ТЕПЛОВЫЕ УСТАНОВКИ

Материальные, энергетические и тепловые балансы тепловых установок

Конечной стадией изучения тепловых процессов является их расчет. Расчет определяет оптимальные условия ведения процесса, потоки перерабатываемых материалов, энергетические затраты, необходимые для осуществления процессов, устанавливает основные габариты установок. Для определения оптимальных условий ведения процесса его анализ начинают с рассмотрения кинетических закономерностей. Любые процессы протекают только под действием градиента потенциала переноса V?> (движущая сила процесса). Как известно, для тепловых процессов эта движущая сила представлена градиентом температуры, а для гидродинамических — градиентом давления и т.д.

Основной закон переноса для технологических процессов может быть сформулирован в таком виде: скорость процесса пропорциональна движущей силе VD и обратно пропорциональна сопротивлению R. Под скоростью процесса понимают массу материала GM, прошедшую через поперечное сечение установки F в единицу времени т, (Gm/Ft)). Тогда основной закон переноса может быть представлен в виде:

GM /(Ft) = VD/R= KVD, (88)

где К— коэффициент скорости процесса (коэффициент теплопередачи, коэффициент теплоотдачи и т.д.), который отражает влияние всех факторов, не учтенных величинами, входящими в уравнение.

Из основного закона переноса (88) следует, что движущая сила и коэффициент скорости процесса являются основными для определения размеров установок. Задаваясь скоростью процесса из условий работы аналогичных установок в промышленности и зная необходимую массу перерабатываемого материала, можно определить площадь поперечного сечения установки:

KrVD '

Зная время пребывания материала в установке т, площадь поперечного сечения установки F и коэффициент заполнения установки материалом К3, можно определить необходимый объем тепловой установки Vy:

Vv = =

у KVD

Если известна или задана скорость, анализ кинетических закономерностей процесса дает возможность определять необходимый объем установки, а также решать обратную задачу — при известном объеме устанавливать скорость процесса.

Для определения массы перерабатываемых материалов и условий теплообмена составляют материальные и энергетические балансы.

В основу материальных балансов положен закон сохранения массы. По этому закону масса поступающих исходных продуктов в тепловую установку GH должна быть равна массе конечных, выгружаемых продуктов GK: I^H *

В реальных условиях появляются необратимые потери, например при транспортировке массы, при испарении влаги, за счет газовыделе-ния, за счет того, что химические реакции проходят не до конца, и т.д. Обозначив необратимые потери через LGn, получим уравнение материального баланса в окончательном виде:

^2 GH = ^2 GK ^2 Gn •

Материальный баланс составляют или для всего процесса в целом, или для отдельных его частей, по всем компонентам материалов, участвующих в процессе, или по какому-то одному. Величину, на которую составляют материальный баланс, называют базой баланса. При составлении материальных балансов необходимо учитывать время, например материальный баланс составляют на 1 час, сутки и т.п. Для периодически работающих установок материальный баланс составляют либо на один цикл работы установки, либо на единицу массы исходных или конечных материалов.

Энергетический баланс установок составляют на основе закона сохранения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в процесс, должно быть равным количеству, полученному в результате процесса: SQ = 0. Величина энергии поступающей единицы материала плюс энергия, переданная материалу, и работа привода, затраченная на перемещение, должны равняться энергии материала, выходящего из системы, плюс работа единицы массы материала, совершаемая ею при передвижении.

Тепловой баланс так же, как материальный, составляют на всю установку, в которой ведется процесс, за единицу времени, или на ее часть, или на единицу массы перерабатываемого материала. Тепловой баланс для периодических установок составляют на цикл работы. Чаще уравнение теплового баланса принято записывать в форме:

LQH = S<2k+

SQn = Q + Qi + Q?>

TAQk = + Qs + Qf>,

где ZQn— теплота, введенная в установку;

ZQk — теплота, отводимая из установки;

ZQn потери тепла;

Qi —теплота, вносимая материалом и транспортом;

Q2 теплота, подаваемая на процесс тепловой обработки;

Qi — теплота химических реакций;

Q4 теплота, теряемая при ведении процесса (потери через ограждающие конструкции);

Q5 теплота, удаляемая из установки с готовой продукцией и транспортом;

Q6 теплота, отводимая с отработанным теплоносителем.

На основании решения уравнения теплового баланса находят необходимый расход теплоты. Далее определяют расход теплоты (Q2) на единицу массы GM перерабатываемого материала:

Qyd= QiI^m •

Затем определяют удельные расходы условного Pvc и натурального Рн топлива. Qy — теплота сгорания условного топлива; Q? — теплота сгорания натурального топлива:

Pyc = Qyd/Qpy;Pyc = Qyd/Q>-

Удельные расходы теплоты и топлива служат основным экономическим показателем работы тепловых установок.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >