Proiect

Gestiunea termoenergetica

a proceselor industriale

Selaru Ionut FlorianAn. III grupa 1seria A

Se va efectua bilantul termic, concluzii, masuri tehnico-economice la un cuptor de incalzire functionand in flux. Incalzire otel pentru forjare fara support, combustibil gazos natural cu urmatoarele caracteristici:(N=3)

H i= 35500 kJ/Nm3

V 0= 9.5 Nmaer3 / Nmcomb

3 V go= 10.5 Nmga

3 / Nmcomb3

V H 2O= 2 Nmapa3 / Nmcomb

3

V CO 2= 1 NmCO 23 / Nmcomb

3

ρcomb= 0.717 kg/Nm3

CO=1+0.005N= 1+0.05x3 = 1.015 [%]Gmat= 145.1+90.33N0.91= 145.1+90.33x30.91= 390.57 [kg/h]tmi= 20 [°C]tme= 1000-5N= 1000-5x3= 985 [°C]Bh= 25+5N = 25+5x3= 40 [Nmcomb

3 /h]

α= 1.1+N

100 = 1.1+

3100

= 1.13 [-]

t ao= 20 [°C]t ev= 1100-5N= 1100-5x3= 1085 [°C]Sper= 10+N= 10+3= 13 [m2]t per= 100-N= 100-3 = 97 [°C]Ssol= 4+0.5N= 4+0.5x3= 5.5 [m2]

Izolatia cuptorului are K=0.25 W/m2 KCuptorul are o deschidere pentru introducerea materialului: a=0.2+0.005N= 0.2+0.005x3= 0.215 [m] b=2a= 2x0.215= 0.43 [m] l=0.6 [m]Δp= 5 [Pa]HCO=12900 [kJ/Nm3]cpaer= 1.274+2.687x10−4 taer = 1.274+2.687x10−4x20= 1.27 [kJ/Nm3 K]cpga= 1.3346+1.6878x10−4 t ga = 1.3346+1.6878x10−4x1085= 1.51 [kJ/Nm3 K]α per= 5.82+0.646(t per−t ao)

0.554= = 5.82+0.646(97−20)0.554 = 12.98[W/m2 K ]

ε φ=0.5174( Sdeschidere

Lzidare)

0.3749

= 0.5174( 0.092450.6 )

0.3749

= 0.25

col ,i= 0.4758+3.97x10−4 tmi= 0.4758+3.97x10−4x20= 0.48 [kJ/kg K]col , e= 0.4758+3.97x10−4 tme= 0.4758+3.97x10−4x985= 0.866 [kJ/kg K]

Contur de bilant

Qrb Qrd

Qc Qev

Qaer Qme

Qmi Qinc

Qsol Q pe

Qc - fluxul de caldura adus de combustibilQaer- fluxul de caldura adus de aer necesar arderiiQmi - fluxul de caldura adus de material la intrareQev - fluxul de evacuareQme - fluxul de caldura adus de material la iesireQinc - fluxul de caldura incompletQsol - fluxul de caldura pierdut prin solQrb - fluxul de caldura pierdut de utilaj datorita suprapresiunii din interiorul cuptoruluiQ pe - fluxul de caldura pierdut prin peretiQrd - fluxul de caldura pierdut prin radiatia deschiderii

→ Qc= B·H i= 40/3600x35500= 394.4 [kW]B- consumul de combustibil care se masoaraH i- puterea caloric inferioara

→ Qaer= B·α·V 0 · cpaer · t ao = 40/3600x1.13x9.5x1.27x20= 3.03 [kW]α-coeficientul excesului de aer V/Vo [-]V 0-volumul theoretic de aer necesar arderii, f(comb)cpaer-caldura specifica a aeruluit ao-temp.mediului ambiant la momentul masuratorilor

→ Qmi= Gmi·cmi·tmi= 390.57x0.48x20= 1.03 [kW]Gmat- debitul de material introdus in cuptor, se masoara se cantarestecmi- caldura specifica a materialului, din tabeltmi- temp.materialului la intrare, se masoara

→ Qev= B·V g·cpga ·t ga= 40/3600x11.73x1.51x1085= 235.5 [kW]V g- volumul real de gaze de ardere = [V go+(α-1)V o]= [10.5+(1.13-1)x9.5]= 11.73

→ Qme= Gme·cme·tme= 390.57x0.866x985= 92.5 [kW]tme- temp.materialului la iesire, se masoara cu termofile

→ Qinc= B V g uscat CO100

HCO= 40/3600x9.73x 1.015100

x12900= 14.15 [kW]

V g uscat- volumul de gaze de ardere uscat = V g- V H 2O= 11.73-2= 9.73HCO- puterea calorica a oxidului de carbon, din tabelCO- procentul de CO masurat la baza

→ Q pe= Se α per (t pe−t ao)= 13x12.98x(97-20)= 12.99 [kW]Se- suprafata ext. a cuptorului, prin masuratoriα per- coef. de transfer de caldura la suprafata t pe- temperatura peretiilor exteriori, se masoara cu termofile

→ Qsol = SsolK (t c−t sol)= 5.5x0.24x(1354-10)= 1.77 [kW]Ssol- suprafata de asezare pe sol, se masoaraK- coef. global de transfer de caldura catre sol (0.23-0.25 W/m2K)t c- temperatura din cuptort sol= 10 [°C]T c= √T t x T ev = √1949.36 x1358.15= 1627.12 [K]

T t= (1−Qinc

Qc)Hi+α V o cpaer tao

V g cpgaz

= (1−14.15394.4 ) x35500+1.13 x10.5 x 1.27 x20

11.73 x 1.51 = 1949.36 [K]

t c= T c-273.15= 1627.12-273.15= 1354 [°C]

