Проект установки с котлом-утилизатором

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теоретической и промышленной теплотехники

Курсовая работа

Проект установки с котлом-утилизатором

Выполнила: Самойлова Светлана Валерьевна

Учебный шифр: 1071054

Специальность: 140104

Научный руководитель: Доцент кафедры С.И. Петров

Москва - 2013

Задание

Тема: Разработать проект установки с котлом-утилизатором (КУ) для охлаждения отходящих газов (ОГ) высокотемпературной ЭТУ (технологической печи) по схеме внешнего замыкающего теплоиспользования и предложить принципиальную тепловую схему установки для включения КУ.

Общие исходные данные и по шифру:

Начальная температура отходящих газов -

Расход при нормальных параметрах -

Температура питательной воды -

Насыщенный пар с абсолютным давлением -

До 70% агрегатной мощности высокотемпературных печей составляет теплота отходящих газов, химический состав которых может соответствовать как продуктам полного сгорания, например, газового топлива, так и включать соответствующие топливные ВЭР. Такие печи вместе с предпочтительно необходимым регенеративным воздухонагревателем (РВН) и «хвостовым» КУ образуют в целом экономическую ЭТУ. В зависимости от особенностей технологического процесса в рабочей камере (РК) печи и наличия или отсутствия РВН в схеме ЭТУ температура отходящих газов tог перед низкотемпературным КУ достигает 7500С. Нижний предел температуры ОГ перед КУ ограничен ростом его металлоемкости и удорожанием и нуждается в технико-экономическом обосновании.

Проектируемый КУ предназначен для охлаждения продуктов полного сгорания газового топлива нормативного качества.

Разрабатываемый КУ низкотемпературного включения по вариантам должен быть однотипным. Для этих условий наиболее подходит газотрубный КУ - парогенератор с большим объемом кипящей воды, отличающийся высокой надежностью и простотой в обслуживании.

Принципиальная тепловая схема установки представлена на рисунке 2.

Незначительная доля энергии излучения при теплообмене, для упрощения расчета, не рассматривается.

Принципиальное положение методики расчета

Исходя из принципа системного подхода расчеты осуществляются исходя из конечных целей расчетов, на основании анализа основной зависимости для поставленной задачи. Вторым шагом является решение задач вытекающих из решения основной зависимости. Каждая решенная задача 2-го уровня приводит к 3-му уровню задач и т.д. до завершения алгоритма, т.е. когда последняя неизвестная в уравнении слева однозначно рассчитывается через исходные данные в уравнении справа. Для прохождения этого алгоритма общая задача делится на несколько частных после чего к каждой из этих задач применяется выше описанный метод. Весь описанный алгоритм представляет собой дедуктивный метод (от общего к частному). Полученный алгоритм представляет собой готовую программу расчетов.

Весь комплекс теплоэнергетических расчетов можно разделить на следующие отдельные задачи:

1. Расчет площади теплообмена КУ.

2. Расчет геометрических параметров КУ.

3. Расчет теплового баланса КУ.

4. Аэродинамический расчет.

5. Составление и расчет тепловой схемы включения КУ.

Приложение к расчету:

1. Эскиз котла утилизатора.

2. Принципиальная тепловая схема установки включения КУ.



Рис. 1. Газотрубный котел-утилизатор для использования тепла технологических газов



Рис. 2 Принципиальная тепловая схема установки: Где: 1 - котёл-утилизатор; 2 - деаэратор; 3 - охладитель подпиточной воды; ); 4 - подогреватель химически очищенной воды (ПХВ); 5 - ВПУ; 6 - подогреватель сырой воды; 7 - бак подпиточной воды; 8 - насос подпиточной воды; 9 - насос сырой воды; 10 - насос сетевой воды; 11 - насос рециркуляционный; 12 - дымосос; 13 - охладитель выпора; 14 - дымосос; 1 - дымовые газы от печи (ОГ); 2 - дымовые газы от КУ (УГ); 3 - вода к потребителю; 4 - вода от потребителя; 5 - сырая вода

1. Расчет площади теплообмена КУ

1.1. Определяем паропроизводительность КУ

Площадь теплообмена дымогарных труб КУ (конвективная составляющая):

1.2 Воспринятая тепловая мощность в дымогарных трубах котла:

= Qог - Qуг = 19093880 - 13256636 = 5837244 ккал/час.

1.3. Определяем теплоту отходящих газов:

Qог = с?ог·Vог·tог = 0,434·15000·700·4,19 = 19093830 ккал/час.

1.4. Определяем теплоты с уходящими газами:

Qуг = с?уг·Vуг·tуг = 0,639·15000·325·4,19 = 13256636 ккал/час.

1.5. В соответствии с заданным давлением насыщенного пара Р=3,5 кГс/см2 температура насыщения согласно [1] составит

t" = 138?C;

Плотность технологического газа определяем по формуле

?t = ?0 (3),

где ?0 = 1,26 кг/м3.

1.6. Определение температурного напора (по данным t - q диаграммы) :

напор со стороны горячей воды: ? Г = 700 - 138 =562 ?C;

напор на холодной стороне принимаем по условию:

? Х = 1/3·? Г = 1/3(700 - 138) = 187 ?C;

Температура уходящих газов согласно диаграмме t - q :

tУГ = t"(P") + ?Х = 138 + 187 = 325 ?C;

1.7. Построим диаграмму t - q

1.8 Физические свойства дымовых газов согласно [2] в «СИ»:

При tог = 700?C сог = 1,239 кДж/(кг·?C);

? = 827 Вт/(кг·?C); ?700 = 0,363 кг/м3;

Pr = 0,61; ? = 112,1 м3/с.

при tуг = 325?C суг = 1,129 кДж/(кг·?C); ?325 = 0,594 кг/м3;

Вычисленные значения параметров дымовых газов сведём в таблицу:

t , ?C	?, кг/м3	ср, кДж/(кг· ?C)	?·102, Вт/(м· ?C	?·106, м2·с	?·106, Па·с	?·106, м2·с	Рr
0	1,295	1,042	2,28	16,9	15,8	12,20	072
300	0,617	1,122	4,84	69,9	28,2	45,81	0,65
325	0,594	1,129	5,05	76,0	29,1	50,70	0,648
400	0,525	1,151	5,70	94,3	31,7	60,38	0,64
500	0,457	1,185	6,56	121,1	34,8	76,30	0,63
512	0,425	1,189	6,66	124,7	35,2	82,89	0,625
600	0,405	1,214	7,42	150,9	37,9	93,61	0,62
700	0,363	1,239	8,27	183,8	40,7	112,1	0,61

1.9 Средняя температура уходящих газов (УГ) в трубах:

tср = (tог+ tуг)/2 = (700+325)/2 = 512 ?C;

1.10 Коэффициент теплопередачи в трубах:

где

коэффициент загрязнения поверхности нагрева,

коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке; определяется из выражения для критерия Нуссельта в трубе:

где = 0,05 м;

Коэффициент теплопроводности газа при tср = 512 ?C

?ср = 6,66·102 Вт/м·?C;

?ср = 78,4 м3/с; Pr = 0,63; ?512 = 0,363 кг/м3;

1.11 Уравнение для критерия Нуссельта при турбулентном режиме течения в трубах

где критерий Рейнольдса из его определения:

1.12 Скорость дымовых газов при tср = 512 ?C принимаем ?=19,0 м/сек (с последующим определением величины аэродинамического сопротивления)

= 19·0,05/(82,89·10-6) = 11461 > 10000; - следовательно, режим турбулентный.

= 31,02

1.13 Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке конвекцией, п. 1.8

Коэффициент теплопередачи через стенку труб (без учёта малого термического сопротивления теплоотдачи к кипящей воде):

1.14 Используя формулу (2) и данные расчётов находим площадь теплообмена дымогарных труб КУ:

баланс вода газ камера

2. Определение геометрических параметров КУ

2.1 Определяем число труб:

где Vог =15000 м3/час =4,17 м3/с.

где:

2.2 Определяем площадь поперечного сечения одной трубы:

2.3 Длина одной трубы:

Принимаем расположение труб в шахматном порядке по углам равностороннего треугольника.

2.4 Определяем диаметр КУ:



где: - площадь «мокрого» сечения КУ;

- площадь равносторонней трубной ячейки;

- площадь ячейки;

- наружный диаметр трубки.

3. Расчет теплового баланса КУ

3.1 = 5833244·0,99 = 5778871 ккал/час;

3.2 Определяем потери через ограждения:

3.3 Определяем полезную мощность котла:

4. Аэродинамический расчет

4.1 Площадь живого сечения газовой камеры

Коэффициент сопротивления входной камеры (удар и поворот) ? = 1,5.

4.2 Скорость во входном патрубке

где: - массовый расход газа через КУ.

4.3 Местная потеря давления на входе в газовую камеру

4.4 Потери давления на трение в трубах при tср = 512?C

(шероховатости труб)

lтр = 8,34 м [2; стр.106]

?hтр = ?hгр·Cш· lтр = 6,75·0,7·8,34 = 39,40 мм вод. ст.

4.5 Потери давления, вследствие изменения сечений при входе и выходе газа в трубную часть при составляют по [2; стр.114]

Коэффициент сопротивления выходной камеры ? = 1,5.

4.6 Скорость газа в выходном патрубке

4.7 Потеря давления на выходе из газовой камеры

4.8 Суммарная потеря давления

??h = 10,13 + 39,40 + 7,03 + 5,70 = 62,26 мм вод. ст.

4.9 Общая поправка на разницу плотностей воздуха и газов по [2; стр.29]

4.10 Полное сопротивление газового тракта котла-утилизатора составит

?H = Mр ·??h = 0,975·62,26 = 60,7 мм вод. ст.

5. Составление и расчет тепловой схемы включения КУ

Список элементов оборудования, подлежащих балансовому расчету, представленный принципиальной тепловой схемой котла-утилизатора и их исходные данные:

1) Котел утилизатор (КУ):

температура на входе из деаэратора

абсолютное давление насыщенного пара , , ;

2) Подогреватель сырой воды (ПСВ):

температура на входе и выходе:

3) Подогреватель химически очищенной воды (ПХВ):

температура на входе и выходе:

4) Деаэратор (Д):

температура на входе и на выходе ;

принимаем давление пара из КУ на входе .

5) Бак для сбора конденсата (КБ): температура на выходе

5.1 Баланс расхода воды на ВПУ

где: - доля возврата конденсата;

где: - отбор пара на подогрев воды.

5.2 Баланс расхода воды на ПСВ

где:

5.3 Баланс подогревателя химически очищенной воды (ПХВ)

5.4 Материальный баланс деаэратора

;

где:

5.5 Тепловой баланс деаэратора:

5.6 Расход пара на деаэратор

Список используемой литературы

1. Кузнецов Н.В. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). - М.: «Энергия», 1973.

2. Аэродинамический расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. Л., «Энергия», 1977.

3. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий (курсовое проектирование). Энергия. М., 1970.

4. Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара - Машиностроение, Москва, 1967.

5. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. Пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1980.

Размещено на Allbest.ur

...