Выбор оптимальной схемы утилизации теплоты отходящих газов теплотехнологической установки

КУ Г-145Б.cdw

Техническая характеристика
Паропроизводительность
Давление насыщенного пара
Температура питательной воды
Характеристика труб:
Выход насышенного пара
Испарительный барабан
Котел-утилизатор Г-145Б

Курсовой проект.doc

Разработка схем утилизации и обоснование типов утилизационных устройств5
Расчет горения топлива 7
Тепло-технологический (конструкторский) расчет рекуператора..9
Поверочный расчет котла-утилизатора 17
Расчет экономии топлива 20
Список использованных источников 23
Работа содержит: 23 страницы 1 таблицу 5 рисунков.
РЕКУПЕРАТОР КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР ТОПЛИВО НИЗШАЯ ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧИСЛО ХОДОВ ГОДОВАЯ ВЫРАБОТКА ТЕПЛА ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА
Объект разработки: котел-утилизатор и рекуператор.
Цель: разработать схему утилизации теплоты отходящих газов тепло-технологической установки обосновать типы утилизационных устройств произвести расчет горения топлива тепловой конструкторский расчет рекуператора тепловой поверочный расчет котла-утилизатора расчет экономии топлива выбрать оптимальную схему утилизации теплоты отходящих газов тепло-технологической установки.
Промышленные агрегаты в процессе функционирования потребляют одни виды энергии (теплоту топливо кислород электроэнергию сжатый воздух холод инертный газ и др.). В ходе технологического процесса часто образуются другие побочные энергоносители в виде: горючих продуктов (газовые жидкие твердые) различных носителей физической теплоты а также газов и жидкостей имеющих давление выше давления окружающей среды. Все эти вещества называются энергетическими ресурсами. Вещества образующиеся в самих агрегатах называются вторичными энергоресурсами (ВЭР).
Образующиеся в агрегате ВЭРы могут использоваться для удовлетворения потребностей в различных видах энергии либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя) либо за счет выработки теплоты электрической энергии в утилизационной установке.
Основой экономической эффективности использования ВЭР является достигаемая экономия первичного топлива.
Разработка схем утилизации и обоснование типов утилизационных устройств
Повышение энергетической эффективности тепло-технологических установок достигается улучшением режима их работы а также использованием тепла отходящих газов.
Выбор оборудования для регенерации теплоты или использования теплоты вторичных энергоресурсов (ВЭР) осуществляется на основании составления энергетического баланса и определения потенциала энергоресурса.
Использование теплоты ВЭР осуществляется по трем направлениям:
) Теплота ВЭР используется для процессов протекающих в основных тепло-технологических агрегатах: подогрев воздуха топлива.
Рис. 1. Замкнутая схема использования теплоты ВЭР.
По материалу изготовления рекуператоры подразделяются на металлические (углеродистая сталь чугун жаропрочная легированная сталь) и керамические (шамот карбошамот карборунд). В нашем случае мы применяем наиболее широко распространенный рекуператор из стальных гладких труб. В настоящее время он является самой оптимальной моделью обладает высокой газоплотностью без расстройства сварных швов достаточно большим коэффициентом теплопередачи. Вообще наш выбор металлического рекуператора зависел от начальной температуры отходящих газов от ТТУ газов (800С) и необходимой температуры подогрева воздуха (300С).
) Теплота ВЭР используется для внешних целей несвязанных с процессами в ТТУ: выработка пара (горячей воды) в котле-утилизаторе подогрев воздуха для сторонних потребителей и т. д.
Рис. 2. Разомкнутая схема использования теплоты ВЭР.
По взаимному движению теплоносителей КУ делятся на газотрубные (греющие дымовые газы движутся внутри труб в межтрубном пространстве горячая вода или пар) и водотрубные (внутри труб – вода в межтрубном пространстве – газы); по температуре отходящих газов на входе – на высокотемпературные (Тг>1400÷1500 К) и низкотемпературные (Тг1100÷1200 К).
В нашем случае мы используем газотрубный КУ который характеризуется высокой газоплотностью простотой изготовления и монтажа пониженными требованиями к питательной воде не требует специальной обмуровки.
) Теплота ВЭР используется как для внутренних так и для внешних целей.
Рис. 3. Комбинированная схема использования теплоты ВЭР.
Расчет горения топлива
1. Теоретическое количество воздуха.
где - процентное содержание компонентов в топливе.
2. Действительный расход воздуха.
где - коэффициент избытка воздуха.
3. Расход углекислого газа.
4. Расход водяных паров.
5. Расход кислорода.
7. Суммарный расход продуктов сгорания.
8. Процентное содержание компонентов.
9. Теплота сгорания топлива.
Тепло-технологический (конструкторский) расчет рекуператора
Рис. 4.Схема материальных потоков в системе «печь - рекуператор».
1. Необходимая температура подогрева воздуха.
где - падение температуры в воздухопроводе;
- температура подогрева воздуха.
2. Количество тепла воспринятое воздухом в рекуператоре.
где - секундный расход топлива;
- температуры воздуха на входе и выходе из рекуператора;
- объемные теплоемкости воздуха при соответствующих температурах.
3. Количество тепла которое дымовые газы должны передать в рекуператоре.
4. Количество тепла вносимое в рекуператор дымовыми газами.
5. Количество тепла уносимое из рекуператора дымовыми газами.
6. Температура дымовых газов на выходе из рекуператора.
На ЭВМ с помощью программы MathCAD зададим теплоемкости компонентов полиномами пятой степени тогда объемная теплоемкость дымовых газов определится как:
Температура дымовых газов на выходе из рекуператора будет определяться как:
Преобразуем это выражение к виду
Найдем с помощью MathCAD корень этого уравнения который будет равен температуре дымовых газов на выходе из рекуператора.
Объемная теплоемкость дымовых газов при данной температуре
7. Температурный напор.
Рис. 5. Определение температурного напора.
8. Условные скорости воздуха и дымовых газов.
Принимаем условную скорость воздуха и дымовых газов в рекуператоре из следующих диапазонов: .
9. Общее сечение каналов для прохода воздуха.
10. Общее сечение каналов для прохода дымовых газов.
11. Сечение для прохода газов одной трубы.
12. Примерное число труб на пути движения дымовых газов.
Принимаем расположение труб шахматное и в плане располагаем трубы по прямоугольнику: по току воздуха рядов и в направлении поперечному току воздуха - рядов.
13. Уточненное число труб.
14. Действительная площадь для прохождения дымовых газов.
15. Действительная скорость дымовых газов.
16. Шаг трубок в направлении движения тока воздуха и поперек него принимаем
17. Ширина воздушных каналов в узком сечении.
18. Высота каналов одного хода воздуха.
19. Фактическая скорость воздуха при средней температуре.
где - средняя температура воздуха.
20. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху.
- поправочные коэффициенты.
21. Фактическая скорость дымовых газов при средней температуре.
где - средняя температура дымовых газов.
22. Критерий Рейнольдса.
где - коэффициент кинематической вязкости газов при .
23. Конвективный коэффициент теплоотдачи дымовых газов.
При переходном режиме величина определяется как:
- поправочный коэффициент.
24. Эффективная толщина излучающего слоя.
25. Коэффициент теплоотдачи излучением.
где - степень черноты излучения ;
- условная степень черноты излучения водяных паров;
- поправочный множитель для получения степени черноты водяных паров.
где - средняя температура стенки;
26. Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов.
27. Коэффициент теплопередачи в рекуператоре.
28. Необходимая площадь поверхности теплопередачи рекуператора.
29. Средний диаметр труб.
30. Необходимая длина труб.
31. Число ходов в рекуператоре по току воздуха.
32. Общая длина труб с трубными досками и компенсатором.
33. Габариты рекуператора.
34. Максимальная температура стенки рекуператора.
где - значение функции для определения средней температуры стенки.
Допустимая температура для материала труб рекуператора .
Так как могут быть применены трубы из жаропрочной стали.
Поверочный расчет котла-утилизатора
По известной температуре дымовых газов на входе в рекуператор и часовому расходу дымовых газов
выберем котел утилизатор.
Паропроизводительность
Температура газа на входе
Температура газа на выходе
Площадь нагрева испарителя
Для выбора котла-утилизатора необходимо соблюдение двух условий:
Отклонение расхода дымовых газов не превышает 25%.
Действительная температура дымовых газов на входе в котел-утилизатор не больше стандартного значения.
1. Задаемся температурой дымовых газов на выходе из рекуператора .
2. Тепловая мощность рекуператора по уравнению теплового баланса.
где - коэффициент учитывающий тепловые потери.
3. Проходное сечение для газов.
4. Действительная скорость движения дымовых газов.
5. Критерий Рейнольдса.
где - коэффициент кинематической вязкости при средней температуре дымовых газов.
6. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при переходном режиме .
где - коэффициент теплопроводности дымовых газов при средней температуре;
- критерий Прандтля.
7. Коэффициент теплопередачи.
где - коэффициент использования поверхности.
8. Средний температурный напор.
- температура насыщения воды при давлении 1.4МПа.
9. Тепловая нагрузка по уравнению теплопередачи.
10. Проверка точности заданной температуры дымовых газов на выходе из рекуператора.
Необходимо выполнение условия
Расчет экономии топлива
1. Экономия топлива от установки рекуператора для подогрева воздуха.
где - расход топлива в исходном варианте;
- экономия топлива в долях от .
- низшая теплота сгорания;
- степень рекуперации теплоты;
- коэффициент учитывающий потери теплоты рекуператором.
2. Перевод в т у.т. в год.
3. Экономия топлива от установки котла-утилизатора.
где - годовая выработка тепла котлом-утилизатором ;
- КПД замещаемой установки.
Вывод: экономия топлива при установке котла-утилизатора (1657.99 т у.т.год) во много раз больше экономии топлива при установке рекуператора (80.31 т у.т.год). На основании этого для утилизации теплоты отходящих газов следует выбрать котел-утилизатор марки Г–145Б.
В результате выполнения курсового проекта была выбрана оптимальная схема утилизации теплоты отходящих газов тепло-технологической установки – разомкнутая схема с установкой котла-утилизатора.
Результаты конструкторского расчета рекуператора:
Теплота воспринятая воздухом ;
Температура дымовых газов на выходе из рекуператора ;
Коэффициент теплопередачи ;
Поверхность нагрева .
Результаты поверочного расчета котла-утилизатора:
Температура дымовых газов на выходе из котла-утилизатора ;
Тепловая мощность котла-утилизатора ;
В результате расчета экономии топлива получили такие значения:
Результаты расчета экономии топлива:
Список использованных источников
Тонкошкур А.Г. Оборудование для использования вторичных энергоресурсов. Методические указания к выполнению курсового проекта. Саратов. СГТУ. 2007.
Удалов В.П. Расчет и проектирование теплоутилизаторов отходящих газов. – Саратов 1999.
Куперман Л.И. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности 1986.
Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. – М.: Металлургия 1975 296 с.
Сидельковский Л.Н. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты 1989.

Титульный лист.doc

Министерство образования Российской Федерации
Саратовский Государственный
Технический Университет
Кафедра: Промышленная теплотехника
«Выбор оптимальной схемы утилизации теплоты отходящих газов теплотехнологической установки»

Схема.cdw

Технологические схемы
Таблица трубопроводов
Таблица оборудования