Теловой расчет и эксергетический анализ парагенераторов химимической технологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

ПАРОГЕНЕРАТОРОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                              ст. гр. ТП-10-02

                                                                                                Хаматшина А.А.

 

 

Проверил:                                                                               доц., канд. техн. наук

                                                                                                 Латыпов Р.Ш.

 

 

 

Уфа 2012

                                                                  Содержание                                                            с

Введение                                                                                                                                   2

1    Исходные данные                                                                                                          3

2    Принципиальная  схема котельного агрегата                                                              4

 

3    ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

3. 1    Расчет процесса  горения топлива в топке котла                                                  5

3. 2    Расчет процесса горения  и ht – диаграмма продуктов сгорания топлива         9

3. 3    Тепловой баланс котельного  агрегата                                                                  13

3. 4    Упрощенный эксергетический  баланс котельного агрегата                              17

4    ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ  КОТЛА – УТИЛИЗАТОРА

4. 1    Выбор типа  котла – утилизатора                                                                          22

4. 2    Расчет поверхности  теплообмена котла – утилизатора                                     22

4. 3    Термодинамическая эффективность  работы котла – утилизатора                  27

4. 4    Графическая зависимость  по исследовательской задаче                                   28

4. 5    Термодинамическая эффективность  совместной работы котельного              29            агрегата с котлом – утилизатором

5    Схема котла  – утилизатора                                                                                          30

6    Схема экономайзера                                                                                                     31

7    Схема воздухоподогревателя                                                                                      32

8    Схема горелки                                                                                                               33

9    Заключение                                                                                                                    34

10  Литература                                                                                                                     35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание кафедры

 

 

1    Исходные данные

 

Вариант                                                                                                       61

                                                                                                          2,0 Мпа

                                                                                                                                    250°C

                                                                                                            50°C

                                                                                                                                                               140°C

                                                                                                            1,20

                                                                                                              0°C

                                                                                                           200°C

                                                                                                            3%

 

Вид топлива 

Бухарский природный  газ

Паропроизводительность                                                                                            D = 9 т/ч                                                                          Присос холодного воздуха                                                                                             Δα=0,20

 

Состав газа, % по объему

CO - 0,40

CH₄ - 92,90

С₂H₆ - 3,20

C₃H₈ - 1,9

C₄H₁₀ - 0,6

C₅H₁₂ - 0,1

N₂ - 0,90

 

 

Исследовательская задача

 

Используя - диаграмму продуктов сгорания построить зависимость влияния температуры подогрева воздуха в воздухоподогревателе на калориметрическую температуру горения топлива , приняв шаг изменения равным 100 и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Наука, изучающая процессы получения и использования теплоты  в различных производствах, а  также машин и аппаратов, предназначенных  для этих целей, называется теплотехникой.

В настоящее время  роль теплотехники очень высока в связи с необходимостью экономного использования топливно – энергетических ресурсов, решения проблем охраны окружающей среды и создания безотходных технологий. Поэтому большая роль отводится специалистам технического профиля, этим объясняется особая актуальность теплотехнической подготовки соответствующих инженерных кадров, в том числе и технологических специальностей.

Нефтеперерабатывающая, нефтехимическая и химическая промышленности являются наиболее энергоемкими отраслями народного хозяйства. В себестоимости производства отдельных видов продукции в этих отраслях промышленности на долю энергетических затрат приходится от 10 до 60 %, например, на переработку 1 т нефти затрачивается 165 – 180 кг условного топлива.

Энергетическое хозяйство включает энергетические установки (ТЭЦ, котельные, компрессорные, утилизационные и др.), энергетические элементы комбинированных энерго – химико – технологических систем (ЭХТС), производящих технологическую и энергетическую продукцию.

Водяной пар как рабочее  тело широко применяется на ТЭЦ, в  технологических процессах различных  производств, в том числе и  легкой промышленности, широкое применение находят теплообменные процессы, в которых он является теплоносителем. Теплота водяного пара и горячей воды используется для отопительных целей. Поэтому получение водяного пара или нагретой воды за счет сжигания различных органических топлив или ядерных реакций является одним из наиболее развитых производств современной техники.

Для технических нужд водяной пар получают в паровых  котлах (котлоагрегатах), где специально поддерживается постоянное давление. В этих котлоагрегатах получают перегретый водяной пар при требуемой температуре.

По давлению получаемого пара котельные агрегаты деляют на следующие: низкого давления (0,8-1,6 МПа), среднего (2,4-4 МПа), высокого (10-14МПа) и сверхвысокого давления (25-31Мпа). Паровые котельные агрегаты стандартизированы (ГОСТ 3619-76) по параметрам вырабатываемого пара (Р и Т) и мощности.

В данной работе на примере  котельного агрегата рассматриваются  методы расчета процесса сжигания и  расхода топлива, КПД, теплового  и эксергетического балансов. Экономия топлива при его сжигании является одной из важнейших задач в  решении топливно – энергетической проблемы.

 

 

Вопросы экономии топлива  и рационального использования  теплоты решаются в курсовой работе применением в схеме установки  экономайзера, воздухоподогревателя, котла – утилизатора.

Котельный агрегат –  это конструктивно объединенный в единое целое комплекс устройств для получения под давлением пара или горячей воды за счет сжигания топлива. Основные требования, предъявляемые к котельным агрегатам, таковы: бесперебойность работы в течение длительного времени на заданных параметрах, легкая регулируемость, безопасность в эксплуатации, минимальные стоимости производимого пара и изготовления агрегата.

Для технических нужд водяной пар получают в паровых  котлах, где специально поддерживается постоянное давление.

Простейшая схема котельного агрегата показана на рис.1. В нём вода подается питательным насосом 1 в подогреватель (водяной экономайзер) 2, где за счет теплоты дымовых газов (показаны пунктиром) подогревается до температуры кипения t_н. Из экономайзера вода попадает через барабан 5 и опускные трубы 4 в систему испарительных трубок 3, которые расположены в топке котла. В испарительных трубках в результате подвода теплоты от продуктов горения часть воды превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная эмульсия возвращается в барабан 5, где разделяется на сухой насыщенный пар и воду, которая опять возвращается в испарительный контур. Полученный таким образом сухой насыщенный пар из верхней части барабана поступает в пароперегреватель 6, где за счет теплоты горячих дымовых газов перегревается до требуемой температуры перегретого пара t.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                                 

 

3  ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА.

 

3. 1   Расчет процесса горения топлива в топке котла.

 

3. 1. 1    Коэффициент избытка воздуха за установкой,

 

,

 

α_ух  = 1,2+0,20 = 1,40

 

3. 1. 2    Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания                         газообразного топлива,

 

.

 

 

CO+CН₄+ С₂Н₆+С₃Н₈+ С₄Н₁₀+ С₅Н₁₂+N₂ = =0,40+92,90+3,20+1,9+0,6+0,1+0,90=100

 

3. 1. 3    Объем трехатомных газов,

 

,

                 

 

3. 1. 4   Теоретический объем азота,

 

,

                                           

 

3. 1. 5    Объем избытка воздуха в топочном пространстве,

 

,

                                              

 

3. 1. 6    Объем водяных паров,

,

 

 

3. 1. 7   Объемное количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании топлива,

,.

                                 

 

3. 1. 8   Плотность топливного газа при нормальных условиях,

 

,

 

.

 

3. 1. 9   Массовое количество дымовых газов, образующихся при сжигании газообразного топлива,

,

 

3. 1. 10   Определим калориметрическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктов сгорания при температуре ,

 

,

 

,

.

 

где , , , - Средние объемные изобарные теплоемкости                                                               углекислого газа, азота, водяных паров и воздуха;

 

           

Энтальпию продуктов сгорания при калориметрической температуре определяем из уравнения теплового баланса топки, для двух случаев

 

а) с воздухоподогревателем

,

.

 

где - физическое тепло топлива, ввиду его малости можно принять ;

- физическое тепло воздуха;

 

 

 

,

 

 

 

где - температура воздуха;

- средняя изобарная объемная  теплоемкость воздуха при ;