Курсовая работа Расчет тепло утилизационной установки - файл n1.doc

Курсовая работа Расчет тепло утилизационной установки
скачать (2467 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2467kb.18.09.2012 09:27скачать

n1.doc



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Химическая технология, промышленная экология»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу Техническая термодинамика и теплотехника

На тему: «Расчет тепло утилизационной установки»


Выполнил студент







Руководитель

Самара 2009

Содержание

Введение 3

1. Постановка задачи 8

2. Описание технологической схемы 9

3. Технологический расчет печи 11

3.1 Расчет процесса горения в печи 11

3.2 Тепловой баланс печи, определение КПД и расхода топлива 14

3.3 Расчёт радиантной камеры и камеры конвекции 14

3.4 Гидравлический расчет змеевика печи 17

3.5 Расчёт потери давления водяного пара в радиационной камере 18

4. Расчет котла-утилизатора 19

5. Расчет воздухоподогревателя 22

6. Расчет КТАНа 23

7. Расчет коэффициента полезного действия теплоутилизационной

установки 24

8. Эксергетический анализ системы “печь-котел-утилизатор” 25

Заключение 26

ВВЕДЕНИЕ
Состояние и проблемы ТЭК России
По мнению председателя подкомитета по развитию нефтяной отрасли Торгово-промышленной палаты РФ В. Гарипова, если не прекратится «растаскивание недр по нефти», то в 2010 году ее добыча сократится до 300 млн. тонн. По его словам, необходимо срочно разработать новую государственную программу по развитию топливно-энергетического комплекса, иначе максимум уже через 5 лет российская экономика будет подорвана. Такую же точку зрения разделяет и председатель комитета СФ по природным ресурсам и охране окружающей среды Виктор Орлов, который считает, что основа всего энергетического комплекса - состояние сырьевой базы - находится в катастрофическом состоянии.

Необходимо, прежде всего, проанализировать и понять в чем же основные ошибки сегодняшней Энергетической стратегии России.

Во-первых, это ориентация на экстенсивный путь развития топливно-энергетического комплекса страны, который подразумевает последовательное увеличение ресурсо-энергопроизводства как необходимого условия роста всей экономики. Так, в программе Энергетической стратегии, например, планируется увеличение уровня добычи нефти к 2020 году до 520 млн, тонн. На заключительном этапе ТЭК должен выйти на новые рубежи: энергопотребление в России вырастет на 22-36% (потребление газа увеличится на 18-24%, нефтепродуктов - на 36-53%, угля - на 33-70%). планируется значительный рост экспорта углеводородного сырья, разработчики Энергетической стратегии так и не смогли уйти от старых стереотипов и подходов к использованию энергоресурсов, хотя мировая экономика отказалась от экстенсивного развития уже с времен энергетического кризиса 1973 года. Именно это стало важнейшей составляющей экономического роста ведущих стран мира.

Во-вторых, в принятой «Энергетической стратегии...» полностью игнорируется предельная изношенность всей российской инфраструктуры добыч и энергоресурсов, источников производства энергии и коммуникаций их распределения. Проблема устранения высокой степени износа основных фондов ТЭК, в котором уже устарело от 60% до 80% оборудования - в зависимости от отраслей, стала в настоящее время поистине ахиллесовой пятой российской экономики в целом. Практика продления ресурса оборудования закладывает будущее отставание в эффективности производства. Кроме этого, возрастает вероятность возникновения новых аварийных ситуаций и катастроф в топливно-энергетическом секторе экономики. К сожалению, уже сейчас техногенные катастрофы стали реальностью повседневной жизни ТЭК.

В-третьих, низкий технологический уклад российской экономики. Это означает перерасход инвестиций и ресурсов на эксплуатацию устаревших технологий производства. Положения принятой «Энергетической стратегии...» не учитывают, что современная отечественная промышленность как огромная черная дыра всасывает в себя значительно больше энергоресурсов, чем это необходимо для производства требуемого количества продукции. На единицу ВВП мы тратим в 5-6 раз больше, чем развитые европейские страны, и в 12-l6 раз больше, чем США и Япония.

