Aprovechamiento del calor de los gases de combustión. Una buena caldera significa una buena chimenea. ¿Qué es el esmalte resistente al calor?
Temperatura de los gases de combustión y del aire entrar en el colector de humo no debe ser superior a 500 ° C. No puede sobrestimar el volumen del colector de humo (es difícil crear el estrés térmico necesario en un colector de humo grande), pero tampoco puede subestimar su tamaño: es difícil para crear el vacío necesario en un pequeño colector de humos: no puede hacer frente a una gran cantidad de gases de combustión y aire. Cada chimenea tiene su propia caja de humos según su tamaño. Las superficies internas de la caja de humos deben ser lisas." A nivel del paso, se debe instalar una puerta de limpieza herméticamente sellada a cada lado.
Como se señaló anteriormente, la combustión del combustible en las chimeneas se produce con un exceso múltiple de aire. La chimenea no tiene puerta de entrada, el paso del humo desde el hogar hasta el ambiente está bloqueado por un flujo constante de aire dirigido desde el ambiente hasta el hogar y luego a través de la chimenea hacia la atmósfera. de humos y aire, la chimenea debe tener una sección suficiente con una superficie interior extremadamente lisa. La sección transversal de la chimenea debe corresponder a la sección transversal de la entrada de la chimenea. Se sabe que cuanto más alta es la chimenea, más tiro se crea en ella. Esto debe tenerse en cuenta, pero sobre esta base, la sección de la chimenea no debe subestimarse.
Según investigadores suecos, la relación entre el área de la sección transversal de una chimenea rectangular y el área de la entrada de la chimenea con una altura de chimenea de 5 m debe 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/(m·K)] | , metro2 /desde | 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 número 5. Transferencia de calor por radiación.
Diámetro de la pared de la tubería D= …[mm] calentado a temperatura t1 =…[°C] 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 =…[°C] y emisividad C2 = … [W/(metro2 k4 )] .Calcular la emisividad reducida y la pérdida de calor q tubería debido a la transferencia de calor radiante.
Las condiciones de la tarea se dan en la Tabla 5.
Los valores de la emisividad térmica de los materiales se dan en la Tabla B.1 del Apéndice B.
Opciones de tareas
Mesa. cinco
| №Tareas | D, [mm] | t1 , [°C] | t2 , [°C] | 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 | aluminioáspero |
| 3 | 300 | 520 | 150 | 3,75 | 360x500 | hormigón |
| 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 en bruto |
| 12 | 370 | 557 | 125 | 5,10 | 650x850 | hierro fundido torneado |
| 13 | 360 | 560 | 130 | 4,95 | 630x830 | aluminio pulido |
Continuación de la tabla. cinco
| 14 | 250 | 520 | 120 | 4,80 | 450x550 | laminado de latón |
| 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 en bruto |
| 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 | laminado de latón |
| 24 | 350 | 523 | 103 | 5,20 | 620x820 | acero oxidado |
| 25 | 370 | 557 | 125 | 5,10 | 650x850 | aluminioáspero |
| 26 | 450 | 587 | 110 | 5,30 | 450x650 | hormigón |
| 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 |
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Fuente: https://StudFiles.net/preview/5566488/page:8/
7. Vía gas-aire, chimeneas, limpieza de gases de combustión
Gasovik - equipos de gas industrial Directorio de GOST, SNiP, PB SNiP II-35-76 Plantas de calderas
7.1. Al diseñar salas de calderas, las instalaciones de tiro (extractores de humo y sopladores) deben tomarse de acuerdo con especificaciones fabricantes Como regla general, las unidades de tiro deben proporcionarse individualmente para cada unidad de caldera.
7.2. Se pueden utilizar instalaciones de tiro forzado grupales (para grupos separados de calderas) o comunes (para toda la sala de calderas) cuando se diseñan salas de calderas nuevas con calderas con una capacidad de hasta 1 Gcal / h y cuando se diseñan salas de calderas reconstruidas.
