Időtartam: folyamatos üzem: általában 1 órára, periodikus üzem esetén a hőkezelés teljes időtartamára vonatkozik.

Átírás

1 Üvegolvasztó kemencék hőmérlege Időtartam: folyamatos üzem: általában órára, periodikus üzem esetén a hőkezelés teljes időtartamára vonatkozik. A kemencék hőforgalma: a hőbevételek és hőkiadások meghatározása után felállított hőmérleg: 9 b,i i j k,j m [kj/h] A kemence hőbevételi tételei: b, a felhasznált tüzelőanyag kémiai hőtartalma, b, a tüzelőanyag fizikai hőtartalma, b,3 az égési levegő fizikai hőtartalma, b, a hamis levegővel a kemencébe jutó hőtartalom, b,5 a hűtőlevegő érzékelhető hőtartalma, b,6 recirkuláció következtében a kemencébe jutó füstgáz hőtartalma, b,7 a betétanyag fizikai hőtartalma, b,8 a segédanyagok fizikai hőtartalma, b,9 a szállító berendezés fizikai hőtartalma,

2 A kemence hőkiadásai: k, tapadt és kötött víz eltávozásának hőtartalma, k, az endoterm kémiai folyamatok hőtartalma, k,3 a dehidratáció és karbonátbomláskor keletkezett gázok entalpiája, k, a távozó betétanyag fizikai hőtartalma, k,5 a távozó segédanyagok fizikai hőtartalma, k,6 a szállító berendezés által elvitt fizikai hőtartalom, k,7 a szárítóba elvezetett hűtőlevegő hőtartalma, k,8 a kemencében előmelegített levegő hőtartalma, k,9 falazatvesztesége, k,0 a nyílások sugárzási vesztesége, k, kilángolási veszteség, k, hűtővízveszteség, k,3 füstgázveszteség, k, recirkuláció következtében a kemencéből elszívott füstgáz hőtartalma, m maradék veszteség.

3 A kemence hőbevételei A tüzelőanyag kémiai hőtartalma Szilikátipari kemencék hőbevételének legjelentősebb tétele a tüzelőanyag fűtőértékéből származó energia, más néven kémiai energia. b, Vgáz Hu [kj/m 3 ] Az adott folyamathoz szükséges fajlagos tüzelőanyag mennyiséget (q [kj/kg]) és a kemence tervezett termelését (N [kg/h]) szakirodalomból is vehetjük. A hőszükséglet: Q q N [kj/h] Az égési levegő és a fűtőgáz előmelegítése nélkül a tüzelőanyag szükséglet: V gáz Q H u [kg/h illetve m 3 /h] A fűtőgáz fizikai hőtartalma Az előmelegítésből származó hőbevételek a következők lehetnek: fűtőgáz entalpiája előmelegítésből, 3

4 ahol c p,gáz V gáz c p, gáz Tgáz, be 73 [kj/h], b, [kj/(m 3. K)] a gázkeverék fajlagos hőkapacitása, T gáz,be [K] a fűtőgáz hőmérséklete. Az égési levegő fizikai hőtartalma Az égési levegő entalpiája, regeneratív vagy rekuperatív előmelegítésből, illetve az esetlegesen alkalmazott gőz entalpiája (olajtüzelésnél porlasztóközegként). Az égéshez szükséges oxigén mennyisége földgáz tüzelés esetén: O min CH 3,5C H 6 5C3H 8 [m 3 /m 3 ] A levegőszükséglet: L miin,76 Omin [m 3 /m 3 ] L gy n L min [m 3 /m 3 ] V lev Lgy Vgáz n Lmin Vgáz [m 3 /m 3 ] Az égési levegő normál állapot fölötti fizikai hője: b,3 Vlev cp,lev Tlev 73 [kj/h] ahol c p,lev [kj/(m 3. K)] a levegő fajlagos hőkapacitása, T lev [K] a levegő hőmérséklete.

5 A kemencébe belépő további szilárd és légnemű anyagokkal bevitt hő a betét, a segédanyagok, segédberendezések hotartalma, a szállítóberendezés (alagútkemence kocsi) hőtartalma, a hamis levegő hőtartalma, hűtő levegő hőtartalma, recirkuláltatott füstgázok entalpiája. Hamis levegő V lev,hamis (n v n) Lmin Vgáz [m 3 /h] ahol n v a kemencéből távozó füstgáz levegőtényezője, b, Vlev,hamis c p,lev Tlev 73 [kj/h] ahol c p,lev [kj/(m 3. K)] a levegő fajlagos hőkapacitása, T lev [K] a levegő hőmérséklete. Hűtőlevegő b,5 Vlev,h c p,lev Tlev 73 [kj/h] ahol V lev,h [m 3 /h] a hűtőlevegő térfogatárama, c p,lev [kj/(m 3. K)] a levegő fajlagos hőkapacitása, T lev [K] a levegő belépő hőmérséklete. 5

