Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Камская государственная  инженерно-экономическая академии»

 

 

 

 

Кафедра «Теплоэнергетика и гидропневмоавтоматика»

 

 

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине: «Энергосбережение  в теплоэнергетике и теплотехнологиях»

на  тему: «Поверочный расчёт котла-утилизатора»

 

 

 

 

 

 

 

                                      Выполнил

студент гр.2422

Нугуманов А.Ф.

Проверил:

доцент каф.ТЭиГПА

Болдырев А.В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Набережные Челны

2012г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение

1. Расчет энтальпии  газов и параметров пара и  воды…………………………..7

2. Тепловой баланс  и паропроизводительность котла  – утилизатора…………8

3. Расчет испарителя 1…………………………………………………………….9

4. Расчет пароперегревателя…………………………………………………….10

5. Расчет испарителя 2…………………………………………………………...12

6. Расчет испарителя 3…………………………………………………………..14

7. Расчет испарителя 4…………………………………………………………..15

8. Расчет экономайзера………………………………………………………….16

Заключение 

Использованная литература

Приложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

   Котёл-утилиза́тор — котёл, использующий теплоту отходящих газов дизелей или газотурбинных установок, сушильных барабанов, вращающихся и туннельных печей.Крупные котлы-утилизаторы не имеют всех элементов котлоагрегата. Отходящие вторичные газы попадают сразу на поверхности нагрева(экономайзер, испаритель, пароперегреватель). Воздухоподогреватель и топка в котлах-утилизаторах отсутствуют, так как газы, используемые в котле, образуются в технологическом процессе основного производства. Температура газов, поступающих в энергетический котел-утилизатор, приблизительно составляет 350—700 °C.Котлы-утилизаторы, работающие на газах различных печей, использующие газы после сушки или обжига материалов-не самые надежные. Отходящие газы содержат много пыли и других химических веществ, что вызывает необходимость очистки газов до котла-утилизатора. Наиболее часто для очистки используют циклоны и электрофильтры. Этой очистки все равно не хватает для полного очищения газов. Пыль оседает на поверхности нагрева и малейшая протечка увлажняет пыль и значительно уменьшает теплоотдачу, что вызывает неравномерный нагрев и влечёт перекос змеевиков.Присутствие в газах соединений кальция, натрия, серы приводят к образованию на змеевиках сцементировавшихся отложений, вызывающих химическую коррозию поверхностей нагрева и снижающих живое сечение для прохода газов. В настоящее время стали появляться котлы-утилизаторы, которые содержат камеру дожигания отходящих газов.Котлы-утилизаторы применяются в химической, нефтяной, пищевой, текстильной и иных отраслях промышленности. [5]

 Котел утилизатор - это котел, в конструкции которого нет своей топки, принцип его действия основан на использовании тепла, образующегося в процессе каких либо производственных процессов, например, образование горячих газов в металлургической промышленности. Паровые котлы-утилизаторы используют горячие газы в пределах от 350 до 400°С - при работе с двигателем внутреннего сгорания, от 900 до 1500°С - при работе с цементными и сталеплавильными печами. Большие паровые котлы-утилизаторы имеют все признаки котлоагрегата, кроме приспособлений для сжигания топлива. Для небольшой производительности и невысокого давления применяются газотрубные котлы-утилизаторы или котлы с принудительной циклической циркуляцией.

     Котлы-утилизаторы нашли широкое применение в парогазовых установках, металлургическом производстве, нефтехимии и пр. Котлы-утилизаторы отличаются от паровых котлов и другого котельного оборудования тем, что они используют для своего функционирования энергию отработанных газов, например, выхлопных газов, которые образуются при сгорании топлива. Котел-утилизатор позволяет использовать энергию теплового двигателя в максимальной степени, именно поэтому такие котлы-утилизаторы имеют высокий КПД по сравнению с другими видами котельного оборудования. Применение паровых установок - котлов-утилизаторов в различных областях промышленности позволяет реализовывать энергосберегающие технологии.

     Котлы-утилизаторы, паровые водогрейные котлы и энерготехнологические паровые котлы-утилизаторы по своей конструкции могут быть с естественной или принудительной циркуляцией, котельное оборудование с барабаном или без барабана (прямоточные паровые котлы) и т.д. В теплоэнергетике применяется огромное количество паровых котлов энергетических, котлов водогрейных и котлов-утилизаторов различных по мощности, по тепловым схемам, по параметрам и пр.

     Котлы утилизаторы позволяют получать:

1)горячую воду - применяются на объектах, испытывающих потребность в горячей воде и позволяют оптимизировать затраты на тепло, используя на полезные нужды тепло уходящих выхлопных газов котельных или газопоршневых электростанций;

2)пар - применяются  на объектах, использующих большое количество пара в технологических нуждах.

     Основными элементами котла-утилизатора являются барабан, испарительная поверхность нагрева, пароперегреватель и водяной экономайзер. В отдельных случаях могут отсутствовать пароперегреватель или водяной экономайзер, или оба вместе.[6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Расчет энтальпии газов и параметров пара и воды.

