КП по тд и тт табаков

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Химико-технологический факультет






Курсовая работа по курсу
«Техническая термодинамика и теплотехника»



Выполнил студент
III-ХТ- 1
Табаков О.А.

_______________________
(подпись)

Научный руководитель
Чуркина А. Ю.

_______________________
(подпись)

Работа защищена

«___»__________2010 г.

Оценка______________




САМАРА 2010
Содержание:


Введение
Постановка задачи
Описание технологической схемы
Технологический расчет печи
Расчет котла-утилизатора
Расчет воздухоподогревателя
Расчет КТАНа
Расчет коэффициента полезного действия теплоутилизационной установки
Эксергетический анализ системы «печь-котел-утилизатор»
Заключение
Список литературы
Графическое приложение
Технологическая схема
Графики, которые использовались в расчетах
Эскиз печи, котла-утилизатора,
воздухоподогревателя, КТАНа
Введение
Прогрессивное направление и развитие промышленности – создание безотходных производств, по технологии которых используются все элементы производственного процесса, а также энергия реакции технологических процессов для получения полезной продукции. Получаемая из вне энергия необходима лишь для запуска и резервирования, то есть безаварийной остановки технологического процесса. Так в настоящее время используются технологические процессы производства аммиака, метанола, высших спиртов и некоторых других химических продуктов, основанные на принципе энерготехнологического комбинирования с максимальным использованием выделяемой энергии при различных реакциях.
В настоящее время и в ближайшей перспективе ещё будут существовать технологические процессы с материальными и энергетическими отходами. На технологический процесс расходуется определённое количество топлива, электрической и тепловой энергии. Кроме того, сами технологические процессы протекают с выделением различных энергетических ресурсов – теплоносителей, горючих продуктов, газов и жидкостей с избыточным давлением. Однако не всё количество этой энергии используется в технологическом процессе или агрегате; такие неиспользуемые в процессе (агрегате) энергетические отходы называют вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР).
Количество образующихся вторичных энергетических ресурсов достаточно велико. Поэтому полезное их использование – одно из важнейших направлений экономии энергетических ресурсов. Утилизация этих ресурсов связана с определёнными затратами, в том числе и капитальными, поэтому возникает необходимость экономической оценки целесообразности такой утилизации.
Под ВЭР понимают энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся при технологических процессах, в агрегатах и установках, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использоваться для энергосбережения других агрегатов (процессов). Термин “энергетический потенциал” здесь следует понимать в широком смысле, он означает наличие определённого запаса энергии – химически связанного тепла, физического тепла, потенциальной энергии избыточного давления и напора, кинетической энергии и др.
Химически связанное тепло продуктов топливоперерабатывающих установок (нефтеперерабатывающих, газогенераторных, коксовальных, углеобогатительных и др.) к ВЭР не относятся.
Классификация вторичных энергетических ресурсов промышленности:


ВЭР промышленности делятся на три основные группы:

