Курсовая работа: Тепловой расчет и эксергетический анализ парогенераторов

Название: Тепловой расчет и эксергетический анализ парогенераторов
Раздел: Рефераты по физике
Тип: курсовая работа

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Принципиальная схема котельного агрегата

3. Теплотехнический расчет котельного агрегата

3.1 Расчет процесса горения топлива в топке котла

3.2 Расчет процесса горения и ht – диаграмма продуктов сгорания топлива

3.3 Тепловой баланс котельного агрегата

3.4 Упрощенный эксергетический баланс котельного агрегата

4. Тепловой расчет котла – утилизатора

4.1 Выбор типа котла – утилизатора

4.2 Расчет поверхности теплообмена котла – утилизатора

4.3 Термодинамическая эффективность работы котла – утилизатора

4.4 Графическая зависимость по исследовательской задаче

4.5 Термодинамическая эффективность совместной работы котельного агрегата с котлом – утилизатором

5. Схема котла – утилизатора

6. Схема экономайзера

7. Схема воздухоподогревателя

8. Схема горелки

Заключение

Литература


Введение

Наука, изучающая процессы получения и использования теплоты в различных производствах, а также машин и аппаратов, предназначенных для этих целей, называется теплотехникой.

В настоящее время роль теплотехники значительно возросла в связи с необходимостью экономного использования топливно – энергетических ресурсов, решения проблем охраны окружающей среды и создания безотходных технологий.

Принятый Федеральный закон “Об энергосбережении” (№ 28 – ФЗ от 03.04.1996 г.) предусматривает комплекс мер, в том числе по подготовке кадров, направленных на координальное изменение ситуации в области энергоиспользования. В реализации этого закона большая роль отводится специалистам любого технического профиля, чем и объясняется особая актуальность теплотехнической подготовки соответствующих инженерных кадров, в том числе и технологических специальностей.

Оценка потенциала энергосбережения свидетельствует о возможностях российской экономики к 2010 г. сократить потребность в энергоресурсах в результате роста эффективности их использования в размере 350…360 млн.т условного топлива при ожидаемом энергопотреблении на уровне 1050 млн. т у.т..

Нефтеперерабатывающая, нефтехимическая и химическая промышленности являются наиболее энергоемкими отраслями народного хозяйства. В себестоимости производства отдельных видов продукции в этих отраслях промышленности на долю энергетических затрат приходится от 10 до 60 %, например, на переработку 1 т нефти затрачивается 165 – 180 кг условного топлива.

Энергетическое хозяйство НПЗ и НХЗ включает собственно энергетические установки (ТЭЦ, котельные, компрессорные, утилизационные, холодильные, теплонасосные установки и др.), энергетические элементы комбинированных энерго-, химико-технологических систем (ЭХТС), производящих технологическую и энергетическую продукцию.

В данной работе на примере котельного агрегата рассматриваются методы расчета процесса сжигания и расхода топлива, КПД, теплового и эксергетического балансов. Экономия топлива при его сжигании является одной из важнейших задач в решении топливно-энергетической проблемы.

Вопросы экономии топлива и рационального использования теплоты решаются в курсовой работе применением в схеме установки экономайзера, воздухоподогревателя, котла – утилизатора.


1. Исходные данные

28

14 МПа

550 °С

100°С

175 °С

1,20

21 т/ч

Δα=0,25

СО 0,10

CH4 98,00

C2H6 0,40

С3Н8 0,20

N2 1,30

Исследовательская задача

Используя аналитические выражения построить зависимость влияния температуры окружающего воздуха t0 (t0=0…250 °С с шагом 50 °С) на КПД брутто котельного агрегата.


2. Принципиальная схема котельного агрегата [1]

Рисунок 1 – Принципиальная схема котельного агрегата

В котельном агрегате вода подается питательным насосом 1 в подогреватель ( водяной экономайзер) 2, где за счет теплоты дымовых газов (показаны пунктиром) подогревается до температуры кипения . Из экономайзера вода попадает через барабан 5 и опускные трубы 4 в систему испарительных трубок 3, которые расположены в топке котла. В испарительных трубках в результате подвода теплоты от продуктов горения часть воды превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная эмульсия возвращается в барабан 5, где разделяется на сухой насыщенный пар и воду, которая опять возвращается в испарительный контур. Полученный таким образом сухой насыщенный пар из верхней части барабана поступает в пароперегреватель 6, где за счет теплоты горячих дымовых газов перегревается до требуемой температуры перегретого пара .