7.3. Las instalaciones de tiro colectivo o común deben diseñarse con dos extractores de humo y dos ventiladores de tiro. La capacidad de diseño de las calderas, para las que se prevén estas instalaciones, está asegurada por el funcionamiento en paralelo de dos extractores de humos y dos soplantes.
7.4. La elección de las unidades de tiro debe hacerse teniendo en cuenta los factores de seguridad por presión y rendimiento de acuerdo con el Ap. 3 a estas normas y reglamentos.
7.5. Al diseñar instalaciones de tiro para controlar su rendimiento, es necesario proporcionar paletas guía, acoplamientos de inducción y otros dispositivos que proporcionen métodos económicos de regulación y se suministren completos con el equipo.
7.6.*
El diseño de la ruta gas-aire de las salas de calderas se lleva a cabo de acuerdo con el método estándar de cálculo aerodinámico de las plantas de calderas de TsKTI im. I. I. Polzunova.
Para calderas empotradas, adosadas y de techo, las aberturas para el suministro de aire de combustión deben preverse en las paredes, generalmente ubicadas en la zona superior de la habitación. Las dimensiones de la sección abierta de las aberturas se determinan en base a que la velocidad del aire en ellas no sea superior a 1,0 m/s.
7.7. La resistencia al gas de las calderas producidas en serie debe tomarse de acuerdo con los datos del fabricante.
7.8. Dependiendo de las condiciones hidrogeológicas y las soluciones de diseño de las unidades de caldera, los conductos de gas externos deben proporcionarse subterráneos o superficiales. Los conductos de gas deben ser de ladrillo o de hormigón armado. Excepcionalmente, se permite el uso de gasoductos metálicos sobre el suelo, sujeto a un estudio de factibilidad apropiado.
7.9. Las tuberías de gas y aire dentro de la sala de calderas se pueden diseñar con acero, sección redonda. gasoductos sección rectangular se permite proporcionar en lugares de unión a elementos rectangulares de equipo.
7.10. Para las secciones de los conductos de gas donde es posible la acumulación de cenizas, se deben proporcionar dispositivos para la limpieza.
7.11. Para calderas que funcionan con combustible agrio, si existe la posibilidad de formación de condensado 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 para la protección estructuras de construccion de la corrosión.
CHIMENEA
7.12. Las chimeneas de las salas de calderas deben construirse de acuerdo con proyectos estándar. Al desarrollar proyectos individuales de chimeneas, es necesario 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 dos o más caños con la debida justificación.
7.14.* La altura de las chimeneas con tiro artificial se determina de acuerdo con las Directrices para el cálculo de la dispersión en la atmósfera de sustancias nocivas contenidas en las emisiones de las empresas y las Normas Sanitarias para el Diseño de Empresas Industriales. La altura de las chimeneas bajo tiro natural se determina en base a los resultados del cálculo aerodinámico del conducto gas-aire y se comprueba según 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 emitidas se toma, por regla general, de acuerdo con 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 calderas empotradas, adosadas y de techo debe estar por encima del límite del remanso de viento, pero no menos de 0,5 m sobre el techo, y tampoco menos de 2 m sobre el techo de la más alta. parte 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 de la condición de velocidades de gas óptimas en base a cálculos técnicos y económicos. Los diámetros de las salidas de las tuberías de ladrillo y hormigón armado se determinan con base en los requisitos del numeral 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 conducto de escape. Para ello, se debe cumplir la condición R1: aumentar el diámetro de la tubería o utilizar una tubería de diseño especial (con eje interno de salida de gas estanco al gas, con contrapresión entre el eje y el revestimiento).
7.17. Se permite la formación de condensados en los troncos de las tuberías de ladrillo y hormigón armado que descarguen productos de la combustión de combustibles gaseosos en todos los modos de funcionamiento.
7.18.*
Para calderas que funcionan con combustibles gaseosos, se permite el uso de chimeneas de acero si no es económicamente factible aumentar la temperatura de los gases de combustión.
Para las salas de calderas autónomas, las chimeneas deben ser estancas a los gases, de metal o de materiales incombustibles. Las tuberías deberán tener, como norma, aislamiento térmico exterior para evitar la formación de condensados y pozos de inspección y limpieza.
7.19.
Las aberturas para los conductos de gas en una sección horizontal del eje de la tubería o del manguito de cimentación deben estar espaciadas uniformemente alrededor de la circunferencia.
El área de debilitamiento total en una sección horizontal no debe exceder el 40% área total secciones para fuste de hormigón armado o vidrio de cimentación y 30% para fuste de tubería de ladrillo.
7.20. Los conductos de suministro de gas en la unión con la chimenea deben diseñarse en forma rectangular.
7.21. En la conjugación de conductos de gas con chimenea, es necesario prever costuras o compensadores de asentamiento de temperatura.
7.22. La necesidad de usar revestimiento y aislamiento térmico para reducir las tensiones térmicas en los troncos de tuberías de ladrillo y hormigón armado está determinada por el cálculo de la ingeniería térmica.
7.23. En las tuberías diseñadas para evacuar los humos de la combustión de combustibles ácidos, en caso de formación de condensados (independientemente del porcentaje de contenido de azufre), se debe prever un revestimiento de materiales resistentes a los ácidos a lo largo de toda la altura del fuste. En ausencia de condensación en superficie interna del tronco de la tubería de salida de gas en todos los modos de funcionamiento, se permite el uso de ladrillos de arcilla para revestimiento de chimeneas o ladrillos de arcilla ordinarios de prensado plástico de grado no inferior a 100 con una absorción de agua no superior al 15% sobre arcilla-cemento o mortero complejo calificación no inferior a 50.
7.24. El cálculo de la altura de la chimenea y la elección del diseño para proteger la superficie interna de su eje de los efectos agresivos del medio ambiente deben realizarse en función de las condiciones de combustión del combustible principal y de reserva.
7.25. La altura y la ubicación de la chimenea deben acordarse con la Oficina local del Ministerio de Aviación Civil. La protección ligera de las chimeneas y la coloración de las marcas externas deben cumplir con los requisitos del Manual sobre el Servicio de Aeródromos en Aviación Civil de la URSS.
7.26. Los proyectos deben prever la protección contra la corrosión de las estructuras de acero externas de las chimeneas de ladrillo y hormigón armado, así como de las superficies de las tuberías de acero.
7.27. En la parte inferior de la chimenea o cimentación, se deben prever bocas de inspección para la inspección de la chimenea y, en su caso, dispositivos que aseguren la evacuación de los condensados.
LIMPIEZA DE GASES DE HUMO
7.28. Las calderas diseñadas para funcionar con combustibles sólidos (carbón, turba, esquisto bituminoso y residuos de madera) deben estar equipadas con plantas de limpieza de gases de combustión de cenizas en los casos en que
Nota. Cuando se utilice combustible sólido en caso de emergencia, no se requiere la instalación de colectores de cenizas.
7.29.
La elección del tipo de colectores de cenizas se realiza en función del volumen de gases a depurar, el grado de depuración requerido y las posibilidades de disposición en base a la comparativa técnica y económica de opciones de instalación de colectores de cenizas. varios tipos.
Como dispositivos de recolección de cenizas se deben tomar:
- bloques de ciclones 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 electrostáticos - con un volumen de gases de combustión superior a 100.000 m3/h.
Los colectores de cenizas "húmedos" con tubos Venturi de bajas calorías con eliminadores de gotas se pueden usar en presencia de un sistema de eliminación de cenizas y escorias y dispositivos que excluyen la descarga de sustancias nocivas contenidas en las cenizas y la pulpa de escoria en cuerpos de agua.
Los volúmenes de los gases se toman a su temperatura de operación.
7.30. Los coeficientes para la limpieza de los dispositivos de recogida de cenizas se toman por cálculo y deben estar dentro de los límites establecidos por la aplicación. 4 a estas normas y reglamentos.