6 Recirkuláció b,6 Vfsg,rec c p,fsg Tfsg 73 [kj/h] ahol V fsg,rec [m 3 /h] c p,fsg a recirkulált füstgáz térfogatárama, [kj/(m 3. K)] a recirkulált füstgáz fajlagos hőkapacitása, T fsg [K] a recirkulált füstgáz hőmérséklete a kemencébe lépéskor. Betétanyag bevitt hő b,7 q m,bet c bet Tbet 73 [kj/h] ahol q m,bet [kg/h] c bet a kemencébe adagolt betétanyag (nyersanyag) tömegárama, [kj/(kg. K)] a betétanyag fajlagos hőkapacitása a kemencébe lépéskor, T bet [K] a betétanyag hőmérséklete beadagoláskor. Segédanyagok és a szállítóberendezés b,8 q m,sa csa Tsa 73 [kj/h] b,9 q m,sz csz Tsz 73 [kj/h] 6

7 ahol q m,sa és q m,sz [kg/h] c sa és c sz a segédanyagok és a szállítóberendezések tömegárama, [kj/(kg. K)] a segédanyagok és a szállítóberendezések fajlagos hőkapacitása, T sa és T sz [K] a segédanyagok és a szállítóberendezés hőmérséklete a kemencébe lépéskor. 7

8 A kemence hőkiadásai A kémiai átalakulások hőigénye tapadt és kötött víz eltávozás hőigénye, karbonát bontás hőigénye, kémiai reakciók hőigénye. A higroszkópos nedvesség elpárologtatása és felmelegítése a füstgáz hőmérsékletére: k, [kj/h], q m,bet c víz 0,0 W 373 T q c T 373 betét pár p,ho fsg ahol q m,bet [kg/h] a hevítendő betét, illetve a termék tömegárama, W [%] a betét higroszkópos nedvességtartalma, c víz [kj/(kg. K)] a betétben lévő tapadt víz fajlagos hőkapacitása, c p,ho [kj/(kg. K)] a vízgőz fajlagos hőkapacitása a füstgázkilépés hőmérsékletén, T betét [K] a kemencébe adagolt betét hőmérséklete, T fsg [K] a kemencéből távozó füstgáz hőmérséklete, q olv [kj/kg] a megolvasztott alapanyag fajlagos olvadáshője, q pár [kj/kg] a víz párolgáshője. 8

9 Endoterm kémiai folyamatok k, n i.q m,i. q i [kj/h] ahol: q m,i [kg/h] a q i -re vonatkozó elegyalkotók tömegárama, q i [kj/kg] az egyes elegyalkotók reakcióhője, agyag dehidratációjakor, 093 kj/kg, karbonátok termikus disszociációjakor: 35 kj/kg MgCO 3, 8 kj/kg CaCO 3 A dehidratáció, karbonátbomlás során keletkezett gázok hője k,3 q m,ki 000 CaO 5,55 MgO cp,co, i 7,86 CaO 0,9 MgO c 8 00 i pho fsg ahol: q m,ki [kg/h] a kemencéből kijövő termék tömegárama, CaO [%] az égetett termék kalciumoxid tartalma, MgO [%] az égetett termék magnéziumoxid tartalma, c pco [kj/(kg. K)] a széndioxid fajlagos hőkapacitása, c pho [kj/(kg. K)] a vízgőz fajlagos hőkapacitása, fsg [ C] a füstgáz kilépési hőmérséklete i [%] a száraz betétanyag izzítási vesztesége. 9

10 A kemencéből távozó szilárd anyagok és a felmelegedett hűtőlevegő entalpiája Betét, a segédanyagok és a szállítóberendezés T T k, q m,bet cbet,ki Tbet, ki 73 [kj/h] k,5 q m,sa csa,ki sa, ki 73 [kj/h] k,6 q m,sz csz,ki sz, ki 73 [kj/h] ahol q m [kg/h] a betétanyag, segédanyag és szállítóberendezések tömegárama, c ki [kj/(kg. K)] a fajlagos hőkapacitása a kemencéből történő kilépéskor, T ki [K] a betétanyag hőmérséklete a kemencéből történő kilépéskor. A szárítóba elvezetett, felmelegedett hűtőlevegő k,7 Vlev,h c p,lev Tlev 73 [kj/h] ahol V lev,h [m 3 /h] a hűtőlevegő térfogatárama, c p,lev [kj/(m 3. K)] a kilépő levegő fajlagos hőkapacitása, T lev [K] a kilépő levegő hőmérséklete. 0

11 Az elszívott égési levegő hője: k,8 Vlev,elsz c p,lev Tlev 73 [kj/h] ahol V lev,elsz [m 3 /h] c p,lev a kemencéből elszívott égési levegő térfogatárama, [kj/(m 3. K)] a kilépő levegő fajlagos hőkapacitása, T lev [K] a kilépő levegő hőmérséklete.

12 Falveszteség Többrétegű fal falveszteségei iterációval határozhatók meg. Hőátadás négyrétegű fal esetén q S S Sn... T tér T körny n W/m A hőátadási tényező a kemencetérben a füstgáz és a belső oldalfelület között: W 3,5 0, 06 T tér m K

13 A külső T 6 hőmérsékletű függőleges falfelület és a T körny hőmérsékletű környező levegő között: 56,6, T6 Tkörny W m K Az,6-os szorzó a sugárzás részarányát fejezi ki. Réteghatár hőmérsékletek: ahol s i T T T 6 q s T tér T3 T q T T 3 5 s q s q T az egyes rétegek vastagsága, 5 T q s 3 3 i az illető réteg hővezetési tényezője a réteg T i, átl átlaghőmérsékletén. Réteg átlaghőmérsékletek: T, átl T3, átl T T3 T3 T T, átl T T5 T5 T T, átl 6 3

14 Ezeket az új adatokat felhasználva kiszámítható egy q új hőáramsűrűség. Ha q és q új egy meghatározott értéknél (pl. %) kisebb mértékben tér el egymástól, akkor ez a q már elfogadható pontos értéknek, így ebből számítható a falveszteség: ahol k,9 3,6 A. q i [kj/h], A i m a megfelelő falfelület nagysága A kemencenyílások sugárzási vesztesége rendeltetésszerű o ajtó, adagoló nyílás, nézőablak nem rendeltetésszerű o elhasználódás következtében létrejövő nyílások A sugárzási veszteség (Stefan-Boltzmann képletet) k,0 Ttér A C 00 T 00 körny [kj/h], ahol A m a nyílás felülete, ahol a zárható nyílások területét nyitva tartásuk arányában kell figyelembe venni.

15 Kilángolási veszteség Ha a munkatérben túlnyomás van. A kiáramlott füstgáz térfogata: V i m 3 /h 3600 A T láng,i T. p láng,i itt: A [m ] a nyílás keresztmetszete, φ=0,8 0,85 az átömlési tényező, p [Pa] a túlnyomás a munkatérben, T láng,i =T tér,i [C] láng láng a láng (füstgáz) hőmérséklete, [kg/m 3 ] a láng (füstgáz) sűrűsége T=0 C-n, mely számolható a komponensek sűrűségéből: láng,977 CO,5 N,9 O [kg/m 3 ] A kilángolt gázzal távozó fizikai hő: k,,i Vi c p,i Ttér,i [kj/h] c p,i kj/(m 3.K) a füstgáz fajhője, mely a bennelévő gázok fajhőjének súlyozott átlagaként számítható. Az egyes komponensek fajhőértékeit természetesen T tér,i hőmérsékleten kell venni. Ezek után a teljes kilángolási veszteség (i nyílásra): k, k,,i [kj/h] i 5

16 Hűtővízveszteség k, m víz c víz Tvíz,ki Tvíz,be [kj/h] ahol V víz [m 3 /h] víztérfogatáram felhasználásával m 000 víz V víz [kg/h] a víz tömegárama, c víz =,87 [kj/(kg. K)] a víz fajhője, T víz,ki [K] illetve T víz,be [K] a ki- ill. beáramló hűtővíz hőmérséklete. Füstgázveszteség k,3 Vfüst c p,füst Tfüst [kj/h] A keletkező füstgázmennyiség a tüzelőanyag (földgáz) összetételétől és a levegőtényezőtől függ: V V füstgáz földgáz CO N 3CH (,76. n ) O 5C min H 6 7C 3 H 8 ahol n a tüzelés levegőtényezője. 6

17 Recirkuláció révén a kemencéből elvezetett füstgáz entalpiája: k, Vfsg,rec cp,fsg Tfsg, rec 73 [kj/h] ahol V fsg,rec [m 3 /h] c p,fsg T fsg,rec [K] a recirkulált füstgáz térfogatárama, [kj/(m 3. K)] a recirkulált füstgáz fajlagos hőkapacitása, a recirkulált füstgáz hőmérséklete a kemencéből kilépéskor. Maradékveszteség A veszteségtételek összefüggéseinek számításánál alkalmazott közelítések, kerekítések, egyszerűsítések következtében keletkező számítási eltérés a maradékveszteség. 7