Выбор источников энергии для высокотемпературных ТТП
Источник необходимо выбирать с учетом технологического процесса и его параметров. Важнейшим параметром этих процессов является температура. При сгорании ацетилена и других топлив с наиболее высокой жаропроизволительностью в присутствии технологического кислорода температура продуктов сгорания достигает 3000 градусов Цельсия. Более высокая температура не достигается из-за процессов термической диссоциации. Для получения температуры выше 3000 необходимо использовать комбинированный источник энергии, например электроэнергия + топливо. Эти же источники используются при получении продуктов сгорания от 2000 градусов и выше. Это процессы плавления тугоплавких руд, металлов, сплавов, обжиг некоторых огнеупоров, синтез оксидов азота из воздуха при производстве азотной кислоты, производство электродов прессованием углей и их графитизации при температуре 2200 С.
Для протекания ряда теплотехнологических процессов в качестве источника энергии может быть использована только электрическая энергия. Эти процессы, как правило, протекают в специальной атмосфере или в вакууме, когда недопустимо взаимодействие продуктов сгорания с обрабатываемым изделием. Это выплавка высоколегированных сталей, редких металлов и титана в вакуумных дуговых электропечах. Электрическая энергия используется при протекании теплотехнологических процессов, сопровождающихся с выделением особо вредных веществ. Электропечи намного легче герметизировать, чем топливные. Работа электропечи под вакуумом исключает попадание вредных веществ в рабочее помещение. Большинство ТТП при температурах ниже 1600 градусов Цельсия проходят с использованием электроэнергии и органических топлив. К используемому топливу предъявляют следующие требования:
1) получение факела с высокой излучательной способностью;
2) создание газовой атмосферы определенного состава.
Наиболее этим требованиям отвечают углеводородные топлива: природный газ, коксовый газ, невтезаводской газ + мазут.
Это основные виды топлив теплотехнологических установок.
Твёрдое топливо, а именно кокс, используется в шахтных печах.
Окончательный выбор топлива или электроэнергии для ТТП производится с учетом технико-экономических расчетов.
18.
Все уравнения материального баланса разделяются на 2 типа: равновесные и неравновесные процессы.
По своей сути материальные балансы выражаютАHf Закон сохранения массы высокотемпературном теплотехнологическом процессе. На их базе составляются тепловые балансы и используются для определения удельных расходов исходных компонентов и удельного выхода продуктов процесса.
Составляются: материальный баланс компонентов; материальный баланс веществ; материальный баланс химических элементов.
В общем виде, материальный баланс компонентов и технологического продукта записывается в виде: (Масса – то же самое, что и удельный выход)
MТ. с. + MТ + MОк + MВ + MОб = 1 + MШо + MУн + M Го (1)
Где mтс – масса технологического сырья, mт – масса топлива, mок – масса окислителя, mв – масса восстановителя, mоб – масса футировки (износ футировки), mшо – удельный выход шлаковых отходов, mун – удельный выход уноса, mго – удельный выход газообразных отходов
Единичка – продукт. Всё остальное нужно для получения одного килограмма продукта. Почему удельные выходы? Потому, что за единицу принят выход одного килограмма целевого технологического продукта.
Удельный выход топлива, как правило, определяется из уравнения теплового баланса. Поэтому, на практике, вместо уравнения (1) используют 2 уравнения материального баланса: 1) по компонентам топочного процесса; 2) по компонентам технологического процесса.
Эти уравнения выглядят следующим образом (рассматриваются в системе).
1 + mток = mпг + mТун + mТшо
Mок – удельный расход окислителя топочного процесса, mпг – удельный выход продуктов горения, mун – удельный выход уноса, mшо – удельный выход шлаковых отходов топочного процесса
Mтс + mтехнок (или mВ)= 1 + mтехншо + mТехнун + mТехнго
Mтс – масса технологического сырья, mок – удельный расход окислителя технологического процесса, mун – удельный выход уноса технологического процесса, mшо – удельный выход шлаковых отходов технологического процесса, mго – удельный выход газообразных отходов технологического процесса
На практике широко используется уравнение материальных балансов химических элементов.
ΣmjTП *αkj П* M(K)/ M(JП) = ΣmjTИ*αkjИ*M(K)/M(JИ) , ΣmjTЕХНП *αkj П* M(K)/ M(JП) = ΣmjTЕХНИ*αkj И*M(K)/M(JИ) ,
αkjИ П - число атомов К-го элемента в молекуле j-го вещества исходных компонентов и продуктов процесса. М(к) – молярная масса К-го элемента, М(Jи) – молярная масса j-го вещества исходных компонентов, М(Jп) – молярная масса j-го вещества продуктов процесса.
Mj/M(J) - удельный расход (или выход) j-го вещества в киломолях на единицу топлива или единицу технологического продукта. Используется для твёрдого или жидкого топлива.
Для газообразных веществ вместо этого используется : vj/Vm(J) , где
Vj –удельный расход или выход газа в кубометрах на единицу топлива или единицу технологического продукта, Vm(J) - молярный объём J-го газа [м3кмоль].
19. 20. 35. 36.