В-четвертых, одной из главных внутренних проблем российской энергетики является значительный перекос в сторону использования природного газа. Его доля в энергетическом балансе России увеличилась с 16% в 1965 году до 40% в 1990- м и до 62% в 2003-м (для сравнения: в Швеции - 2%. во Франции - 13%, в Германии - 21%, в США - 27%, в Канаде - 30%). Подобная структура топливного баланса страны могла бы считаться рациональной в силу высокой экологичности природного газа, если бы состояние ресурсной базы «Газпрома» позволяло бы поддерживать сложившийся уровень добычи и сохранять данную структуру потребления газа на достаточно большой срок

В-пятых, для выполнения задач, поставленных в принятой Энергетической стратегии России на период до 2020 года, необходимо привлечь огромные инвестиция. При этом основная часть инвестиций должна быть привлечена из собственных средств предприятий топливно-энергетической отрасли, на втором месте идет заемный капитал. Государство будет вкладывать деньги из бюджета лишь на реализацию особо важных с экономической точки зрения и социально-значимых проектов.

В-шестых, в настоящее время в стране практически полностью развалена система контроля управления недрами и лицензирования месторождений. Объемы поисково-разведочных работ на нефть и газ за последнее десятилетие сократились более чем в 4 раза, эксплуатационного - в 7 раз, а ввода в эксплуатацию новых скважин - в 5 раз. Основной прирост нефти и газа как в предыдущие годы, получен по открытым до 1991 года месторождениям. В результате обострилась проблема «проедания» запасов, что угрожает срывом программам наращивания добычи и развития экспорта. За последние десять лет запасы нефти в России сократились на 13% и при существующем соотношении добычи нефти и освоения новых месторождений к 2030 году в Россйи будут полностью израсходованы освоенные запасы нефти.
Какой быть новой энергетической стратегии.
Для того чтобы Россия приблизилась к индустриально развитым странам по показателям удельной энергоемкости промышленного производства, необходимо время - время перехода. И если Россия хочет вернуть себе статус одной из самых передовых стран, времени на перестройку своей энергетики, и экономики в целом осталось не более 10 лет. Иначе в условиях сложившихся темпов развития научно-технического прогресса в мире Россия окончательно превратится в топливно-сырьевую периферию развитых стран.

Концепция новой Энергетической стратегии России на ближайшие 20 лет должна основываться на:

- усилении государственного контроля за движением и использованием природных ресурсов;

- увеличении доли экспортной валютной выручки на инвестиционные цели в нефтегазовой отрасли ТЭК;

- восстановлении геологоразведочных работ и опережении роста разведанных запасов топлива по сравнению с добычей;

- осуществлении широкой модернизации добычи и переработки топливно-сырьевых ресурсов

- изменении самой структуры ресурсопотребления в теплоэнергетических системах

- широком применении энергосберегающих технологий и т.д.

Для реализации этапа перехода в масштабах страны необходимо проведение Следующих мероприятий:

- перевод ТЭЦ и крупных котельных с природного газа на уголь: перевод средних и мелких котельных с мазута и угля на местное низкокалорийное топливо (биомассу, торф, горючие сланцы, бытовые твердые отходы и т. д.);

- развитие производства и широкое применение в энергетике нетрадиционных, альтернативных природному газу, метансодержащих газов (биометана, угольного метана, попутного нефтяного газа и т. д.);

- широкое применение децентрализованных систем теплоснабжения на основе тепловых насосов и применение автономных систем для одновременного производства электроэнергии и тепла на основе когенерационных установок;

- широкое внедрение в малую энергетику стирлинг-технологий и т. д.
Потребление ТЭР в химической промышленности.
Химический комплекс, оказывая существенное воздействие на ускорение научно-технического прогресса в отраслях-потребителях его продукции, превосходит средние удельные показатели по энергоемкости в 2 - 3 раза. При этом следует учитывать, что в химических отраслях промышленности потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) определяется условиями протекания химических реакции, сопровождаемых тепловым эффектом, и в обозримом будущем не следует ожидать его снижения.

В последние годы структура потребления ТЭР менялась незначительно, несмотря на существенный рост энергетических затрат в отрасли (за период с 1985 по 2000 г. в два раза). В виде тепловой энергии потребляется 48,3, электроэнергии -30,2 и первичного топлива — 12,5 % (без учета топлива, ис­пользуемого в качестве сырья).

В химической промышленности непосредственное потребление топлива на энергетические цели составляет около 1/8 суммарного энергопотребления. Около 40% сжигается в промышленных котельных и на топливно-энергетических установках (ТЭУ) для производства тепловой и электрической энергии. Остальная часть топлива (преимущественно твердого и газообразного) используется в технологических установках.

В отраслях химического комплекса основной источник потерь энергии связан с путями ее использования. Например, КПД процесса синтеза аммиака колеблется и пределах 40-50 % в зависимости от вида сырья. Энергетический КПД для обычных методов получения винилхлорида -12 -17 %, для синтеза N0 - всего лишь 5-6,5 % и т.д. Высокотемпературные химические процессы (> 400 °С) сопровождаются потерями энергии, достигающими в среднем 68 %.

Подобное состояние дел объясняется не только объективными причинами. По традиции химики-технологи во главу угла ставят вопросы увеличения выхода продукта реакции и конверсии сырья, а не создания энергетически эффективных технологических процессов.

Одним из способов сокращения энергопотребления является полезное использование теплоты уходящих из теплогенерирующих и теплоиспользующих установок энергетических отходов - так называемых вторичных энергетических ресурсов (ВЭР).
Использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР)
Вторичные энергетические ресурсы разделяют на следующие большие группы:

- горючие (топливные) ВЭР: горючие отходы технологических процессов переработки углеродистого и углеводородного сырья, биогаз, твердые и жидкие топливные отходы, отходы, непригодные для дальнейшей технологической переработки (обрезки, щепа, опилки) и т.д.;

- тепловые ВЭР: физическое тепло отходящих газов технологических агрегатов, тепло отработавшего пара и горячей воды, тепло шлаков, золы, твердых технологических продуктов;

- ВЭР избыточного давления: потенциальная и кинетическая энергия газов и жидкостей.

Уходящие из установок тепловые вторичные энергетические ресурсы несут, как правило, значительное количество теплоты. Эта теплота может быть

полезно использована двумя способами:

- возвратом тепла в установку - регенеративное теплоиспользование;

- использованием его в другой установке - внешнее теплоиспользование.

В определенных случаях возможно использование теплоты вторичных энергоресурсов за счет непосредственного возврата их части в установку. Например, теплый вентиляционный воздух из помещения может частично возвращаться туда уже в качестве приточного воздуха. Осуществляется так называемая рециркуляция. Рециркуляция - наиболее простой и дешевый способ регенеративного использования вторичных энергетических ресурсов. Ее осуществление требует минимальных капитальных затрат. Полная рециркуляция уходящих из теплоиспользующих установок газов и жидкостей без их дополнительной обработки невозможна. Однако, даже частичная рециркуляция возможна далеко не всегда. Например, запыленный, имеющий токсичные примеси или неприятный запах вентиляционный воздух не должен возвращаться в помещение по санитарным нормам. В этих случаях для утилизации тепла вторичных энергоресурсов путем подогрева веществ, поступающих в установку, используют теплообменные аппараты.

Возвращаемую в установку теплоту можно использовать для нагрева:

- жидкого или газообразного топлива;

- воздуха, используемого в процессе горения в качестве окислителя;

- воды, направляемой в котельную установку;

- приточного вентиляционного воздуха;

- сушильного агента;

- технологического сырья и др.

Внешнее теплоиспользование - использование теплоты ВЭР уходящих из установки для нужд других энергоиспользующих установок.

В некоторых случаях при внешнем теплоиспользовании можно использовать ВЭР напрямую (не используя теплообменные аппараты). Например, горячие дымовые газы после разбавления воздухом можно направить в сушильную установку. Если же дымовые газы вследствие их загрязненности нельзя использовать для сушки материала по требованиям технологического процесса, их направляют в теплообменник для нагрева воздуха, который используется в качестве сушильного агента. Первый из этих способов экономичнее, поскольку не требует больших капитальных затрат.

Кроме регенеративного и внешнего теплоиспользования возможно также комбинированное теплоиспользование, когда часть теплоты возвращается в установку, а другая часть - полезно используется в другой энергетической или технологической установке.
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Проанализировать работу печи перегрева водяного пара и для повышения эффективности использования теплоты первичного топлива предложить теплоутилизационную установку вторичных энергоресурсов.
2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Печь перегрева водяного пара на установке производства стирола предназначена для повыше­ния температуры насыщенного водяного пара до необходимой величины. Источником теплоты является реакция окисления (горения) первичного топлива. Образующиеся при горении дымовые газы отдают свою теплоту в радиационной, а затем конвекционной камерах сырьевому потоку (водяному пару). Перегретый водяной пар поступает к потребителю, а продукты сгорания покидают печь, имея достаточно высокую темпера­туру (450 - 500 °С).

Для повышения эффективности использования теплоты первичного топлива на выходе из печи устанавливается утили­зационная установка. В предлагаемом варианте она представ­лена котлом-утилизатором (КУ) и воздухоподогревателем (ВП).

Теплоносителем в КУ являются дымовые газы, покинув­шие печь. В результате протекания процесса теплообмена в котле-утилизаторе температура дымовых газов снижается от tдг1 до tдг2. Питательная вода поступает в КУ с блока водоподготовки, пройдя необходимую очистку от солей жесткости и деаэрацию. На выходе из котла-утилизатора образуется насы­щенный водяной пар. Параметры работы КУ выбираются та­ким образом, чтобы температура насыщенного водяного пара соответствовала температуре входа в печь, так как он смеши­вается с основным сырьевым потоком, поступающим в печь.

За КУ установлен воздухоподогреватель, служащий для подогрева воздуха, подаваемого в топку для обеспечения про­цесса горения.

После воздухоподогревателя дымовые газы оступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается от t3 (T3) до температуры t4 (T4). Съём теплоты дымовых газов осуществляется двумя раздельными потоками воды. Один поток вступает в непосредственный контакт, а другой через стенку змеевика.

Перемещение продуктов сгорания осуществля­ется за счет дымососа, а воздуха - за счет работы вентилятора.

Схема теплоутилизационной установки приведена на рис. 1.




3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПЕЧИ
3.1 Расчёт процесса горения
Определим низшую теплоту сгорания топлива по формуле:



Находим молярную массу топлива:

=кг/кмоль

Определяем при нормальных условиях: кг/м3
.

Определяем элементный состав топлива (С, Н, N) по формулам:

, ;

, ;

, .

,


Определим теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива:



Действительный расход воздуха при ?=1,05:



Удельный объём воздуха (н. у.) для горения 1 кг топлива:



где 1,293 – плотность воздуха при нормальных условиях.

Найдём количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:



Суммарное количество продуктов сгорания:



Проверяем полученную величину по формуле:



Процентный состав продуктов сгорания:

СО2 - 15% (масс.);

Н2О - 11% (масс.);

N2 – 71,6% (масс.);

O2 – 1,03% (масс.);

Найдём объём продуктов сгорания при нормальных условиях, образовавшихся при сгорании 1 кг топлива:



Суммарный объём продуктов сгорания (н. у.) при фактическом расходе воздуха:



Плотность продуктов сгорания (н. у.):



Найдём теплоёмкость и энтальпию продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от 100°С (372 К) до 1500°С (1773 К), используя данные табл. 1.


