Теловой расчет и эксергетический анализ парагенераторов химимической технологии

Таким образом, использование котлов – утилизаторов делает работу котельного – агрегата эффективнее и энергетически  совершеннее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Схема котла утилизатора и  её описание 

                                                                                  

Для использования теплоты  отходящих газов различных технологических  установок, в том числе и печей, применяются котлы-утилизаторы, вырабатывающие, как правило, пар. При высоких температурах газов (более 900^оС) эти котлы снабжаются радиационными (экранными) поверхностями нагрева и имеют такую же компоновку, как и обычный паровой котел, только вместо топки – радиационная камера, в которую снизу входят газы. Воздухоподогреватель отсутствует, если горячий воздух не нужен производству. Газы сначала охлаждаются в радиационной камере как в топке «обычного» котла. Большой свободный объем этой камеры позволяет иметь повышенную толщину излучающего слоя и, как следствие, повышенную степень черноты газов. Поэтому здесь теплота в основном передается излучением. Первичное охлаждение газов в свободном от змеевиков объеме необходимо для затвердевания уносимых из печи расплавленных частиц шлака или технологического продукта до того, как они прилипнут к холодным змеевикам и затвердеют на них.

При температуре газов  ниже 900^оС в котлах-утилизаторах обычно используются только конвективные поверхности нагрева. Эти агрегаты радиационной камеры не имеют, а целиком выполнены из змеевиков.

Котел-утилизатор типа КУ-16 устанавливают за нагревательными, мартеновскими, обжиговыми печами, а  также используют в химической и  других отраслях промышленности. Разработан для установки в закрытом помещении. Рассчитан на работу под разряжением.  Сейсмичность района установки 6 баллов.

Котел – газотурбный, с естественной циркуляцией, с горизонтальным расположением испарительных поверхностей. Внутренний диаметр барабана котла  КУ-16 – 2200 мм, толщина стенки обечайки – 16, днищ – 20 мм. Материал обечайки и днищ – сталь 20К. Барабан имеет внутрибарабанное паросепарационное устройство в виде дырчатого листа и жалюзи. Газ проходит по 239 дымогарным трубам диаметром 60×3мм (сталь 20). К барабану котла крепится входная и выходная газовые камеры. Внутри входной газовой камеры имеется пароперегреватель с горизонтальным расположением змеевиков. Диаметр труб пароперегревателя – 32×3 мм (сталь 20). Обмуровка входной газовой камеры – многослойная, выполнена из слоев шамотобетона, термоизоляционного бетона и матрацев из шлаковаты. Газоходы котла имеют наружную теплоизоляцию. Для очистки поверхностей нагрева дымогарных труб котла КУ – 16 предусмотрено обдувочное устройство.

        Котел снабжен необходимой арматурой,  гарнитурой, устройством для отбора проб пара и воды, а также контрольно-измерительными приборами. Питание котла и сигнализация уровня воды в барабане автоматизированы.

Котел поставляется транспортабельными блоками в следующем комплекте: барабан, входная и выходная газовые  камеры, внутрибарабанное устройство, арматура котла, помосты и лестницы, гарнитура и опоры барабана, обдувочное устройство, установка для отбора пара и воды, пароперегреватель, трубопровод в пределах котла. Схема котла-утилизатора КУ-16 представлена на рис.8.

 

 

 

 

6. Схема экономайзера и её описание

 

Водяные   экономайзеры повышают экономичность работы парового котла. Температура дымовых газов, покидающих котел, составляет 250…400°С. Чтобы снизить эту температуру  до 140…200°С, следует существенно  увеличить поверхность нагрева. Установка экономайзера позволяет частично использовать теплоту уходящих газов и этим самым получить экономию в расходе топлива до 5…12%.

Выгода замены конвективных поверхностей нагрева котла в  последних газоходах экономайзерными  объясняется тем, что экономайзер работает с более высоким средним температурным напором, чем испарительная поверхность, помещенная в том же газоходе,так как средняя температура воды в экономайзере всегда ниже температуры кипения воды.

Вследствие большего температурного напора поверхность нагрева экономайзера почти в два раза меньше поверхности нагрева котла при одном и том же снижении температуры газов. Стоимость одного м² поверхности нагрева экономайзера ниже, чем котла.

По степени подогрева  питательной воды экономайзеры подразделяются на некипящие и кипящие. В некипящих температура воды на выходе ниже температуры насыщения (кипения) в котле. В кипящих осуществляется нагрев воды до температуры кипения и частичное ее испарение. Обычно доля испаренной воды в кипящем экономайзере составляет не более 10…15%.

По роду материала, из которого изготовляют экономайзеры, они делятся на чугунные и стальные. Чугунные экономайзеры используют как  некипящие, стальные могут быть кипящие  и некипящие.

Стальные змеевиковые  экономайзеры, применяемые при любом давлении, являются основными типами современных экономайзеров. Изготовляют их из стальных гладких труб с наружным диаметром 28…42 мм. Трубы изгибают в виде змеевиков, концы которых приваривают к специальным штуцерам соответственно входным и выходных коллекторов.

В кипящей части экономайзера скорость движения пароводяной смеси  принимают не меньше 1 м/с во избежание  ее расслоения. Для этой же цели устанавливают  промежуточные сместительные коллекторы.

К преимуществам стальных змеевиковых экономайзеров относится то, что коэффициент теплопередачи у них в 3-4 раза выше, чем у чугунных (за счет большей скорости дымовых газов), они меньше подвержены разрушению при гидравлических ударах, имеется возможность их использования при высоких давлениях в котлах.

Схема водяного экономайзера представлена на рис.9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7  Схема  воздухоподогревателя и её описание

 

Применение подогрева  воздуха в котельных установках ускоряет и улучшает процесс горения, уменьшает потери теплоты с уходящими  газами и увеличивает к.п.д. установки, повышает температуру горения топлива и тем самым температуру дымовых газов в топочном пространстве, улучшает радиационный теплообмен, уменьшает потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания. Введение в топку подогретого воздуха увеличивает удельную тепловую нагрузку топочного объема и зеркала горения, что приводит к увеличению мощности топочного устройства или уменьшению его размеров при той же мощности. Так снижение температуры уходящих газов на 15…25^оС повышает к.п.д. котельной установки примерно на 1%.

По принципу действия воздухоподогреватели подразделяются на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных передача теплоты  от газов к воздуху происходит через разделяющую их поверхность  нагрева, в регенеративных металлическая или керамическая поверхность нагрева попеременно то нагревается дымовыми газами, то охлаждается нагреваемым воздухом. Регенеративные воздухоподогреватели более сложны, чем рекуперативные, поэтому они применяются реже.

В настоящее время  наибольшее распространение получили стальные трубчатые воздухоподогреватели. Их изготавливают из труб диаметром 43..51 мм и толщиной стенок 1,5..2 мм. Трубы располагают вертикально в шахматном порядке и приваривают к двум трубным решеткам, образуя отдельную секцию, называющую кубом воздухоподогревателя. Воздухоподогреватель собирают обычно из нескольких кубов, соединенных между собой перепускными коробами. Дымовые газы движутся внутри труб, воздух, нагнетаемый вентилятором омывает их снаружи в поперечном направлении.

Трубчатые воздухоподогреватели весьма просты в изготовлении, характеризуются  высокой плотностью воздуха и  минимальным его присосом, коэффициенты теплопередачи для поверхностей относительно велики.

Схема воздухоподогревателя представлена на рис.10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8  Схема  горелки ГМГ-М и её описание

 

Для раздельного сжигания мазута и природного газа по котлами  паропроизводительностью до 15…20 т/ч. В настоящее время применяют  комбинированные газомазутные  типа ГМГм. Газообразное топливо через  патрубок 3 попадает в кольцевую камеру 4 газораспределительного устройства, состоящего из газовых насадок с отверстиями, через которые часть газа подается в камеру первичного воздуха 6, а часть поступает в зону вторичного воздуха 5. Воздухонаправляющее устройство первичного воздуха состоит из подводящего трубопровода 9 и лопаточного завихрителя с прямыми лопатками, установленными под углом 60°С. Зона вторичного воздуха образуется подводящим трубопроводом 8 и лопаточным завихрителем с прямыми лопатками, установленными под углом 45°С. Закрутка первичного и вторичного воздуха производится в одну сторону.

Таким образом, в горелках происходит подача газа в массу воздуха  мелкими струйками, а также завихрение(турбулизация) газовоздушного потока, что обеспечивает качественное и быстрое смешение газа и воздуха.

Газомазутная горелка  снабжена паромеханической форсункой  для сжигания мазута, состоящей из корпуса 1, центрального ствола 2 и распыливающей  головки 7. Мазут подается ко внутренней трубе ствола 2, проходит через распределительную шайбу и поступает в топливный завихритель. Пар подается по наружной трубе 10 и попадает в паровой завихритель в зоне головки форсунки 7. Таким образом достигается паромеханическое распыливание топлива. Образовавшаяся взвесь смешивается с необходимым количеством воздуха, после чего поступает в топку, где и сгорает.

Недостаток горелок  ГМГ-м является неравномерность воздушного потока из-за двухзонной подачи воздуха(первичного и вторичного).

Преимуществом горелок  является сравнительно низкое сопротивление по воздуху, устойчивое горение топлива в широком интервале нагрузок с обеспечением сравнительно низких избытков воздуха на низких нагрузках.

    Схема горелки  ГМГ-м показана на рис.11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

 

В данной работе произведен расчет котельного агрегата и котла – утилизатора, применяемых в химической нефтяной промышленности. Эти установки отличаются высокой эффективностью процесса сжигания и расхода топлива.

Приведены диаграммы  тепловых потоков и диаграмма  Грассмана – Шаргута для эксергетического баланса котельного аппарата, график изменения температур вдоль поверхности нагрева котла – утилизатора.

Также приведен расчет процесса горения на ЭВМ и ht – диаграмма продуктов сгорания топлива. Исследована зависимость влияния температуры подогрева воздуха в воздухоподогревателе на калориметрическую температуру горения топлива и построена графическая зависимость.

Проведен тепловой расчет котла – утилизатора и подобран котел – утилизатор типа КУ – 16.

Сегодня экономические  факторы заставляют резко увеличить степень использования добывания топлива. Выгоднее вкладывать средства на увеличение добычи топлива, чтобы продолжать расходовать его с низкой эффективностью, а в разработку технологических процессов, обеспечивающих более экономное его использование.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10  Список  использованной литературы

 

1.  Латыпов Р.Ш. Шарафиев  Р.Г. Техническая термодинамика  и энерготехнология химических  производств: Учебник для вузов.  – М.: Энергоиздат, 1988. – 344 с.

2.  Чечеткин А.В.  Занемонец Н.А. Теплотехника. – М.: Высшая школа, 1986. – 264 с.

3.   Алабовский А.Н., Константинов С.М., Недужий И.Н.  Теплотехника. – Киев: Высшая школа. 1986. – 256 с.

4.   Ривкин С.Л., Александров  А.А. Термодинамические свойства  воды и водяного пара: Справочник. – М.: Энероиздат, 1984. – 80 с.

5.   Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по  котельным установкам малой производительности. – М.: Энергия, 1975. – 240 с.

6.   Теплотехнический  справочник. – М.: Энергия, 1975, 1976.

7.   Латыпов Р.Ш., Евтюхин Н.А. Тепловой расчет и эксергетический                                    анализ  парогенераторов химической технологии: Учебно-методическое пособие. – УГНТУ, 2002. – 28 с.