Тепловой расчет и эксергетический анализ парогенераторов
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
|
Страницы: 1, 2, 3
|