Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Петрозаводский государственный университет

Физико-технический факультет

Курсовая работа

по дисциплине «Энергосбережение и энергоаудит»

Тема: «Котлы - утилизаторы.

Расчет котла - утилизатора»

Петрозаводск - 2014

Введение

Котел-утилизатор - это паровой котел, не имеющий собственной топки и использующий тепло отводящих газов промышленной или энергетической установки. Температура газов, поступающих в котел-утилизатор колеблется от 350-400°С (при установке котла-утилизатора за двигателями внутреннего сгорания) до 900-1500°С (за отражательными, рафинировочными и цементными печами). Крупные котлы утилизаторы имеют все элементы котлоагрегата, за исключением топочных и других устройств, связанных сжиганием топлива. Для малых производительностей и низких давлений применяется котлы-утилизаторы газотрубные либо с многократной принудительной циркуляцией, реже - прямоточные сепараторные и барабанные котлы-утилизаторы с естественной циркуляцией. Водогрейные котлы-утилизаторы обычно называют утилизационными экономайзерами, или подогревателями. В некоторых случаях котлы-утилизаторы на столько сращиваются с элементами технологического оборудования, что не могут быть выделены как самостоятельные агрегаты (устройство для испарительного охлаждения мартеновских печей, химических установок и т.д.). Котлы-утилизаторы широко применяются в химической, нефтехимической, пищевой, текстильной и других отраслях промышленности.

Котлы утилизаторы позволяют получать: горячую воду или пар. Котлы утилизаторы (КУ) устанавливаются на отвод выхлопных газов паровых котлов или газовых электростанций, увеличивая, таким образом, выработку пара для нужд объекта. КУ широко применяются в химической, нефтяной, пищевой, текстильной и др. отраслях промышленности.

Парогазовая установка с котлом-утилизатором (ПГУ с КУ) -- наиболее перспективная и широко распространённая в энергетике парогазовая установка, отличающаяся простотой и высокой эффективностью производства электрической энергии. Эти ПГУ -- единственные в мире энергетические установки, которые при работе в конденсационном режиме отпускают потребителям электроэнергию с КПД 55--60 %. КУ - важный элемент технологической схемы большинства ПГУ, выполняющий во всех случаях роль утилизатора теплоты выходных газов энергетической ГТУ. В зависимости от схем и ПГУ в КУ генерируется пар от одного до тёх давлений, подогреваются вода и конденсат, вырабатывается технологический пар и др.

КУ могут быть оснащены дожигающими устройствами. В них в среде выходных газов ГТУ дополнительно сжигается топливо, это приводит к повышению и стабилизации температуры газов перед поверхностями нагрева КУ, повышает его паропроизводительность.

Рис.1. Котел-утилизатор.

Схемы использования котлов - утилизаторов

Простейшая тепловая схема ПГУ с КУ представлена на рисунке 2:

ЭГ-- электрогенератор, К-- компрессор; ГТ -- газовая турбина; КС -- камера сгорания; ПТ -- паровая турбина; КУ -- Котел - утилизатор, К-р -- конденсатор, Н -- насос.

Выходные газы энергетической ГТУ поступают в КУ, где большая часть их теплоты передается пароводяному рабочему телу. Генерируемый в КУ пар направляется в паротурбинную установку (ПТУ), где вырабатывается дополнительное количество электроэнергии. Отработавший в паровой турбине (ПТ) пар конденсируется в конденсаторе ПТУ, конденсат с помощью насоса подается в КУ.

Тепловая схема ПГУ с одноконтурным КУ представлена на рисунке 3:

ГПК - газовый подогреватель конденсата; Д - деаэратор; ПН и КН - питательный и конденсатный насосы.

В рассматриваемой ПГУ с одноконтурным КУ удается охладить выходные газы ГТУ до температуры 162 0С и получить невысокое значение КПД производства электроэнергии. Вместе с тем тепловая схема такой установки проста в эксплуатации и характеризуется низкими удельными капиталовложениями. Выбор данного типа ПГУ экономически обоснован в тех случаях, когда применяется дешевое топливо, а электростанция рассчитана на работу с пиковыми нагрузками или когда применяется топливо с высоким содержанием серы.

Принципиальная тепловая схема ПГУ с двухконтурным КУ представлена на рисунке 4:

ПЕ ВД, ПЕ НД - пароперегреватели высокого и низкого давления; И ВД, И НД - испарительные поверхности высокого и низкого давления; ЭК ВД - экономайзер высокого давления; ГПК - газовый подогреватель конденсата; ДПВ - деаэратор питательной воды; ЧВД, ЧНД - части высокого и низкого давления паровой турбины; К-р - конденсатор; КН - конденсатный насос; ПН ВД, ПН НД - питательные насосы высокого и низкого давления; НРц - насос рециркуляции; РК - регулирующий клапан.

В тепловую схему КУ может быть добавлен насос рециркуляции конденсата для поддержания необходимой температуры на входе в котел. Питание контуров высокого и низкого давления осуществляется деаэрированной водой. Деаэратор снабжается паром из магистрали пара низкого давления. энергетический котел утилизатор пар

Тепловая схема одновальной ПГУ с трёхконтурным КУ представлена на рисунке 5:

ВД, СД, НД - пароводяные контуры КУ высокого, среднего и низкого давления; 1 - природный газ; 2 - жидкое топливо; 3 - самозацепляющаяся (расцепная) муфта; 4 - конденсатный насос; 5 - конденсатор; 6 - воздух.

Расцепная муфта между электрогенератором и паровой турбиной обеспечивает обычный пуск ГТУ с помощью тиристорного пускового устройства. После синхронизации с сетью в КУ начинает генерироваться пар, который позволяет запустить паровую турбину по самостоятельному пусковому графику. Затем включается самозацепляющаяся муфта, и паровая турбина подключается к электрогенератору и нагружается. Повышается экономичность установки (по сравнению с одноконтурным КУ), Деаэрация происходит в конденсаторе паровой турбины.

Дожигание топлива в КУ. Выходные газы энергетических ГТУ имеют достаточно высокую температуру, а объёмная концентрация О2 в них составляет 13-16 %. Следовательно, их можно рассматривать в качестве малоактивного окислителя процесса горения. В ряде случаев в ПГУ целесообразно дожигание некоторого количества топлива (обычно прир. газа) в среде выходных газов ГТУ. Это позволяет повысить их температуру, мощность ПГУ и стабилизировать параметры генерируемого в КУ пара.

Схема ГТУ с дожиганием топлива в КУ изображена ниже представлена на рисунке 6:

Характеристика котла - утилизатора Г-420

Основным производителем котлов-утилизаторов является Белгородский котельный завод, разработавший совместно с НПО ЦКТИ более 200 конструкций различных типов котлов-утилизаторов.

Котёл Г-420 предназначен для охлаждения технологических газов с целью конденсации паров серы и получения насыщенного пара в процессе обезвреживания сероводородных газов. Котлы-утилизаторы - горизонтальные, газотрубные, с естественной циркуляцией, состоят из входной и выходной газовых камер и газотрубного барабана.

Испарительная поверхность выполнена из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 3 мм и расположена в барабане. По ходу газов испарительная поверхность разделена на две отдельные равные ступени. Технологические газы проходят параллельно в каждой ступени входную газовую камеру, испарительный пучок и выходную газовую камеру. Испарительный пучок по обеим ступеням имеет общий водяной и паровой объём с сепарационным устройством. Сепарационное устройство расположено внутри парового объёма барабана и выполнено в виде пароприёмного щелевого короба и дырчатых листов.

В верхней части газовых камер расположены патрубки для подвода и отвода газов, а в нижней части выходной газовой камеры установлена ванна для сбора расплавленной серы из обеих ступеней. Для отвода серы смонтирован обогреваемый штуцер. Перед выходом газа из камеры установлен отбойный щиток для стока серы. Обе газовые камеры имеют внутри изоляцию.

Котлы-утилизаторы устанавливаются на опорах в открытой компоновке. Котлы снабжены необходимой арматурой, гарнитурой, устройством отбора проб пара и воды.

Котлы-утилизаторы поставляются транспортабельными блоками в следующем объёме: барабан, входная и выходная газовые камеры, помосты, лестницы, опоры и арматура.

Котел-утилизатор Г-420:

1-входная газовая камера, 2,5-разделительные перегородки, 3-барабан, 4-дымогарные трубы, 6-выходная газовая камера.

Исходные данные для выполнения расчета

Провести тепловой и конструктивный расчет котла-утилизатора Г-420 при следующих исходных данных:

- расход газов через котел-утилизатор G0=7257 м3/ч;

- давление пара Рпп=0,5МПа; температура пара tпп=tнас°С;

- температура газов перед котлом t=280°С;

- температура питательной воды tпв=105°С.

Газы имеют следующий состав: С02=9%, СО=2%, N2=75%, H2=2%, O2=2%, H2O=10%.

Тепловой расчет котла - утилизатора

Рис. Поправочные коэффициенты для расчета коэффициента

Список использованных источников