7.31. La instalación de colectores de cenizas debe preverse en el lado de aspiración de los extractores de humos, por regla general, en áreas abiertas. Con la debida justificación, se permite la instalación de colectores de cenizas en interiores.
7.32. Los colectores de ceniza se proporcionan individualmente para cada unidad de caldera. En algunos casos, se permite prever para varias calderas un grupo de colectores de cenizas o un aparato seccionado.
7.33. Al operar una sala de calderas de combustible sólido, los colectores de cenizas individuales no deben tener conductos de gas de derivación.
7.34.
La forma y la superficie interior del búnker del receptor de cenizas deben garantizar la descarga total de cenizas por gravedad, mientras que el ángulo de inclinación de las paredes del búnker con respecto al horizonte se supone de 600 y, en casos justificados, se permite no menos de 550.
Los ceniceros deben tener sellos herméticos.
7.35. La velocidad de los gases en el conducto de gas de entrada de las instalaciones de recogida de cenizas debe ser de al menos 12 m/s.
7.36. Los parachispas "húmedos" deben ser utilizados en salas de calderas diseñadas para trabajar con residuos de madera, en los casos en que ApB≤5000. Después de los colectores de cenizas, no se instalan parachispas.
Fuente: https://gazovik-gas.ru/directory/add/snip_2_35_76/trakt.html
Condensación de chimenea y punto de rocío
14.02.2013
A. Batsulín
Para comprender la formación de condensado en las chimeneas de los hornos, es importante comprender el concepto de punto de rocío. El punto de rocío es la temperatura a la cual el vapor de agua 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 dada y se expresa en kilogramos por metro cúbico.
En la fig. 1 muestra un gráfico de la densidad del vapor saturado frente a la temperatura. Las presiones parciales correspondientes a estos valores están marcadas a la derecha. Según los datos de esta tabla. En la fig. 2 muestra la sección inicial del mismo gráfico.
Arroz. una.
Presión de vapor de agua saturada.
Arroz. 2.
Presión de vapor de agua saturada, rango de temperatura 10 - 120 * C
Expliquemos cómo usar el gráfico con un ejemplo simple. Tome una olla de agua y cubra con una tapa. Después de un tiempo, debajo de la tapa, se establecerá un equilibrio entre el agua y el vapor de agua saturado. Si la temperatura de la olla es de 40°C, entonces la densidad del vapor debajo de la tapa será de unos 50 g/m3. La presión parcial de vapor de agua debajo de la cubierta según la tabla (y el gráfico) será de 0,07 atm, las 0,93 atm restantes serán presión de aire.
(1 bar = 0,98692 atm). Comenzamos a calentar lentamente la sartén y, a 60 * C, la densidad del vapor saturado debajo de 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 el vapor escapará por debajo de la tapa.
En este caso, la densidad del vapor saturado bajo la cubierta será de 0,59 kg/m3. Ahora cerramos la tapa herméticamente (es decir, la convertimos en un autoclave) e insertamos una válvula de seguridad en ella, por ejemplo, a 16 atm, y continuamos calentando la sartén. El agua dejará de hervir y la presión y la densidad del vapor debajo de la tapa aumentarán, y cuando se alcancen los 200°C, la presión alcanzará las 16 atm (ver gráfico). En este caso, el agua volverá a hervir y saldrá vapor por debajo de la válvula.
Ahora la densidad del vapor debajo de la cubierta será de 8 kg/m3.
En el caso de considerar la precipitación de condensado de los gases de combustión (FG), solo es de interés 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 atmosférica dentro de un pocos papá También es obvio que el punto de rocío del DG 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 el condensado sale del GD), es necesario conocer la densidad del vapor de agua en el GD, que depende de la composición del combustible, su contenido de humedad, exceso coeficiente de aire y temperatura. La densidad de vapor es igual a la masa de vapor de agua contenida en 1 m3 de gases de combustión a una temperatura dada.
Las fórmulas para el volumen DW se derivaron en este trabajo, sección 6.1, fórmulas P1.3 - P1.8. 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 gran fracción por 1/(1+w), obtenemos la masa de agua en el DW, 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 con temperaturas sirve para convertir los metros cúbicos normales en reales a una temperatura T. Después de sustituir los números, obtenemos la expresión:
Ahora es posible determinar gráficamente el punto de rocío de los gases de combustión. Superpongamos el gráfico de la densidad del vapor en el DW al gráfico de la densidad del vapor de agua saturado. La intersección de los gráficos corresponderá al punto de rocío del GD con la humedad y el exceso de aire apropiados. 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 uno y diferente contenido de humedad de la madera.
De la fig. 3 se deduce que en el caso más desfavorable, cuando la madera se quema con un contenido de humedad del 100% (la mitad de la masa de las muestras es agua) sin exceso de aire, la condensación del vapor de agua comenzará alrededor de los 70 * C.
En las condiciones típicas de los hornos discontinuos (25 % de humedad de la madera y alrededor del 2 % de exceso de aire), 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 varios excesos de aire.
De la fig. 4 también muestra claramente que el exceso de aire reduce significativamente la temperatura de condensación. Agregar exceso de aire a la chimenea es una forma de eliminar la condensación en las tuberías.
Corrección por la variabilidad de 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 tolivnik o se alimentan pellets de forma continua. En el caso de quemar leña en un horno discontinuo, la composición de los gases de combustión cambia con el tiempo. Primero, los volátiles se queman y la humedad se evapora, y luego los residuos de carbón se queman. Obviamente, en el período inicial, el contenido de vapor de agua en la GD 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 se quemen del marcador en el primer tercio del proceso de calentamiento y toda la humedad contenida en el marcador se evaporará durante este tiempo. Entonces la concentración de vapor de agua en el primer tercio del proceso será tres veces superior a la media. Con un 25 % de humedad de la madera y un exceso de aire del doble, la densidad del vapor será de 0,075 * 3 = 0,225 kg/m3. (ver FIG. gráfico azul). La temperatura de condensación será entonces de 70-75°C. Esta es una estimación aproximada, ya que no se sabe cómo cambia la composición del DG en la realidad a medida que se quema el marcador.
Además, los volátiles no quemados se condensan de los gases de combustión junto con el agua, lo que, aparentemente, aumentará ligeramente el punto de rocío del DW.
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 de la DG en la chimenea depende del área de flujo de la tubería (el área de su superficie interna), el material de la tubería y su plantación, así como 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 condensados en las chimeneas de las estufas o estufas de chimenea intermitente es cíclica. En el momento inicial, mientras la tubería aún no se ha calentado, el condensado cae en sus paredes, ya medida que la tubería se calienta, el condensado se evapora. Si el agua del condensado tiene tiempo de evaporarse por completo, impregna gradualmente el ladrillo de la chimenea y aparecen depósitos resinosos negros en las paredes exteriores. Si esto sucede en la sección exterior de la chimenea (en la calle o en un ático frío), la humedad 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 cantidad de flujo de DG (intensidad de combustión del combustible). En chimeneas de ladrillo, la caída de T puede llegar a 25 * C por metro lineal. Esto justifica el requisito de tener una temperatura de GD a la salida del horno (“a la vista”) de 200-250*C, para que sea de 100-120*C a la cabeza de la tubería, que obviamente es superior a la punto de rocío. La caída de temperatura en las chimeneas sándwich aisladas es de solo unos pocos grados por metro, y la temperatura a la salida del horno se puede reducir.
El condensado, formado en las paredes de una chimenea de ladrillo, es absorbido 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 inmediatamente comienza a fluir hacia abajo. Por lo tanto, para evitar que el condensado fluya hacia el aislamiento de la chimenea, tuberías internas se ensamblan de tal manera que el tubo superior se inserta en el inferior, es decir "para condensado".
Conociendo la tasa de quema 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 utilizando la fórmula:
q - coeficiente de absorción de calor de las paredes de la chimenea de ladrillo, 1740 W/m2 S - área de la superficie receptora de calor de 1 m de la chimenea, m2s - capacidad calorífica de los gases de combustión, 1450 J/nm3*СF - chimenea flujo de gas, nm3/hV - volumen específico del generador diesel, con 25% de humedad de madera y 2 veces exceso de aire, 8 Nm3/kgBh - consumo horario de combustible, kg/h
El coeficiente de absorción de calor de las paredes de la chimenea se toma condicionalmente como 1500 kcal / m2 h, porque para el último tiro del horno, la literatura da un valor de 2300 kcal/m2h. El cálculo es indicativo y pretende mostrar patrones generales. En la fig. En la figura 5 se muestra un gráfico de la dependencia del descenso de temperatura en chimeneas de sección 13 x 26 cm (cinco) y 13 x 13 cm (cuatro) en función de la velocidad de combustión de la leña en el hogar de la estufa.
Arroz. cinco.La caída de temperatura en una chimenea de ladrillo por metro lineal, dependiendo de la velocidad de combustión de la leña en la estufa (flujo de gases de combustión). El coeficiente de exceso de aire se toma igual a dos.
Los números al principio y al final de los gráficos indican la velocidad del GD en la chimenea, calculada a partir del caudal del GD reducido a 150*C, y la sección transversal de la chimenea. Como puede verse, para las velocidades GOST 2127-47 recomendadas de unos 2 m/s, la caída de temperatura de DG es de 20-25*C. También está claro que el uso de chimeneas con una sección mayor a la necesaria puede conducir a un fuerte enfriamiento de la GD y, en consecuencia, a la condensación.
Como sigue 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 resultado, a una disminución significativa de la temperatura en la chimenea. En otras palabras, la temperatura de los gases de escape, por ejemplo, a 150 * C para un horno de ladrillos de acción periódica, donde la leña se quema activamente, y para una estufa de combustión lenta (ardiendo sin llama) no es lo mismo. De alguna manera tenía que observar tal imagen, fig. 6.
Arroz. 6.
Condensación en una chimenea de ladrillo de una estufa de larga duración.
Aquí, un horno humeante estaba conectado a una tubería de ladrillo con una sección de ladrillo. La velocidad de combustión en un horno de este tipo es muy baja: un marcador puede arder durante 5-6 horas, es decir la velocidad de combustión será de unos 2 kg/hora. Por supuesto, 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 y goteó sobre el piso cuando se encendió la estufa. Por lo tanto, las estufas de larga duración solo se pueden conectar a chimeneas de sándwich aisladas.
La reducción de la temperatura de los gases de combustión se puede implementar mediante:
Selección tamaños óptimos y demás características del equipo en función de la potencia máxima requerida, teniendo en cuenta el margen de seguridad estimado;
Intensificación de la transferencia de calor al proceso tecnológico mediante el aumento del flujo de calor específico (en particular, con la ayuda de remolinos-turbulizadores que aumentan la turbulencia de los flujos de fluido de trabajo), aumentando el área o mejorando las superficies de intercambio de calor;
Recuperación de calor de gases de combustión mediante un proceso tecnológico adicional (por ejemplo, calentamiento de agua de alimentación adicional mediante un economizador);
. instalación de un calentador de aire o agua, o la organización del precalentamiento del combustible debido al calor de los gases de combustión. Cabe señalar que puede ser necesario calentar el aire si proceso tecnológico requiere alta temperatura llamas (por ejemplo, en la producción de vidrio o cemento). El agua calentada se puede utilizar para alimentar la caldera o en los sistemas de suministro de agua caliente (incluida la calefacción centralizada);
Limpieza de las superficies de intercambio de calor de la acumulación de cenizas y partículas de carbón para mantener una alta conductividad térmica. En particular, los sopladores de hollín se pueden usar periódicamente en la zona de convección. La limpieza de las superficies de intercambio de calor en la zona de combustión se suele realizar durante la parada de los equipos para inspección y mantenimiento, pero en algunos casos se utiliza la limpieza sin parada (por ejemplo, en calentadores de refinería);
Asegurar el nivel de producción de calor correspondiente a las necesidades existentes (sin excederlas). Energía térmica la caldera se puede ajustar, por ejemplo, seleccionando la capacidad óptima de las boquillas para combustible líquido o la presión óptima bajo la cual se suministra combustible gaseoso.
