Mudança na eficiência e tpp com mudança na temperatura de aquecimento do ar e na proporção de gases recirculados e pré-aquecimento do ar. Diagrama I-d do processo de aquecimento do ar
1. Consumo de calor para aquecimento do ar de alimentação
Q t \u003d L ∙ ρ ar. ∙ com ar. ∙(t int. - t out.),
Onde:
ρ ar. é a densidade do ar. A densidade do ar seco a 15°C ao nível do mar é 1,225 kg/m³;
com ar – capacidade calorífica específica do ar igual a 1 kJ/(kg∙K)=0,24 kcal/(kg∙°С);
t int. – temperatura do ar na saída do aquecedor, °С;
fora. - temperatura do ar exterior, °С (temperatura do ar do período de cinco dias mais frio com uma segurança de 0,92 de acordo com a Climatologia do Edifício).
2. Taxa de fluxo de refrigerante para o aquecedor
G \u003d (3,6 ∙ Q t) / (s em ∙ (t pr -t arr)),
Onde:
3.6 - fator de conversão W para kJ/h (para obter vazão em kg/h);
G - consumo de água para aquecimento do aquecedor, kg/h;
Q t - potência térmica do aquecedor, W;
c c - capacidade calorífica específica da água, igual a 4,187 kJ / (kg ∙ K) \u003d 1 kcal / (kg ∙ ° С);
t pr. - temperatura do líquido de arrefecimento (linha reta), ° С;
fora. – temperatura do transportador de calor (linha de retorno), °C.
3. A escolha do diâmetro do tubo para aquecer o aquecedor
Consumo de água para o aquecedor , kg/h4. Diagrama I-d do processo de aquecimento do ar
O processo de aquecimento do ar no aquecedor ocorre em d=const (com um teor de umidade constante).
Alteração na recirculação dos gases de combustão . A recirculação de gás é amplamente utilizada para ampliar a faixa de controle de temperatura do vapor superaquecido e permite manter a temperatura do vapor superaquecido mesmo com baixas cargas da unidade da caldeira. Recentemente, a recirculação de gases de combustão também está ganhando popularidade como um método para reduzir a formação de NO x. Também é usado para recircular os gases de combustão na corrente de ar antes dos queimadores, o que é mais eficaz em termos de suprimir a formação de NO x .
A introdução de gases recirculados relativamente frios na parte inferior do forno leva a uma diminuição na absorção de calor das superfícies radiantes de aquecimento e a um aumento na temperatura dos gases na saída do forno e nos dutos de gás convectivos, incluindo o temperatura dos gases de combustão. Um aumento no fluxo total de gases de combustão na seção do caminho de gás antes da seleção de gases para recirculação contribui para um aumento nos coeficientes de transferência de calor e absorção de calor das superfícies de aquecimento convectivo.
Arroz. 2.29. Mudanças na temperatura do vapor (curva 1), temperatura do ar quente (curva 2) e perdas de gases de combustão (curva 3) dependendo da proporção de recirculação de gases de combustão r.
Na fig. 2.29 mostra as características da unidade de caldeira TP-230-2 com uma mudança na proporção de recirculação de gás para a parte inferior do forno. Aqui a quota de reciclagem
onde V rc é o volume de gases retirado para recirculação; V r - o volume de gases no ponto de seleção para recirculação sem levar em conta V rc. Como pode ser visto, um aumento na proporção de recirculação a cada 10% leva a um aumento na temperatura dos gases de combustão em 3–4°C, Vr - em 0,2%, temperatura do vapor - em 15 ° C, e a natureza da dependência é quase linear. Essas proporções não são inequívocas para todas as unidades de caldeira. Seu valor depende da temperatura dos gases recirculados (o local de entrada do gás) e do método de introdução. A descarga de gases recirculados na parte superior do forno não afeta o funcionamento do forno, mas leva a uma diminuição significativa da temperatura dos gases na área do superaquecedor e, como resultado, a uma diminuição na temperatura do vapor superaquecido, embora o volume de produtos de combustão aumente. A descarga de gases na parte superior do forno pode ser usada para proteger o superaquecedor dos efeitos de temperaturas de gás inaceitavelmente altas e reduzir a escória do superaquecedor.