– горючие
– тепловые
– избыточного давления

Горючие (топливные) ВЭР – химическая энергия отходов технологических процессов химической и термохимической переработки сырья, а именно:
– побочные горючие газы плавильных печей (доменный газ, колошниковый, шахтных печей и вагранок, конверторный и т.д.),
– горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого сырья (синтез, отходы электродного производства, горючие газы при получении исходного сырья для пластмасс, каучука и т.д.),
– твёрдые и жидкие топливные отходы, не используемые (не пригодные) для дальнейшего технологической переработки,
– отходы деревообработки, щелока целлюлозно-бумажного производства.
Горючие ВЭР используются в основном как топливо и немного (5%) на не топливные нужды (преимущественно в качестве сырья).
Тепловые ВЭР – это тепло отходящих газов при сжигании топлива, тепло воды или воздуха, использованных для охлаждения технологических агрегатов и установок, теплоотходов производства, например, горячих металлургических шлаков.
Одним из весьма перспективных направлений использования тепла слабо нагретых вод является применение так называемых тепловых насосов, работающих по тому же принципу, что и компрессорный агрегат в домашнем холодильнике. Тепловой насос отбирает тепло от сбросной воды и аккумулирует тепловую энергию при температуре около 90 °С, иными словами, эта энергия становится пригодной для использования в системах отопления и вентиляции.
Следует отметить, что пока ещё большое количество тепловой энергии теряется при так называемом “сбросе” промышленных сточных вод, имеющих температуру 40 – 60 °С и более, при отводе дымовых газов с температурой 200–300 °С, а также в вентиляционных системах промышленных и общественных зданий, животноводческих комплексов (температура удаляемого из этих помещений воздуха не менее 20 ч 25 °С).
Особенно значительны объемы тепловых вторичных ресурсов в чёрной металлургии, в газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
ВЭР избыточного давления (напора) – это потенциальная энергия газов, жидкостей и сыпучих тел, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением (напором), которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих жидкостей, газов, сыпучих тел или при выбросе их в атмосферу, водоёмы, ёмкости и другие приёмники. Сюда же относится избыточная кинетическая энергия.
Вторичные энергетические ресурсы избыточного давления преобразуются в механическую энергию, которая или непосредственно используется для привода механизмов и машин или преобразуется в электрическую энергию.
Примером применения этих ресурсов может служить использование избыточного давления доменного газа в утилизационных бескомпрессорных турбинах для выработки электрической энергии.
По мере увеличения затрат на добычу топлива и производства энергии возрастает необходимость в более полном использовании их при преобразовании в виде горючих газов, тепла нагретого воздуха и воды. Хотя утилизация ВЭР нередко связана с дополнительными капитальными вложениями и увеличением численности обслуживающего персонала, опыт передовых предприятий подтверждает, что использование ВЭР экономически весьма выгодно. На нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах капитальные вложения в утилизационные установки окупаются в среднем за 0,8 – 1,5 года.
Таким образом, повышение уровня утилизации вторичных энергетических ресурсов обеспечивает не только значительную экономию топлива, капитальных вложений и предотвращения загрязнения окружающей среды, но и существенное снижение себестоимости продукции нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий.
Постановка задачи
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 их возврата 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.

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.
Использование ВЭР в химической технологии таит в себе огромнейшие резервы экономии различных видов энергии.

Целью данного курсового проекта является технологический расчет одного из возможных способов использования теплоты отходящих дымовых газов, образующихся при сжигании первичного топлива в технологической печи.
Описание технологической схемы

Схема теплоутилизационной установки приведена в графическом приложении на рис. 1.

Печь перегрева водяного пара предназначен 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 в конвекционной камере камерах сырьевому потоку (водяному пару). Перегретый водяной пар поступает к потребителю, а продукты сгорания покидают печь, имея достаточно высокую температуру (450-500 0С).

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 13 EMBED Equation.3 1415 до 13 EMBED Equation.3 1415. 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. Перемещение продуктов сгорания осуществляется за счет дымососа, а воздуха - за счет работы вентилятора.
Технологический расчет печи

Низшая теплота сгорания топлива:

13 EMBED Equation.3 1415,

где
·m – плотность топлива при 15оС, кг/м3.

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива:

13 EMBED Equation.3 1415

Действительный расход воздуха:

13 EMBED Equation.3 1415,

где 13 EMBED Equation.3 1415- коэффициент избытка воздуха

13 EMBED Equation.3 1415

Удельный объем воздуха при нормальных условиях для горения 1 кг топлива:

13 EMBED Equation.3 1415

Количества продуктов сгорания (кг), образующихся при сгорании 1 кг топлива:

13 EMBED Equation.3 1415


Суммарное количество продуктов сгорания:

13 EMBED Equation.3 1415

Проверка полученной величины по следующей формуле:

13 EMBED Equation.3 1415

Объемы продуктов сгорания:

13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 -масса соответствующего газа, образующегося при сгорании 1 кг топлива;
13 EMBED Equation.3 1415- плотность данного газа при н.у., кг/м;
13 EMBED Equation.3 1415- молярная масса данного газа, кг/кмоль;
22,4-молярный объем, м /кмоль.

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:

13 EMBED Equation.3 1415

Теплоемкость и энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от 100 до 1500 С:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415


Все расчеты сводим в таблицу:
Таблица №1

Температура
Теплоемкость продуктов сгорания,
сt, кДж/кг К
Энтальпия продуктов сгорания,
Ht, кДж/кг
Средние удельные теплоемкости газов Ср, кДж/кг К

оС
К


О2
N2
CO2
H2O

0,00
273,00
16,01
0,00
0,91
1,0
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·

График зависимости 13 EMBED Equation.3 1415представлен в графическом приложении рис. 2.

Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива

Тепловой поток воспринятый водяным паром в печи (полезная тепловая нагрузка), Вт:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415- количество перегреваемого водяного пара в единицу времени;

13 EMBED Equation.3 1415энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно.

13 EMBED Equation.3 1415

Коэффициент полезного действия печи:

13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415потери тепла излучением в окружающую среду.
При помощи таблицы определяем, что при 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

Расход топлива:

13 EMBED Equation.3 1415

Расчет камер радиации и конвекции:

Задаемся температурой дымовых газов на перевале 13 EMBED Equation.3 1415. Энтальпия продуктов сгорания при температуре на перевале определяем по таблице 1 13 EMBED Equation.3 1415

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в радиантных трубах:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415коэффициент полезного действия топки.

13 EMBED Equation.3 1415

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в конвекционных трубах:

13 EMBED Equation.3 1415

Энтальпия водяного пара при входе в радиантные трубы :

13 EMBED Equation.3 1415

Принимаем величину потерь давления водяного пара в конвекционной камере 13 EMBED Equation.3 1415 и определяем давление пара на входе в радиантные трубы:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415давление водяного пара на входе в печь.

13 EMBED Equation.3 1415

По найденным значениям 13 EMBED Equation.3 1415 определяется температура входа водяного пара в радиантную секцию: 13 EMBED Equation.3 1415.


Средняя температура наружной поверхности радиантных труб:

13 EMBED Equation.3 1415
где 13 EMBED Equation.3 1415- разность между температурой наружной поверхности радиантных труб и температурой водяного пара, нагреваемого в трубах, принимаем 13 EMBED Equation.3 1415.

13 EMBED Equation.3 1415

Максимальная расчетная температура горения:

13 EMBED Equation.3 1415,

где 13 EMBED Equation.3 1415- приведенная температура исходной смеси топлива и воздуха;
13 EMBED Equation.3 1415- удельная теплоемкость продуктов сгорания при температуре 13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

При 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 теплонапряженность абсолютно черной поверхности 13 EMBED Equation.3 1415 для различных температур наружной поверхности радиантных труб имеет следующие значения сведенные в таблицу:

Таблица №2


·
200
400
600

qs
120000
95000
60000


Строим график зависимости теплонапряжености от температуры стенки (графическое приложение рис. 3) и по нему определяем, что при 13 EMBED Equation.3 1415

Полный тепловой поток, внесенный в топку:

13 EMBED Equation.3 1415

Предварительное значение площади эквивалентной абсолютно черной поверхности:

13 EMBED Equation.3 1415

Принимаем степень экранирования кладки 13 EMBED Equation.3 1415 и по графику для 13 EMBED Equation.3 1415, находим, что 13 EMBED Equation.3 1415

Величина эквивалентной плоской поверхности:

13 EMBED Equation.3 1415

Принимаем однорядное размещение труб и шаг межу ними 13 EMBED Equation.3 1415.
Для этих значений фактор формы 13 EMBED Equation.3 1415

Тогда величина заэкранированной поверхности кладки:

13 EMBED Equation.3 1415

Поверхность нагрева радиантных труб:

13 EMBED Equation.3 1415

По найденной поверхности радиантных труб выбираем конструкцию печи 13 EMBED Equation.3 1415строение которой представлено в графическом приложении на рис. 4.
Параметры печи:

Поверхность камеры радиации, м2
205

Поверхность камеры конвекции, м2
205

Рабочая длина печи, м
9

Исполнение
б

Способ сжигания топлива
Беспламенное горение

Диаметр труб камеры радиации, мм
152х6

Диаметр труб камеры конвекции, мм
114х6




Число труб в камере радиации:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415наружный диаметр труб в камере радиации, м;
13 EMBED Equation.3 1415полезная длина радиантных труб, омываемая потоком дымовых газов.

13 EMBED Equation.3 1415

Теплонапряженность поверхности радиантных труб:

13 EMBED Equation.3 1415

Проверочный расчет камеры конвекции заключается в определении коэффициента теплопередачи и теплонапряженности конвекционных труб для выбранной печи.

