Tổn Thất Danh Nghĩa đối Với Môi Trường. Ô Nhiễm Nhiệt Là Gì

Vì giảm tiêu thụ nhiệt khắt khe tính toán tổn thất nhiệt trong thiết bị quá trình và mạng nhiệt. Tổn thất nhiệt phụ thuộc vào loại thiết bị và đường ống, hoạt động thích hợp của chúng và loại vật liệu cách nhiệt.

Tổn thất nhiệt (W) được tính theo công thức

Tùy thuộc vào loại thiết bị và đường ống, tổng trở nhiệt là:

đối với đường ống cách nhiệt với một lớp cách nhiệt:

đối với đường ống cách nhiệt với hai lớp cách nhiệt:

đối với thiết bị công nghệ có thành phẳng hoặc hình trụ nhiều lớp có đường kính lớn hơn 2 m:

đối với thiết bị công nghệ có thành phẳng hoặc hình trụ nhiều lớp có đường kính nhỏ hơn 2 m:

chất mang từ thành trong của đường ống hoặc thiết bị và từ bề mặt ngoài của thành vào môi trường, W / (m 2 - K); X tr,?. st, Xj - độ dẫn nhiệt tương ứng của vật liệu làm đường ống, lớp cách nhiệt, thành của thiết bị, /-lớp thứ của tường, W / (m. K); 5 ST. - độ dày thành thiết bị, m.

Hệ số truyền nhiệt được xác định theo công thức

hoặc theo phương trình thực nghiệm

Sự truyền nhiệt từ thành ống hoặc thiết bị ra môi trường được đặc trưng bởi hệ số a n [W / (m 2 K)], được xác định theo tiêu chí hoặc phương trình thực nghiệm:

theo phương trình tiêu chí:

Hệ số truyền nhiệt a b và a n được tính theo tiêu chí hoặc phương trình thực nghiệm. Nếu chất làm mát nóng là nước nóng hoặc hơi nước ngưng tụ, thì a in> a n, tức là R B< R H , и величиной R B можно пренебречь. Если горячим теплоносителем является воздух или перегретый пар, то а в [Вт/(м 2 - К)] рассчитывают по критериальным уравнениям:

bằng các phương trình thực nghiệm:

Lớp cách nhiệt của các thiết bị và đường ống được làm bằng vật liệu có hệ số dẫn nhiệt thấp. Vật liệu cách nhiệt được lựa chọn tốt có thể giảm thất thoát nhiệt ra không gian xung quanh từ 70% trở lên. Ngoài ra, nó làm tăng năng suất của các lắp đặt nhiệt, cải thiện điều kiện làm việc.

Cách nhiệt của đường ống chủ yếu bao gồm một lớp duy nhất, phủ lên trên để tăng cường độ chịu lực bằng một lớp kim loại tấm (tôn lợp, nhôm, v.v.), thạch cao khô từ vữa xi măng, v.v ... Trong trường hợp sử dụng lớp che phủ. của kim loại, khả năng chịu nhiệt của nó có thể bị bỏ qua. Nếu lớp bao che là thạch cao thì khả năng dẫn nhiệt của nó hơi khác với tính dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt. Trong trường hợp này, chiều dày của lớp phủ là, mm: đối với ống có đường kính nhỏ hơn 100 mm - 10; đối với ống có đường kính 100-1000 mm - 15; đối với ống có đường kính lớn - 20.

Chiều dày của lớp cách nhiệt và lớp phủ không được vượt quá chiều dày giới hạn, tùy thuộc vào khối lượng tải trên đường ống và kích thước tổng thể của nó. Trong bảng. 23 cho thấy các giá trị về độ dày tối đa của lớp cách nhiệt của đường ống dẫn hơi nước, được khuyến nghị bởi các tiêu chuẩn về thiết kế cách nhiệt.

Cách nhiệt các thiết bị công nghệ có thể là một lớp hoặc nhiều lớp. Mất nhiệt do nhiệt

cách nhiệt tùy thuộc vào loại vật liệu. Tổn thất nhiệt trong đường ống được tính cho 1 và 100 m chiều dài đường ống, trong thiết bị xử lý - cho 1 m 2 bề mặt thiết bị.

Một lớp chất gây ô nhiễm trên các bức tường bên trong của đường ống tạo ra lực cản nhiệt bổ sung để truyền nhiệt ra không gian xung quanh. Điện trở nhiệt R (m. K / W) trong quá trình chuyển động của một số chất làm mát có giá trị sau:

Các đường ống cung cấp các giải pháp công nghệ cho thiết bị và chất mang nhiệt nóng đến bộ trao đổi nhiệt có các phụ kiện trong đó một phần nhiệt dòng bị mất đi. Tổn thất nhiệt cục bộ (W / m) được xác định theo công thức

Hệ số trở lực cục bộ của phụ tùng đường ống có các giá trị sau:

Khi biên dịch bảng. 24 tính toán tổn thất nhiệt riêng được thực hiện cho các đường ống liền mạch bằng thép (áp suất< 3,93 МПа). При расчете тепловых потерь исходили из следующих данных: тем-

nhiệt độ không khí trong phòng được lấy bằng 20 ° C; tốc độ của nó trong quá trình đối lưu tự do là 0,2 m / s; áp suất hơi - 1x10 5 Pa; nhiệt độ nước - 50 và 70 ° C; vật liệu cách nhiệt được làm bằng một lớp dây amiăng, = 0,15 W / (m. K); hệ số truyền nhiệt а „\ u003d 15 W / (m 2 - K).

Ví dụ 1. Tính tổn thất nhiệt riêng trong đường ống dẫn hơi.

Ví dụ 2. Tính toán tổn thất nhiệt riêng trong đường ống không cách nhiệt.

Điều kiện đưa ra

Đường ống dẫn bằng thép có đường kính 108 mm. Đường kính danh nghĩa d y = 100 mm. Nhiệt độ hơi nước 110 ° C, nhiệt độ môi trường xung quanh 18 ° C. Hệ số dẫn nhiệt của thép X = 45 W / (m. K).

Dữ liệu thu được chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu cách nhiệt làm giảm tổn thất nhiệt trên 1 m chiều dài đường ống xuống 2,2 lần.

Tổn thất nhiệt riêng, W / m 2, trong các thiết bị công nghệ sản xuất da và nỉ là:

Ví dụ 3. Tính toán tổn thất nhiệt riêng trong các thiết bị công nghệ.

1. Chiếc trống khổng lồ được làm bằng cây thông.

2. Hãng máy sấy "Hirako Kinzoku".

3. Thuyền dài để nhuộm mũ nồi. Làm bằng thép không gỉ [k = 17,5 W / (m-K)]; không có cách nhiệt. Kích thước tổng thể của xuồng là 1,5 x 1,4 x 1,4 m, dày thành 8 ST = 4 mm. Nhiệt độ quá trình t = = 90 ° С; không khí trong xưởng / av = 20 ° С. Vận tốc truyền âm trong phân xưởng v = 0,2 m / s.

Hệ số truyền nhiệt a có thể tính như sau: a = 9,74 + 0,07 At. Tại / cp \ u003d 20 ° C, a là 10-17 W / (m 2 K).

Nếu bề mặt của chất làm mát của thiết bị để hở, tổn thất nhiệt riêng từ bề mặt này (W / m 2) được tính theo công thức

Dịch vụ công nghiệp "Capricorn" (Anh) đề xuất sử dụng hệ thống "Alplas" để giảm thất thoát nhiệt từ bề mặt mở của chất làm mát. Hệ thống dựa trên việc sử dụng các quả bóng nổi bằng polypropylene rỗng gần như hoàn toàn bao phủ bề mặt chất lỏng. Thực nghiệm cho thấy ở nhiệt độ nước trong bể hở là 90 ° C, tổn thất nhiệt khi sử dụng một lớp bóng giảm 69,5%, hai lớp - 75,5%.

Ví dụ 4. Tính tổn thất nhiệt riêng qua vách ngăn của xưởng sấy.

Các bức tường của máy sấy có thể được làm từ các vật liệu khác nhau. Hãy xem xét các cấu trúc tường sau:

1. Hai lớp thép dày 5 ST = 3 mm có lớp cách nhiệt nằm giữa chúng dưới dạng tấm amiăng dày 5 And = 3 cm và hệ số dẫn nhiệt X và = 0,08 W / (m. K) .

Cân bằng nhiệt của thiết bị lò hơi thiết lập sự bình đẳng giữa lượng nhiệt đi vào thiết bị và tiêu thụ của nó. Căn cứ vào cân bằng nhiệt của bộ phận lò hơi, mức tiêu hao nhiên liệu được xác định và tính hệ số hiệu suất, đây là đặc tính quan trọng nhất của hiệu suất năng lượng của lò hơi.

Trong bộ phận lò hơi, năng lượng liên kết hóa học của nhiên liệu trong quá trình đốt cháy được chuyển thành nhiệt vật lý của các sản phẩm cháy dễ cháy. Nhiệt này được sử dụng để tạo ra và làm nóng hơi nước hoặc đun nóng nước. Do những tổn thất không thể tránh khỏi trong quá trình truyền nhiệt và chuyển hóa năng lượng, sản phẩm (hơi nước, nước, v.v.) chỉ hấp thụ một phần nhiệt. Phần khác được tạo thành từ tổn thất phụ thuộc vào hiệu quả của việc tổ chức các quá trình chuyển hóa năng lượng (đốt cháy nhiên liệu) và truyền nhiệt cho sản phẩm được sản xuất.

Cân bằng nhiệt của thiết bị lò hơi là thiết lập sự bình đẳng giữa nhiệt lượng nhận được trong thiết bị với tổng nhiệt lượng sử dụng và tổn thất nhiệt. Cân bằng nhiệt của bộ nồi hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu rắn hoặc lỏng hoặc cho 1 m 3 khí. Phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị lò hơi đối với trạng thái nhiệt ở trạng thái ổn định của thiết bị được viết dưới dạng sau:

Q p / p = Q 1 + ∑Q n

Q p / p \ u003d Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 (19.3)

Trong đó Q p / p là nhiệt có sẵn; Q 1 - nhiệt lượng đã sử dụng; ∑Q n - tổng tổn thất; Q 2 - tổn thất nhiệt với các khí bay ra; Q 3 - tổn thất nhiệt do đốt cháy hóa chất; Q 4 - tổn thất nhiệt do đốt cháy không hoàn toàn cơ học; Q 5 - nhiệt lượng thất thoát ra môi trường; Q 6 - tổn thất nhiệt với nhiệt vật lý của xỉ.

Nếu chia mỗi số hạng ở vế phải của phương trình (19.3) cho Q p / p và nhân với 100%, ta được dạng thứ hai của phương trình, trong đó cân bằng nhiệt của đơn vị lò hơi:

q 1 + q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 = 100% (19,4)

Trong phương trình (19.4), giá trị q 1 đại diện cho hiệu quả của việc lắp đặt "tổng". Nó không tính đến chi phí năng lượng để bảo dưỡng nhà máy lò hơi: truyền động của bộ hút khói, quạt, máy bơm cấp liệu và các chi phí khác. Hệ số hiệu quả "ròng" nhỏ hơn hệ số hiệu quả "tổng", vì nó tính đến chi phí năng lượng cho các nhu cầu riêng của việc lắp đặt.

