ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Введение

 

Теплотехника -  фундаментальная  общетехническая  дисциплина, изучающая  методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также  принципы действия и конструктивные особенности  связанных с этим аппаратов и устройств [1]. Современное химическое производство представляет собой совокупность технологических и тепловых процессов и соответствующего технологического теплоэнергетического оборудования. Энергетика в химической промышленности непосредственно участвует в процессе производства продукции, и без нормального энергоснабжения деятельность производственных звеньев или даже предприятия в целом невозможна.

            Котлами называют устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива или подводимой от посторонних источников (обычно с горючими газами). Котлы, использующие (т. е. утилизирующие) теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических процессов, называют котлами-утилизаторами. Комплекс устройств, включающий в себя собственно котел и вспомогательное оборудование, называют котельной установкой. Котельные установки, снабжающие паром турбины тепловых электрических станций, называют энергетическими. Для снабжения паром производственных потребителей создают    

специальные производственные и отопительные котельные установки.

            В качестве источников теплоты для котельных установок используются природные и искусственные топлива, отходящие газы промышленных печей и других устройств, солнечная энергия, энергия деления тяжелых элементов (урана, плутония).

 

 

2 Исходные данные

 

Вариант 97.

Вид топлива – топочный газ НПЗ, для которого паропроизводительность D = 50т/ч, присос воздуха ∆α = 0,35;

t_о. = 0⁰С – температура окружающего воздуха;

t_воз. = 200⁰С – температура подогрева воздуха в воздухонагревателе;

П = 3% – величина продувки воздуха;

t_п.п. = 400⁰С – температура перегретого пара;

Р_п.п. =  14,0 МПа – давление питательной воды;

t_п.в. = 110⁰С – температура питательной воды;

t_ух. = 190⁰С – температура уходящих газов;

Р_к.у. =  1,4 МПа – давление в котле-утилизаторе;

α_m = 1,05 – теоретический коэффициент подачи воздуха.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Горелочные устройства и их выбор

 

Сжигание жидкого и  газообразного топлива осуществляется с помощью устройств, называемых горелками. Они предназначены для ввода топлива и окислителя (обычно воздуха) в печь или топку, смешения потоков до начала горения или в самом процессе горения и стабилизации факела.

Акустические газовые горели (AГГ) используются для энергетических топок, для печей пиролиза углеводородного сырья и высокотемпературных трубчатых печей нефтяных технологических процессов. Конструкция АГГ разработана на принципиально новой теоретической основе с применением акустического резонанса, создающего мощный вихревой эффект смешения топливного газа с атмосферным воздухом. Акустические горелки обладают рядом преимуществ:

- высокая теплопроизводительность горелки сочетается с равномерным сжиганием газообразного топлива любого состава;

- простота конструкции и небольшая масса облегчают ее изготовление, монтаж, ремонт, обслуживание;

- равномерное излучение тепловой энергии в топке способствует улучшению рабочего режима, увеличению межремонтного пробега;

- в результате вихревого смешения топливного газа с атмосферным воздухом в горелках образуется однородная газовоздушная смесь, сгорающая с малым избытком воздуха;

- горелки пригодны для подключения к автоматической системе управления тепловым процессом работы топки;

- большой ресурс работы горелок (30000 ч).

Выбираем для нашего котельного агрегата газовую горелку  типа АГГ.

 

 

 

7  Выбор схемы и описание  работы пароперегревателя

 

Пароперегреватели устанавливают в зоне высокой температуры газов, чтобы обеспечить наиболее высокие выходные температуры пара. В зависимости от места установки (на выходе из топки или в газоходах) пароперегреватели могут быть полу радиационными и конвективными.

Выбираем постановку горизонтального  пароперегревателя.

Горизонтальные пароперегреватели, как и большинство остальных змеевиковых поверхностей нагрева в опускной шахте (вторичные пароперегреватели, переходная зона, экономайзеры и т. д.), выполняются в виде змеевиков, расположенных в коридорном или шахматном порядке. С помощью профилированных опорных стоек или прямых стоек с приваренными к ним опорными скобами  змеевики  опираются на установленные в газоходах балки  или подвешиваются к ним.

При работе котлов температура  газов по сечению газохода обычно неравномерна, а, следовательно, температура пара по отдельным змеевикам, находящимся в разных зонах, может сильно отличаться. Чтобы уменьшить перегрев отдельных змеевиков, применяют многоступенчатые пароперегревателе с перемешиванием среды в коллекторах после каждой ступени и с перекрестными перебросами пара из одной зоны обогрева в другую[8], [9].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 Выбор схемы и описание работы воздухоподогревателя

 

Воздухоподогреватель  служит для подогрева воздуха  перед поступлением его в топку, что улучшает процесс горения, особенно при сжигании влажных топлив. Оптимальная величина подогрева воздуха в воздухоподогревателе зависит от рода сжигаемого топлива, и типа топочного устройства и колеблется в пределах 200— 450⁰С.

            По способу теплообмена воздухоподогреватели делят на рекуперативные, в которых передача теплоты от газов к воздуху происходит через разделяющую их стенку, и регенеративные, выполненные в виде неподвижной или подвижной поверхности нагрева (набивки), заполняющей объем воздухоподогревателя, через которую попеременно пропускают то продукты сгорания, нагревающие набивку, то воздух, забирающий теплоту от нагретой набивки.

Выбираем для нашего котельного агрегата постановку трубчатого однотопочного воздухоподогревателя.

Нижняя часть воздухоподогревателя может подвергаться коррозии со стороны  входа холодного воздуха, так  как с внутренней стороны труб могут конденсироваться влага и  пары серной кислоты (при наличии  серы в топливе). Чтобы уменьшить  низкотемпературную коррозию, воздух, входящий в воздухоподогреватель, подогревают в специальных калориферах или смешивают с горячим воздухом (рециркуляцией горячего воздуха на вход в дутьевой вентилятор). С целью уменьшения затрат на ремонт из-за коррозии нижний ход воздухоподогревателя делают отдельным, подвесным к балкам каркаса.

Для подогрева воздуха  до высоких температур (380 — 420⁰С), например, при сжигании влажных топлив, вместо одноступенчатой применяют двухступенчатую компоновку воздухоподогревателя, устанавливая между I и II ступенями экономайзер, что позволяет поднять температурный напор во II ступени и уменьшить ее поверхность нагрева [5].

 

9 Выбор схемы и описание работы экономайзера

 

Тепло уходящих дымовых  газов можно частично использовать, подогревая питательную воду в теплообменнике, называемом водяным экономайзером.

Водяной экономайзер  располагается за испарительными конвективными  поверхностями нагрева котла  или за пароперегревателем по ходу топочных газов и предназначается для подогрева питательной воды перед поступлением ее в котел. Подогрев воды в экономайзере целесообразен из-за экономии топлива, а также потому, что котел в этом случае работает в более благоприятных температурных условиях [8].

В котельных установках применяют в основном два типа, экономайзеров: чугунные ребристые и стальные змеевиковые. Для рабочего давления до 24 кгс/см² экономайзеры изготовляют из чугуна, а для рабочего давления 40 кгс/см² и выше — из стали [9].

Выбираем водяной стальной экономайзер змеевиковый.

Выполняется из стальных труб диаметром 28-38 мм при толщине стенки 2,5-4 мм, согнутых в виде змеевиков. По условиям надежности скорость воды в трубах должна быть не ниже 0,4-0,5  м/с. Газы, растворенные в воде, собираются в верхней части трубы. Вода из экономайзера отводится по трубе. Дымовые газы, поступающие  в поперечном направлении, подогревают воду в змеевиках, и подогретая вода отводится далее.

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1. Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника: Учеб. для хим.-технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1986.- 344с.: ил.
2. Теплотехника: Учеб. для вузов/ В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др.; Под ред. В.Н. Луканина.- 3-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2002.- 671 с.: ил.
3. Теплотехника: Учеб. Для вузов/ А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. – 2-е изд., перераб.– М.:  Энергоатомиздат, 1991.- 224 с.: ил.
4. «Котлы-утилизаторы и энергетические агрегаты/ А.П. Воинов, В.А. Зайцев, Л.И. Куперман, Л.Н. Сидельковский; Под ред. Л.Н. Сидельковского. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 272 с.: ил.
5. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. 672 с.
6. Учено-методическое пособие по выполнению курсовой работы
7. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. М., «Машиностроение», 1973, 344 с.
8. Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности. - М.: Изд-во по строительству, 1964. – 367 с.: ил.
9. Деев Л.В., Балахничев Н.А. Котельные установки и их обслуживание: Практ. пособие для ПТУ. – М.: Высш. шк., 1990. – 239 с.: ил.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение