Эксергетическая оценка системы «печь - котел-утилизатор»

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Сентября 2013 в 18:46, курсовая работа

Краткое описание

Мировой опыт планирования и реализации энергосберегающей политики имеет более чем четвертьвековую историю. Явившись ответом на резкий рост цен на мировых топливных рынках в 70-х годах, энергосбережение и сегодня в условиях относительной доступности цен на энергоносители остается важнейшим направлением энергетической политики многих стран мира, а также международных организаций и союзов топливно-энергетической направленности [7].
Рациональное использование и экономное расходование ресурсов
органического топлива (уголь, нефть, природный газ), повышение
эффективности конечного потребления энергии во всех секторах экономики, развитие возобновляемых источников энергии - все это, вместе взятое, может обеспечить потребности человечества в энергии и, следовательно, его устойчивое развитие в глобальном масштабе [6].

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

1. Постановка задачи……………………………………………………………...5
2. Описание технологической схемы………………………………………….....6
3. Расчет печи……………………………………………………………………..8
3.1 Расчет процесса горения……………………………………………….....8
3.2 Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива………..14
3.3 Расчет радиантной камеры и камеры конвекции…………………….....15
3.4 Гидравлический расчет змеевика печи…………………………………..20
3.5 Расчет потери давления водяного пара в радиационной камере………22
4. Расчет котла-утилизатора…………………………………………………….24
5. Расчет воздухоподогревателя………………………………………………29
6. Расчет КТАНа………………………………………………………………..31
7. Расчет коэффициента полезного действия теплоутилизационной установки…………………………………………………………………………33
8. Эксергетическая оценка системы «печь - котел-утилизатор»……………..34
Заключение……………………………………………………………………....36
Список используемых источников……………………………………………..37

Вложенные файлы: 1 файл

Мой курсач.docx

— 1,000.15 Кб (Скачать файл)

          Располагаем их в шахматном порядке по 3 в одном горизонтальном ряду. Шаг между трубами S = 1,7dн = 0,19 м.

Средняя разность температур определяем по формуле:

                                                (39)

°С.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции:

                                                                                            (40)

 Вт/(м2 ∙ К).

Теплонапряженность  поверхности конвекционных труб определяем по формуле:

                                                                                                   (41)

 Вт/м2.

 

3.4 Гидравлический расчет змеевика  печи

 

Гидравлический  расчет змеевика печи заключается в  определении потерь давления водяного пара в радиантных и конвекционных  трубах.

Средняя скорость водяного пара:

                                                                                           (42)

где G – расход перегреваемого в печи водяного пара, кг/с;

ρкв.п. – плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции, кг/м3;

dк – внутренний диаметр конвекционных труб, м;

zк – число потоков в камере конвекции,

м/с.

Кинематическая  вязкость и плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции соответственно                             νк = 7,33∙ 10-6 м2/с, ρкв.п = 2,626 кг/м3 [4] .

 ,5оС

 МПа

Значение  критерия Рейнольдса:

                                                                                             (43)

Общая длина  труб на прямом участке:

                                                                                                (44)

м.

Коэффициент гидравлического трения λк определяем по графику[5, с. 22] зависимости трения λ от критерия Re и степени шероховатости , Шероховатость стенок стальных труб при незначительной коррозии e = 0,2 мм [5] ; эквивалентный диаметр труб dэ = 0,102 м.

        λк = 0,023

Потери  давления на трение:

                                                                              (45)

Па =39,41 кПа.

Потери  давления на преодоление местных  сопротивлений:

                                                                                     (46)

Па = 9,56 кПа.

где Σζк = 0,35 – коэффициент сопротивления при повороте на 180 ºС[5] ,

- число поворотов.

Общая потеря давления:

                                                                                      (47)

кПа

 

3.5 Расчет потери давления водяного  пара в радиационной камере

 

Средняя скорость водяного пара в радиационной камере:

                                                                               (48)

где G – расход перегреваемого в печи водяного пара, кг/с;

ρрв.п. – плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере радиации, кг/м3;

dр – внутренний диаметр труб в камере радиации, м;

zр – число потоков в камере радиации,

         м/с.

Кинематическая  вязкость и плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере соответственно конвекции                            νр = 1,626 ∙ 10-6 м2/с, ρрв.п. =1,795 кг/м3 [4] .

  Мпа

  оС

Значение  критерия Рейнольдса:

                                                                                           (49)

Общая длина  труб на прямом участке:

                                                                                                  (50)

м.

Коэффициент гидравлического трения λр определяем по графику[5, с. 22] зависимости трения λ от критерия Re и степени шероховатости . Шероховатость стенок стальных труб при незначительной коррозии e = 0,2 мм [5]; эквивалентный диаметр труб dэ = 0,140 м.

λр = 0,0215 Потери давления на трение:

                                                                              (51)

Па = 8,3кПа.

Потери  давления на преодоление местных  сопротивлений:

                                                                                      (52)

Па = 2,48 кПа,

где Σζр = 0,3 – коэффициент сопротивления при повороте на 180 ºС [5] ,

- число поворотов.

         Общая потеря давления:

                                                                                        (53)

кПа.

=48,97+10,78=59,75 кПа

Проведенные расчеты показали, что выбранная  печь обеспечит процесс перегрева  водяного пара в заданном режиме.

 

 

 

 

 

4. РАСЧЁТ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА

 

Принципиальная  схема котла-утилизатора (КУ) представлена на рис.5.

 

Рис. 5

Найдем  среднюю температуру дымовых  газов:

                                                                                             (54)

где t1 – температура дымовых газов на входе,

t2 – температура дымовых газов на выходе, °С;

°С (498 К).

Массовый  расход дымовых газов:

                                                                                            (55)

где В - расход топлива, кг/с;

 кг/с.

Для дымовых  газов удельных энтальпии определим  исходя из данных табл. 2 и рис. 2 по формуле:

                                                                                                    (56)

 

 

Таблица 3

Энтальпии теплоносителей

Теплоноситель

Температура, °С

Удельная энтальпия,кДж/кг

Дымовые газы

290

315,94

160

164,25

Питательная вода

60

251,4

165

697,3

Насыщенный водяной пар

165

2762,76


 

Тепловой  поток, передаваемый дымовыми газами:

                                                                                     (57)

или

                                                                                     (58)

          где Н1 и H2 - энтальпия дымовых газов при температуре входа и выхода из КУ соответственно, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кДж/кг;

В - расход топлива, кг/с;

h1 и h2 - удельные энтальпии дымовых газов, кДж/кг,

 Вт.

Тепловой  поток, воспринятый водой, Вт:

                                                                     (59)

где ηку - коэффициент использования теплоты в КУ; ηку= 0,97;

Gn - паропроизводительность, кг/с;

hквп - энтальпия насыщенного водяного пара при температуре выхода, кДж/кг;

         hнв - энталыгая питательной воды, кДж/кг,

Вт.

Количество  водяного пара, получаемого в КУ, определим по формуле:

                                                                                   (60)

 кг/с.

Для определения  поверхности КУ используется позонный расчёт. В испарителе  две зоны – нагрева и испарения. Изменение  температур теплоносителей в таком  аппарате схематично представлено на рис. 6.

Профиль изменения температур в котле-утилизаторе

                      

Рис. 6

Тепловой  поток, воспринятый водой в зоне нагрева:

                                                                                    (61)

где hкв - удельная энтальпия воды при температуре испарения, кДж/кг;

 Вт.

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

                                                                              (62)

где hx – удельная энтальпия дымовых газов при температуре tx, отсюда:

                                                                                         (63)

 кДж/кг.

         Значение энтальпии сгорания 1 кг топлива:

                                                                                             (64)

кДж/кг.

По рис. 2 температура дымовых, соответствующая значению                Hx = 4175,42 кДж/кг :

tx = 176 °С.

     

         tx =176оС                      дымовые газы                 tдг2 =160оС

  


Θ к=165                               вода                             Θн=60оС


Средняя разность температур в зоне нагрева:

°С.

 

Площадь поверхности теплообмена в зоне нагрева:

                                                                                              (65)

где Кф – коэффициент теплопередачи [3];

м2.

 

tдг1=290оС                 дымовые газы                 tx=176оС

 


Θк=165оС                    водяной пар                  Θк=165оС

 


Средняя разность температур в зоне испарения:

         °С.

Площадь поверхности теплообмена в зоне нагрева:

                                                                                            (66)

где Кф – коэффициент т6плопередачи;

м2.

Суммарная площадь поверхности теплообмена:

F = Fн + Fu,                                                                                           (67)

F = 49,62 + 186,15= 235,77 м2.

Т. к. суммарная площадь поверхности теплообмена составила 235,77 , выбираем испаритель с паровым пространством с поверхностью теплообмена 360 м2.

Т.к. не превышает 500С,в соответствии с ГОСТ 14248-79 выбираем стандартный испаритель со следующими характеристиками:

диаметр кожуха, мм 3200

число трубных  пучков 3

число труб в одном пучке 310

поверхность теплообмена, м2 360

площадь сечения одного хода по трубам, м2 0,031

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ

Информация о работе Эксергетическая оценка системы «печь - котел-утилизатор»