Расчёт установки утилизации теплоты отходящих из технологической печи газов

Δtср>50 0С, поэтому выбираем аппарат с плавающей головкой, который обеспечивает снятие температурных напряжений.

 

6. Тепловой баланс воздухоподогревателя

 

Схема воздухоподогревателя представлена на рис. 5.

Схема воздухоподогревателя

Рис. 5.

Расчеты ведем по [1].

Атмосферный воздух с температурой поступает в аппарат, где нагревается до температуры за счет теплоты дымовых газов.

Расход воздуха определяется исходя из необходимого количества топлива по формуле 70:

                                                 (70)

где - расход топлива;

      - действительный расход воздуха для сжигания 1 кг топлива.

Дымовые газы, отдавая свою теплоту, охлаждаются от до .

Тепловой поток, отданный дымовыми газами:

                                   (71)

где - энтальпии дымовых газов при температурах и соответственно.

Тепловой поток, воспринятый воздухом:

                    (72)

где - коэффициент использования теплоты в воздухоподогревателе;

- средняя удельная теплоемкость  воздуха.

Конечная температура воздуха определяется из уравнения теплового баланса:

                                    (73)

.

 

7.Расчет КТАНа

 

Схема контактного аппарата с активной насадкой представлена на рис. 6.

Схема КТАНа

Рис. 6.

После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается от до .

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.

Расчет ведем по [1]. Тепловой поток, отданный дымовыми газами:

                                    (74)

где энтальпии дымовых газов при температурах и соответственно.

Тепловой поток, воспринятый водой:

                             (75)

где - расход охлаждающей воды;

       - средняя удельная теплоемкость воды;

       - температуры воды на входе и выходе из   КТАНа соответственно.

Тогда количество охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса:

                                (76)

где - кпд КТАНа.

Тогда:

.

 

8. Расчет коэффициента полезного действия теплоутилизационной установки

 

При определении величины КПД синтезированной системы ( ) используется традиционный подход.

Расчет КПД теплоутилизационной установки осуществляется по формуле:

                        (77)

 

где

      

      

     

9. Эксергетическая оценка 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:

                                                  (78)

В случае газообразного топлива подведенная эксергия складывается из эксергии топлива ( ) и эксергии вохжуха ( ):

                                     (79)

,                           (80)

где Нн и Н0 – энтальпии воздуха при температуре входа в топку печи и температуре окружающей среды соответственно, кДж/кг;

      Т0=298 К (250С);

      ΔS – изменение энтропии воздуха, кДж/(кг К).

В большинстве случаев величиной эксергии воздуха можно пренебречь:

Отведенная эксергия для рассматриваемой системы складывается из эксергии, воспринятой водяным паром в печи ( ), и эксергии, воспринятой водяным паром в КУ ( ).

Для потока водяного пара, нагреваемого в печи:

                              (81)

где - расход пара в печи;

      энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно.

      ;

      - изменение энтропии водяного пара в процессе его перегрева;

      .

Для потока водяного пара, получаемого в КУ:

                               (82)

где - расход пара в КУ;

- энтальпии насыщенного водяного  пара и питательной воды (60°С) соответственно;

.

                                                    

                                         (83)

 

Заключение

 

Произведен расчет и выбор печи перегрева водяного пара и котла-утилизатора, составлен тепловой баланс воздухоподогревателя, рассчитан КТАН, определен КПД установки, произведена эксергетическая оценка установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемых источников

 

1. Техническая термодинамика и теплотехника: Метод. Указ. к курсовой работе/ СамГТУ; Сост. Н.В. Финаева, А.Ю. Чуркина. Самара, 2005.
2. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах/ Д.И, Хараз, Б.И. Псахис. М.:Химия, 1984.
3. Основные направления развития энергетики химической промышленности/ М.А. Вяткин, Н.И. Рябцев, С.Д. Чураков. М.: Химия,1987.
4. Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Машиностроение,1967.
5. Трубчатые печи нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебное пособие/ В.В. Шарихин, Н.Р. Ентус, А.А. Коновалов, А.А. Скороход. М.: Сенсоры. Модули. Системы, 2000.
6. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для ВУЗов/ А.Г. Касаткин. М.: Альянс, 2005.
7. 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.

8. Теплофизические свойства  воды и пара. Система уравнений  IAPWS Formulation 95. Иванов М.Ю.. Parvo95.

9. Теория горения и  топочные устройства: Учебн. Пособ. Для теплоэнергетических специальностей  вузов / Д.М.Хзмалян, Я.А.Каган; Под ред. Д.М.Хзмаляна. М.:Энергия, 1982. 487 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Графическое приложение

Рис. 1. Схема установки утилизации теплоты дымовых газов

 

1- печь перегрева водяного пара;

2-блок водоподготовки;

3-насос;

4-котел-утилизатор;

5-воздухоподогреватель;

6-воздуходувка;

7- КТАН;

8-дымосос.

Температура водяного пара:

-на входе в печь; -на выходе из печи.

Температура дымовых газов:

- на выходе из печи; -на входе в КУ; -на выходе из КУ;

-на входе в ВП; - на выходе из ВП; - на входе в КТАН;

-на выходе из КТАНа.

Температура воды: - на входе в КУ; - на выходе из КУ. 

 

Рис. 2. График зависимости

 

Рис.3 График зависимости

 

 

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