Материальный баланс процесса пылегазоочистки

Данные для расчета:

Объемный расход очищаемых газов на входе в циклон - 65000 м³/ч;

Массовый расход пыли в неочищенном газе – 10500 кг/ч.

Первая стадия очистки проходит в циклонах ЛИОТ, степень очистки газов в среднем составляет 90%. Исходя из этого, получим массовый расход пыли на выходе из циклона:

Запыленность газов после циклона:

г/м³

Вторая стадия мокрой очистки проходит в скрубберах Вентури, степень очистки 97%. Получим на выходе из скруббера:

Запыленность газов составит:

г/м³

После введения новшества, на второй стадии пылегазоочистки будет произведена замена скрубберов на рукавные фильтры, степень очистки газов в которых, составляет 99,99%.

Тогда:

г/м³

После введения новшества, запыленность газа снижается.

4.4. Расчёт горения природного газа /Левченко П.В. Расчёты печей и сушил силикатной промышленности/

Таблица 5 - Состав природного газа.

Состав сухого газа, в %, по опытным данным лаборатории ЛИК-2	метан	этан	пропан	бутан, изобутан	пентан	угл.газ	азот	влага
98.403	0.57	0.16	0.15+0,17= = 0,32	0.005	0.05	0.492	------

4.4.1.Пересчитываем известный состав сухого газа на влажный рабочий газ:

,

где Н₂О-содержание влаги в газе; содержание влаги в газе составляет 0,984% по опытным данным лаборатории ЛИК-2;

СН₄^с.- процентное содержание метана в сухом газе; по опытным данным лаборатории ЛИК-2 СН₄^с.=98,403%;

97,435%.

Другие составляющие газа остаются без изменений.

Таблица 6 - Сравнительная таблица процентного состава сухого и влажного рабочего газа

Состав сухого газа, %	метан	этан	пропан	бутан, изобутан	пентан	угл.газ	азот	влага
98.403	0.57	0.16	0.150+0,17= = 0,32	0.005	0.05	0.492	-------
Состав влажного рабочего газа, %	97,435	0,57	0,16	0,15+0,17= = 0,32	0,005	0,05	0,492	0,984

4.4.2.Определяем теплоту сгорания газа по формуле:

кДж/нм³,

где СН₄, С₂Н₅, С₃Н₈, С₄Н₁₀, С₅Н₁₂ - процентное содержание составляющих во влажном рабочем газе.

СН₄^.=97,435%, С₂Н₅=0,57%, С₃Н₈=0,16%, С₄Н₁₀=0,32%, С₅Н₁₂=0,005%.

4.4.3.Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха, м³/м³:

где СН ₄,С₂Н₅,С₃Н₈,С₄Н₁₀,С₅Н₁₂ - процентное содержание составляющих во влажном рабочем газе;

СН₄^.=97,435%, С₂Н₅=0,57%, С₃Н₈=0,16%, С₄Н₁₀=0,32%, С₅Н₁₂=0,005%.

4.4.4.Принимаем влагосодержание атмосферного воздуха

d =0,0025кг/кг=2,5г/кг сухого воздуха по опытным данным.

Находим теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учётом его влажности, м³/м³:

где L₀-теоретически необходимое количество сухого воздуха; L₀=9.51 м³ /м³ по пункту 4.4.3.

4.4.5. Действительное количество воздуха находят по формуле, м³/м³:

.

где a- коэффициент избытков воздуха, показывающий отношение действительного количества воздуха, введённого для горения, к теоретически необходимому.

Принимаем a=1,2 .

L₀ - теоретически необходимое количество сухого воздуха; L₀=9.51 м³ /м³ по пункту 4.4.3.

L₀ ^- теоретически необходимое количество атмосферного воздуха; L₀^/=9.55 м³ /м³ по пункту 4.4.4.

сухого воздуха м³ /м³ .

атмосферного воздуха м³ /м³ .

4.4.6.Определяем количество и состав продуктов горения по формулам, м³ /м³:

м³ /м³,

м³/кг,

где СН ₄,С₂Н₅,С₃Н₈,С₄Н₁₀,С₅Н_12,СО ₂,N₂ - процентное содержание составляющих во влажном рабочем газе; СН₄^.=97,435%,С₂Н₅=0,57%,С₃Н₈=0,16%,С₄Н₁₀=0,32%,С₅Н₁₂=0,005%, CO₂=0.05%,N₂=0.492%.

a- коэффициент расхода воздуха; a=1,2 ;

L₀-теоретически необходимое количество сухого воздуха; L₀=9,51 м³ /м³ ;

L_a-действительное количество сухого воздуха; L_a=11.412 м³ /м^3;.

d -влагосодержание атмосферного воздуха; d =0,0025кг/кг=2,5г/кг сухого воздуха.