Число труб камеры конвекции:

13 EMBED Equation.3 1415

Средняя разность температур между дымовыми газами и нагреваемым водяным паром:

13 EMBED Equation.3 1415

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции:

13 EMBED Equation.3 1415

Теплонапряженность поверхности конвекционных труб:

13 EMBED Equation.3 1415

Гидравлический расчет змеевика печи

Расчет потери давления водяного пара в трубах камеры конвекции.

Средняя скорость водяного пара:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415расход перегреваемого в печи водяного пара;
13 EMBED Equation.3 1415плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции;
13 EMBED Equation.3 1415внутренний диаметр конвекционных труб;
13 EMBED Equation.3 1415число потоков в камере конвекции.

Плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции;

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

Значение критерия Рейнольдса:

13 EMBED Equation.3 1415
где 13 EMBED Equation.3 1415кинематическая вязкость водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции.

13 EMBED Equation.3 1415

Общая длина труб на прямом участке:

13 EMBED Equation.3 1415

Коэффициент гидравлического трения:

13 EMBED Equation.3 1415


Потери давления на трение:

13 EMBED Equation.3 1415

Потери давления на преодоление местных сопротивлений:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415коэффициент сопротивления при повороте на 180 оС;
13 EMBED Equation.3 1415- число поворотов.
13 EMBED Equation.3 1415
Общая потеря давления:

13 EMBED Equation.3 1415

Расчет потери давления водяного пара в трубах камеры радиации.

Средняя скорость водяного пара:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415расход перегреваемого в печи водяного пара;
13 EMBED Equation.3 1415плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере радиации;
13 EMBED Equation.3 1415 внутренний диаметр радиационных труб;
13 EMBED Equation.3 1415число потоков в камере радиации .

Плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере радиации;

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415


Значение критерия Рейнольдса:

13 EMBED Equation.3 1415
где 13 EMBED Equation.3 1415кинематическая вязкость при средней температуре и давлении в камере радиации.

13 EMBED Equation.3 1415

Общая длина труб на прямом участке:

13 EMBED Equation.3 1415

Коэффициент гидравлического трения:

13 EMBED Equation.3 1415

Потери давления на трение:

13 EMBED Equation.3 1415

Потери давления на преодоление местных сопротивлений:
13 EMBED Equation.3 1415
где 13 EMBED Equation.3 1415коэффициент сопротивления при повороте на 180 оС;
13 EMBED Equation.3 1415- число поворотов.
13 EMBED Equation.3 1415

Общая потеря давления:

13 EMBED Equation.3 1415
Суммарная величина потерь по водяному пару:

13 EMBED Equation.3 1415
Произведенные расчеты показали, что выбранная печь обеспечит процесс перегрева водяного пара в заданном режиме.
Расчет котла-утилизатора

Эскиз котла-утилизатора представлен в графическом приложении рис. 5.

Находим среднюю температуру дымовых газов:

13 EMBED Equation.3 1415

Массовый расход дымовых газов:

13 EMBED Equation.3 1415
где 13 EMBED Equation.3 1415расход топлива;
13 EMBED Equation.3 1415масса дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива.

13 EMBED Equation.3 1415

Для дальнейших расчетов найдем значения удельной энтальпии теплоносителей и сведем их в таблицу 3. Для дымовых газов удельные энтальпии определим исходя из данных таблицы 1 и рис. 2 по формуле:

13 EMBED Equation.3 1415

Энтальпии теплоносителей:
Таблица №3

теплоноситель
Температура, оС
Удельная энтальпия, кДж/кг

дымовые гагы
340
370,22


210
224,63

питательная вода
60
251,4


179
759,6

насыщенный водяной пар
179
2777,7


Тепловой поток, передаваемый дымовыми газами:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415энтальпии дымовых газов на входе и на выходе соответственно.

13 EMBED Equation.3 1415
Тепловой поток, воспринятый водой:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415коэффициент использования теплоты в КУ.

13 EMBED Equation.3 1415

Паропроизводительность котла-утилизатора:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415сухость пара;
13 EMBED Equation.3 1415энтальпии насыщенного водяного пара и питательной воды (60 С) соответственно.