Phần bên trái của phương trình cân bằng nhiệt (19.3) là tổng của các đại lượng sau:

Q p / p \ u003d Q p / n + Q v.vn + Q hơi + Q vật lý (19,5)

trong đó Q B.BH là nhiệt lượng đưa vào thiết bị lò hơi với không khí trên 1 kg nhiên liệu. Nhiệt lượng này được tính đến khi không khí được làm nóng bên ngoài bộ phận lò hơi (ví dụ, trong bộ sưởi bằng hơi nước hoặc điện được lắp trước bộ gia nhiệt không khí); nếu không khí chỉ được làm nóng trong máy sưởi không khí, thì nhiệt này không được tính đến, vì nó quay trở lại lò của thiết bị; Q hơi - nhiệt lượng đưa vào lò với hơi (vòi phun) hơi trên 1 kg nhiên liệu; Q vật lý t - nhiệt vật lý của 1 kg hoặc 1 m 3 nhiên liệu.

Nhiệt đưa vào không khí được tính bằng đẳng thức

Q V.BH \ u003d β V 0 C p (T g.vz - T h.vz)

trong đó β là tỷ số giữa lượng không khí ở đầu vào vào bộ gia nhiệt không khí với mức cần thiết về mặt lý thuyết; c p là nhiệt dung đẳng tích trung bình của không khí; ở nhiệt độ không khí lên đến 600 K, nó có thể được coi là với p \ u003d 1,33 kJ / (m 3 K); T g.vz - nhiệt độ của không khí bị nung nóng, K; T x.vz - nhiệt độ của không khí lạnh, thường lấy bằng 300 K.

Nhiệt được đưa vào với hơi nước để phun dầu nhiên liệu (hơi phun) được tính theo công thức:

Q cặp \ u003d W f (i f - r)

trong đó W f - tiêu hao hơi của kim phun, bằng 0,3 - 0,4 kg / kg; i f - entanpi của hơi vòi phun, kJ / kg; r là nhiệt hóa hơi, kJ / kg.

Nhiệt vật lý của 1 kg nhiên liệu:

Q vật lý t - với t (T t - 273),

trong đó c t là nhiệt dung của nhiên liệu, kJ / (kgK); T t - nhiệt độ nhiên liệu, K.

Giá trị của Q vật lý. t thường không đáng kể và hiếm khi được tính đến trong tính toán. Các trường hợp ngoại lệ là dầu nhiên liệu và khí đốt có hàm lượng calo thấp, mà giá trị vật lý Q là đáng kể và phải được tính đến.

Nếu không có sự gia nhiệt sơ bộ của không khí và nhiên liệu và hơi nước không được sử dụng để nguyên tử hóa nhiên liệu thì Q p / p = Q p / n. Các số hạng tổn thất nhiệt trong phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị lò hơi được tính toán trên cơ sở các phương trình cho dưới đây.

1. Tổn thất nhiệt với khí thải Q 2 (q 2) được định nghĩa là hiệu số giữa entanpi của khí ở đầu ra của bộ phận lò hơi và không khí đi vào bộ phận lò hơi (bộ gia nhiệt không khí), tức là

Trong đó V r là thể tích sản phẩm cháy của 1 kg nhiên liệu, xác định theo công thức (18,46), m 3 / kg; c р.r, с р.в - nhiệt dung đẳng áp thể tích trung bình của các sản phẩm đốt cháy nhiên liệu và không khí, được định nghĩa là nhiệt dung của hỗn hợp khí (§ 1.3) bằng cách sử dụng các bảng (xem Phụ lục 1); T uh, T x.vz - nhiệt độ của khói lò và không khí lạnh; a - hệ số tính đến tổn thất do đốt cháy cơ học của nhiên liệu.

Các đơn vị lò hơi và lò công nghiệp hoạt động, theo quy luật, dưới một số chân không, được tạo ra bởi bộ hút khói và ống khói. Kết quả là, thông qua việc thiếu mật độ trong các hàng rào, cũng như thông qua các cửa sập kiểm tra, v.v. Một lượng không khí nhất định bị hút khỏi khí quyển, thể tích của nó phải được tính đến khi tính I ux.

Entanpi của tất cả không khí đi vào thiết bị (bao gồm cả các cốc hút) được xác định bằng hệ số của không khí thừa tại cửa ra của hệ thống lắp đặt α ux = α t + ∆α.

Tổng lượng gió hút trong các cơ sở lắp đặt lò hơi không được vượt quá ∆α = 0,2 ÷ 0,3.

Trong tất cả các tổn thất nhiệt, Q 2 là đáng kể nhất. Giá trị Q 2 tăng khi tỷ lệ không khí thừa, nhiệt độ của khói lò, độ ẩm của nhiên liệu rắn và sự dằn của nhiên liệu khí với các khí không cháy được tăng lên. Giảm sức hút không khí và cải thiện chất lượng quá trình đốt cháy dẫn đến giảm tổn thất nhiệt Q 2. Yếu tố quyết định chính ảnh hưởng đến sự mất nhiệt của khí thải là nhiệt độ của chúng. Để giảm T uh, diện tích bề mặt sưởi sử dụng nhiệt - bộ sưởi không khí và bộ tiết kiệm - được tăng lên.

Giá trị của Tx không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả của thiết bị mà còn ảnh hưởng đến chi phí vốn cần thiết để lắp đặt máy sưởi hoặc máy tiết kiệm không khí. Với việc giảm Tx, hiệu suất tăng và tiêu thụ nhiên liệu và chi phí nhiên liệu giảm. Tuy nhiên, điều này làm tăng diện tích bề mặt sử dụng nhiệt (với sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt phải tăng lên; xem § 16.1), do đó chi phí lắp đặt và chi phí vận hành tăng lên. Do đó, đối với các tổ máy lò hơi được thiết kế mới hoặc các thiết bị tiêu thụ nhiệt khác, giá trị T được xác định từ tính toán kinh tế kỹ thuật, trong đó có tính đến ảnh hưởng của T uh không chỉ đến hiệu quả mà còn đến chi phí vốn. và chi phí vận hành.

Một yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến việc lựa chọn Tx là hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu. Ở nhiệt độ thấp (nhỏ hơn nhiệt độ điểm sương của khí thải), hơi nước có thể ngưng tụ trên các đường ống của bề mặt sưởi. Khi tương tác với anhydrit lưu huỳnh và sulfuric có trong sản phẩm cháy, axit sulfuric và lưu huỳnh được tạo thành. Kết quả là, các bề mặt gia nhiệt bị ăn mòn mạnh.

Lò hơi và lò nung hiện đại để nung vật liệu xây dựng có T uh = 390 - 470 K. Khi đốt nhiên liệu rắn và khí có độ ẩm thấp T uh - 390 - 400 K, than ướt

T yx \ u003d 410 - 420 K, dầu nhiên liệu T yx \ u003d 440 - 460 K.

Độ ẩm nhiên liệu và các tạp chất khí không cháy được là chất dằn tạo khí, làm tăng lượng sản phẩm cháy sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Điều này làm tăng tổn thất Q 2.

Khi sử dụng công thức (19.6), cần lưu ý rằng thể tích của các sản phẩm cháy được tính toán mà không tính đến sự đốt cháy cơ học của nhiên liệu. Lượng sản phẩm cháy thực tế, có tính đến sự không hoàn toàn về mặt cơ học của quá trình cháy, sẽ ít hơn. Trường hợp này được tính đến bằng cách đưa hệ số hiệu chỉnh a \ u003d 1 - p 4/100 vào công thức (19.6).

2. Mất nhiệt do đốt cháy hóa chất Q 3 (q 3). Các khí ở đầu ra của lò có thể chứa các sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu CO, H 2, CH 4, nhiệt đốt của chúng không được sử dụng trong thể tích lò và xa hơn dọc theo đường dẫn của bộ phận lò hơi. Tổng nhiệt của quá trình đốt cháy các khí này quyết định sự cháy của hóa chất. Nguyên nhân của việc đốt cháy hóa chất có thể là:

• thiếu chất oxi hóa (α