Таким образом, процесс получения перегретого пара состоит из трех п последовательных стадий: подогрев воды до температуры кипения, парообразования и е перегрева пара до требуемой температуры. Все эти стадии протекают при постоянном давлении.


3. Теплотехнические расчеты котельного агрегата

3.1 Расчет процесса горения топлива в топке котла

Коэффициент избытка воздуха за установкой

,

Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания газообразного топлива

,

м3/м3.

Объем трехатомных газов

,

м3/м3.

Теоретический объем азота

,

м3/м3.

Объем избытка воздуха в топочном пространстве

,

м3/м3.

Объем водяных паров

,

м3/м3.

Объемное количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании топлива

,

. м3/м3.

Плотность топливного газа при нормальных условиях

,

кг/м3.

Массовое количество дымовых газов, образующихся при сжигании газообразного топлива

,

кг/м3.

Определим калориметрическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктов сгорания при температуре 1400 и 2000 °С

,

кДж/кг,

кДж/кг.

где , , , - Средние объемные изобарные теплоемкости углекислого газа, азота, водяных паров и воздуха;

Энтальпию продуктов сгорания при калориметрической температуре определяем из уравнения теплового баланса топки, для двух случаев

а. с воздухоподогревателем

,

кДж/м3.

где - физическое тепло топлива, ввиду его малости можно принять ;

- физическое тепло воздуха;

,

кДж/м3.

где - температура воздуха;

- средняя изобарная объемная теплоемкость воздуха при;

б. без воздухоподогревателя

,

кДж/м3

Зная и по ht – диаграмме определяем калориметрические температуры горения и

Построили диаграмму - продуктов сгорания и определили и , которые равны °С и °С.

Определяем энтальпию уходящих газов

а. с воздухоподогревателем

,

б. без воздухоподогревателя

,

Для этого случая определяем приближенное значение температуры уходящих газов без воздухоподогревателя из уравнения теплового баланса последнего

,


где 1,295 и 1,293 – плотности дымовых газов и воздуха при нормальных условиях;

- средняя изобарная массовая теплоемкость газов,

принимаем ;

- средняя изобарная массовая теплоемкость воздуха,

принимаем ;

отсюда

,

°С.

3.2 Расчет процесса горения и - диаграмма продуктов сгорания топлива

Исходные данные содержание компонентов смеси

CH4 C2H6 C3H8 C4H10
98.000 0,400 0.200 0.000
C5H12 H2S H2 H2O
0.000 0.000 0.000 0.000
O2 CO CO2 N2
0.000 0.100 0.000 1.300

Q – НИЗШАЯ ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ, кДж/м3 Q = 36700.000


Определяем энтальпию продуктов сгорания

Т/А 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
0.0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
100.0 1462,075 1712,302 1962,529 2212,756 2462,984
200.0 2943,884 3446,974 3950,063 4453,152 4956,242
300.0 4482,032 5242,573 6003,114 6763,654 7524,195
400.0 6042,497 7065,550 8088,603 9111,656 10134,709
500.0 7662,754 8955,125 10247,495 11539,866 12832,237
600.0 9316,992 10883,935 12450,878 14017,821 15584,763
700.0 11012,272 12859,842 14707,412 16554,982 18402,552
1400.0 23754,819 27674,749 31594,680 35514,610 39434,541
1500.0 25666,249 29893,366 34120,483 38347,600 42574,717
1600.0 27594,377 32131,034 36667,691 41204,348 45741,005
1700.0 29542,715 34389,814 39236,913 44084,013 48931,112
1800.0 31495,488 36655,757 41816,026 46976,294 52136,563
1900.0 33466,855 38904,961 44343,066 49781,172 55219,277
2000.0 35445,070 41235,243 47025,416 52815,590 58605,763
2100.0 37439,057 43544,581 49650,105 55755,629 61861,153
2200.0 39439,580 45863,258 52286,936 58710,615 65134,293
2300.0 41440,367 48182,919 54925,472 61668,024 68410,576
2400.0 43456,609 50520,344 57584,079 64647,814 71711,550
2500.0 45472,713 52855,617 60238,522 67621,427 75004,332
Т/А 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5
0.0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
100.0 2713,211 3964,347 4589,915 5215,483 5841,051
200.0 5459,331 7974,778 9232,501 10490,225 11747,948
300.0 8284,736 12087,439 13988,791 15890,143 17791,495
400.0 11157,762 16273,028 18830,661 21388,294 23945,927
500.0 14124,607 20586,460 23817,387 27048,313 30279,240
600.0 17151,706 24986,421 28903,778 32821,135 36738,493
700.0 20250,122 29487,972 34106,897 38725,822 43344,747
1400.0 43354,471 62954,123 72753,949 82553,775 92353,601
1500.0 46801,834 67937,418 78505,211 89073,003 99640,796
1600.0 50277,662 72960,947 84302,589 95644,232 106985,875
1700.0 53778,212 78013,709 90131,457 102249,206 114366,954
1800.0 57296,832 83098,175 95998,847 108899,518 121800,190
1900.0 60657,383 87847,911 101443,175 115038,439 128633,703
2000.0 64395,936 93346,802 107822,235 122297,667 136773,100
2100.0 67966,677 98494,296 113758,106 129021,916 144285,726
2200.0 71557,972 103676,363 119735,559 135794,755 151853,951
2300.0 75153,128 108865,890 125722,270 142578,651 159435,031
2400.0 78775,285 114093,961 131753,299 149412,637 167071,975
2500.0 82387,237 119301,761 137759,023 156216,285 174673,547
Т/А 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
0.0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
100.0 6466,619 7092,187 7717,755 8343,323 8968,891
200.0 13005,671 14263,395 15521,118 16778,842 18036,565
300.0 19692,846 21594,198 23495,550 25396,902 27298,254
400.0 26503,559 29061,192 31618,825 34176,458 36734,091
500.0 33510,166 36741,093 39972,019 43202,946 46433,873
600.0 40655,850 44573,207 48490,564 52407,922 56325,279
700.0 47963,672 52582,597 57201,522 61820,447 66439,372
1400.0 102153,427 111953,253 121753,079 131552,905 141352,731
1500.0 110208,588 120776,380 131344,173 141911,965 152479,757
1600.0 118327,517 129669,160 141010,802 152352,445 163694,088
1700.0 126484,703 138602,452 150720,200 162837,949 174955,697
1800.0 134700,862 147601,533 160502,205 173402,877 186303,548
1900.0 142228,967 155824,231 169419,495 183014,758 196610,022
2000.0 151248,533 165723,966 180199,399 194674,832 209150,265
2100.0 159549,536 174813,346 190077,156 205340,965 220604,775
2200.0 167913,147 183972,343 200031,539 216090,735 232149,931
2300.0 176291,412 193147,792 210004,173 226860,554 243716,934
2400.0 184731,313 202390,651 220049,989 237709,327 255368,665
2500.0 193130,809 211588,071 230045,333 248502,596 266959,858

Сумма теплоты сгорания топлива и физической теплоты подогретого воздуха

Т/А 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
0.0 35500,000 35500,000 35500,000 35500,000 35500,000
100.0 36728,386 36974,064 37219,741 37465,418 37711,096
200.0 37969,431 38463,317 38957,203 39451,089 39944,975
300.0 39232,768 39979,322 40725,876 41472,429 42218,983
400.0 40521,233 41525,479 42529,726 43533,972 44538,219
500.0 41841,720 43110,064 44378,408 45646,752 46915,096
600.0 43188,278 44725,934 46263,590 47801,246 49338,901
700.0 44564,215 46377,058 48189,901 50002,744 51815,587
Т/А 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5
0.0 35500,000 35500,000 35500,000 35500,000 35500,000
100.0 37956,773 39185,159 39799,353 40413,546 41027,739
200.0 40438,862 42908,292 44143,008 45377,723 46612,439
300.0 42965,537 46698,305 48564,689 50431,073 52297,457
400.0 45542,465 50563,698 53074,314 55584,931 58095,547
500.0 48183,440 54525,159 57696,019 60866,879 64037,739
600.0 50876,557 58564,835 62408,975 66253,114 70097,253
700.0 53628,430 62692,645 67224,752 71756,859 76288,967
Т/А 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
0.0 35500,000 35500,000 35500,000 35500,000 35500,000
100.0 41641,932 42256,125 42870,319 43484,512 44098,705
200.0 47847,154 49081,870 50316,585 51551,300 52786,016
300.0 54163,841 56030,226 57896,610 59762,994 61629,378
400.0 60606,164 63116,780 65627,396 68138,013 70648,629
500.0 67208,599 70379,459 73550,319 76721,179 79892,039
600.0 73941,392 77785,532 81629,671 85473,810 89317,949
700.0 80821,074 85353,182 89885,289 94417,397 98949,504
Q=35500 кДж/м3
100
200
300
400
500
600
700
3.3 Тепловой баланс котельного агрегата

Расчет теплового баланса производится по уравнению

, (3.1)

где - располагаемая или внесенная в котельный агрегат теплота;

- низшая теплота сгорания топлива;

- полезно использованная в котельном агрегате теплота;

- потери теплоты с уходящими газами;

- потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

- потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

- потери теплоты от наружного охлаждения;

- потери с физическим теплом шлака;

Разделив обе части уравнения (3.1) на и умножив на 100, получим уравнение теплового баланса

,

в котором величина

,

численно равна КПД котельного агрегата.

При сжигании газообразного топлива принимаем

;

;

Зная коэффициент αТ=1,20, выбираем горелку. Нам подходит камерная топка для сжигания жидких и газообразных топлив, с потерей теплоты от химической неполноты сгорания q3=2.8%.

По паропроизводительности котельного агрегата, которая равна D=21 т/ч, можно определить потери тепла на наружное охлаждение q5=1,28%.

кДж/нм3

кДж/нм3

кДж/нм3

кДж/нм3

кДж/нм3

кДж/нм3

Потери теплоты с уходящими газами определяем для двух случаев [1]

а. с воздухоподогревателем

,

%.

б. без воздухоподогревателя

,

%.

где при t0=0°C;

КПД брутто котельного агрегата

а. с воздухоподогревателем

,

%.

б. без воздухоподогревателя


,

%.

Часовой расход натурального топлива

а. с воздухоподогревателем

,

м3/ч.

где в – паропроизводительность котельного агрегата, кг/ч;

- энтальпия перегретого пара, определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара по и ;

- энтальпия питательной воды при температуре и ;

- энтальпия котловой воды в котельном агрегате, определяется при температуре и ;

б. без воздухоподогревателя [1]

,

м3/ч.

Часовой расход условного топлива

а. с воздухоподогревателем


,

м3/ч

б. без воздухоподогревателя

,

м3/ч.

Диаграмма тепловых потоков

Рисунок 4 - Диаграмма тепловых потоков (кДж/м3) котельного агрегата


3.4 Упрощенный эксергетический баланс котельного агрегата

Эксергия топлива с достаточной для приближенных практических расчетов точностью может быть принята равной низшей теплоте сгорания топлива

,

кДж/м3.

Эксергия теплоты продуктов сгорания топлива, образующихся в топке котла а. с воздухоподогревателем

,

кДж/м3.

где - температура окружающего воздуха, ;

- калориметрическая температура горения, ;

б. без воздухоподогревателя

,

.

Потери при адиабатном горении (без учета потери эксергии за счет теплообмена топки с окружающей средой)

а. с воздухоподогревателем

,

кДж/м3.

б. без воздухоподогревателя

,

кДж/м3.

или в %

а. с воздухоподогревателем

,

%.

б. без воздухоподогревателя

,

%.

Определяем уменьшение эксергия продуктов сгорания за счет [1]

теплообмена в нагревательно – испарительной части котла.

а. с воздухоподогревателем

,

кДж/м3.


б. без воздухоподогревателя

,

кДж/м3.

Приращение эксергии в процессе превращения воды в перегретый пар

а. с воздухоподогревателем

,

кДж/м3.

б. без воздухоподогревателя

кДж/м3.

или в %

а. с воздухоподогревателем

,

.


б. без воздухоподогревателя

,

.

где - удельная энтропия перегретого пара и питательной воды, определяются по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара

Потеря эксергии от теплообмена по водопаровому тракту

а. с воздухоподогревателем

,

кДж/м3.

б. без воздухоподогревателя

,

кДж/м3.

или в %

а. с воздухоподогревателем

,

.

б. без воздухоподогревателя


,

.

Уменьшение эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в воздухоподогревателе

,

кДж/м3.

Увеличение эксергии воздуха в воздухоподогревателе

,

кДж/м3.

Потеря эксергии за счет теплообмена в воздухоподогревателе

,

кДж/м3.

или в %

,

.


Составим эксергетический баланс котельного агрегата и определим эксергию уходящих газов

а. с воздухоподогревателем

,

Отсюда

кДж/м3.

б. без воздухоподогревателя [1]

,

Отсюда

,

кДж/м3.

или в %

а. с воздухоподогревателем

,

.

б. без воздухоподогревателя

,

.

Определим среднетермодинамическую температуру при теплоподводе

,

.

Эксергетический КПД котельного агрегата, оценим через среднетермодинамическую температуру при тепловоде

а. с воздухоподогревателем

,

.

б. без воздухоподогревателя

,

.


Диаграмма потоков эксергии котельного агрегата

Рис. 5. Диаграмма Грассмана – Шаргута для эксергетического баланса котельного агрегата


4. Тепловой расчет котла – утилизатора

4.1 Расход газов через котел – утилизатор

,

кДж/м3.

где - объем газов;

- часовой расход топлива без воздухоподогревателя;

По расходу газов через котел – утилизатор выбираем по каталогу его тип – КУ-40.

; ; ;

где - наружный диаметр дымогарных труб;

- внутренний диаметр дымогарных труб;

- число дымогарных труб;

Определяем среднюю температуру продуктов сгорания в котле – утилизаторе

,

°С.

Выписываем теплофизические свойства продуктов сгорания при

; ;;

Вычисляем площадь поперечного (“живого”) сечения дымогарных труб


,

.

Определяем скорость газов в дымогарных трубах

,

м/с.

Условие выполняется, так как рекомендуемая скорость газов от до .

По скорости газов в дымогарных трубах выбираем котел утилизатор. В данном случае нам подходит 2 котла - утилизатора КУ-40.

4.2 Расчет поверхности теплообмена котла – утилизатора

Коэффициент теплоотдачи газов к стенкам дымогарных труб.

,

Вт/(м2*К).

где и - поправочные коэффициенты; [1]

- при охлаждении;

;

при ;

- условие выполняется.

Коэффициент теплопередачи от газов к воде через дымогарные трубы испарительной части котла – утилизатора

,

.

где - коэффициент загрязнения поверхности нагрева;

Теплота, отданная газами в котле – утилизаторе

,

кДж/с.

Выписываем из технической характеристики котла – утилизатора параметры получаемого пара (перегретого), питательной воды и давление в котле утилизаторе ; ; ;

где - температура перегретого пара;

- температура питательной воды;

- давление в котле – утилизаторе;

Из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара определяем параметры пара при и ; и питательной воды при и ;

, , hПП=2942,8

; hПВ=210,2

Паропроизводительность котла – утилизатора при 5% потерях теплоты в окружающую среду

а. в случае получения перегретого пара

,

кг/с.

Температура газов на входе в нагревательный участок определяется из теплового баланса последнего

,

Отсюда

,

°С.

где - КПД котла – утилизатора, ;

- теплоемкость воды, равная ;

Температура газов на выходе из участка перегрева определяется по уравнению теплового баланса участка (при получении перегретого пара)

,

Отсюда

,


°С.

Средний температурный напор

а. нагревательного участка

,

°С.

б. испарительного участка

,

°С.

в. участка перегрева [1]

,

°С.

Поверхность нагрева котла – утилизатора

а. нагревательного участка

,

м2.

б. испарительного участка

,

м2.

где - теплота парообразования, определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения пара при ;

в. участка перегрева

,

м2.

Общая поверхность нагрева котла – утилизатора

,

м2.

Длина труб


,

м.

где - число котлов – утилизаторов;

Строим график изменения температур вдоль поверхности нагрева котла – утилизатора

4.3 Термодинамическая эффективность работы котла – утилизатора

Уменьшение эксергии продуктов сгорания в котле – утилизаторе [1]

,

кДж/с.

Приращение эксергии пара, образующегося в котле – утилизаторе

а. в случае получения перегретого пара

,

кДж/с.

Потери эксергии в котле – утилизаторе

,

кДж/с.


Эксергетический КПД котла – утилизатора

,

.

4.4 Графическая зависимость по исследовательской задаче

Используя аналитические выражения построить зависимость влияния температуры окружающего воздуха t0 (t0=0…250 °С с шагом 50 °С) на КПД брутто котельного агрегата.

Расчетные формулы:

,

,

q3=2.8%.

;

q5=1,28%

;

Составим таблицу:

t0 h0 q2
0 1,5998 1,2987 1,4943 1,2971 0 10,00198 85,91802
50 1,65005 1,29955 1,49975 1,29875 759,1316 7,863584 88,05642
100 1,7003 1,3004 1,5052 1,3004 1525,151 5,705784 90,21422
150 1,7188 1,3021 1,51375 1,30375 2295,391 3,536093 92,38391
200 1,7373 1,3038 1,5223 1,3071 3070,742 1,352007 94,56799
250 1,8 1,30735 1,53235 1,31215 3866,656 -0,89001 96,81001

Рисунок 7 - Графическая зависимость по исследовательской задаче

4.5 Термодинамическая оценка эффективности совместной работы котельного агрегата с котлом – утилизатором

Составляем эксергетический баланс котельного агрегата без воздухоподогревателя, но с котлом – утилизатором

,

,

кДж/м3.

или в %

,

.

При использовании котельного агрегата с воздухоподогревателем, эксергия уходящих газов составляет кДж/м3

или 17,86% - меньше, чем при использовании котла – утилизатора, т.е. работа совершаемая уходящими газами в процессе, в первом случае меньше.

Таким образом, использование котлов – утилизаторов делает работу котельного – агрегата эффективнее и энергетически совершеннее.


5 Схема котла утилизатора [1]

Рисунок 8- Схема котла – утилизатора

Котлы – утилизаторы типа КУ – 40 устанавливают за нагревательными, мартеновскими, обжиговыми печами, а также используют в химических и других отраслях промышленности. Разработаны для установки в закрытом помещении. Рассчитаны на работу под разряжением. Сейсмичность района установки 6 баллов.

Котлы – газотурбинные, с естественной циркуляцией, с горизонтальным расположением испарительных поверхностей. Внутренний диаметр барабана котла КУ – 2586 мм, толщина стенки обечайки – 16, днищ – 20 мм. Материал обечайки и днищ - сталь 20К. Барабан имеет внутрибарабанное паросепарационное устройство в виде дырчатого листа и жалюзи.

Газ в котле КУ – 40 проходит по 239 дымогарным трубам, диаметр труб 60*3 мм (сталь 20).

К барабану котла крепятся входная и выходная газовые камеры. Внутри входной газовой камеры имеется пароперегреватель с горизонтальным расположением змеевиков. Диаметр труб пароперегревателя котла КУ – 40 – 32*3 мм (сталь 20).

Обмуровка входной газовой камеры многослойная, состоит из слоев шамотобетона, термоизоляционного бетона и матрацев из шлаковаты.

Для очистки поверхностей нагрева дымогарных труб котла предусмотрено обдувное устройство.

Котел снабжен необходимой арматурой, гарнитурой, устройством для отбора проб пара и воды, а также контрольно – измерительного приборами. Питание котлов и сигнализация уровня воды в барабане автоматизированы.


6 Схема экономайзера [1]

Рисунок 9 - Схема экономайзера

Металлоемкий контактный теплообменник дает возможность не только сократить стоимость утилизационной установки, но и обеспечивает глубокое охлаждение уходящих газов ниже точки росы, которая для сгорания природного газа составляет 50 – 60 оС. При этом используется не только физическое тепло уходящих газов, но и теплота конденсации содержащихся в них водяных паров.

Насадкой в контактном экономайзере служат керамические кольца Рашига размером 50*50 мм. Рабочая насадка укладывается высотой 1 м в шахматном порядке. Каплеулавливающая насадка высотой 0,2 м загружается “внавал”. Вода может нагреваться в этих экономайзерах до 50 – 60 оС. Нагретая вода используется для производственных и бытовых нужд.

