Проект установки с котлом-утилизатором

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра теоретической  и промышленной теплотехники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель: Денисова Дина Лутфрахмановна (уч. Шифр 105926)

Проект установки с  котлом-утилизатором

 

 

 

(курсовая работа студентки  5 курса МГОУ заочной формы обучения по специальности – Промышленная теплоэнергетика)

 

 

 

 

 

 

 

Научный руководитель

                                                                  Доцент кафедры

                                                           С.И. Петров 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва – 2009 год

Задание

 

Тема: Разработать проект установки с котлом-утилизатором (КУ) для охлаждения отходящих газов (ОГ) высокотемпературной ЭТУ (технологической печи) по схеме внешнего замыкающего теплоиспользования, и предложить принципиальную тепловую схему установки для включения КУ; выбрать и обосновать величину температурных напоров на входе и выходе ОГ из КУ.

 

Исходные данные:

 

Начальная температура  отходящих газов  -

Расход при нормальных параметрах -

Температура питательной  воды-   

Насыщенный пар с  абсолютным давлением 

 

Принципиальное  положение методики расчета.

 

В основе любого инженерного расчета  лежит системный подход, т.е. используется дедуктивный метод стоящих задач, поэтому весь комплекс делится на четыре задачи.

 

1. Определение расчетной  теплообменной поверхности котла-утилизатора  (КУ).

2. Расчет геометрии  КУ.

3. Расчет тепловой  схемы КУ.

4. Аэродинамический расчет.

Приложение к расчету:

1. Принципиальная тепловая схема установки включения КУ.

2. Эскиз котла утилизатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Определение расчетной  теплообменной поверхности КУ.

 

1. По  формуле              (1) , соответственно

 

площадь теплообмена  дымогарных труб КУ (конвективная составляющая):               

                                                   (2)

1. В соответствии с заданным давлением насыщенного пара Р=3,5 ат температура насыщения будет равна (по таблице):  

          Плотность  технологического газа определяем  по формуле

          ρ_t = ρ₀ ,   где ρ₀ = 1,26 кг/м³.

2. Определение температурного напора:

          температурный напор  холодной  и горячей воды:

        

3. Температура уходящих газов:

4. Построение диаграммы t - q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Справочные данные (Физические свойства дымовых газов):

при    

 

при  

 

1.6. Воспринятая тепловая мощность  в дымогарных трубах котла:

 

1.7. Средняя температура:

 

1.8. Коэффициент теплопередачи  в пучке дымовых труб:

 

          

где    коэф. перегрева поверхности нагрева,

коэф. теплоотдачи конвекцией дымовых  газов, для определения используем    где эквивалентный диаметр = 0,05 м;

Коэффициент теплопроводности       при

 

1.9 Характеристика теплообменом  в трубах – продольное обтекание  изнутри при турбулентном режиме (Нусельд):

 

Критерий Рейнольдса:

Re = ω · d ;

            ν      

Скорость дымовых газов  при  принимаем ω=19,0 м/сек (с последующим определением величины аэродинамического сопротивления)

 

Re = ω · d = 20 · 0,05 = 10148 > 10000;

            ν       93,61 · 10^-6

 

 

 

 

Коэффициент теплоотдачи конвекцией дымовых газов

  тогда 

Коэффициент теплопередачи  в пучке дымовых труб будет  равен:

 

 

Используя формулу (2), и вычисленные  данные  находим площадь теплообмена  дымогарных труб КУ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение геометрии  КУ

 

2.1. Для определения  необходимо знать диаметр и  длину пучка труб, поэтому определяем:

Площадь мокрого сечения:

 

, где  n-число труб,  Fяч – площадь ячейки

 где  D обеч=1,8  м; -диаметр обечайки;

               

 где   трубы выбираем    d=57/50мм, расположение их в трубной решетке принимаем по углам равносторонних треугольников.