Таблица 1
Средние удельные теплоемкости газов Ср, кДж/(кг·К)


t, °С

O2

N2

CO2

H20

Воздух

0

0,9148

1,0392

0,8148

1,8594

1,0036

100

0,9232

1,0404

0,8658

1,8728

1,0061

200

0,9353

1,0434

0,9102

1,8937

1,0115

300

0,9500

1,0488

0,9487

1,9292

1,0191

400

0,9651

1,0567

0,9877

1,9477

1,0283

500

0,9793

1,0660

1,0128

1,9778

1,0387

600

0,9927

1,0760

1,0396

2,0092

1,0496

700

1,0048

1,0869

1,0639

2,0419

1,0605

800

1,0157

1,0974

1,0852

2,0754

1,0710

1000

1,0305

1,1159

1,1225

2,1436

1,0807

1500

1,0990

1,1911

1,1895

2,4422

1,0903


Например при температуре 100°С:



Аналогично осуществляем расчёт при других значениях температур. Результаты расчёта заносим в табл. 2.
Таблица 2

Энтальпия продуктов сгорания


Температура

Теплоёмкость продуктов сгорания, ct, кДж/(кг·К)

Энтальпия продуктов сгорания, Ht, кДж/кг

°С

К

100

373

19,628

1962,8

200

473

19,843

3968,6

300

573

20,085

6025,5

400

673

20,318

8127,2

500

773

20,571

10285,5

600

873

20,843

12505,8

700

973

21,115

14780,5

800

1073

21,378

17102,4

1000

1273

21,860

21860

1500

1773

23,600

35400


По данным табл. строим график зависимости Ht=f(t) (рис. 2).


3.2 Расчёт теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива
Тепловой поток, воспринятый водяным паром в печи (полезная тепловая нагрузка):



Энтальпия водяного пара на входе в печь и на выходе из печи определяется по [2].

Принимаем температуру уходящих дымовых газов равной 420°С. Потери тепла излучением в окружающую среду составят 3 %, причём 2 % из них теряется в радиантной камере, а 1 % - в конвекционной, то есть КПД топки составляет:



Потерями тепла от химического недожига, а также количеством теплоты поступающего топлива и воздуха пренебрегаем [2, с. 325].

КПД печи определяем, используя данные рис. 2 для определения Hух:



Расход топлива:


3.3 Расчёт радиантной камеры и камеры конвекции
Задаёмся температурой дымовых газов на перевале: tп = 900°С (1173 К). Энтальпия продуктов сгорания при температуре на перевале Hп = 19000 кДж/кг (согласно рис. 2)

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в радиантных трубах:



Тепловой поток, воспринятый водяным паром в конвекционных трубах:



Энтальпия водяного пара на входе в радиантную секцию составляет:



Принимаем величину потерь давления в конвекционной камере ∆Рк=0,15 МПа, тогда:

Рк=1,0-0,15=0,85 МПа.

Температура входа водяного пара в радиантную секцию tк =2850C

Средняя температура наружной поверхности радиантных труб:



Максимальная расчётная температура горения:

0C

При tmax= 21860C и tп =9000C теплонапряжённость абсолютно чёрной поверхности qs для различных температур наружной поверхности радиантных труб имеет следующие значения:

Ѳ, 0C

200

400

600

qs, 105, Вт/м2

2,1

1,8

1,2


Строим вспомогательный график (рис. 3), по которому находим теплонапряженность при Ѳ=820К: qs=0,76∙105Вт/м2
Рассчитываем полный тепловой поток, внесенный в топку:

Вт

Предварительное значение величины эквивалентной абсо­лютно черной поверхности составляет:

м2
Принимаем степень экранирования кладки ? = 0,45 и по графику [2, с. 310] для ? = 1,05 находим, что

Величина эквивалентной плоской поверхности:

м2

Принимаем однорядное размещение труб и шаг между ними S = 2·dн = 2·0,152=0,304м. Для этих значений фактор формы К = 0,87.

Величина заэкранированной поверхности кладки:

м2

Поверхность нагрева радиантных труб:

м2

Выбираем печь ББ1. Её параметры:

поверхность камеры радиации, 248м2

поверхность камеры конвекции, 248м2

рабочая длина, 12м

способ сжигания топлива беспламенное горение

диаметр труб камеры радиации, 152Ч6 мм

диаметр труб камеры конвекции, 114Ч6 мм

Число труб в камере радиации:



где полезная длина трубы lпол = 11,2

Теплонапряжённость поверхности радиантных труб:

Вт/м2

Число труб камеры конвекции:



Располагаем их в шахматном порядке по 3 в одном гори­зонтальном ряду. Шаг между трубами S = 1,7·dн = 0,19 м.

Средняя разность температур:

0C

Коэффициент теплопередачи:

Вт/(м2К)

Теплонапряжённость поверхности конвекционных труб:

Вт/м2



Рис 4. Принципиальная схема технологической печи

3.4 Гидравлический расчет змеевика печи
Для обеспечения нормальной работы трубчатой печи необходимо обосновано выбрать скорость движения потока сырья через змеевик. При увеличении скорости движения сырья в трубчатой печи повышается коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемому сырью, что способствует снижению температуры стенок, а следовательно, уменьшает возможность отложения кокса в трубах. В результате уменьшается вероятность прогара труб печи и оказывается возможным повысить тепло напряженность поверхности нагрева. Кроме того, при повышении скорости движения потока уменьшается отложение на внутренней поверхности трубы загрязнении из взвешенных механических частиц, содержащихся в сырье.

Применение более высоких скоростей движения потока сырья позволяет также уменьшить диаметр труб или обеспечить более высокую производительность печи, уменьшить число параллельных потоков.

Однако увеличение скорости приводит к росту гидравлического сопротивления потоку сырья, в связи с чем увеличиваются затраты энергии на привод загрузочного насоса, так как потеря напора, а следовательно, и расход энергии возрастают примерно пропорционально квадрату (точнее, степени 1,7-1,8) скорости движения.

Требуется найти потерю давления водяного пара в трубах камеры конвекции.

Средняя скорость водяного пара:

м/с

где G - расход перегреваемого в печи водяного пара, кг/с;

?кв.п. - плотность водяного пара при средней температуре и дав­лении в камере конвекции, кг/м3

кг/м3;

dк - внутренний диаметр конвекционных труб, м;

zк - число потоков в камере конвекции.
Значение критерия Рейнольдса:

,

где - кинематическая вязкость водяного пара, которая составляет при данных условиях .
Общая длина труб па прямом участке:

м.
Коэффициент гидравлического трения:



Потери давления на трение:

.

Потери давления на местные сопротивления:

.

где

Общая потеря давления:

кПа.
3.5 Расчёт потери давления водяного пара в радиационной камере
Средняя скорость водяного пара в трубах радиационной камеры составляет:

м/с,

где - плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере радиации,

кг/м3;

dр – внутренней диаметр конвекционных труб, м;

n – число потоков.
Значение критерия Рейнольдса:

,

где - кинематическая вязкость водяного пара, которая составляет при данных условиях .

Общая длина труб на прямом участке:

м.

Коэффициент гидравлического трения:

.
Потери давления на трение:

.

Потери давления на местные сопротивления:

.

где

Общая потеря давления в камере радиации:

[кПа].

Общие потери давления в печи:



4. Тепловой баланс котла-утилизатора



Исходные данные для расчета котла утилизатор:



Рис. 5

Найдём среднюю температуру дымовых газов:

.

Массовый расход дымовых газов:



Для дальнейших расчетов найдем значения удельной эн­тальпии теплоносителей и сведем их в табл. . Для дымовых газов удельные энтальпии определим исходя из данных табл. 2 и рис. 2 по формуле:











Таблица 3

Энтальпия теплоносителей

Теплоноситель

Температура, °С

Удельная энтальпия, кДж/кг

Дымовые газы

410

472,2

215

236,1

Питательная вода

60

251,1

176

759,6

Насыщенный водяной пар

176

2777,7


Тепловой поток, передаваемый дымовыми газами:



Тепловой поток, воспринятый водой составляет:



Количество водяного пара, получаемого в КУ:



Для определения поверхности КУ используется позонный расчет. В испарителе имеются две зоны - нагрева и испарения. Изменение температур теплоносителей в таком аппарате схе­матично представлено на рис. 6.


Рис. 6

Тепловой поток, воспринимаемый водой в зоне нагрева:



где - удельная энтальпия воды при температуре испарения, кДж/кг.

Тепловой поток, предаваемой дымовыми газами воде в зоне нагрева (полезная теплота):



где - удельная энтальпия дымовых газов при температуре tх, кДж/кг.

Отсюда находим:



Значение энтальпии сгорания 1 кг топлива:



По рис. 2 температура дымовых газов, соответствующая значению

Средняя разность температур в зоне нагрева:



С учётом индекса противоточности:



Площадь поверхности теплообмена в зоне нагрева:



коэффициент теплопередачи, принятый по опытным данным.

Средняя разность температур в зоне испарения:



С учётом индекса противоточности:



Площадь поверхности теплообмена в зоне нагрева:



Суммарная площадь поверхности теплообмена:



В соответствии с ГОСТ 14248-79 выбираем стандартный испаритель с паровым пространством со следущими характеристиками:

диаметр кожуха, мм 2400

число трубных пучков 2

число труб в одном пучке 204

поверхность теплообмена, м2 192

площадь сечения одного хода по трубам, м2 0,031


5. Расчет воздухоподогревателя
Исходные данные.



Рис 7. Эскиз воздухоподогревателя.

Теплоноситель: продукты сгорания.

Расход топлива: В=0,182 кг/с.

Температура: входа , выхода .

КПД: .

Хладагент: атмосферный воздух.

Расход: .

Температура: входа ,

Удельная теплоемкость: .

Расчет: ,

,

.

6. РАСЧЁТ КТАНа
После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается от до температуры .

Принципиальная схема КТАНа приведена на рис. 5.



Рис. 8

Съём теплоты дымовых газов осуществляется двумя раздельными потоками воды. Один поток вступает в непосредственный контакт с дымовыми газами, а другой обменивается с ними теплотой через стенку змеевика.

Тепловой поток, отданный дымовыми газами, Вт:



где H5 и H6 – энтальпии дымовых газов при температурах и соответственно, кДж/кг (см. рис. 5).

Тепловой поток, воспринятый охлаждающей водой, Вт:



где - расход охлаждающей воды, кг/с;

- удельная теплоёмкость воды, 4,19 кДж/(кг·К);

и - температура воды на входе и выходе из КТАНа соответственно.

Количество охлаждающей воды (суммарное), кг/с, определяется из уравнения теплового баланса:



где - КПД КТАНа, .


7. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
При определении величины КПД синтезированной системы () используется традиционный подход. Схема распределения теплоты на установке представлена на рис. 9.


Рис. 9

Расчет КПД теплоутилизационной установки осуществляется по формуле:



где и - см. расчет печи;

- см. расчет КУ;

- см. расчет ВП;

- см. расчет КТАНа.

8. ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ “ПЕЧЬ-КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР”
Эксергетический метод анализа энерготехнологических систем позволяет наиболее объективно и качественно оценить энергетические потери, которые никак не выявляются при обычной оценке с помощью первого закона термодинамики. В качестве критерия в рассматриваемом случае используется эксергетический КПД, который определяется как отношение отведенной эксергии к подведенной эксергии:

, где Еподв – эксергия топлива, МДж/кг;

Еотв – эксергия, воспринятая потоком водяного пара в печи и парогенераторе.

Таким образом рассчитываем:

.

Для потока водяного пара, нагреваемого в печи:

.

Для потока водяного пара, получаемого в парогенераторе:



Рассчитываем :

.

Находим :

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полный КПД всей установки составляет 92 %, то есть всего 8% тепла теряется, что достаточно мало и экономично. Из этого делаем вывод, что внедрение в основную технологическую схему аппаратов подобного действия благотворно сказывается на расходовании энергетических ресурсов и блокирует их потерю.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


  1. Финаева Н. В. Техническая термодинамика и теплотехника: Методические указания к курсовой работе / Н. В. Финаева, А. Ю. Чуркина, 2005.

  2. Вукалович М. П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Машиностроение, 1967. – 160с.

  3. Хзмалян Д. М. Теория горения и топочные устройства: Учебное пособие для теплоэнергетических спец. вузов / Д. М. Хзмалян, Я. А. Каган; под редакцией Д. М. Хзмаляна. – М.: Энергия, 1982. – 487с.



Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации