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 |