13 EMBED Equation.3 1415

Для определения поверхности КУ используется позонный расчет. В испарителе имеются две зоны – нагрева и испарения. Изменение температур теплоносителей в таком аппарате схематично можно представить так, как на рис. 6 в графическом приложении.
Тепловой поток, воспринимаемый водой в зоне нагрева:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415энтальпия питательной воды при температуре испарения (179 С).

13 EMBED Equation.3 1415

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

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415энтальпия дымовых газов при температуре 13 EMBED Equation.3 1415.




Отсюда находим:

13 EMBED Equation.3 1415
Энтальпия сгорания 1 кг топлива:

13 EMBED Equation.3 1415

По рис. 2 температура дымовых газов, соответствующая значению 13 EMBED Equation.3 1415- 13 EMBED Equation.3 1415.

Для определения средней разности температур теплоносителей в зоне нагрева котла-утилизатора необходимо изобразить схему их противоточного движения. На схеме должны быть нанесены температуры, с которыми теплоносители поступают в зону нагрева:



Средняя разность температур в зоне нагрева:


13 EMBED Equation.3 1415

Для учета отклонения взаимного движения теплоносителей в КУ от противотока воспользуемся поправочным коэффициентом 13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

Площадь поверхности теплообмена в зоне нагрева

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415коэффициент теплопередачи, принятый по опытным данным.

13 EMBED Equation.3 1415

Среднюю разность температур в зоне испарения определяем с использованием следующего рисунка:



13 EMBED Equation.3 1415

С учетом поправочного коэффициента 13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

Площадь поверхности теплообмена в зоне испарения

13 EMBED Equation.3 1415

Суммарная площадь поверхности теплообмена:

13 EMBED Equation.3 1415

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

Диаметр кожуха, мм
1200

Число трубных пучков
1

Число труб в одном пучке
204

Поверхность теплообмена, м2
96

Площадь сечения одного хода по трубам, м2

0,031



Расчет воздухоподогревателя

Схема воздухоподогревателя представлена
в графическом приложении на рис. 7.

Атмосферный воздух с температурой 13 EMBED Equation.3 1415 поступает в аппарат, где нагревается до температуры 13 EMBED Equation.3 1415за счет теплоты дымовых газов.

Расход воздуха определяется исходя из необходимого количества топлива:

13 EMBED Equation.3 1415
где 13 EMBED Equation.3 1415- расход топлива;
13 EMBED Equation.3 1415действительный расход воздуха для сжигания 1 кг топлива.
13 EMBED Equation.3 1415

Дымовые газы, отдавая свою теплоту, охлаждаются от 13 EMBED Equation.3 1415до 13 EMBED Equation.3 1415
Тепловой поток, отданный дымовыми газами:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415энтальпии дымовых газов при температурах 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 соответственно.

13 EMBED Equation.3 1415
Тепловой поток, воспринятый воздухом:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415коэффициент использования теплоты в воздухоподогревателе;
13 EMBED Equation.3 1415средняя удельная теплоемкость воздуха

13 EMBED Equation.3 1415

Конечная температура воздуха определяется из уравнения теплового баланса:

13 EMBED Equation.3 1415
Расчет КТАНа

Схема контактного аппарата с активной насадкой представлена в графическом приложении на рис. 8.
После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается от 13 EMBED Equation.3 1415
до 13 EMBED Equation.3 1415.

Съем 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:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415энтальпии дымовых газов при температурах 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 соответственно.

13 EMBED Equation.3 1415

Тепловой поток, воспринятый водой:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415расход охлаждающей воды;
13 EMBED Equation.3 1415средняя удельная теплоемкость воды;
13 EMBED Equation.3 1415температуры на входе и выходе из КТАНа соответственно.

Количество охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса:
13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415кпд КТАНа.

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415
Расчет коэффициента полезного действия теплоутилизационной установки

Схема распределения теплоты на теплоутилизациооной установке представлена в графическом приложении на рис. 9.

