Considere a queima de carvão pulverizado numa unidade geradora de vapor de uma central termelétrica. A razão AC é de 7,35 kg / kg cb, a massa de gases de combustão é de 8,10 kg / kg cb, a massa de vapor d’água nos produtos é de 0,457 kg / kg cb e a massa de cinzas leves é 0,37 kg / kg cb. Cinzas de fundo se precipitam no selo d’água com temperatura de 1200^circ C e vazão de 1,5 kg / s. Sabendo que o teor de umidade do ar de combustão é de 0,013 kg / kg de ar seco e que há uma proporção de 0,004 kg Cnq / kg cb, determine a temperatura real de saída dos gases da fornalha. Dados adicionais: área de troca de calor de 1700 m^2, consumo de combustível de 20 kg / s e temperatura do vapor de 334^circ C. Assuma PCl carvao =17473 kJ / kg ; PCC=32800 kJ / kg ; Tcb=25^circ C e Tar =300^circ C; cpar =1 kJ / kg K ; cpgs=1,22 kJ / kg K ; cpvp=2,45 kJ / kg K ; cpcz=1,09 kJ / kg K.

Passo 1

O enunciado trata da determinação da temperatura de saída dos gases de combustão da fornalha, fazendo o balanço energético entre o poder calorífico do carvão e o calor absorvido pelos produtos quentes (gases, vapor, cinzas leves) e perdido com as cinzas de fundo. O conteúdo é balanço de energia em um processo de combustão, usando sensibilidades térmicas (capacidades caloríficas) e as massas específicas de cada corrente.

Passo 2

Listamos as massas por kg de carvão queimado:
  • Ar seco: dot mar=7,35 kg/kgrm cb
  • Água no ar (umidade): dot mH2O,ar=7,35cdot0,013=0,0956 kg/kgrm cb
  • Gases de combustão (excluindo vapor de água): dot mgs=8,10 kg/kgrm cb
  • Vapor d’água (da combustão do hidrogênio do carvão): dot mH2O,comb=0,457 kg/kgrm cb
  • Cinzas leves (carregadas junto aos gases): dot mcl=0,37 kg/kgrm cb
  • Cinzas de fundo: dot mcf=1,5/20=0,075 kg/kgrm cb
  • Carbono não queimado (coke): dot mCnq=0,004 kg/kgrm cb
Total de massa que será aquecida até a temperatura de saída Ts:
Mrm fg=dot mgs+dot mH2O,ar+dot mH2O,comb+dot mcl=8,10+0,0956+0,457+0,37=9,0226 kg/kgrm cb

Passo 3

Escrevemos o balanço de energia por kg de carvão (todas as energias em kJ):
underbracePClcarvsubstackpoder calorífico =17,473 ;=;underbracedot mgs;cp,gs,(Ts-25)substackaquecimento dos gases cp,gs=1,22 ;+;underbrace(dot mH2O,ar+dot mH2O,comb);cp,vp,(Ts-25)substackaquecimento do vapor cp,vp=2,45 í
+;underbracedot mcl;cp,cl,(Ts-25)substackaquecimento cinzas <=ves cp,cl=1,09 ;+;underbracedot mcf;cp,cf,(1200-Ts)substackresfriamento cinzas de fundo cp,cf=1,09

Passo 4

Substituindo valores numéricos:
17,473 = 8,10cdot1,22,(Ts-25) +0,5526cdot2,45,(Ts-25) +0,37cdot1,09,(Ts-25) +0,075cdot1,09,(1200-Ts)
Calculamos os coeficientes:
C1=8,10cdot1,22+0,5526cdot2,45+0,37cdot1,09=11,639; C2=0,075cdot1,09=0,08175
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17,473 = 11,639,(Ts-25) +0,08175,(1200-Ts)

Passo 5

Resolvendo para Ts:
17,473 = 11,639,Ts - 11,639cdot25 +0,08175cdot1200 -0,08175,Ts,
17,473 = (11,639 -0,08175),Ts -290,975 +98,10,
17,473 = 11,55725,Ts -192,875 Longrightarrow 11,55725,Ts =17,665,875 Longrightarrow Ts approx1,528,^circC

Resposta

A temperatura de saída real dos gases da fornalha é aproximadamente 1 528,^circC.

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