T ev= t ev+273.15= 1085+273.15= 1358.15 [K]

→ Qrd= Co10−8 ·ε φ· Sd [T c4- T ao

4]= 5.67x10−8x0.25x0.09245[1627.124-293.154]=9.17 [kW]

Co- coef. corpului negru 5.67 10−4 [W/m2K]ε φ - coef. de diafragmareSd - suprafata deschiderii

→ Qrb= D gN·cpgaz (t c−t ev)= 0.068x1.51x(1354-1085)= 27.86 [kW]

D gN- debitul de gaz la starea normala = D g273

273+t c = 0.409x

273.15273.15+1354

= 0.068 [Nm3/s]

D g= w·S = 4.42x0.09245= 0.409 [m3/s]

w= √ 2 Δ pρ

= √ 2 x70.717

= 4.42 [m/s]

Δp- suprapresiunea din cuptor= 7 [Pa]ρ- densitatea gazelor de ardere

ΣQi=ΣQe

Qc+Qaer+Qmi=Qev+Qme+Qinc+Qrb+Qrd+Qsol+Q pe

394.4+3.03+1.03 = 235.5+92.5+14.15+27.86+9.17+1.77+12.99398.46 = 393.94

Σ=|Σ Qi−Σ Qe|

Σ Qi

100 = |398.46−393.94|

398.46 100 = 1.13%

Bilantul real

ηR= Qme−Qmi+Qse−Q si

Qc

= 92.5−1.03

394.4 = 0.23

Pierderile specifice

qev= Qev−Qao

Q c =

235.5−3.03394.4

= 0.589

q inc= Qinc

Qc =

14.15394.4

= 0.0358

q per= Q per

Q c =

12.99394.4

= 0.0329

qsol= Qsol

Qc =

1.77394.4

= 0.00448

qrb= Qrb

Qc =

27.86394.4

= 0.0706

qrd= Qrd

Qc =

5.67 ·10−8 Σφ Sd(Tc4−Taer4)B H i

= 5.67 · 10−8 x0.25 x 0.092 x ¿¿ = 0.0064

Bilantul normat- nu se opreste productia- se face reglajul lui α= 1.05-1.1 - scadem procentul de CO masurat la baza: CO= 0.5-0.6 => Δp scade- K sol si tempertura peretelui raman aceleasi- Sdesc scade cu 10-20%

BR= Qut

ηR H i

=> Qut,H i = constante

BN = Qut

ηN H i

tevN= tmat+ 75 = 985 + 75 = 1060 [°C]

qevN= B (V go+(α−1 ) V o)cpgaz tevN −B α V o cpaer t ao

B H i =

40 x (10.5+(1.13−1 )9.56) x1.51 x1060−40 x 1.13x 9.5 x1.27 x 2040 x35500

= 0.52

q incN = B Vg

uscat CO100

H CO

B H i

= 40 x11.21 x

0.55100

12900

40 x 35500 = 0.022

Vguscat= [Vgo+(α N-1)V o]-V H 2O= [10.5+(1.075-1)x9.5] = 11.21 CO = 0.55

q perN= 0.0329

qsolN= 0.00448

qrbN = Dgncpgaz (t c−t ev)

B H i

= 0.033 x1.51 x(1354−1060)

40 x 35500 = 0.037

Dgn= Dg 273

273+tc = 0.199x

273273+1354

= 0.033[Nm3/s]

Dg = w S = 2.89·0.069 = 0.199 [m3/s]

W = √ 2 Δpρ

= √ 2 ·30.717

= 2.89 [m/s]

qrdN= 5.67 ·10−8 Σφ Sd(Tc4−Taer4)

B H i

= 5.67 · 10−8 x0.25 x 0.078 x ¿¿ = 0.0054

Σqr N= 0.62

ηN= 1- Σqr N = 1-0.62 = 0.38 ηN>ηR

ΔB = Qut

H i ( 1

ηR

−1ηN

)= 91.4735500

( 10.23

− 10.38 ) = 0.0044 [kg/s]

ΔB· 3600 ·han

1000 ·

H i

7000 = 0.0044 · 3600· 8000

1000 · 35500

7000 x 4.186 = 153.5 [tcc/an]

Bilantul optimal

- il face inginerul in birou- se opreste procesul de productie- inlocuirea arzatoarelor cu unele automatizate pentru a realiza un amestec aer-combustibil perfect- inbunatatirea izolatiei termice- desfundarea cosului- prevederea de usi automatizate pentru introducerea materialului si sa se inchida automat- recuperator de caldura la cos

tev0= 400 [°C]α = 1.01CO = 0Δp = 0 [Pa]t per= 60 [°C]

qev 0= B (V go+(α−1 ) Vo)cpgaz t evN−B α V o cpaer t ao

B H i =

40 x [10.5+ (1.01−1 ) x 9.5 ] x1.51 .400−40 x1.01 x1.27 x2040 x 35500

= 0.179

q inc 0 = 0

q per 0 = S per α per (t per−t ao)

B H i

= 13 x 12.98 x(60−20)

40 x 35500 = 0.00475

qrd 0= 60% Sdesc= 0.0368

Σqr0= 0.22

η0= 1- Σqr0 = 1-0.22 = 0.78

ΔB = Qut

H i ( 1

ηR

−1η0

)= 91.4735500

( 10.38

− 10.78 ) = 0.00347 [kg/s]

Δ B· 3600 · han

1000 · H i

7000 =

0.00347 x3600 x 80001000

· 35500

7000 x 4.186 = 119 [tcc/an]

η0 > ηN > ηR