Курсовая работа "Поверочный расчет котла-утилизатора"

moy_gaz-1.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»
ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА
по дисциплине «Прикладная теплотехника»
Полезная тепловая нагрузка печи .. .
Расчет процесса горения топлива в печи
Коэффициент избытка воздуха ..
Объем продуктов сгорания .. ..
Энтальпия продуктов сгорания .. .
Построение H-t диаграммы продуктов сгорания
Тепловой баланс процесса горения ..
Подбор котла-утилизатора .. ..
Расчет испарительной поверхности ..
Расчет экономайзера ..
Список литературы .. ..
Приложение А Схема двухкамерной трубчатой печи
Приложение Б Принципиальная схема котла-утилизатора ..
На сегодняшний день роль рационального использования энергоресурсов значительно возросла в связи с необходимостью экономного использования топливно–энергетических ресурсов решения проблем охраны окружающей среды и создания безотходных технологий. Экономия топлива при его сжигании является одной из важнейших задач в решении топливно-энергетической проблемы.
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. Предполагается что меры по повышению энергоэффективности должны приниматься в промышленности жилищном фонде государственных и муниципальных учреждениях органах государственной власти и местного самоуправления на транспорте.
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.
Вопросы экономии топлива и рационального использования теплоты решаются в курсовой работе. При этом рассмотрен метод экономии топлива в трубчатых печах на долю которых приходится до 50% общего энергопотребления предприятия. Для этих целей используются современные энергетические установки (котлы-утилизаторы) использующие тепло вторичных энергетических ресурсов.
Курсовая работа: 55 с. 5 рис. 4 табл. 5 источников 1 прил.
КОТЁЛ-УТИЛИЗАТОР ЭКОНОМАЙЗЕР ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА В ПЕЧИ ПОЛЕЗНАЯ ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА ПЕЧИ КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА ОБЪЕМ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ H-t ДИАГРАММА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Объектом исследования является двухкамерная трубчатая печь оборудованная котлом-утилизатором.
Цель работы - проведение поверочного расчета котла-утилизатора.
В процессе работы: изучен тепловой метод анализа применительно к технологической печи нефтеперерабатывающего завода; приведены тепловые расчеты; подобран котел- утилизатор с указанием его технических характеристик в табличной форме; проведен поверочный расчет выбранного котла – утилизатора с определением расчетной температуры на выходе из котла; представлена схема движения теплоносителей вдоль поверхности теплообмена с указанием значений температур.
В результате была показана возможность использования теплоты дымовых газов выходящих после технологических печей для получения сухого насыщенного пара в котле-утилизаторе что обеспечивает дополнительную экономию энергии на предприятии.
Задание на курсовую работу для варианта № 53
В технологической печи АВТ ведется нагрев потока отбензиненного сырья с расходом Gc=85тч. Температура сырья на входе в печь tc=130 °C на выходе из печи tотг=410°C. Доля отгона составляет e=04. Плотность сырья ρс=860 кгм3 плотность отгона ρотг=785 кгм3 остатка ρост=910 кгм3. Температура газов на выходе из печи tг=600 °C. Температура топлива поступающего на горение tт=120 °C. Температура воздуха поступающего в печь tвозд=200 °C. В качестве изоляции используется кирпичная кладка (шатомный кирпич) ст=0230 м. Температура наружного воздуха tо.с.=10°C.
После технологической печи дымовые газы являющиеся вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР) поступают в котел-утилизатор где отдают часть теплоты для получения сухого насыщенного пара. КУ состоит из испарительной поверхности состоящей из 4-х пакетов и экономайзера (происходит подогрев воды до температуры насыщения). Температура питательной воды поступающей в экономайзер tп.в.= 40°C.
Полезная тепловая нагрузка печи
1 Энтальпия на входе в печь
Энтальпия жидкого нефтепродукта определяется по формуле кДж
где -плотность жидкости при температуре 20°C отнесенная к плотности воды при 4 °C;
-температура жидкой фазы при которой определяется энтальпия.
2 Энтальпия на выходе из печи
где -расход сырья кгс;
e- массовая доля отгона а выходе из печи;
-удельная энтальпия продукта на входе в печь кДж;
–удельныеэнтальпии жидкой и паровой фаз нефтепродукта на выходе из печи кДж
Расчет процесса горения топлива в печи
1 Элементарный состав мазутов
2 Низшая теплота сгорания топлива
Низшая теплота сгорания для газообразного топлива определяется по формуле кДжм3:
где и т.д.–содержание углерода водорода кислорода серы и влаги в воздухе %.
Теоретическое количество воздуха необходимое для полного сгорания кг жидкого и твердого топлива м3кг:
Коэффициент избытка воздуха
Для обеспечения полноты сгорания топлива воздух в печь подается с избытком по сравнению с теоретически необходимым:
где и – действительное и теоретическое количество воздуха отнесенное к 1 м3 сжигаемого топлива кгм3.
При возникает химический недожог связанный с несовершенством перемешивания топлива с воздухом на выходе из горелки и развитием зон с недостатком кислорода. При наблюдается снижение температуры в зоне горения и замедления реакции окисления. Одновременно уменьшается время пребывания частиц в высокотемпературной зоне ввиду увеличения объемов продуктов сгорания (как следствие появления механической неполноты сгорания - зола и шлак).
Коэффициент избытка воздуха зависит от вида и свойств топлива конструкции топочного устройства способа сжигания и др.
Примем для форсунок с паровым распылом.
Объем продуктов сгорания
При полном сгорании 1 кг жидкого топлива в образующихся газообразных продуктах должны содержаться продукты полного окисления горючих элементов и избыток содержания кислорода .
Объем трехатомных газов :
Объем водяных паров:
Суммарный объем продуктов сгорания
Процентный состав компонентов в продуктах сгорания:
Энтальпия продуктов сгорания
1 Энтальпия продуктов сгорания
Энтальпия продуктов сгорания рассчитывается на 1 жидкого топлива кДж
где – энтальпии газов при температуре 600 °С.
2 Энтальпия действительного количества воздуха кДж
где - энтальпия воздуха при температуре 200 °С.
Построение H-t диаграммы продуктов сгорания
H-tдиаграмма (зависимость энтальпии газов от температуры) используется для графического определения энтальпии продуктов сгорания при различных температурах и заданном избытке воздуха. Для ее построения необходимо при произвольно выбранных температурах рассчитать энтальпию газов (отнесенных 1 м3 дымовых газов) кДж:
где - энтальпия продуктов сгорания при задаваемых температурах. Расчетные точки строятся в системе координат H-t (Рисунок 8.1). Данные для построения H-t диаграммы приведены в таблице 8.1.
Таблица 8.1. Данные для построения H-t диаграммы
Рисунок 8.1 H-t диаграмма продуктов сгорания
Тепловой баланс процесса горения
1 Теплота вносимая в топку воздухом подогретым вне котла
2 Физическая теплота топлива определяемая его температурой
где – удельная теплоемкость топлива (для жидкого топлива 19 ; – температура топлива.
3 Теплота форсуночного пара
где – энтальпия пара поступающего форсункам;
r – теплота парообразования.
4 Располагаемая теплота
где - низшая теплота сгорания;
– теплота вносимая в топку воздухом подогретым вне котла
5 Потеря теплоты с уходящими газами
где - энтальпия воздуха при температуре окружающей среды ;
6 Потеря теплоты через ограждения
6.1 Площадь наружной поверхности стенок
Размеры печи по внешней стороне ( Тепловые потери определяются со стороны свода и боковых сторон (потерями через пол пренебрегают).
6.2 Расчет температуры наружной поверхности стенки
Температура находится из уравнения
где – температура внутренней поверхности стенки °С.
где - средняя температура внутри слоя.
-коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду Втм2К. Определяется по формуле
где – температура наружной поверхности стенки.
(расчет выполнен на ЭВМ)
6.3 Коэффициент теплопроводности материала
6.4 Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду
6.5. Термическое сопротивление теплопередаче
6.6 Потеря теплоты через ограждение
где процент уходящего в окружающую среду тепла где B - расход топлива с:
9 Проверка теплового баланса
Погрешность равно нулю. Равенство выполняется.
Подбор котла-утилизатора
Для утилизации физического тепла дымовых газов выходящих после технологических печей применяются котлы-утилизаторы (КУ). Это позволяет получить дополнительную продукцию в виде насыщенного или перегретого пара горячей воды и приводит к экономии топлива на предприятии.
Общее количество дымовых газов м3ч:
где -температура уходящих газов из печи;
-объем продуктов сгорания при сжигании 1 жидкого топлива кг;
По заданной температуре дымовых газов после печи и объему продуктов сгорания подбирается тип котла-утилизатора рассчитывается их число для параллельного включения.
Примем котел-утилизатор КУ-125. Технические характеристики КУ приведены в таблице 10.1
Таблица 10.1 Технические характеристики выбранного котла-утилизатора
Тип КУ и их количество
Расход дымовых газов м3с
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания м2
Расчет испарительной поверхности
1.1 Задаемся двумя температурами газов за испарителем и. Последующий расчет для испарителя производится для двух заданных температур.
1.2 Энтальпии газов на входе в испаритель и на выходе из него определяются по H-t диаграмме кДж:
1.3 Расход газов проходящих через котел с:
где n-число принятых КУ.
1.4 Количество теплоты отданное газами пароводяной смеси кВт:
где – коэффициент сохранения тепла учитывающий его потери в окружающую среду (принимается ).
1.5 Средний температурный напор °С:
где – соответственно большая и меньшая разность температур теплоносителей °С. Для испарителя определяются следующим образом:
где -температура насыщения (температура насыщенного пара) °С.
1.6 Средняя температура газов °С
1.7 Средний относительный диагональный шаг труб:
где шаг труб по ширине пучка;
– коэффициент определяемый в зависимости от относительного поперечного шага 1 и значения
1.8 Скорость движения дымовых газов определяется по формуле:
где -живое сечение для прохода газов м2(принимается по конструктивной характеристике КУ для испарительной поверхности как среднее для всех четырех испарительных пакетов).
1.9 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке трубы при поперечном омывании шахматных пучков труб Вт(м2К):
где -теплопроводность газов Вт(мК);
-наружный диаметр труб м;
– скорость дымовых газов мс;
Pr- критерий Прандтля. Определяется по средней температуре потока для дымовых газов;
– поправка на число рядов труб по ходу газов. При z10
1.10 Коэффициент теплопередачи определяется по формуле Вт(м2К):
где -коэффициент тепловой эффективности..
1.11 Тепловосприятие испарителя:
где F=1270 м2– расчетная площадь нагрева испарителя. Принимается по конструктивным характеристикам КУ.
По двум принятым значениям температур и и полученным значениям и производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость точка пересечения прямых указывает температуру продуктов сгорания которую следовало бы принять при расчете (рисунок 11.1).
Из рисунка видно что. Так как полученное значениене превышает разницу в 10 от предварительно принятых значений то выполним аналогичный расчет для полученного значения расчетной температуры:
Рисунок 11.1 Графическое определение расчетной температуры
2.1 . Последующий расчет для испарителя производится для двух заданных температур.
2.2 Энтальпии газов на входе в испаритель и на выходе из него кДж:
2.3 Расход газов проходящих через котел с:
2.4 Количество теплоты отданное газами пароводяной смеси кВт:
2.5 Средний температурный напор °С:
2.6 Средняя температура газов °С
2.7 Средний относительный диагональный шаг труб:
2.8 Скорость движения дымовых газов определяется по формуле:
2.9 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке трубы при поперечном омывании шахматных пучков труб Вт(м2К):
2.10 Коэффициент теплопередачи определяется по формуле Вт(м2К):
2.11 Тепловосприятие испарителя:
Задаемся двумя температурами газов за экономайзером и. Последующий расчет экономайзера проводится для двух заданных температур.
Энтальпии газов на входе в экономайзер и на выходе и него кДжм3
Количество теплоты отданное газами в экономайзер кВт:
Теплота отданная дымовыми газами в КУ кВт:
Паропроизводительность КУ при получении насыщенного пара кгс:
где кДжкг-энтальпия сухого насыщенного пара;
- энтальпия питательной воды.
Средний температурный напор °С:
– соответственно большая и меньшая разность температур теплоносителей.
Средняя температура газов °С
Скорость движения дымовых газов определяется по формуле:
где - живое сечение для прохода газов м2 (принимается по конструктивной характеристике КУ для экономайзера).
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке Вт(м2К):
– коэффициент определяемый в зависимости от относительного поперечного шага и значения
Средний относительный диагональный шаг труб:
Коэффициент теплопередачи определяется по формуле Вт(м2К):
Тепловосприятие экономайзера:
где F=615м2– расчетная площадь нагрева экономайзера. Принимается по конструктивным характеристикам КУ.
Рисунок 10.1 Движение теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при противотоке
Из рисунка видно что Так как полученное значениене не превышает разницу в 10 от предварительно принятых значений то выполние аналогичного расчета не потребуется
Вывод по курсовой работе
Рассмотрен тепловой метод анализа применительно к технологической печи нефтеперерабатывающегозавода. По приведенным расчетным зависимостям был составлен тепловой расчет.
Для использования теплоты уходящих газов был подобран котел-утилизатор. Был проведен поверочный расчет выбранного котла утилизатора с определением расчетной температуры на выходе из котла
Сулейманов А.М. Бурдыгина Е.В. Трофимов А.Ю. Учебно-методическое пособие для выполнение курсовой работы расчет котла-утилизатора.
Термодинамические свойства воды и водяного пара: справочник под. общ. ред. С.Л. Ривкина А.А. Александрова. – М.: Энергоатомиздат 1984. – 79 с.
Схема двухкамерной трубчатой печи
– потолочные экраны;
– конвекционная камера.