При определении величины КПД синтезированной системы (13 EMBED Equation.3 1415) используется традиционный подход.
Расчет теплоутилизационной установки осуществляется по формуле:

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415
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 оценки в рассматриваемом случае используется эксергетический КПД, который определяется как отношение отведенной эксергии к эксергии, подведенной в систему:

13 EMBED Equation.3 1415

В большинстве случаев величиной эксергии воздуха можно пренебречь:

13 EMBED Equation.3 1415

Отведенная эксергия для рассматриваемой системы складывается из эксергии, воспринятой водяным паром в печи (13 EMBED Equation.3 1415), и эксергии, воспринятой водяным паром в КУ (13 EMBED Equation.3 1415).

Для потока водяного пара, нагреваемого в печи:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415- количество перегреваемого водяного пара в единицу времени;
13 EMBED Equation.3 1415энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно.
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415изменение энтропии водяного пара в процессе его перегрева.

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

Для потока водяного пара, получаемого в КУ:

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415-расход пара в КУ;
13 EMBED Equation.3 1415энтальпии насыщенного водяного пара и питательной воды (50 С) соответственно;
13 EMBED Equation.3 1415изменение энтропии в процессе нагрева питательной воды и образования.

13 EMBED Equation.3 1415

где 13 EMBED Equation.3 1415средняя удельная теплоемкость воды;
13 EMBED Equation.3 1415температуры питательной воды на выходе и входе соответственно;
13 EMBED Equation.3 1415скрытая теплота парообразования.

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415
Заключение

Для рассчитанной теплоутилизационной установки

Полный КПД составил:

13 EMBED Equation.3 1415
Эксергетический КПД:
13 EMBED Equation.3 1415

Таким образом потери тепла составляют только 4% ,а эксергетические потери 50%. Следовательно, введение в технологическую схему утилизационной установки (КУ и ВП) значительно повышает эффективность использования теплоты первичного топлива.
Список литературы

Техническая термодинамика и теплотехника: Метод. Указ. К курсовой работе/ СамГТУ; Сост. Н.В. Финаева, А.Ю. Чуркина. Самара, 2005.

Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах/ Д.И, Хараз, Б.И. Псахис. М.:Химия, 1984.


Основные направления развития энергетики химической промышленности/ М.А. Вяткин, Н.И. Рябцев, С.Д. Чураков. М.: Химия,1987.

Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Машиностроение,1967.


Трубчатые печи нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебное пособие/ В.В. Шарихин, Н.Р. Ентус, А.А. Коновалов, А.А. Скороход. М.: Сенсоры. Модули. Системы, 2000.

Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для ВУЗов/ А.Г. Касаткин. М.: Альянс, 2005.


Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для ВУЗов/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; Под ред. П.Г.Романкова. Л.: Химия, 2007.
Графическое приложение


Рис. 1. Схема установки утилизации теплоты дымовых газов

1- печь пергрева водяного пара;
2-блок водоподготовки;
3-насос;
4-котел-утилизатор;
5-воздухоподогреватель;
6-воздуходувка;
7- КТАН;
8-дымосос.

Температура водяного пара:
13 EMBED Equation.3 1415-на входе в печь; 13 EMBED Equation.3 1415-на выходе из печи.

Температура дымовых газов:
13 EMBED Equation.3 1415- на выходе из печи; 13 EMBED Equation.3 1415-на входе в КУ; 13 EMBED Equation.3 1415-на выходе из КУ;
13 EMBED Equation.3 1415-на входе в ВП; 13 EMBED Equation.3 1415- на выходе из ВП; 13 EMBED Equation.3 1415- на входе в КТАН;
13 EMBED Equation.3 1415-на выходе из КТАНа.

Температура воды: 13 EMBED Equation.3 1415- на входе в КУ; 13 EMBED Equation.3 1415- на выходе из КУ.




Рис. 2. График зависимости 13 EMBED Equation.3 1415





Рис. 3. График зависимости теплонапряжености от температуры стенки





Рис. 5. Схема котла-утилизатора







Рис. 6. Профиль изменения температур в КУ





Рис. 7. Схема воздухоподогревателя




Рис. 8. Схема КТАНа






Рис. 9. Схема распределения теплоты на теплоутилизациооной установке









13PAGE 15


13 PAGE \* MERGEFORMAT 143115





13 PAGE \* MERGEFORMAT 14115






Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 26745886
    Размер файла: 828 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий