Расчет установки утилизации теплоты отходящих газов технологической печи

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Сентября 2013 в 20:02, курсовая работа

Краткое описание

Подобное состояние дел определяется не только объективными причинами. По традиции химики-технологи во главу угла ставят вопросы увеличения выхода продукта реакции и конверсии сырья, но не создания энергетически эффективных технологических процессов.
Для коренного улучшения ситуации в химической отрасли, касающейся рационального использования ТЭР, разработана энергетическая программа СНГ, согласно которой намечаются следующие основные направления:
Изменение структуры производства с вытеснением энергоемких видов химической продукции менее энергоемкими;
Интенсификация, оптимизация параметров и режимов производственных процессов;
Создание принципиально новых химических технологий;
Электрификация технологических процессов;

Прикрепленные файлы: 1 файл

Kursovaya_Макс.docx

— 429.78 Кб (Скачать документ)

Найдем  объем продуктов сгорания при  нормальных условиях, образовавшихся при сгорании 1 кг топлива:

                                                              (17)

где mi — масса соответствующего газа, образующегося при сгорании 1 кг топлива, кг;

ρi - плотность данного газа при нормальных условиях, кг/м3;

Мi - молярная масса данного газа, кг/кмоль;

22,4 - молярный  объем, м3/кмоль,

 

м3/кг;
м3/кг;

м3/кг;
м3/кг.

Суммарный объем продуктов сгорания (н. у.) при  фактическом расходе воздуха:

V = VCO2 + VH2O + VN2 + VO2,                                                   (18)

V = 1,19 + 2,3+ 10,03 + 0,28 = 13,80 м3/кг.

Плотность продуктов сгорания (н. у.):

                                                                   (19)

где mп. с - суммарное количество продуктов сгорания, кг/кг;

V - суммарный объем продуктов сгорания (н. у.), м3/кг.

 кг/м3.

Найдем  теплоемкость и энтальпию продуктов  сгорания 1 кг топлива в интервале  температур от 100 °С (373 К) до 1500 °С (1773 К), используя данные табл. 2.

Таблица 2

Средние удельные теплоемкости газов ср, кДж/(кг∙К)

t, °С

O2

N2

CO2

H2O

Воздух

0

0,9148

1,0392

0,8148

1,8594

1,0036

100

0,9232

1,0404

0,8658

1,8728

1,0061

200

0,9353

1,0434

0,9102

1,8937

1,0115

300

0,9500

1,0488

0,9487

1,9292

1,0191

400

0,9651

1,0567

0,9877

1,9477

1,0283

500

0,9793

1,0660

1,0128

1,9778

1,0387

600

0,9927

1,0760

1,0396

2,0092

1,0496

700

1,0048

1,0869

1,0639

2,0419

1,0605

800

1,0157

1,0974

1,0852

2,0754

1,0710

1000

1,0305

1,1159

1,1225

2,1436

1,0807

1500

1,0990

1,1911

1,1895

2,4422

1,0903


 

Энтальпия дымовых газов, образующихся при  сгорании 1 кг топлива:

                            (20)

где сCO2, сH2O, сN2, сО2 - средние удельные теплоемкости при постоянном давлении соответствующих газон при температуре t, кДж/(кг · К);

сt - средняя теплоемкость дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива при температуре t, кДж/(кг К);

при 100°С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг;

при 200 °С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг;

при 300 °С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг;

при 400 °С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг;

при 500 °С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг;

при 600 °С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг;

при 700 °С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг;

при 800 °С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг;

при 1000 °С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг;

при 1500 °С: кДж/(кг∙К);

 кДж/кг.

Результаты  расчетов сводим в табл. 3.

Таблица 3

Энтальпия продуктов сгорания

Температура

Теплоемкость

продуктов сгорания сt,

кДж/(кг∙К)

Энтальпия

продуктов сгорания Ht,

кДж/кг

°С

К

100

200

300

400

500

600

700

800

1000

1500

373

473

573

673

773

873

973

1073

1273

1773

18,906

19,092

19,324

19,556

19,783

20,039

20,298

20,546

20,997

22,677

1890,6

3818,4

5792,2

7822,4

9891,5

12023,4

14208,6

16436,8

20997,0

34015,5


 

Рис.2 Зависимость  энтальпии ПС от температуры

 

 

 

2.2 Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива

Тепловой  поток, воспринятый водяным паром  в печи (полезная тепловая нагрузка):

                                                         (21)

где G - количество перегреваемого водяного пара в единицу времени, кг/с;

Hвп1 и Нвп2 - энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно, кДж/кг;

Вт.

Принимаем температуру уходящих дымовых газов равной 350 °С (623 К). Потери тепла излучением в окружающую среду составят 10 %, причем 9 % из них теряется в радиантной камере, а 1 % - в конвекционной. КПД топки ηт = 0,91.

Потерями  тепла от химического недожога, а  также количеством теплоты поступающего топлива и воздуха пренебрегаем.

Определим КПД печи:

                                                              (22)

где Нух - энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь, tух температура уходящих дымовых газов принимается обычно на 100 - 150 °С выше начальной температуры сырья на входе в печь; qпот - потери тепла излучением в окружающую среду, % или доли от Qпол;

Расход  топлива, кг/с:

                                                                (23)

 кг/с.

 

2.3 Расчет камеры радиации и камеры  конвекции

Задаемся  температурой дымовых газов на перевале: tп = 750 - 850 °С, принимаем

tп = 800 °С (1073 К). Энтальпия продуктов сгорания при температуре на перевале

Hп = 16436,8 кДж/кг.

Тепловой  поток, воспринятый водяным паром  в радиантных трубах:

                                                     (24)

где Нп - энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов па перевале, кДж/кг;

ηт - коэффициент полезного действия топки;

 Вт.

Тепловой  поток, воспринятый водяным паром  в конвекционных трубах:

                                                                   (25)

 Вт.

Энтальпия водяного пара на входе в радиантную секцию составит:

                                                            (26)

где Нвп2 - энтальпия водяного пара на выходе из печи, кДж/кг;

Qр- тепловой поток, воспринятый водяным паром в радиантных трубах, Вт;

G- производительность печи по водяному пару, кг/с.

 кДж/кг.

Принимаем величину потерь давления в конвекционной  камере ∆Pк = 0,15 МПа, тогда:

Pк = P - Pк,                                                                 (27)

Pк = 0,5 – 0,15 = 0,35 МПа.

Температура входа водяного пара в радиантную секцию tк = 370 °С [4,c.98], тогда средняя температура наружной поверхности радиантных труб составит:

                                                         (28)

где Δt - разность между температурой наружной поверхности радиантных труб и температурой водяного пара (сырья), нагреваемого в трубах; Δt = 20 - 60 °С;

К.

Максимальная  расчетная температура горения:

                                                                  (29)

где to - приведенная температура исходной смеси топлива и воздуха; принимается равной температуре воздуха, подаваемого на горение;

сп.с. - удельная теплоемкость продуктов сгорания при температуре tп;

°С.

 

При tmax = 1869,3 °С и tп = 800 °С теплонапряженность абсолютно черной поверхности qs [5] для различных температур наружной поверхности радиантных труб имеет следующие значения:

Θ, °С       200           400            600

qs, Вт/м2 1,45 ∙ 105  1,20 ∙ 105    0,80 ∙ 105

Строим  вспомогательный график (рис. 3), по которому находим теплонапряженность при Θ = 585 °С:

Рис.3 Зависимость  теплонапряженности от температуры стенки

qs = 0,9 ∙ 105 Вт/м2.

Рассчитываем  полный тепловой поток, внесенный в  топку:

                                                               (30)

 Вт.

Предварительное значение площади эквивалентной  абсолютно черной поверхности:

                                                                        (31)

где Q- полный тепловой поток, внесенный в топку, Вт;

qs- теплонапряженность, Вт/м2.

 м2.

Принимаем степень экранирования кладки Ψ = 0,45 [3, c.310] и для α = 1,12 находим, что Hs/Hл = 0,79.

Величина  эквивалентной плоской поверхности:

                                                              (32)

м2.

Принимаем однорядное размещение труб и шаг  между ними:

S = 2dн = 2 ∙ 0,152 = 0,304 м. Для этих значений фактор формы К = 0,87 [3, c.306].

Величина  заэкранированной поверхности кладки:

                                                                    (33)

 м2.

Поверхность нагрева радиантных труб:

                                                                     (34)

 м2.

Выбираем  печь ББ2 , ее параметры:

поверхность камеры радиации, м2                                                                                                180

поверхность камеры конвекции, м2                                                                                                                               180

рабочая длина  печи, м                                                                                                                        9

ширина камеры радиации, м                                                                                                          1,2

исполнение                                                                                                                                          б

способ сжигания топлива                                                                              беспламенное горение

диаметр труб камеры радиации, мм                                                                                         152×6

диаметр труб камеры конвекции, мм                                                                                       114×6

Число труб в камере радиации:

                                                           (35)

где dн - наружный диаметр труб в камере радиации, м;

lпол - полезная длина радиантных труб, омываемая потоком дымовых газов, м,

lпол = 9 – 0,4∙2 = 8,2 м,

.

Теплонапряженность поверхности радиантных труб:

                                                                          (36)

 Вт/м2.

Определяем  число труб камеры конвекции:

                                                            (37)

Располагаем их в шахматном порядке по 3 в  одном горизонтальном ряду. Шаг между  трубами S = 1,7dн = 0,19 м.

Информация о работе Расчет установки утилизации теплоты отходящих газов технологической печи