del vapor será 0,075 * 3 = 0,225 kg/m3. (ver FIGURA, gráfico azul). La temperatura de condensación será de 70-75*C. Esta es una estimación aproximada, ya que se desconoce cómo cambia en realidad la composición del DG a medida que se quema el relleno.
Además, los volátiles no quemados se condensan de los gases de combustión junto con el agua, lo que aparentemente aumenta ligeramente el punto de rocío del generador diésel.
Condensación en chimeneas
Los gases de combustión que suben por la chimenea se enfrían gradualmente. Cuando se enfría por debajo del punto de rocío, comienza a formarse condensación en las paredes de la chimenea. La velocidad de enfriamiento del generador diesel en la chimenea depende de la sección de flujo de la tubería (el área de su superficie externa), el material de la tubería y su contenido, así como de la intensidad de la combustión. Cuanto mayor sea la velocidad de combustión, mayor será el flujo de gases de combustión, lo que significa que, en igualdad de condiciones, los gases se enfriarán más lentamente.
La formación de condensación en las chimeneas de las estufas o en las chimeneas periódicas es cíclica. En el momento inicial, mientras la tubería aún no se calienta, el condensado cae sobre sus paredes y, a medida que la tubería se calienta, el condensado se evapora. Si el agua del condensado logra evaporarse por completo, poco a poco impregna la mampostería de la chimenea y aparecen depósitos negros de alquitrán en las paredes exteriores. Si esto sucede en el exterior de la chimenea (en la calle o en un ático frío), la humectación constante de la mampostería en invierno conducirá a la destrucción del ladrillo de la estufa.
La caída de temperatura en la chimenea depende de su diseño y de la magnitud del flujo de DG (intensidad de combustión del combustible). En las chimeneas de ladrillo, el descenso de temperatura puede alcanzar los 25°C por metro lineal. Esto justifica el requisito de que la temperatura del generador diesel a la salida del horno (“a la vista”) sea de 200-250 * C, con el objetivo de que en la cabeza de la tubería sea de 100-120 * C, que es obviamente más alto que el punto de rocío. La caída de temperatura en las chimeneas tipo sándwich aisladas es de sólo unos pocos grados por metro y la temperatura a la salida del horno puede reducirse.
La condensación que se forma en las paredes de una chimenea de ladrillo es absorbida por la mampostería (debido a la porosidad del ladrillo) y luego se evapora. En las chimeneas de acero inoxidable (sándwich), incluso una pequeña cantidad de condensado formado en el período inicial comienza inmediatamente a fluir hacia abajo. Por lo tanto, para evitar que el condensado fluya hacia el aislamiento de la chimenea, tuberías internas ensamblado de tal manera que el tubo superior se inserta en el inferior, es decir. "por condensado".
Conociendo la velocidad de combustión de leña en la estufa y la sección transversal de la chimenea, es posible estimar la disminución de temperatura en la chimenea por metro lineal mediante la fórmula:
q - coeficiente de absorción de calor de las paredes de la chimenea de ladrillo, 1740 W/m2 S - superficie receptora de calor de 1 m de la chimenea, m2c - capacidad calorífica de los gases de escape, 1450 J/nm3*CF - flujo de gases de escape, nm3/ hora V - volumen específico del generador diesel, con 25% de humedad de madera y 2 veces el exceso de aire, 8 nm3/kg/hora - consumo de combustible por hora, kg/hora
El coeficiente de absorción de calor de las paredes de la chimenea se considera convencionalmente de 1500 kcal/m2h, porque para el último humo del horno, la literatura da un valor de 2300 kcal/m2h. El cálculo es de carácter indicativo y pretende mostrar patrones generales. En la Fig. La Figura 5 muestra un gráfico de la caída de temperatura en chimeneas con una sección transversal de 13 x 26 cm (cinco) y 13 x 13 cm (cuatro) dependiendo de la velocidad de quema de leña en el hogar de la estufa.
Arroz. 5.Caída de temperatura en una chimenea de ladrillo por metro lineal en función de la velocidad de combustión de la leña en la estufa (flujo de gases de combustión). Se supone que el coeficiente de exceso de aire es dos.
Los números al principio y al final de los gráficos indican la velocidad de GD en la chimenea, calculada en base al flujo de GD reducido a 150*C y la sección transversal de la chimenea. Como puede ver, para velocidades de aproximadamente 2 m/s recomendadas por GOST 2127-47, la caída de temperatura en el generador diesel es de 20-25*C. También está claro que el uso de chimeneas con una sección transversal mayor de la necesaria puede provocar un enfriamiento severo del generador diésel y, como resultado, condensación.
Como se desprende de la Fig. 5, una disminución en el consumo horario de leña conduce a una disminución en el flujo de gases de escape y, como consecuencia, a una caída significativa de la temperatura en la chimenea. En otras palabras, la temperatura de los gases de escape, por ejemplo, 150 * C para un horno de ladrillos periódico, donde la madera se quema activamente, y para un horno de combustión lenta (sin llama) no son en absoluto lo mismo. De alguna manera tuve que observar tal imagen, Fig. 6.
Arroz. 6.
Condensación en una chimenea de ladrillo procedente de una estufa de combustión prolongada.
Aquí el horno humeante estaba conectado a un tubo de ladrillo con una sección transversal de ladrillo. La velocidad de combustión en una estufa de este tipo es muy baja: un marcador puede arder durante 5 a 6 horas, es decir, la velocidad de combustión será de unos 2 kg/hora. Naturalmente, los gases en la tubería se enfriaron por debajo del punto de rocío y comenzó a formarse condensación en la chimenea, que empapó la tubería por completo, y cuando se encendió la estufa, goteó hasta el suelo. Por lo tanto, las estufas de combustión prolongada sólo se pueden conectar a chimeneas tipo sándwich aisladas.
La reducción de la temperatura de los gases de combustión se puede lograr mediante:
Selección tamaños óptimos y otras características del equipo en función de la potencia máxima requerida, teniendo en cuenta el margen de seguridad calculado;
Intensificar la transferencia de calor al proceso tecnológico aumentando el flujo de calor específico (en particular, utilizando turbuladores que aumentan la turbulencia de los flujos del fluido de trabajo), aumentando el área o mejorando las superficies de intercambio de calor;
Recuperación de calor de los gases de combustión mediante un proceso tecnológico adicional (por ejemplo, calentar agua de alimentación adicional mediante un economizador);
. instalar un calentador de aire o agua, u organizar el precalentamiento del combustible utilizando el calor de los gases de combustión. Cabe señalar que puede ser necesario calentar el aire si proceso tecnológico requiere alta temperatura llama (por ejemplo, en la producción de vidrio o cemento). El agua calentada se puede utilizar para alimentar la caldera o en sistemas de suministro de agua caliente (incluida la calefacción central);
Limpiar las superficies de intercambio de calor de la acumulación de cenizas y partículas de carbón para mantener una alta conductividad térmica. En particular, se pueden utilizar periódicamente sopladores de hollín en la zona de convección. La limpieza de las superficies de intercambio de calor en la zona de combustión generalmente se realiza mientras el equipo está detenido para inspección y mantenimiento, pero en algunos casos se utiliza la limpieza sin parar (por ejemplo, en calentadores en refinerías);
Asegurar un nivel de producción de calor que satisfaga las necesidades existentes (no las supere). Energía térmica La caldera se puede regular, por ejemplo, seleccionando el caudal óptimo de las boquillas para combustible líquido o la presión óptima a la que se suministra el combustible gaseoso.
Posibles problemas
La reducción de la temperatura de los gases de combustión puede, en determinadas condiciones, entrar en conflicto con los objetivos de calidad del aire, por ejemplo:
El precalentamiento del aire de combustión provoca un aumento de la temperatura de la llama y, como resultado, una formación de NOx más intensa, que puede llevar a superar los estándares de emisiones establecidos. Implementar el precalentamiento del aire en instalaciones existentes puede resultar difícil o rentable debido a limitaciones de espacio, la necesidad de instalar ventiladores adicionales y sistemas de supresión de NOx (si existe el riesgo de exceder los estándares establecidos). Cabe señalar que el método de suprimir la formación de NOx mediante la inyección de amoníaco o urea conlleva el riesgo de que el amoníaco entre en los gases de combustión. Prevenir esto puede requerir la instalación de costosos sensores de amoníaco y un sistema de control de la inyección y, en el caso de variaciones significativas de carga, un sistema de inyección complejo que permita inyectar la sustancia en el área a la temperatura correcta (por ejemplo, un sistema de dos grupos de inyectores instalados a diferentes niveles);
Los sistemas de limpieza de gases, incluidos los sistemas de supresión o eliminación de NOx y SOx, funcionan únicamente dentro de un determinado rango de temperatura. Si las regulaciones sobre emisiones exigen el uso de tales sistemas, la cooperación con los sistemas de recuperación puede resultar difícil y rentable;
En algunos casos, las autoridades locales establecen una temperatura mínima de los gases de combustión en el extremo de la chimenea para garantizar una dispersión adecuada de los gases de combustión y que no haya columnas. Además, las empresas pueden, por iniciativa propia, adoptar este tipo de prácticas para mejorar su imagen. El público en general puede interpretar la presencia de una columna de humo visible como un signo de contaminación. ambiente, mientras que la ausencia de una columna de humo puede considerarse un signo de producción limpia. Por lo tanto, en determinadas condiciones climáticas, algunas empresas (por ejemplo, plantas de incineración de residuos) pueden calentar especialmente los gases de combustión antes de liberarlos a la atmósfera utilizando gas natural. Esto conduce a un consumo de energía desperdiciado.
Eficiencia energética
Cuanto menor sea la temperatura de los gases de combustión, mayor será el nivel de eficiencia energética. Sin embargo, reducir la temperatura de los gases por debajo de cierto nivel puede plantear algunos problemas. En particular, si la temperatura está por debajo del punto de rocío ácido (la temperatura a la que se produce la condensación de agua y ácido sulfúrico, normalmente entre 110 y 170 °C, dependiendo del contenido de azufre del combustible), esto puede provocar corrosión de las superficies metálicas. Esto puede requerir el uso de materiales resistentes a la corrosión (dichos materiales existen y pueden usarse en instalaciones que utilizan petróleo, gas o desechos como combustible), así como la recolección y procesamiento de condensado ácido.
El período de recuperación puede variar desde menos de cinco años hasta cincuenta años, dependiendo de muchos parámetros, incluido el tamaño de la planta, la temperatura de los gases de combustión, etc.
Las estrategias enumeradas anteriormente (con excepción de la limpieza periódica) requieren una inversión adicional. El período óptimo para tomar una decisión sobre su uso es el período de diseño y construcción. nueva instalación. Al mismo tiempo, también es posible implementar estas soluciones en una empresa existente (si existe el espacio necesario para instalar el equipo).
Algunas aplicaciones de la energía de los gases de combustión pueden estar limitadas debido a las diferencias entre la temperatura de los gases y los requisitos específicos de temperatura de entrada del proceso que consume energía. La cantidad aceptable de esta diferencia está determinada por un equilibrio entre las consideraciones de ahorro de energía y el costo del equipo adicional necesario para utilizar la energía de los gases de combustión.
La viabilidad práctica de la recuperación siempre depende de la disponibilidad de una posible aplicación o consumidor de la energía recuperada. Las medidas para reducir la temperatura de los gases de combustión pueden aumentar la formación de algunos contaminantes.
SV Golovaty, ingeniero;
AV. Lesnykh, profesor titular;
Doctor en Ciencias Técnicas K.A. Shtym, profesor, subdirector del departamento de trabajos científicos, Departamento de Ingeniería de Energía Térmica e Ingeniería de Calor, Facultad de Ingeniería, Universidad Federal del Lejano Oriente, Vladivostok
Las chimeneas funcionan en condiciones difíciles: bajo cambios de temperatura, presión, humedad, efectos agresivos de los gases de combustión, cargas de viento y cargas por su propio peso. Como resultado de efectos mecánicos (fuerza y temperatura), químicos y combinados, se producen daños en las estructuras de la chimenea.
Uno de los problemas de convertir fuentes de calor para quemar gas natural es la posibilidad de condensación del vapor de agua de los gases de combustión en las chimeneas. A su vez, la formación de condensación en la superficie interior de las chimeneas y las consecuencias de este proceso negativo (como mojarse estructuras portantes, aumento de la conductividad térmica de las paredes, descongelación, etc.) provocan los siguientes daños estructurales más habituales:
1) destrucción de la capa protectora de tuberías de hormigón armado, exposición y corrosión del refuerzo;
2) destrucción de tuberías de ladrillo;
3) intensa corrosión por sulfatos de la superficie interior del hormigón del eje de la tubería de hormigón armado;
4) destrucción del aislamiento térmico;
5) material de desecho en la mampostería del revestimiento, lo que reduce la densidad del gas y la resistencia del revestimiento;
6) destrucción Enladrillado revestimiento de chimeneas de hormigón armado y ladrillo con bridas (destrucción de la superficie, descamación - Ed.);
7) resistencia reducida del revestimiento monolítico de tuberías de hormigón armado.
Muchos años de experiencia en el funcionamiento de chimeneas confirman la relación entre los daños descritos anteriormente y la formación de condensación: por ejemplo, durante una inspección visual del interior y superficies exteriores En los troncos de las chimeneas de varias salas de calderas se identificaron los siguientes daños característicos: daños por erosión profunda en casi toda la altura de la tubería; en zonas de condensación activa de vapor de agua se observa destrucción de ladrillos a una profundidad de 120 mm, aunque la superficie del tronco está en condiciones de funcionamiento.
Cabe señalar que para diferentes tipos combustible, el contenido de vapor de agua en los gases de combustión será diferente. Por lo tanto, la mayor cantidad de humedad está contenida en los gases de combustión del gas natural y la menor cantidad de vapor de agua está contenida en los productos de combustión del fueloil y el carbón (tabla).
Mesa. Composición de los gases de escape al quemar gas natural.
El objeto del estudio es una chimenea de ladrillo con una altura de H=80 m, diseñada para eliminar los gases de combustión de 5 calderas de vapor DE-16-14. Para esta chimenea, las mediciones se tomaron a una temperatura del aire exterior de -5 O C y una velocidad del viento de 5 m/s. En el momento de las mediciones estaban en funcionamiento dos calderas, DE-16-14: st. nº 4 con una carga de 8,6 t/h (53,7% de la nominal) y st. nº 5 con una carga de 9,5 t/h (59,3% de la nominal), cuyos parámetros de funcionamiento se utilizaron para establecer las condiciones límite. La temperatura de los gases de combustión en la estación de calderas era de 124 °C. No. 4 y 135 O C - en la estación de calderas. No. 5. La temperatura de los gases de combustión a la entrada de la chimenea fue de 130 O C. El coeficiente de exceso de aire a la entrada de la chimenea fue α = 1,31 (O 2 = 5%). El consumo total de gases de combustión es de 14,95 mil m 3 /h.
A partir de los resultados de las mediciones se simularon varios modos de funcionamiento de la chimenea. La composición medida y la temperatura de los gases de combustión se tuvieron en cuenta al calcular las características del flujo de gases de combustión. El cálculo tuvo en cuenta las condiciones meteorológicas y climatológicas en el momento de las mediciones (temperatura del aire exterior, velocidad del viento). Durante el proceso de modelado, se calcularon los modos de funcionamiento de la fuente de calor para el análisis bajo cargas y condiciones climáticas en el momento de las mediciones. Como se sabe, la temperatura de condensación del vapor de agua de los gases de combustión en las chimeneas comienza a una temperatura de la superficie interna de 65-70 O C.
Según los resultados de los cálculos para la formación de condensado en el modo de funcionamiento de la fuente de calor, en el momento de las mediciones la temperatura de los gases de combustión en la superficie interna de la tubería era de 35-70 ° C. En estas condiciones, el agua Se puede formar condensación de vapor en toda la superficie de la tubería. Para evitar la formación de condensación de vapor de agua en la superficie interior de la chimenea, se seleccionó un modo de funcionamiento del equipo de la sala de calderas que garantizara un flujo suficiente de gases de combustión y una temperatura en la superficie interior de la chimenea de al menos 70 °. C. Para evitar la formación de condensación en la superficie interior de la chimenea, es necesario trabajar con tres calderas a carga nominal D nom a -20 O C y dos calderas a +5 O C.
La figura muestra la dependencia del flujo de gases de combustión (a una temperatura de 140 ° C) a través de la chimenea de la temperatura del aire exterior.
Literatura
1. Aprovechamiento de recursos energéticos secundarios / O. L. Danilov, V. A. Munts; USTU-UPI. - Ekaterimburgo: USTU-UPI, 2008. - 153 p.
2. Procesos de trabajo y cuestiones de mejora de las superficies convectivas de las unidades de calderas / N.V. Kuznetsov; Gosenergoizdat, 1958. - 17 p.