     Объемная теплоемкость газов при входе в котел-утилизатор подсчитывается как теплоемкость смеси газов по формуле:

, (1)

где с_p,i - объемные теплоемкости компонентов смеси при постоянном давлении при , кДж/(м³×К);

         r_i - объемные доли компонентов смеси.

     Объемная теплоемкость газов на выходе из котла рассчитывается по принятой температуре .

     Теплоемкость газов при температуре и берут из приложения 1.

     Энтальпия газов при входе в котел-утилизатор, кДж/м³:

                                   (2)

     Энтальпия газов на выходе из котла-утилизатора, кДж/м³:

                                (3)

     По вычисленным значениям I'_г и I''_г строим график.

Рис. 1 График зависимости изменения энтальпии газов  i=f(t)

     Энтальпию перегретого пара i_пп при заданных значениях температуры t_пп и давления Р_пп перегретого пара, температуру пара в барабане t_s и его энтальпию i^² определяют по таблицам сухого насыщенного и перегретого пара [4].

  =>

       

     При этом давление пара в барабане определяют как сумму давления перегретого пара и гидравлического сопротивления пароперегревателя

Р_б=Р_пп+DР                                                     (4)

Р_б=2,5+0,25=2,75МПа

     Энтальпия питательной воды:

                                            

                           (5)

2. Тепловой  баланс и паропроизводительность  котла.

   Теплота, отданная дымовыми газами, кВт;    

                          (6)

где φ- коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду (принимается φ=0,98);

G_o- объемный расход газов при нормальных условиях, м³/ч

     Паропроизводительность:

                                                                                   (7)                            

     Расход продувочной воды из барабана:

,                                       (8)

где -величина непрерывной продувки котла, %(принимаемая не более 5%);

 

3. Расчёт испарителя 1

     Из расчета энтальпии газов и параметров пара известно температура и энтальпия дымовых газов на входе в испаритель. Температура газов на выходе из испарителя принимается и последующим расчетом уточняется. В зависимости от этого по рис. 1 определяется энтальпия газов на выходе из испарителя .

     

     Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси в испарительной части, кВт:

                                          (9)

    Средний температурный напор:

                                             (10)                                                                

     Средняя температура газов:

                                  (11)

     Скорость движения дымовых газов:

                                              (12)

где -живое сечение для прохода газов (прил. 2)

     Коэффициент теплопередачи от газов к стенке, Вт/(м²·К):

                                                    (13)

где a₁=82,65 - коэффициенты теплоотдачи [4]. z-коэффициент тепловой эффективности, берут в пределах 0,65¸0,8.

     Тепловосприятие испарительной части:

                                                 (14)

где F=30 м² -площадь поверхности (прил.2)

     Невязка тепловосприятия:

                                              (15)

     Невязка тепловосприятия меньше 2% следовательно температура выбрана правильно.

4. Расчет  пароперегевателя

     Теплота, идущая на перегрев пара, кВт:

Q_пп = D_пп(i_пп- i^²)                                                (16)

     С учетом затрат теплоты на подогрев пара в пароперегревателе рассчитывают энтальпию газов за ним

                                            (17)

и по рис.1 определяем температуру газов за пароперегревателем.

     Температурный напор определяется как среднелогарифмическая разность температур по формуле

                                   (18)  

,

где - разность температур сред в том конце поверхности нагрева, где она больше, °С;

 - разность температур в другом конце поверхности, °С. 

     Средняя температура потока дымовых газов определяется как полусумма температур газов на входе в поверхность нагрева и выходе из нее:

                                (19)

     Скорость движения дымовых газов определяется по формуле

                                     (20)

,

где G₀ - объем дымовых газов при нормальных условиях на входе в котел, м³/с; f_г=3,17 м²- живое сечение для прохода дымовых газов(Прил.2) 

Средняя температура  пара определяется как полусумма температур насыщенного и перегретого пара:

                                                  (21)

Средняя скорость перегретого  пара находится по формуле

                                         (22)

,

где v_пп =0,09697 удельный объем перегретого пара при средней его температуре t_ср [4]_, м³/кг; f_п =0,0101 живое сечение для прохода пара, м² (Прил.2.).

     Коэффициент теплопередачи определяется по формуле

                                                  

                                             (23)

где a₁ и a₂ - коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке и от стенки к обогреваемой среде соответственно [4], Вт/(м²·К); y -коэффициент тепловой эффективности.

                   

     Площадь поверхности пароперегревателя:

     Тепловосприятие пароперегревателя:

                                                  (24)

     Невязка тепловосприятия:

                                          (25)

<2%

     Невязка тепловосприятия  меньше 2% следовательно температура  выбрана правильно.

5. Расчёт испарителя 2

     Температура газов на выходе из испарителя В зависимости от этого по рис.1 определяется энтальпия газов на выходе из испарителя .

     Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси в испарительной части, кВт: