Тепловой расчет и эксергетический анализ парогенераторов химической технологии

F eМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ  ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                          ст. гр. ХБ - 03- 01              

                                                                                             Кузнецов .В.И.

                        

 

 

Проверил:                                                                           доц., канд. техн. наук                            

                                                                                             Латыпов Р.Ш.

                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

Уфа 2007

 

Содержание

                                                                                                                                   с.

Введение                                                                                                               3

1  Задание кафедры                                                                                   4

2  Принципиальная схема  котельного агрегата                                    5

3 Теплотехнический расчет котельного агрегата                                    6

3.1  Расчет процесса  горения топлива в топке котла                               6

3.2  Расчет процесса  горения и ht – диаграмма

продуктов сгорания топлива                                                                       10

3.3  Тепловой баланс  котельного агрегата                                        14

3.4  Исследовательская  задача                                                                              18

3.5  Упрощенный эксергетический баланс котельного агрегата              20

4  Тепловой расчет  котла-утилизатора                                                            25

4.1  Выбор типа котла  – утилизатора                                                   25

4.2Расчет поверхности теплообмена  котла – утилизатора                   26

4.3  Термодинамическая  эффективность работы котла –  утилизатора            31

4.5  Термодинамическая  эффективность совместной работы  котельного 

    агрегата с котлом  – утилизатором                                                                   31

5  Схема котла –  утилизатора                                                                       33

6  Схема экономайзера                                                                       36

7  Схема воздухоподогревателя                                                                 38

8  Схема горелки                                                                                              40

9  Заключение                                                             41

10  Литература                                                                                   42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 значительно возросла в связи с необходимостью экономного использования топливно – энергетических ресурсов, решения проблем охраны окружающей среды и создания безотходных технологий.

Принятый Федеральный  закон “Об энергосбережении” (№ 28 – ФЗ от 03.04.1996 г.) предусматривает  комплекс мер, в том числе по подготовке кадров, направленных на координальное  изменение ситуации в области энергоиспользования. В реализации этого закона большая роль отводится специалистам любого технического профиля, чем и объясняется особая актуальность теплотехнической подготовки соответствующих инженерных кадров, в том числе и технологических специальностей.

Оценка потенциала энергосбережения свидетельствует о возможностях российской экономики к 2010 г. сократить  потребность в энергоресурсах в  результате роста эффективности  их использования в размере 350…360 млн.т условного топлива при  ожидаемом энергопотреблении на уровне 1050 млн. т у.т..

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  НПЗ и НХЗ включает собственно энергетические установки (ТЭЦ, котельные, компрессорные, утилизационные, холодильные, теплонасосные установки и др.), энергетические элементы комбинированных энерго – химико – технологических систем (ЭХТС), производящих технологическую и энергетическую продукцию.

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.

 

 

 

 

 

1  Задание кафедры

 

Исследовательская задача:

Используя аналитические  выражения построить зависимость  влияния температуры уходящих газов t_ух на КПД брутто котельного агрегата при      α_ух = const.

 

Исходные данные

 

Номер варианта                                                                                                100

                                                                                                        МПа

                                                                                                                                     230 ⁰С

                                                                                                               40   ⁰ С

                                                                                                                                                                  130 ⁰ С

                                                                                                               1,05

                                                                                                                0     ⁰ С

                                                                                                              200 ⁰ С

                                                                                                                3 %

 

 

 

Вид топлива                                                            Мелитопольский природный газ

Паропроизводительность                                                                            т/ч

Присос холодного воздуха                                                                         

 

Состав газа, % по объему

CO –   0,20

CH₄ –  97.90

C₃H₈ – 0.1

 N₂ –     1.80

 

Теплота сгорания газов                                                              кДж/м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  Принципиальная  схема котельного агрегата и  ее описание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Схема котельного агрегата.

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 .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 .

 

 

 

3  Теплотехнические расчеты котельного агрегата.

3.1 Расчет процесса горения топлива в топке котла

 

3.1.1  Коэффициент избытка воздуха за установкой:

,

.

 

3.1.2  Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания газообразного топлива, м³/м³:

,

 м³/м³

 

3.1.3 Объем трехатомных газов, м³/м³:

,

                                   м³/м³

3.1.4  Теоретический объем азота, м³/м³:

,

м³/м³

 

3.1.5 Объем избытка воздуха в топочном пространстве, м³/м³:

,

 м³/м³

 

3.1.6 Объем водяных паров, м³/м³:

,

2,12м³/м³

3.1.7  Объемное количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании топлива, м³/м³:

,

м³/м³

 

8. Плотность топливного газа при нормальных условиях, кг/м³:

 

,

 

 

 

 

 кг/м³

 

3.1.9  Массовое количество дымовых газов, образующихся при сжигании газообразного топлива, кг/м³:

,

 кг/м³

 

3.1.10  Определяем калориметрическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктов сгорания при температурах , кДж/м³:

,

где , , , - средние объемные изобарные теплоемкости                                                               углекислого газа, азота, водяных паров и воздуха соответственно, [7, прилож.1]:

 

 кДж/м³

 кДж/м³

 

Энтальпию продуктов  сгорания (кДж/м³) 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 ;.

,

        

кДж/м³

        

кДж/м³

б)  без воздухоподогревателя

,

      Т.к. =0 при =

 кДж/м³.

 

 

      По значениям и построим в масштабе ht- диаграмму продуктов сгорания (зависимость =f(t) ):