Posibles problemas
La reducción de la temperatura de los gases de combustión bajo ciertas condiciones puede entrar en conflicto con los objetivos de calidad del aire, por ejemplo:
El precalentamiento del aire comburente provoca un aumento de la temperatura de la llama y, en consecuencia, una formación más intensa de NOx, lo que puede llevar a superar los estándares de emisión establecidos. Implementar el precalentamiento del aire en instalaciones existentes puede ser difícil o rentable debido a la falta de espacio, la necesidad de ventiladores adicionales y sistemas de supresión de NOx (si existe el riesgo de exceder las regulaciones). Cabe señalar que el método de supresión de la formación de NOx inyectando amoníaco o urea implica el riesgo de introducir amoníaco en los gases de combustión. Prevenir esto puede requerir la instalación de costosos sensores de amoníaco y un sistema de control de inyección, así como, en el caso de variaciones de carga significativas, un sistema de inyección complejo que permita inyectar la sustancia en un área con la temperatura correcta (por ejemplo, sistemas 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 solo dentro de un cierto rango de temperatura. Si los estándares de emisión establecidos requieren el uso de tales sistemas, la organización de su operación conjunta con los sistemas de recuperación puede ser difícil y rentable;
En algunos casos, las autoridades locales establecen una temperatura mínima de los gases de combustión en la salida de la tubería para garantizar una dispersión adecuada de los gases de combustión y la ausencia de una antorcha de combustión. Además, las empresas podrán, por iniciativa propia, aplicar tales 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 verse como un signo de producción más limpia. Por lo tanto, bajo ciertas condiciones climáticas, algunas empresas (por ejemplo, incineradores de desechos) pueden calentar especialmente los gases de combustión antes de liberarlos a la atmósfera, utilizando gas natural para esto. Esto resulta en energía desperdiciada.
eficiencia energética
Cuanto menor sea la temperatura de los gases de combustión, mayor será el nivel de eficiencia energética. Sin embargo, bajar la temperatura de los gases por debajo de cierto nivel puede estar asociado con algunos problemas. En particular, si la temperatura está por debajo del punto de rocío ácido (la temperatura a la que se condensan el agua y el ácido sulfúrico, normalmente entre 110 y 170 °C, según el contenido de azufre del combustible), esto puede provocar la 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 organización de la recolección y el procesamiento de condensado ácido.
El período de amortización puede oscilar entre menos de cinco años y cincuenta años, dependiendo de una variedad de parámetros, incluido el tamaño de la planta, la temperatura de los gases de combustión, etc.
Las estrategias enumeradas anteriormente (con la 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 (sujeto a la disponibilidad del espacio necesario para la instalación de equipos).
Algunas aplicaciones de la energía de los gases de combustión pueden estar limitadas debido a la diferencia entre la temperatura de los gases y el requisito de temperatura específico en la entrada del proceso que consume energía. El valor aceptable de esta diferencia está determinado por el equilibrio entre las consideraciones de ahorro de energía y el costo del equipo adicional necesario para usar la energía de los gases de combustión.
La posibilidad práctica de recuperación siempre depende de la disponibilidad de una posible aplicación o consumidor de la energía recibida. Las medidas para reducir la temperatura de los gases de combustión pueden conducir a un aumento en la formación de algunos contaminantes.
S.V. Golovaty, ingeniero;
AV. Lesnykh, profesor titular;
d.t.s. K. A. Shtym, Profesor, Jefe Adjunto del Departamento de Investigación, Departamento de Ingeniería de Energía Térmica e Ingeniería Térmica, Escuela de Ingeniería, Universidad Federal del Lejano Oriente, Vladivostok
Las chimeneas funcionan en condiciones difíciles: bajo temperatura, presión, fluctuaciones de humedad, efectos corrosivos de los gases de combustión, cargas de viento y cargas por su propio peso. Como resultado de efectos mecánicos (potencia y temperatura), químicos y combinados, se producen daños en las estructuras de la chimenea.
Uno de los problemas de convertir las 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 condensados en la superficie interior de las chimeneas y las consecuencias de este proceso negativo (como la humectación estructuras de carga, un aumento de la conductividad térmica de las paredes, descongelación, etc.) provocan los siguientes daños más comunes en las estructuras:
1) destrucción de la capa protectora de tuberías de hormigón armado, exposición y corrosión del refuerzo;
2) destrucción de tuberías de ladrillo de ladrillo;
3) intensa corrosión por sulfatos de la superficie interior del hormigón del tronco de las tuberías de hormigón armado;
4) destrucción del aislamiento térmico;
5) terreno baldío en el revestimiento de mampostería, reducción de la estanqueidad al gas y resistencia del revestimiento;
6) destrucción Enladrillado revestimiento de chimeneas de hormigón armado y ladrillo con escamas (destrucción de la superficie, pelado. - Ed. aprox.);
7) resistencia reducida del revestimiento monolítico de tuberías de hormigón armado.
Muchos años de experiencia en el funcionamiento de chimeneas confirman la conexión de los daños descritos anteriormente con la formación de condensación: por ejemplo, durante una inspección visual del interior y superficies exteriores chimeneas de varias salas de calderas, se revelaron los siguientes daños característicos: profundos daños por erosión en casi toda la altura de la chimenea; 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 trabajo.
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 fuel oil y el carbón (tabla).
Mesa. Composición de los gases de combustión durante la combustión del gas natural.
El objeto de estudio es una chimenea de ladrillo con una altura de H = 80 m, diseñada para evacuar los humos de 5 calderas de vapor DE-16-14. Para esta chimenea se tomaron medidas a una temperatura exterior de -5 °C y una velocidad del viento de 5 m/s. En el momento de las mediciones se encontraban 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 operación se utilizaron para establecer las condiciones de contorno. La temperatura de los humos era de 124 °C en la caldera. No. 4 y 135 O C - en la caldera st. N° 5. La temperatura de los gases de escape a la entrada de la chimenea fue de 130°C. El coeficiente de exceso de aire a la entrada de la chimenea fue de α=1,31 (O 2 =5%). El consumo total de gases de combustión es de 14,95 mil m 3 /h.
Sobre la base de los resultados de la medición, se simularon varios modos de funcionamiento de la chimenea. La composición y la temperatura medidas 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). En el proceso de modelado, para el análisis, se calcularon los modos de operación de la fuente de calor bajo cargas y condiciones climáticas en el momento de las mediciones. Como se sabe, la temperatura de condensación del vapor de agua en los gases de escape en las chimeneas comienza a temperaturas de la superficie interna de 65-70 ° C.
De acuerdo con los resultados del cálculo de la formación de condensado durante el 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, se puede formar condensación de vapor de agua en toda la superficie de la tubería. Para evitar la formación de condensado de vapor de agua en la superficie interna de la chimenea, se seleccionó el modo de funcionamiento del equipo de la sala de calderas, que garantizará un flujo de humos suficiente y una temperatura en la superficie interna de la chimenea de al menos 70 ° C. Para evitar la formación de condensados en la superficie interior de la chimenea, es necesario trabajar con tres calderas a carga nominal D nom a -20 °C y dos calderas a +5 °C.
La figura muestra la dependencia del flujo de gases de escape (con una temperatura de 140 ° C) a través de la chimenea de la temperatura del aire exterior.
Literatura
1. El uso de recursos energéticos secundarios / O. L. Danilov, V. A. Munts; USTU-UPI. - Ekaterimburgo: USTU-UPI, 2008. - 153 p.
2. Procesos de trabajo y problemas de mejora de las superficies convectivas de las unidades de caldera / N.V. Kuznetsov; Gosenergoizdat, 1958. - 17 p.