Расчет установки утилизации теплоты отходящих газов технологической печи

Средняя разность температур определяем по формуле:

                                 (38)

°С.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции:

                                                               (39)

 Вт/(м² ∙ К).

Теплонапряженность поверхности конвекционных труб определяем по формуле:

                                                                   (40)

 Вт/м².

 

 

 

 

 

 

2.4 Гидравлический расчет змеевика  печи

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

Средняя скорость водяного пара:

                                                    (41)

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

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

d_к – внутренний диаметр конвекционных труб, м;

z_к – число потоков в камере конвекции,

Δt_cp=260,5 °С, Р_ср=3,5 бар.

м/с.

Кинематическая  вязкость водяного пара при средней  температуре и давлении в камере конвекции ν_к = 7,13 ∙ 10^-6 м²/с.

Значение  критерия Рейнольдса:

                                                           (42)

Общая длина  труб на прямом участке:

                                                               (43)

м.

е=0,2 мм [6, c 519].

Коэффициент гидравлического трения:

[6, c.22].

Потери  давления на трение:

                                             (44)

 Па = 111,2 кПа.

Потери  давления на преодоление местных  сопротивлений:

                                                         (45)

Па = 35,5 кПа.

где Σζ_к = 0,35 – коэффициент сопротивления при повороте на 180 ºС,

- число поворотов.

Общая потеря давления:

                                                      (46)

кПа

2.5 Расчет потери давления водяного  пара в радиационной камере

Средняя скорость водяного пара:

                                                      (47)

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

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

d_р – внутренний диаметр труб камеры радиации, м;

z_р – число потоков в камере радиации,

Δt_cp=545 °С, Р_ср=3,5 бар.

м/с.

Кинематическая вязкость водяного пара при средней температуре  и давлении в радиационной камере ν_р = 32,7 ∙ 10^-6 м²/с.

Значение  критерия Рейнольдса:

                                                                   (48)

Общая длина  труб на прямом участке:

                                                                      (49)

м.

е=0,2мм [6, c. 519].

Коэффициент гидравлического трения:

[6, c.22].

Потери давления на трение:

                                                           (50)

Па = 39,8 кПа.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений:

                                                                (51)

Па = 31,9 кПа,

где Σζ_р = 0,35 – коэффициент сопротивления при повороте на 180 ºС,

- число поворотов.

Общая потеря давления:

                                                               (52)

кПа.

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

3. Расчет котла-утилизатора

Принципиальная  схема КУ представлена на рис.4:

 

 

Рис.4

Найдем среднюю  температуру дымовых газов:

                                                                 (53)

где t₁ – температура дымовых газов на входе,

t₂ – температура дымовых газов на выходе, °С;

°С (553 К).

Массовый расход дымовых газов:

                                                                (54)

где В - расход топлива, кг/с;

 кг/с.

Для дымовых  газов удельных энтальпии определим  исходя из данных табл. 3 и рис. 1 по формуле:

                                                                   (55)

Таблица 4

Энтальпии теплоносителей

Теплоноситель	Температура, °С	Удельная энтальпия,кДж/кг
Дымовые газы	350	370,4
	210	222,8
Питательная вода	60	251,4
	151	636,25
Насыщенный водяной пар	151	2748,1

 

Тепловой  поток, передаваемый дымовыми газами:

                                                   (56)

или

                                                    (57)

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:

                                          (58)

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

G_n - паропроизводительность, кг/с;

h^к_вп - энтальпия насыщенного водяного пара при температуре выхода, кДж/кг;

h^н_в - энтальпия питательной воды, кДж/кг,

Вт.

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

                                                            (59)

 кг/с.

Тепловой  поток, воспринятый водой в зоне нагрева:

                                                           (60)

где h^к_в - удельная энтальпия воды при температуре испарения, кДж/кг;

 Вт.

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

                                                       (61)

где h_x – удельная энтальпия дымовых газов при температуре t_x, отсюда:

                                                            (62)

кДж/кг.

Значение  энтальпии сгорания 1 кг топлива:

                                                               (63)

кДж/кг.

По рис. 1 температура дымовых, соответствующая  значению H_x = 4347,31 кДж/кг :

t_x = 220 °С.

Средняя разность температур в зоне нагрева:

°С.

220 дымовые газы 210

151     вода             60

Площадь поверхности  теплообмена в зоне нагрева:

                                                                (64)

где К_ф – коэффициент теплопередачи;

м²

Средняя разность температур в зоне испарения:

°С.

350 дымовые газы 220 С

151 водяной пар 151

Площадь поверхности  теплообмена в зоне нагрева:

                                                              (65)

где К_ф – коэффициент теплопередачи;

м².

Суммарная площадь  поверхности теплообмена:

F = F_н + F_u,                                                                 (66)

F = 21,7 + 79,3 = 101 м².

 

В соответствии с ГОСТ 14248-79 выбираем стандартный  испаритель с паровым пространством  с со следующими характеристиками:

диаметр кожуха, мм                                                                                                                      1600

число трубных  пучков                                                                                                                        1

число труб в одном пучке                                                                                                              362

поверхность теплообмена, м²                                                                                                                                                            170

площадь сечения  одного хода по трубам, м²                                                                                                                  0,055

Выбран аппарат  с плавающей головкой, а не жесткого типа, так как во втором невозможно снятие температурных напряжений (Δtср>50⁰С).

4. Тепловой баланс воздухоподогревателя

Принципиальная  схема ВП представлена на рис.5:

Рис.5

Атмосферный воздух с температурой t^°_в-х поступает в аппарат, где нагревается до температуры t^х_в-х за счет теплоты дымовых газов.

Расход воздуха, кг/с определяется исходя их необходимого количества топлива:

                                                               (67)

где В - расход топлива, кг/с;

L - действительный расход воздуха  для сжигания 1 кг топлива, кг/кг,

 кг/с.

Дымовые газы, отдавая свою теплоту, охлаждаются  от t_дгЗ = t_дг2 до t_дг4.

Тепловой  поток, отданный дымовыми газами, Вт:

=                                           (68)

где H₃ и H₄ - энтальпии дымовых газов при температурах t_дг3 и t_дг4 соответственно, кДж/кг,

Вт.

Тепловой поток, воспринятый воздухом, Вт:

                                      (69)

где с_в-х - средняя удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг К);

0,97 - КПД воздухоподогревателя,

Вт.

Конечная  температура воздуха (t^х_в-х) определяется из уравнения теплового баланса:

                                                       (70)

К.

5. Тепловой баланс КТАНа

Принципиальная  схема КТАНа представлена на рис.6:

Рис.6.

После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается  от t_дг5 = t_дг4 до температуры t_дг6 = 60 °С.

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.

Тепловой  поток, отданный дымовыми газами, Вт:

                                            (71)

где H₅ и H₆ - энтальпии дымовых газов при температуре t_дг5 и t_дг6 соответственно, кДж/кг,

 Вт.

Количество охлаждающей воды (суммарное), кг/с, определяется из уравнения теплового  баланса:

                                                        (72)

где η - КПД КТАНа, η=0,9,

кг/с.

Тепловой  поток, воспринятый охлаждающей  водой, Вт:

                                                (73)

где G_вода - расход охлаждающей воды, кг/с:

с_вода - удельная теплоемкость воды, 4,19 кДж/(кг К);

t^н_вода и t^к_вода - температура воды на входе и выходе из КТАНа соответственно,

Вт

 

 

6. Расчет коэффициента полезного  действия теплоутилизационной установки

 

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