Calculo de eficiencia de un horno

CALCULO DE LA EFICIENCIA TÉRMICA

PROBLEMA DATOS PARA EL PROBLEMA Flue gas exit temperature 348 Combustion air temperature 68 Ambient air temperature 60 fuel gas temperature 77 Oxigen in the flue gas (dry basis) 3.2 radiation losses 2.5 fuel composition, mol./ vol.% Metano 36.51 Hidrogeno 22.8 Etano 13.49 Etileno 6.28 Propano 8.2 Propileno 5.95 Butano 1.92 Butileno 2.06 Pentano 0.44 Nitrogeno 1.43 CO 0.74 CO2 0.17 H2S 0.0048

ºF ºF ºF ºF %v %

ENCIA TÉRMICA DE UN HORNO Ecuacion General de la ficiencia

DONDE: e LHV Ha Hf Qs Qr

eficiencia termica neta, % lower heat value, Btu/lb of fuel calor sensible del aire entrante, Btu/lb of fuel calor sensible del fuel entrante, Btu/lb of fuel perdida de calor por chimenea, Btu/lb of fuel peerdida por radiacion asumida , Btu/lb of fuel

PROBLEMA Ecuaciones a considerar

Gas de combustion = Combustible + El aire de combustión

Moles teoricas del aire de combustion = Moles de Oxigeno x 100 / 21

Moles actuales de aire = Moles teoricas de aire + El exceso de aire

SOLUCIÓN BASE

100

vol fraci , moles/hr Metano Hidrogeno Etano Etileno Propano Propileno Butano Butileno Pentano Nitrogeno CO CO2 H2S TOTAL TOTAL, BTU/ lb

36.51 22.8 13.49 6.28 8.2 5.95 1.92 2.06 0.44 1.43 0.74 0.17 0.0048 100.0 de fuel

Peso molecular, lb/mol 16 2 30 28 44 42 58 56 72 28 28 44 34

mol / hr de fuel masa, lb/hr

Q de combustion neto BTU/lb

584.16 45.60 404.70 175.84 360.80 249.90 111.36 115.36 31.68 40.04 20.72 7.48 0.16 2147.80

Oxigen in the flue gas (dry basis) Porcentaje en exceso de O2

3.2 16.416

Cantidad O2 requerido Cantidad de aire requerido

287.53 1369.20 39706.81

21500 51600 20420 20290 19930 19690 19670 19420 19500 0 4345 0 6550

% % mol/hr mol/hr lb/hr Composición del gas de Combustión

CO2 H2O SO2 O2 N2 TOTAL

moles/hr

PM

Masa lb/h

Masa por lb de fuel

137.53 219.98 0.0048 40.54 1083.10 1481.16

44 18 64 32 28

6051.32 3959.73 0.3072 1297.44 30326.75

2.82 1.84 0.00 0.60 14.12

Perdida de calor por chimenea, Qs Calor perdido por radiacion, Qr

1481.952 btu /lb por fuel 512.094 btu /lb por fuel

Correccion del calor sensible por combustion de aire, Ha/lb de fuel

Correccion del calor sensible por combustion de aire, Ha/lb de fuel Ha

35.4954

btu/lb de fuel Calor entrante Eficiencia, e

20528.25 90.29

SOLUCIÓN heating value BTU/hr

O2 teorico CO2 formado por la H2O formado por la requerido mol/hr combustion, mol/hr combustion, mol/hr

12559440 2352960 8263974 3567793.6 7190744 4920531 2190451.2 2240291.2 617760 0 90028.4 0 1068.96 43995042.36 20483.74

73.02 11.40 47.22 18.84 41.00 26.78 12.48 12.36 3.52 0.00 0.37 0.00 0.01 246.9872

Peso molecular del aire % de O2 en el aire

36.51 0 26.98 12.56 24.6 17.85 7.68 8.24 2.2 0 0.74 0 0 137.36

73.02 22.8 40.47 12.56 32.8 17.85 9.6 8.24 2.64 0 0 0 0.0048 219.98

29 21

Masa de aire requerida/ lb de fuel Gas de combustion = Combustible + Aire Masa de gas de combustion/ lb de fuel

18.49 41854.61 19.49

ción del gas de Combustión Entalpia a la salida (348) btu/lb 62 128 44 59 73

Contenido Base humeda %V/ calorico, btu/lb of %mol fuel 176.089 235.956 0.006 35.816 1034.085 1481.952 Cp aire Cp fuel

9.29 14.85 0.00032 2.74 73.12

Base seca %V/ %mol 10.90 0.00 0.00038 3.21 85.88

0.24 0.53

correccion del calor sensible para el fuel, Hf/lb de fuel

correccion del calor sensible para el fuel, Hf/lb de fuel Hf btu/lb de fuel %

9.01

btu/lb de fuel

SO2 formado por la combustion, mol/hr 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0048 0.0048

lb/lb of fuel lb/hr lb/lb of fuel

TABLA DE REACCIÓN DE COMBUSTIÓN REACCION

nitrogeno CO2

moles de O2 por cada mol de sustancia

moles de CO2 por cada mol de sustancia

2 0.5 3.5 3 5 4.5 6.5 6 8 0 0.5 0 1.5 9.5 1

1 0 2 2 3 3 4 4 5 0 1 0 0 6 0

COMBUSTIÓN moles de H2O por cada mol de sustancia

moles de SO2 por cada mol de sustancia

2 1 3 2 4 3 5 4 6 0 0 0 1 7 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