 S=1,5∙d=1,5∙0,05=0,075 м;

2.2  Число труб   

 

2.2  Площадь поперечного сечения  труб:     где М-массовый расход газа через котел-утилизатор

 

2.3 Определяем длину  обечайки 

 

Площадь поперечного  сечения одной трубы 

 

Длина одной трубы     где  

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет тепловой схемы  КУ

 

Список  элементов оборудования, подлежащих балансовому расчету, представленный принципиальной тепловой схемой котла-утилизатора и их исходные данные:

1. Котел утилизатор (КУ):

температура на входе  из деаэратора

абсолютное давление насыщенного пара  Р =3,5 ат,   

2. Подогреватель сетевой воды (ПСВ):

температура на входе  и выходе    

3) Водоподготовительная  установка (ВПУ):

температура на входе  и выходе      

4) Подогреватель химически очищенной  воды (ПХВ):

температура на входе и выходе    

5) Деаэратор (Д):

температура на входе  и

 на выходе    

 принимаем давление  пара из КУ  на входе Р =1,2 ат, 

6) Бак для сбора  конденсата  (КБ): температура на  выходе  

 

3.1 Баланс расхода воды  на ВПУ:

 

, где 

отбор пара на подогрев воды составляет 2% от Dку

Dп=0,02∙ Dку

3.2  Полезная мощность  котла:

 

        , где общие тепловые потери   из расчета составляют =5030  ккал/ч;

 

   

  

3. Баланс на подогреватель химически очищенной воды (ПХВ):

 

,

Из баланса: 

 

4. Материальный баланс деаэратора:

а) Gпв=Dпсв+Dпхв+Dд+Gк;                 

б)

 

5. Расход пара на деаэратор:

      где

    

3.6 Из баланса находим    а)  Gк= Gпв-( Dпсв+Dпхв+Dд);

Gк=13478-(294+269,56+87,27)=13478-650,83=12827,17кг/ч

 

 б) Расход химически очищенной  воды:

              

 

6. Производство пара на собственные нужды:

          

 

3.7      

 

3.8      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Аэродинамический  расчет.

 

Площадь живого сечения газовой  камеры:

                F = π· D^² = 3,14 · 2² = 3,14 м²

                         4               4

Коэффициент сопротивления входной  камеры (удар и поворот) ξ = 1,5.

 

Скорость во входном патрубке:

               ω_вх. =            М              =             18000 · 4          = 19,4 м/сек

                           ρ₆₀₀ · F_вх. · 3600     0,405 · 3,14 · 0,9² ·3600

 

Местная потеря давления на входе  в газовую камеру:

 

                ∆hвх = ξ · ω_вх.² ·ρ₆₀₀ = 1,5· 19,4² · 0,0,405 = 11,7 мм вод.ст.

                               2g                 2 · 9,81

Потери давления на трение в трубах при  t _ср. = 446ºC, ω_ср.= 19,0 м/сек,               ℓ_тр. =4,14 м, шероховатости труб k= 0,2 мм, С_ш=0,7, ∆h_гр=6,75 мм вод.ст.                            [2; стр.106].

∆h_тр  = ∆h_гр · С_ш · l = 6,75 · 0,7 · 4,14 = 19,56 мм вод.ст.

Потери давления, вследствие изменения сечений при входе и выходе газа в трубную часть при Fтр / Fкам = 0,65 / 3,14 = 0,207, составляют по  [2; стр.114]:

∆h_изм.  = (ξ_вх + ξ_вых) · ω²  ρ₄₄₆ = (0,27 + 0,62) 19,0²    · 0,503 = 8,24 мм вод.ст.

                                  2g                                  2·9,81

Коэффициент сопротивления выходной камеры   ξ = 1,5

Скорость газа в выходном патрубке:

 

  ω_вых. =            М              =             18000 · 4              = 13,08 м/сек

             3600 · ρ₂₉₂ · F_вых.     3600· 0,601 · 3,14 · 0,9²

Потеря давления на выходе из газовой камеры:

 

∆h_вых. = ξ · ω_вых.² ·ρ₂₉₂ = 1,5· 13,08² · 0,601= 7,8 мм вод.ст.

                 2g                  2 · 9,81

Суммарная потеря давления:

∑∆h= 11,7 + 19,56 + 8,24 + 7,8 = 47,3  мм вод.ст.

Общая поправка на разницу плотностей воздуха и газов по [2; стр.29]

M_ρ = ρ₀        =  1,26  = 0,975

       1,293   1,293

Полное газовое сопротивление  газового тракта котла-утилизатора:

 

∆H = M_ρ · ∑∆h = 0,975 ·47,3 = 46,1  мм вод.ст.

 

 

 

 

Используемая литература по расчету КУ:

 

1. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. М.,Энергия, 1973год.
2. Аэродинамический расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. Л., Энергия, 1977 год.
3. Лебедев П. Д. , Щукин А. А.Теплоиспользующие установки промышленных предприятий (курсовое проектирование). Энергия. М., 1970 год.
4. М. П. Вукалович  «Теплофизические свойства воды и водяного пара» - Машиностроение, Москва, 1967 г. 
5. Таблица из задачника по теплопередаче Краснощекова.