Obviamente, o uso da recirculação de gás leva a uma diminuição não apenas da eficiência. bruto, mas também eficiência líquido da unidade de caldeira, pois provoca um aumento no consumo de energia elétrica para as próprias necessidades.
Arroz. 2,30. Dependência das perdas de calor com subqueima mecânica da temperatura do ar quente.
Mudança de temperatura do ar quente. A mudança na temperatura do ar quente é o resultado de uma mudança no modo de operação do aquecedor de ar devido à influência de fatores como mudanças na diferença de temperatura, coeficiente de transferência de calor, gás ou fluxo de ar. O aumento da temperatura do ar quente aumenta, embora ligeiramente, o nível de liberação de calor no forno. A temperatura do ar quente tem um efeito significativo nas características das unidades de caldeira que operam com combustível com baixa saída volátil. Uma diminuição em ^ r.v neste caso piora as condições de ignição do combustível, o modo de secagem e moagem do combustível, leva a uma diminuição da temperatura da mistura de ar na entrada dos queimadores, o que pode causar um aumento nas perdas com subqueima mecânica (ver Fig. 2.30).
. Alteração da temperatura de pré-aquecimento do ar. O pré-aquecimento do ar na frente do aquecedor de ar é usado para aumentar a temperatura da parede de suas superfícies de aquecimento, a fim de reduzir o efeito corrosivo dos gases de combustão sobre elas, especialmente ao queimar combustíveis com alto teor de enxofre. De acordo com o PTE, ao queimar óleo combustível sulfuroso, a temperatura do ar na frente dos aquecedores de ar tubulares não deve ser inferior a 110 ° C e na frente dos regenerativos - não inferior a 70 ° C.
O pré-aquecimento do ar pode ser realizado recirculando o ar quente para a entrada dos ventiladores de sopro, porém, neste caso, a eficiência da unidade da caldeira diminui devido ao aumento do consumo de energia elétrica para o sopro e ao aumento da temperatura de os gases de combustão. Portanto, é aconselhável aquecer o ar acima de 50°C em aquecedores que funcionam com vapor seletivo ou água quente.
O pré-aquecimento do ar implica uma diminuição na absorção de calor do aquecedor de ar devido a uma diminuição na diferença de temperatura, a temperatura dos gases de combustão e o aumento da perda de calor. O pré-aquecimento do ar também requer custos de energia adicionais para o fornecimento de ar ao aquecedor de ar. Dependendo do nível e método de pré-aquecimento do ar, para cada 10° C de pré-aquecimento do ar, a eficiência mudanças brutas em cerca de 0,15-0,25% e a temperatura dos gases de combustão - em 3-4,5 ° C.
Uma vez que a parcela de calor consumida para o pré-aquecimento do ar em relação à produção de calor das unidades de caldeira é bastante grande (2-3,5%), a escolha do esquema ideal de aquecimento do ar é de grande importância.
Ar frio
Arroz. 2.31. Esquema de aquecimento de ar de dois estágios em aquecedores com água de rede e vapor seletivo:
1 - aquecedores de rede; 2 - a primeira etapa de aquecimento do ar com água da rede do sistema de aquecimento; 3 - o segundo estágio de aquecimento de ar pzrom; 4 - bomba para fornecimento de água da rede de retorno aos aquecedores; 5 - água da rede para aquecimento do ar (esquema para o período de verão); 6 - água da rede para aquecimento do ar (esquema para o período de inverno).
Ao projetar um sistema de aquecimento de ar, são usados aquecedores de ar prontos.
Para a seleção correta do equipamento necessário, basta saber: a potência necessária do aquecedor de ar, que será posteriormente montada no sistema de aquecimento da ventilação de alimentação, a temperatura do ar na saída da instalação do aquecedor de ar e o fluxo de refrigerante avaliar.
Para simplificar os cálculos feitos, uma calculadora online para calcular os dados básicos para a seleção correta de um aquecedor é apresentada à sua atenção.
- Potência térmica do aquecedor kW. Nos campos da calculadora, insira os dados iniciais sobre o volume de ar que passa pelo aquecedor, os dados sobre a temperatura do ar que entra na entrada e a temperatura necessária do fluxo de ar na saída do aquecedor.
- temperatura do ar de saída. Nos campos apropriados, você deve inserir os dados iniciais sobre o volume de ar aquecido, a temperatura do fluxo de ar na entrada da instalação e a potência térmica do aquecedor obtida durante o primeiro cálculo.
- Consumo de refrigerante. Para fazer isso, insira os dados iniciais nos campos da calculadora online: a potência térmica da instalação obtida durante o primeiro cálculo, a temperatura do refrigerante fornecido à entrada do aquecedor e o valor da temperatura na saída do dispositivo.
Cálculo da potência do aquecedor
Quando o sol está mais quente - quando está mais alto ou mais baixo?
O sol aquece mais quando está mais alto. Os raios do sol, neste caso, caem em um ângulo direito ou próximo a um ângulo reto.
Que tipos de rotação da Terra você conhece?
A terra gira em torno de seu eixo e em torno do sol.
Por que o ciclo dia e noite ocorre na Terra?
A mudança do dia e da noite é o resultado da rotação axial da Terra.
Determine como o ângulo de incidência dos raios do sol difere em 22 de junho e 22 de dezembro nos paralelos de 23,5 ° N. sh. e você. sh.; nos paralelos de 66,5° N. sh. e você. sh.
Em 22 de junho, o ângulo de incidência dos raios solares no paralelo de 23,50 N.L. 900 S - 430. No paralelo 66,50 N.S. - 470, 66,50 S - ângulo de deslizamento.
Em 22 de dezembro, o ângulo de incidência dos raios solares no paralelo 23,50 N.L. 430 S - 900. No paralelo 66,50 N.S. - ângulo de deslizamento, 66,50 S - 470.
Pense em por que os meses mais quentes e mais frios não são junho e dezembro, quando os raios do sol têm os maiores e menores ângulos de incidência na superfície da Terra.
O ar atmosférico é aquecido a partir da superfície da Terra. Portanto, em junho, a superfície da Terra se aquece e a temperatura atinge o máximo em julho. Também acontece no inverno. Em dezembro, a superfície da Terra esfria. O ar esfria em janeiro.
Definir:
temperatura média diária de acordo com quatro medições por dia: -8°C, -4°C, +3°C, +1°C.
A temperatura média diária é de -20C.
a temperatura média anual de Moscou usando os dados da tabela.
A temperatura média anual é de 50C.
Determine a faixa de temperatura diária para as leituras do termômetro na Figura 110, c.
A amplitude de temperatura na figura é 180C.
Determine quantos graus a amplitude anual em Krasnoyarsk é maior do que em São Petersburgo, se a temperatura média em julho em Krasnoyarsk for +19°С e em janeiro for -17°С; em São Petersburgo +18°C e -8°C respectivamente.
A faixa de temperatura em Krasnoyarsk é 360º.
A amplitude da temperatura em São Petersburgo é de 260ºC.
A amplitude de temperatura em Krasnoyarsk é 100C mais alta.
Dúvidas e tarefas
1. Como o ar na atmosfera aquece?
Quando os raios do sol passam, a atmosfera deles quase não aquece. À medida que a superfície da Terra se aquece, ela se torna uma fonte de calor. É a partir dele que o ar atmosférico é aquecido.
2. Quantos graus a temperatura na troposfera diminui a cada 100 m de subida?
À medida que você sobe, a cada quilômetro a temperatura do ar cai 6 0C. Então, 0,60 para cada 100 m.
3. Calcule a temperatura do ar fora da aeronave, se a altitude de voo for 7 km e a temperatura na superfície da Terra for +200C.
A temperatura ao subir 7 km cairá em 420. Isso significa que a temperatura fora da aeronave será de -220.
4. É possível encontrar uma geleira nas montanhas a uma altitude de 2500 m no verão se a temperatura no sopé das montanhas for + 250C.
A temperatura a uma altitude de 2500 m será +100C. A geleira a uma altitude de 2500 m não vai se encontrar.
5. Como e por que a temperatura do ar muda durante o dia?
Durante o dia, os raios do sol iluminam a superfície da Terra e a aquecem, e o ar aquece a partir dela. À noite, o fluxo de energia solar para e a superfície, junto com o ar, esfria gradualmente. O sol está mais alto acima do horizonte ao meio-dia. Este é o momento em que a maior parte da energia solar entra. No entanto, a temperatura mais alta é observada após 2-3 horas após o meio-dia, uma vez que leva tempo para que o calor seja transferido da superfície da Terra para a troposfera. A temperatura mais baixa é antes do nascer do sol.
6. O que determina a diferença no aquecimento da superfície da Terra durante o ano?
Durante o ano, na mesma área, os raios do sol incidem na superfície de diferentes maneiras. Quando o ângulo de incidência dos raios é mais acentuado, a superfície recebe mais energia solar, a temperatura do ar sobe e chega o verão. Quando os raios do sol estão mais inclinados, a superfície aquece ligeiramente. A temperatura do ar neste momento cai e o inverno chega. O mês mais quente no Hemisfério Norte é julho e o mês mais frio é janeiro. No Hemisfério Sul, ocorre o contrário: o mês mais frio do ano é julho e o mais quente é janeiro.
A principal fonte de calor que aquece a superfície e a atmosfera da Terra é o sol. Outras fontes - a lua, as estrelas, o interior aquecido da Terra - fornecem uma quantidade tão pequena de calor que podem ser negligenciadas.
O sol irradia energia colossal no espaço do mundo na forma de raios térmicos, de luz, ultravioleta e outros. A totalidade da energia radiante do Sol é chamada de radiação solar. A Terra recebe uma parcela insignificante dessa energia - uma bilionésima parte, que, no entanto, é suficiente não apenas para sustentar a vida, mas também para realizar processos exógenos na litosfera, fenômenos físico-químicos na hidrosfera e na atmosfera.
Distinguir entre radiação direta, difusa e total.
Em tempo claro e sem nuvens, a superfície da Terra é aquecida principalmente por radiação direta, que experimentamos como raios de sol quentes ou quentes.
Passando pela atmosfera, os raios do sol são refletidos por moléculas de ar, gotículas de água, partículas de poeira, desviam-se de um caminho reto e se espalham. Quanto mais nublado o tempo, mais densas são as nuvens e mais radiação se dissipa na atmosfera. Quando o ar está muito empoeirado, por exemplo, durante tempestades de poeira ou em centros industriais, a dispersão enfraquece a radiação em 40-45%.
O valor da radiação espalhada na vida da Terra é muito grande. Graças a ele, os objetos na sombra são iluminados. Também determina a cor do céu.
A intensidade da radiação depende do ângulo de incidência dos raios solares na superfície da Terra. Quando o sol está bem acima do horizonte, seus raios superam a atmosfera de forma mais curta, portanto, eles se espalham menos e aquecem mais a superfície da Terra. Por esta razão, em dias ensolarados, as manhãs e as noites são sempre mais frescas do que ao meio-dia.
A distribuição da radiação na superfície da Terra é muito influenciada por sua esfericidade e pela inclinação do eixo da Terra em relação ao plano da órbita. Nas latitudes equatoriais e tropicais, o sol está alto acima do horizonte durante todo o ano, nas latitudes médias sua altura varia de acordo com a estação, e no Ártico e Antártico nunca se eleva acima do horizonte. Como resultado, em latitudes tropicais, os raios do sol são menos dispersos e há mais deles por unidade de área da superfície da Terra do que em latitudes médias ou altas. Por isso, a quantidade de radiação depende da latitude do local: quanto mais longe do equador, menos ela entra na superfície da Terra.
O influxo de energia radiante está associado ao movimento anual e diário da Terra. Assim, em latitudes médias e altas, sua quantidade depende da época do ano. No Pólo Norte, por exemplo, no verão o sol não se põe além do horizonte por 186 dias, ou seja, 6 meses, e a quantidade de radiação incidente é ainda maior do que no equador. No entanto, os raios do sol têm um pequeno ângulo de incidência, e a maior parte da radiação é espalhada na atmosfera. Como resultado, a superfície da Terra aquece ligeiramente.
No inverno, o sol no Ártico está abaixo do horizonte e a radiação direta não atinge a superfície da Terra.
A topografia da superfície da Terra também afeta a quantidade de radiação solar incidente. Nas encostas de montanhas, morros, barrancos, etc., voltadas para o sol, o ângulo de incidência dos raios solares aumenta, e eles aquecem mais.
A combinação de todos esses fatores leva ao fato de que não há lugar na superfície da Terra onde a intensidade da radiação seja constante.
O aquecimento da terra e da água não é o mesmo. A superfície terrestre aquece e esfria rapidamente. A água aquece lentamente, mas retém o calor por mais tempo. Isso se explica pelo fato de a capacidade calorífica da água ser maior que a capacidade calorífica das rochas que compõem a terra.
Em terra, os raios do sol aquecem apenas a camada superficial e, em águas claras, o calor penetra a uma profundidade considerável, pelo que o aquecimento ocorre mais lentamente. A evaporação também afeta sua velocidade, pois precisa de muito calor. A água esfria lentamente, principalmente porque o volume de água aquecida é muitas vezes maior do que o volume de terra aquecida; além disso, quando esfria, as camadas superiores de água resfriada descem para o fundo, mais densas e mais pesadas, e a água quente sobe para substituí-las das profundezas do reservatório.
O calor acumulado é dissipado pela água de forma mais uniforme. Como resultado, o mar é, em média, mais quente que a terra, e as flutuações da temperatura da água nunca são tão dramáticas quanto as flutuações da temperatura da terra.
Temperatura do ar
Os raios do sol, passando por corpos transparentes, os aquecem muito fracamente. Por esse motivo, a luz solar direta quase não aquece o ar da atmosfera, mas aquece a superfície da Terra, da qual o calor é transferido para as camadas adjacentes de ar. Quando aquecido, o ar fica mais leve e sobe, onde se mistura com o ar mais frio, aquecendo-o por sua vez.
À medida que sobe, o ar esfria. A uma altitude de 10 km, a temperatura é constantemente mantida em torno de 40-45 ° C.
A diminuição da temperatura do ar com a altura é um padrão geral. No entanto, muitas vezes há um aumento na temperatura à medida que você sobe. Esse fenômeno é chamado de inversão de temperatura, ou seja, uma permutação de temperaturas.
As inversões ocorrem durante o rápido resfriamento da superfície da Terra e do ar adjacente ou, inversamente, quando o ar frio pesado flui pelas encostas das montanhas para os vales. Lá, esse ar estagna e desloca o ar mais quente pelas encostas.
Durante o dia, a temperatura do ar não permanece constante, mas muda continuamente. Durante o dia, a superfície da Terra aquece e aquece a camada adjacente de ar. À noite, a Terra irradia calor, esfria e o ar esfria. As temperaturas mais baixas não são observadas à noite, mas antes do nascer do sol, quando a superfície da Terra já cedeu todo o calor. Da mesma forma, as temperaturas mais altas do ar não são definidas ao meio-dia, mas por volta das 15h.
No equador, o curso diário das temperaturas é uniforme, dia e noite são quase os mesmos. As amplitudes diurnas nos mares e ao longo das costas marítimas são muito insignificantes. Mas nos desertos durante o dia a superfície da terra geralmente aquece até 50-60 ° C, e à noite geralmente esfria até 0 ° C. Assim, as amplitudes diurnas aqui excedem 50–60°C.
Nas latitudes temperadas, a maior quantidade de radiação solar atinge a Terra durante os solstícios de verão, ou seja, 22 de junho no Hemisfério Norte e 21 de dezembro no Sul. No entanto, o mês mais quente não é junho (dezembro), mas julho (janeiro), pois no dia do solstício uma enorme quantidade de radiação é gasta no aquecimento da superfície da Terra. Em julho (janeiro) a radiação diminui, mas essa diminuição é compensada pela superfície terrestre fortemente aquecida.
Da mesma forma, o mês mais frio não é junho (dezembro), mas julho (janeiro).
No mar, devido ao fato de a água esfriar e aquecer mais lentamente, a mudança de temperatura é ainda maior. Aqui o mês mais quente é agosto, e o mais frio é fevereiro no Hemisfério Norte e, portanto, o mais quente é fevereiro e o mais frio é agosto no sul.
A amplitude da temperatura anual depende em grande parte da latitude do local. Assim, no equador, a amplitude durante o ano permanece quase constante e chega a 22–23 °C. As maiores amplitudes anuais são típicas de territórios localizados nas latitudes médias do interior dos continentes.
Qualquer área também é caracterizada por temperaturas absolutas e médias. As temperaturas absolutas são estabelecidas por observações de longo prazo em estações meteorológicas. Assim, o lugar mais quente (+58°C) da Terra é o deserto da Líbia; o mais frio (-89,2 ° C) está na Antártida na estação Vostok. No Hemisfério Norte, a temperatura mais baixa (-70,2 °C) foi registrada na vila de Oymyakon, na Sibéria Oriental.
As temperaturas médias são definidas como a média aritmética de várias leituras do termômetro. Assim, para determinar a temperatura média diária, as medições são feitas em 1; 7; 13 e 19 horas, ou seja, 4 vezes por dia. A partir dos números obtidos, encontra-se o valor médio aritmético, que será a temperatura média diária da área. Em seguida, as temperaturas médias mensais e médias anuais são encontradas como a média aritmética das temperaturas médias diárias e médias mensais.
No mapa, você pode marcar pontos com os mesmos valores de temperatura e desenhar linhas conectando-os. Essas linhas são chamadas de isotérmicas. As isotermas mais reveladoras são janeiro e julho, ou seja, os meses mais frios e mais quentes do ano. As isotérmicas podem ser usadas para determinar como o calor é distribuído na Terra. Ao mesmo tempo, regularidades claramente expressas podem ser traçadas.
1. As temperaturas mais altas não são observadas no equador, mas em desertos tropicais e subtropicais, onde predomina a radiação direta.
2. Em ambos os hemisférios, as temperaturas diminuem das latitudes tropicais para os pólos.
3. Devido à predominância do mar sobre a terra, o curso das isotermas no Hemisfério Sul é mais suave e as amplitudes de temperatura entre os meses mais quentes e os mais frios são menores do que no Hemisfério Norte.
A localização das isotermas permite distinguir 7 zonas térmicas:
1 quente, localizado entre as isotermas anuais de 20 °C nos hemisférios Norte e Sul;
2 meses mais quentes moderados entre as isotérmicas de 20 e 10 °C, ou seja, junho e janeiro;
2 meses frios, localizados entre as isotérmicas de 10 e 0 °C, também são os meses mais quentes;
2 áreas de geada perpétua onde a temperatura do mês mais quente é inferior a 0°C.
Os limites das zonas de iluminação, passando pelos trópicos e pelos círculos polares, não coincidem com os limites das zonas térmicas.