RELACION ENTRE EL CONTENIDO DE OXIGENO EN EL GAS DE COMBUST AIRE % Oxigeno 0.5 0.9 1.3 1.5 1.7 2.1 2.5 2.7 3.1 3.5 3.9 4.1 4.5 4.7 4.9 5.3 5.5 5.7 6.3 6.5 6.9 7.1 7.5 7.7 7.9

%Aire en exceso 2 4 6 7 8 10 12 13.8 16 18 21 22 24.8 26 28 30.8 32.2 34 39 41 44.4 46.2 50.8 53 55

%O2 vs % Aire en exceso 60

f(x) = 0.0025328843x^4 - 0.0114030939x^3 + 0.2624511658x^2 + 50 R² = 0.9998738831 40

% Aire en Exceso

30

20

10

0 0.5

1.5

2.5

3.5

4.5

% O2 f(x)

0.0025 *X^4 + 4.3859 *X + % Oxigeno 3.2

N EL GAS DE COMBUSTION Y EL EXCESO DE

vs % Aire en exceso

14030939x^3 + 0.2624511658x^2 + 4.3859042423x - 0.1957047133

1.5

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5

% O2 -0.0114 -0.1957 %Aire en exceso , F(x) 16.4158

*X^3 +

0.2625

*X^2 +

GRÁFICA DE ENTALPIAS VS TEMPERATUR T (F) 200 280 320 348 400 440 520 600 640 720 800 880 960 1000 1080 1200 1280 1320 1400 1480 1600 1660 1720 1800

SO2 H (Btu/lb) 20 36 41 44 55 62 78 92 100 110 130 142 160 168 180 202 220 225 245 260 284 300 310 322

CO2 T (F) H (Btu/lb) 200 31 280 48 348 62 360 65 400 72 440 84 520 104 560 115 600 125 680 145 720 158 760 171 840 187 920 210

SO2 350 300

f(x) = 0.190309259x - 21.838504082 R² = 0.9990743041

250 200

ENTALPÍA , BTU/LB

150 100 50 0 0

200

400

600

800

1000

1

TEMPERATURA f(x)

*X 0.1903 Temperatura , ºF 348

CO2 600 500

f(x) = - 8.79282347133883E-009x^3 + 5.33346396285782E-005x^2

ENTALPÍA , BTU/LB 400 R² = 0.9998037311 300 200 100

0 200

400

600

TEMPERATURA, ºF

800

1000

1

0 200

960 1000 1120 1160 1200 1320 1360 1400 1480 1560 1640 1680 1760 1800

600

800

1000

TEMPERATURA, ºF

220 230 266 278 284 324 338 350 374 394 418 434 457 469

H2O T (F) H (Btu/lb) 200 62 240 80 280 100 320 118 348 128 360 138 400 155 440 175 480 192 520 210 560 230 600 250 640 268 680 288 720 305 760 325 800 345 840 365 880 389 920 408 960 430 1000 451 1040 470 1080 492 1120 510 1160 534 1200 554 1240 578

400

f(x)

*X^3 -0.000000009 Temperatura , ºF 348

H2O 600 500

f(x) = 0.4954434105x - 44.4138541877 R² = 0.9991491934

ENTALPÍA, BTRU/LB 400 300 200 100 0 200

400

600

800

1000

TEMPERATURA,

f(x)

*X 0.4954 Temperatura , ºF 348

1

1280

600

O2 T (F) 200 280 360 400 440 960 1000 1040 1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400 1440 1480 1520 1560 1600 1640 1680 1720 1760 1800

H (Btu/lb) 25 45 65 75 88 210 220 230 242 250 262 270 282 292 302 310 322 338 345 358 370 380 390 400 410 420 430

O2 500 450 400 f(x) = 0.2530379117x - 28.7531366872 R² = 0.9990708129 350 300

ENTALPIA, BTU / lb

250 200 150 100 50

1

0 200

400

600

800

1000

120

TEMPERATURA,

f(x)

*X 0.253 Temperatura , ºF 348

N2 T (F) 200 240 280 320 348 360 400 440 480 520 560

H (Btu/lb) 37 46 57 65 73 78 85 98 106 119 129

N2 500

450 f(x) = 0.000011288x^2 + 0.24549 R² = 0.9998661246 400 350 300

ENTALPIA, BTU / lb

250 200 150

350 300

600 640 680 720 760 800 840 880 920 960 1000 1040 1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400 1440 1480 1520 1560 1600 1640 1680 1720 1760 1800

139 151 160 171 181 189 202 212 222 232 242 253 263 272 286 299 308 319 331 343 355 364 376 388 400 411 420 430 441 454 463

ENTALPIA, BTU / lb

250 200 150 100 50 0 200

400

600

800

100

TEMPERAT f(x)

*X^2 0.00001 Temperatura , ºF 348

VS TEMPERATURA

SO2

190309259x - 21.838504082 990743041

0

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

TEMPERATURA, ºF

-21.839 Entalpia 44.39

CO2

5.33346396285782E-005x^2 + 0.2002405908x - 12.8461550831

600

ºF

800

1000

1200

1400

1600

1800

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

ºF

*X^2 0.00005

*X 0.2002

-12.846

Entalpia 62.5

H2O

105x - 44.4138541877 34

600

800

1000

1200

TEMPERATURA, ºF

-44.414 Entalpia 127.99

1400

1600

1800

O2

379117x - 28.7531366872 08129

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

TEMPERATURA, ºF

-28.753 Entalpia 59.29

N2

= 0.000011288x^2 + 0.2454946729x - 13.0609171168 0.9998661246

2000

400

600

800

1000

1200

TEMPERATURA, ºF *X 0.2445 Entalpia 73.24

-13.061

1400

1600

1800