Курс «Теплотехнологические комплексы и безотходные системы»

101.1. Определить энергоемкость слябов, нагреваемых в методической печи производительностью Р и тепловой мощностью Q. В качестве топлива используется природный газ с Q_Н^Р . Воздух для горения в количестве L_Д нагревается в керамическом рекуператоре до t_В . В охлаждающих элементах печи используется вода в количестве G_В. Удельный расход эл. энергии составляет Q_Э. (15 баллов)

101.2. Определить топливно-энергетический показатель безотходности методической печи производительностью Р, тепловой мощностью Q и отапливаемой природным газом с теплотворной способностью Q_Н^Р . Выход и температура уходящих из печи газов V_ух; t_ух. Удельные (на единицу производимой продукции) потери тепла через ограждение методической печи и с охлаждающей водой составляют Q_ПТ. За печью установлены керамический рекуператор для подогрева воздуха на горение и котел-утилизатор КУ-80. Воздух в количестве V_В подогревается в рекуператоре до t_В. Котел-утилизатор производит пар в количестве G_П, давлением Р_ПП, и температурой t_ПП. Тепловая энергия, затраченная на производство перегретого пара составляет Q_ЭП. Температура уходящих газов перед котлом -утилизатором t^', а за котлом t^". (25 баллов)

101.3. Определить экологический показатель безотходности (ЭПБ) термического цеха отжига листовой стали. Годовое производство листа Р. На поверхности стали содержится масло в количестве m. В печи 0,2 % масла превращается в бенз(а)пирен (С₂₀Н₁₂). Толщина стального листа δ . В состав цеха входит каталитический нейтрализатор оксидов азота, содержащихся в продуктах горения. Содержание оксидов азота в продуктах горения после нейтрализации NО (NО₂ нет). Твердых и жидких отходов цех не имеет. Теоретические и фактические выбросы продуктов горения в атмосферу соответственно равны А_Т; А_Ф. (25 баллов)

101.4. Произвести сравнение при неорганизованных и полностью организованных выбросов ЭПБ_а дуговой электросталеплавильной печи, если на производство 1 тонны стали: теоретические выбросы составляют А_т ; фактические А_Ф. Расход электроэнергии Э; содержание оксидов азота в выбросах NО , диоксида серы SО₂, цианидов Ц , фторидов Ф. Печь оборудована пылеулавливающим аппаратом. Коэффициент очистки газов от пыли 99 %. Содержание пыли в отходящих газах после их очистки в рукавном фильтре составило П. Неорганизованные выбросы В_Н. (30 баллов)

101.5. Определить топливно-эксергетический показатель безотходности ТЭПБ_ЭК печи для нагрева стальных заготовок. Печь отапливается коксо-доменным газом с теплотворной способностью Q_Н^Р. Максимально возможная температура горения топлива с учетом подогрева воздуха t_П.Г.. Температура уходящих из печи газов t_ух. Удельный объем продуктов горения, образующихся при горении газа V_ух . В отходящих газах содержится СО и Н₂. Температура окружающей среды t_о. Удельные потери тепла при охлаждении элементов печи и через кладку Q_П. Среднемассовая конечная температура нагрева металла t. Удельный расход топлива . Теплофизические характеристики продуктов горения и металла следующие:

Q_Н^Р (СО) = 12600 кДж/м³; Q_Н^Р (Н) = 10700 кДж/м³;

С_П.Г. (t) = 1,2+0,4 ∙ 10^–3 ∙ t – 0,1 ∙ 10^–6 ∙ t² кДж/м³ К; С_М = 0,7 кДж/кг К (20 баллов)

101.6. Определить топливно-эксергетический показатель безотходности комбинированной теплотехнологической установки, состоящей из печи для нагрева стальных заготовок и рекуператора для подогрева воздуха. Печь и рекуператор характеризуются следующими параметрами. Печь имеет ТЭПБ_ЭКС. В печи сжигается коксо-доменный газ с теплотворной способностью Q_Н^Р. Температура уходящих из печи продуктов горения t_ух. Удельный объем продуктов горения составляет V_ПГ. Подсосом воздуха пренебречь. Температура окружающей среды t_о. Температура подогретого в рекуператоре воздуха t_в. Температура уходящих из рекуператора продуктов горения t^". (20 баллов)

В расчетах принять следующие значения коэффициентов :

средняя теплоемкость продуктов горения

С_ПГ(t) = 1,2 + 0,4 ∙ 10^–3 ∙ t – 0,1 ∙ 10^–6 ∙ t² кДж/м³ К

средняя теплоемкость воздуха

С_В(t) = 1,3 – 2,12 ∙ 10^–3 ∙ t + 1,06 ∙ 10^–6 ∙ t² кДж/м³ К

101.7. Определить топливно-эксергетический показатель безотходности комбинированной теплотехнологической установки , состоящий из печи для нагрева стальных заготовок и котла-утилизатора (КУ), производящего пар давлением 3,8 МПа и температурой 450^оС. Температура питательной воды t_ПВ. Печь отапливается коксо-доменным газом с теплотворной способностью Q_Н^Р. Температура уходящих из печи газов t_ух, удельный объем продуктов горения после печи V_ПГ. Топливно-эксергетический показатель печи ТЭПБ_ЭКС. Температура продуктов горения перед и после КУ t^'_ПГ; t^"_ПГ. Для достижения заданного значения t^'_ПГ продукты горения после печи разбавляются подсасывающим воздухом. (20 баллов)

В расчетах принять следующие значения коэффициентов:

средняя теплоемкость продуктов горения

С_ПГ (t) = 1,2+0,4 ∙ 10^–3 ∙ t – 0,1 ∙ 10^–6 ∙ t² кДж/м³ К;

средняя теплоемкость воздуха

С_В (t) = 1,3 – 2,12 ∙ 10^–3 ∙ t + 1,06 ∙ 10^–6 ∙ t² кДж/м³ К;

энтальпия и энтропия питательной воды

i_ПВ = 632 кДж/кг; S_ПВ = 1,84 кДж/кг К;

энтальпия и энтропия перегретого пара

i_П = 3332 кДж/кг; S_П = 6,96 кДж/кг К;

Указание: удельный объем продуктов горения перед КУ определяется из балансового уравнения.

101.8. Определить эколого-энергетический рейтинг безотходности производства, если известно: ЭПБ_Г; ЭПБ_Л; МПБ. Топливо-природный газ с теплотворной способностью Q_Н^Р.

Удельный расход основных материалов и топливно-энергетических ресурсов: Природный газ V_Г; электроэнергия Э_Л; кислород V_К; вода V_В; рудный концентрат (Fe = 70%) Р_Р. Удельные выбросы в атмосферу, т/ млн. т. продукции: М_NO ; М; М_СО; М_П. Минимальное теоретически необходимое количество энергии для производства 1 т продукции Э_Т. В расчетах принять удельные объемы выбрасываемых газов

V^Т_Э = V^Ф_Э . (25 баллов)