4.4.7.Общее количество продуктов горения составит:

4.4.8.Определяем процентный состав продуктов горения:

; ;

; ;

где - количество углекислого газа, азота, воды, кислорода в продуктах горения.

;

;

Материальный баланс процесса горения на 100 м³ газа.

Перевод м³ в кг производим путём умножения на r.

где СН ₄,С₂Н₅,С₃Н₈,С₄Н₁₀,С₅Н₁₂ - процентное содержание составляющих во влажном рабочем газе. СН₄^.=97,435%,С₂Н₅=0,57%,С₃Н₈=0,16%,С₄Н₁₀=0,032%,С₅Н₁₂=0,005%.

L₀-теоретически необходимое количество сухого воздуха; L₀=9.51 м³ /м³ по пункту 4.4.3.

La-необходимое количество атмосферного воздуха La=11.46 м³ /м³ по пункту 4.4.5.

a- коэффициент избытка воздуха; a=1,2 по пункту 4.4.5.

где - количество углекислого газа, азота, воды, кислорода в продуктах горения;

по пункту 4.4.6.

Таблица 7 - Сводная таблица материального баланса

Приход	кг	Расход	кг
Природный газ		Продукты горения
	69,86		197,7
	0,77	=2,044*100*0,804=	164,3
	0,32		1128,4
	0,91		57,01
	0,02
	0,10
	0,62
	0,79
Воздух
=100*0,21*9,51*1,2*1,429=	342,46

Приход	кг	Расход	кг
Природный газ		Продукты горения
	1127,87
	3,69
Итого:	1547,41	Итого:	1547,41

Невязка баланса составляет: 0%.

4.5. Определение параметров топочных газов, подаваемых в сушилку

4.5.1.Найдём плотность газообразного топлива по формуле, кг/м³:

где М_i-мольная масса топлива, кг/кмоль;

t_т-температура топлива, равная 50°С по опытным данным лаборатории ЛИК-2;

V₀-мольный объём, равный 22,4 м³/кмоль;

4.5.2.Определим количество тепла, выделяющееся при сжигании 1кг топлива, кДж/кг:

,

где Q_V-количество тепла, выделяющееся при сжигании 1м³ газа; Q_V=35450,13кДж/м³ по пункту 4.4.2.

r_Т- плотность газообразного топлива; r_Т=0,61 кг/м³

4.5.3.Количество влаги, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива рассчитывается по формуле, кг/кг:

,

где -процентное содержание составляющих влажного природного газа;

0,032%;

4.5.4.Теплоёмкость сухих газов рассчитывается по формуле:

,

где - объём продуктов горения;

- средняя теплоёмкость углекислого газа, азота, кислорода;

V_C.Г.- общий объём продуктов горения, м³/ м³;

,

V₂=12,50 м³/м³ по пункту 4.4.6.

4.5.5. Энтальпия сухих газов рассчитывается по формуле:

,

где С_С.Г - теплоёмкость сухих газов; С_С.Г.=1,13кДж/кг*°С по пункту 4.3.4.

t_C.Г.- температура сухих газов; t_C.Г.=600°С.

кДж/кг

4.5.6.Энтальпия водяных паров рассчитывается по формуле:

,

где r₀-теплота испарения воды при температуре 0°С, равная 2500кДж/кг;

С_П.- средняя теплоёмкость водяных паров, равная 1,97кДж/(кг*К);

t_П.- температура водяного пара; t_П=600°С;

кДж/кг

4.5.7.Энтальпия свежего воздуха рассчитывается по формуле:

,

где С_С.В.- теплоёмкость свежего воздуха;

_Хо -влагосодезжание атмосферного воздуха; _Хо=0,0025 кг/кг;

i_П- энтальпия водяных паров; i_П =3583.5 кДж/кг по пункту 4.5.6.

4.5.8.Коэффициент избытка воздуха рассчитывается по формуле:

,

где η -общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95;

Q- количество тепла, выделяющееся при сжигании 1кг топлива; Q=58114,97 кДж/кг ;

С_Т.- теплоёмкость газообразного топлива при температуре t_T.=50°С,

равная 2,58 кДж /(кг*К);

i_C.Г. -энтальпия сухих газов; i_C.Г. =621,5 кДж/кг;

i_П, - энтальпия водяных паров; i_П, =3583,5 кДж/кг .