Аналогичные теплообменники можно применять для утилизации тепла уходящих газов некоторых промышленных печей, сушилок, газовых турбин и других тепловых установок, работающих на природном газе.


7 Схема воздухоподогревателя [4]


Рисунок 10 - Схема воздухоподогревателя

В настоящее время наибольшее распространение получили стальные трубчатые воздухоподогреватели. Их изготавливают из труб диаметром 43..51 мм и толщиной стенок 1,5..2 мм. Трубы располагают вертикально в шахматном порядке и приваривают к двум трубным решеткам, образуя отдельную секцию, называющую кубом воздухоподогревателя. Воздухоподогреватель собирают обычно из нескольких кубов, соединенных между собой перепускными коробами. Дымовые газы движутся внутри труб, воздух, нагнетаемый вентилятором омывает их снаружи в поперечном сечении.


8 Схема горелки [3]

Рисунок 11- Схема горелки

Для разделенного сжигания мазута и природного газа под котлами применяют комбинированные горелки типа ГМГм. Газообразное топливо через патрубок 3 попадает в кольцевую камеру 4 газораспределительного устройства, состоящего из газовых насадок с отверстиями, через которые часть газа подается в камеру первичного воздуха 6, а часть поступает в зону вторичного воздуха 5. Воздухонаправляющее устройство первичного воздуха состоит из подводящего трубопровода 9 и лопаточного завихрителя с прямыми лопатками. Зона вторичного воздуха образуется подводящем трубопроводом и лопаточным завихрителем с прямыми лопатками под углом 60 оС. Закрутка первичного и вторичного воздуха производится в одну сторону.

Таким образом, в горелках происходит подача газа в массу воздуха мелкими струйками, а также завихрение газовоздушного потока, что обеспечивает качественное и быстрое смешение газа воздуха. Газомазутная горелка снабжена паромеханической форсункой для сжигания мазута, состоящей из корпуса 1, центрального ствола 2 и распыляющей головки 7. Мазут подается по внутренней трубе ствола 2, проходит через распределенную шайбу и поступает в топливный завихритель. Пар подается по наружной трубе 10 и попадает в паровой завихритель в зоне головки форсунки 7. Таким образом достигается паромеханическое распыление топлива. Образовавшаяся взвесь смешивается с необходимым количеством воздуха, после чего поступает в топку, где и сгорает.


Заключение

В данной работе произведен расчет котельного агрегата и котла – утилизатора, применяемых в химической нефтяной промышленности. Эти установки отличаются высокой эффективностью процесса сжигания и расхода топлива.

Приведены диаграммы тепловых потоков и диаграмма Грассмана – Шаргута для эксергетического баланса котельного аппарата, график изменения температур вдоль поверхности нагрева котла – утилизатора.

Также приведен расчет процесса горения на ЭВМ и ht – диаграмма продуктов сгорания топлива. Исследована зависимость влияния температуры подогрева воздуха в воздухоподогревателе на калориметрическую температуру горения топлива и построена графическая зависимость.

Проведен тепловой расчет котла – утилизатора и подобран котел – утилизатор типа КУ – 40.

Сегодня экономические факторы заставляют резко увеличить степень использования добывания топлива. Выгоднее вкладывать средства на увеличение добычи топлива, чтобы продолжать расходовать его с низкой эффективностью, а в разработку технологических процессов, обеспечивающих более экономное его использование.


Список использованной литературы

1. Латыпов Р.Ш. Шарафиев Р.Г. Техническая термодинамика и энерготехнология химических производств: Учебник для вузов. – М.: Энергоиздат, 1988. – 344 с.

2. Чечеткин А.В. Занемонец Н.А. Теплотехника. – М.: Высшая школа, 1986. – 264 с.

3. Алабовский А.Н., Константинов С.М., Недужий И.Н. Теплотехника. – Киев: Высшая школа. 1986. – 256 с.

4. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. – М.: Энероиздат, 1984. – 80 с.

5. Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М.: Энергия, 1975. – 240 с.

6. Теплотехнический справочник. – М.: Энергия, 1975, 1976.