Утилизация теплоты отходящих газов тепло-технологической установки

СОДЕРЖАНИЕ

 

Стр.

 

Реферат . . . . . . . . . . . 3

Введение . . . . . . . . . . . 4

 

1. Разработка схем утилизации и обоснование типов утилизационных устройств 5

2. Расчет горения топлива . . . . . . . . 7

3. Тепло-технологический (конструкторский) расчет рекуператора . . 9

4. Поверочный расчет котла-утилизатора . . . . . . 17

5. Расчет экономии топлива . . . . . . . . 20

 

Заключение . . . . . . . . . . . 22

Список использованных источников . . . . . . . 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

Работа содержит: 23 страницы, 1 таблицу, 5 рисунков.

 

РЕКУПЕРАТОР, КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР, ТОПЛИВО, НИЗШАЯ ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ, КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА, ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ, ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ, ЧИСЛО ХОДОВ, ГОДОВАЯ ВЫРАБОТКА ТЕПЛА, ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА

 

Объект разработки: котел-утилизатор и рекуператор.

 

Цель: разработать схему утилизации теплоты отходящих газов тепло-технологической установки, обосновать типы утилизационных устройств, произвести расчет горения топлива, тепловой конструкторский расчет рекуператора, тепловой поверочный расчет котла-утилизатора, расчет экономии топлива, выбрать оптимальную схему утилизации теплоты отходящих газов тепло-технологической установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Промышленные агрегаты в процессе функционирования потребляют одни виды энергии (теплоту, топливо, кислород, электроэнергию, сжатый воздух, холод, инертный газ и др.). В ходе технологического процесса часто образуются другие побочные энергоносители в виде: горючих продуктов (газовые, жидкие, твердые), различных носителей физической теплоты, а также газов и жидкостей, имеющих давление выше давления окружающей среды. Все эти вещества называются энергетическими ресурсами. Вещества, образующиеся в самих агрегатах, называются вторичными энергоресурсами (ВЭР).

Образующиеся в агрегате ВЭРы могут использоваться для удовлетворения потребностей в различных видах энергии, либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо за счет выработки теплоты, электрической энергии в утилизационной установке.

Основой экономической эффективности использования ВЭР является достигаемая экономия первичного топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Разработка схем  утилизации и обоснование типов  утилизационных устройств

 

Повышение энергетической эффективности тепло-технологических установок достигается улучшением режима их работы, а также использованием тепла отходящих газов.

Выбор оборудования для регенерации теплоты или использования теплоты вторичных энергоресурсов (ВЭР) осуществляется на основании составления энергетического баланса и определения потенциала энергоресурса.

 

Использование теплоты ВЭР осуществляется по трем направлениям:

 

1) Теплота ВЭР используется для процессов, протекающих в основных тепло-технологических агрегатах: подогрев воздуха, топлива.

 

Рис. 1. Замкнутая схема использования теплоты ВЭР.

 

По материалу изготовления рекуператоры подразделяются на металлические (углеродистая сталь, чугун, жаропрочная легированная сталь) и керамические (шамот, карбошамот, карборунд). В нашем случае мы применяем наиболее широко распространенный рекуператор из стальных гладких труб. В настоящее время он является самой оптимальной моделью, обладает высокой газоплотностью без расстройства сварных швов, достаточно большим коэффициентом теплопередачи. Вообще, наш выбор металлического рекуператора зависел от начальной температуры отходящих газов от ТТУ газов (800˚С) и необходимой температуры подогрева воздуха (300˚С).

 

2) Теплота ВЭР используется для внешних целей, несвязанных с процессами в ТТУ: выработка пара (горячей воды) в котле-утилизаторе, подогрев воздуха для сторонних потребителей и т. д.

 

Рис. 2. Разомкнутая схема использования теплоты ВЭР.

По взаимному движению теплоносителей КУ делятся на газотрубные (греющие дымовые газы движутся внутри труб, в межтрубном пространстве горячая вода или пар) и водотрубные (внутри труб – вода, в межтрубном пространстве – газы); по температуре отходящих газов на входе – на высокотемпературные (Тг>1400÷1500 К) и низкотемпературные (Тг<1100÷1200 К).

В нашем случае мы используем газотрубный КУ, который характеризуется высокой газоплотностью, простотой изготовления и монтажа, пониженными требованиями к питательной воде, не требует специальной обмуровки.

 

3) Теплота ВЭР используется как для внутренних, так и для внешних целей.

 

Рис. 3. Комбинированная схема использования теплоты ВЭР.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет горения  топлива

 

2.1. Теоретическое количество  воздуха.

 

,

 

где  , - процентное содержание компонентов в топливе.

 

 

2.2. Действительный расход  воздуха.

 

,

 

где  - коэффициент избытка воздуха.

 

 

2.3. Расход углекислого газа.

 

 

 

2.4. Расход водяных паров.

 

 

 

2.5. Расход кислорода.

 

 

 

 

 

 

2.6. Расход азота.

 

 

 

2.7. Суммарный расход  продуктов сгорания.

 

 

 

2.8. Процентное содержание  компонентов.

 

     

 

 

 

 

 

2.9. Теплота сгорания  топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Тепло-технологический (конструкторский) расчет рекуператора

 

Рис. 4.Схема материальных потоков в системе «печь - рекуператор».

 

3.1. Необходимая температура  подогрева воздуха.

 

,

 

где  - падение температуры в воздухопроводе;

- температура подогрева воздуха.

 

 

3.2. Количество тепла, воспринятое  воздухом в рекуператоре.

 

,

 

где  - секундный расход топлива;

, - температуры воздуха на входе и выходе из рекуператора;

, - объемные теплоемкости воздуха при соответствующих температурах.

 

 

3.3. Количество тепла, которое дымовые газы должны передать в рекуператоре.

 

 

 

 

 

 

3.4. Количество тепла, вносимое  в рекуператор дымовыми газами.

 

 

 

3.5. Количество тепла, уносимое  из рекуператора дымовыми газами.

 

 

 

3.6. Температура дымовых газов на выходе из рекуператора.

 

На ЭВМ с помощью программы MathCAD зададим теплоемкости компонентов полиномами пятой степени, тогда объемная теплоемкость дымовых газов определится как:

 

 

Температура дымовых газов на выходе из рекуператора будет определяться как:

 

 

Преобразуем это выражение к виду

 

 

Найдем с помощью MathCAD корень этого уравнения, который будет равен температуре дымовых газов на выходе из рекуператора.

 

 

Объемная теплоемкость дымовых газов при данной температуре

 

 

 

 

 

 

 

 

3.7. Температурный напор.

 

Рис. 5. Определение температурного напора.

 

 

 

 

3.8. Условные скорости  воздуха и дымовых газов.

 

Принимаем условную скорость воздуха и дымовых газов в рекуператоре из следующих диапазонов: , .

 

 

 

3.9. Общее сечение каналов  для прохода воздуха.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.10. Общее сечение каналов  для прохода дымовых газов.

 

 

 

3.11. Сечение для прохода  газов одной трубы.

 

Параметры трубы

 

 

3.12. Примерное число труб  на пути движения дымовых газов.

 

 

 

Принимаем расположение труб шахматное и в плане располагаем трубы по прямоугольнику: по току воздуха рядов и в направлении, поперечному току воздуха, - рядов.

 

3.13. Уточненное число  труб.

 

 

3.14. Действительная площадь  для прохождения дымовых газов.

 

 

 

3.15. Действительная скорость дымовых газов.

 

 

 

3.16. Шаг трубок в направлении  движения тока воздуха и поперек него принимаем

 

 

3.17. Ширина воздушных  каналов в узком сечении.

 

 

3.18. Высота каналов одного  хода воздуха.

 

 

3.19. Фактическая скорость воздуха при средней температуре.

 

,

 

где  - средняя температура воздуха.

 

 

3.20. Коэффициент теплоотдачи  от стенки трубы к воздуху.

 

,

 

где 

- поправочные коэффициенты.

 

 

3.21. Фактическая скорость  дымовых газов при средней  температуре.

 

,

 

где  - средняя температура дымовых газов.

 

 

 

 

3.22. Критерий Рейнольдса.

 

,

где  - коэффициент кинематической вязкости газов при .

 

 

3.23. Конвективный коэффициент  теплоотдачи дымовых газов.

 

При переходном режиме величина определяется как:

 

,

 

где  ;

- поправочный коэффициент.

 

 

3.24. Эффективная толщина  излучающего слоя.

 

 

 

 

3.25. Коэффициент теплоотдачи излучением.

 

,

 

где  - степень черноты излучения ;

- условная степень черноты  излучения водяных паров;

- поправочный множитель для  получения степени черноты водяных  паров.

 

,

 

где  - средняя температура стенки;

.

 

 

 

3.26. Коэффициент теплоотдачи  от дымовых газов.

 

 

3.27. Коэффициент теплопередачи  в рекуператоре.

 

 

 

3.28. Необходимая площадь  поверхности теплопередачи рекуператора.

 

 

 

3.29. Средний диаметр труб.

 

 

 

3.30. Необходимая длина  труб.