Определяем количество влаги, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг ;

L₀-практически необходимое количество воздуха;

,

где L₀^теор. - теоретически необходимое количество воздуха; L₀^теор.= 9.41 м³ /м³

r_Т- плотность газообразного топлива; r_Т=0,61 кг/м³

х₀-влагосодержание атмосферного воздуха; х₀ =0,0025кг/кг;

L₀- энтальпия свежего воздуха; L₀=8б27кДж/кг

.

4.5.9.Общая удельная масса сухих газов, получаемая при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом, рассчитывается по формуле, кг/кг:

,

где a-коэффициент избытка воздуха; a=5,03 по пункту 4.3.8;

L₀-практически необходимое количество воздуха; L₀=15,4 м³ /м³;

Определяем количество влаги, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг:

4.5.10.Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива рассчитывается по формуле, кг/кг:

Определяем количество влаги, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг:

где

a-коэффициент избытка воздуха; a=5,03;

L₀-практически необходимое количество воздуха; L₀=15,4 м³ /м³;

х₀-влагосодержание атмосферного воздуха; х₀=0,0025кг/кг

4.5.11. Влагосодержание газов на входе в сушилку рассчитывается по формуле, кг/кг:

,

где G_П.- удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива;

G_П=2,40 кг/кг;

G_С.Г.- общая удельная масса сухих газов, получаемая при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом; G_С.Г =76,25 кг/кг.

4.5.12.Энтальпия газов на входе в сушилку рассчитывается по формуле, кДж/кг:

,

где h-общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95;

Q- количество тепла, выделяющееся при сжигании 1кг топлива;

Q =58114,97 кДж/кг ;

С_Т.- теплоёмкость газообразного топлива при температуре t_T.=50°С, равная 2,58 кДж /(кг*К);
a-коэффициент избытка воздуха; a=5,03

L₀-практически необходимое количество воздуха; L₀=15,4 м³ /м³

I₀ - энтальпия свежего воздуха; I₀=8,27кДж/кг

G_С.Г -общая удельная масса сухих газов, получаемая при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом; G_С.Г =76,25 кг/кг

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Суммарный расход тепла в сушке:

;

где - расход тепла на испарения;

- расход тепла на нагрев материала;

- потери тепла.

Расход тепла на испарения влаги:

;

;

Удельный расход топлива на испарение влаги:

;

;

Расход тепла на нагрев материала:

;

;

;

;

Удельные потери теплоты с материалом:

;

Удельные потери тепла в окружающую среду, зависят от затрат на испарение и нагрев материала :

;

где - конечная температура соли;

- начальная температура соли.

;

Потери теплоты в окружающую среду :

;

;

;

;

Q_ПОТ = 1,97% - что соответствует регламентным данным потерь тепла в окружающую среду 3% от затрат тепла на испарение и нагрев материала.

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

;

где Δ - разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере;

с - теплоемкость влаги во влажном материале при температуре ;

q_ДОП - удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_ДОП =0;

q_Т - удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, в нашем случае q_Т =0;

q_М - удельный подвод тепла в сушилку с высушиваемым материалом;

q_ПОТ - удельные потери тепла в окружающую среду.

Тепловой баланс сушки

;

Приход

С теплоносителем, кДж/ч;

;

где L - количество теплоносителя, кг/ч;

I- энтальпия газа на входе в сушку кДж/ч.

С влажным материалом, поступающим на сушку, кДж/ч;

;

где G₂ - производительность сушки,кг/ч;

- теплоемкость высушиваемого материала, кДж/кг*К;

Θ_H -начальная температура материала, ⁰С;

С влагой испаряемой из материала, кДж/ч:

;

где W - количество испаряемой влаги, кг/ч;

- теплоемкость испаренной воды, кДж/кг*К;

Θ_H -начальная температура материала, ⁰С.

Расход

С отработанным теплоносителем, кДж/ч;

;

где L - количество сушильного агента, кг/ч;

I₂ - теплосодержание отработанного сушильного агента, кДж/ч.

С высушенным материалом, кДж/ч:

;

где Θ_к-конечная температура материала, ⁰С.

Потери в окружающую среду, кДж/ч:

Таблица 8 - Сводный тепловой баланс

Приход, кДж/ч	%	Расход, кДж/ч	%
1. С теплоносителем 43215743,08		1.С отработанным теплоносителем 35760764,68
Приход, кДж/ч	%	Расход, кДж/ч	%
2. С влажным материалом, поступающим на сушку 1555200	3,5	2. С высушенным материалом 9072000
3. С влагой испаряемой из материала 671481,61	1,5	3. Потери в окружающую среду 609798,25
Итого: 45 442 424,69		Итого: 45 442 562,93

Невязка баланса составляет: