Вторинні енергоресурси і енерготехнологічне комбінування в промисловості

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ I НАУКИ УКРАЇНИ

ДВНЗ «УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Кафедра енергетики

Курсова робота

Вторинні енергоресурси і енерготехнологічне комбінування в промисловості

Глухов В.С.

Дніпро, 2020

Зміст

Вступ

1. Розрахунок трубної печі

2. Розрахунок рекуперативного утилізатора

3. Ексергетичний баланс утилізатора

4. Ексергетичний баланс турбіни

5. Ексергетичний баланс теплонасосної компресійної установки

Додатки

Література



Вступ

Мета курсової роботи

Навчитися практично застосувати теоретичні знання, отриманні при вивченні курсу.

Уміти визначати загальну енергоємність виробництва, давати оцінку якості й ефективності використання паливо-енергетичних заходів і технічних рішень по реалізації інтенсивного енергозбереження, розробляти енергоресурсозберігаючі й екологічно досконалі теплотехнічні системи.

Курсова робота повинна містити опис енерготехнологічного виробництва і конкретної ділянки, конструкцію теплотехнічного устаткування, матеріальний, тепловий і ексергетичний баланси даного об'єкта і аналіз заходів щодо скорочення енерговитрат і утилізації ВЕР на основі термодинамічного аналізу і техніко-економічної оптимізації теплових схем і параметрів як окремих установок тепло технологічних процесів, так і промислових об'єктів у цілому.

Повну оцінку ефективності використання первинного палива ВЕР можна дати на основі ексергетичного аналізу технологічного процесу, що дозволяє чисельно визначити втрати ексергії в окремих вузлах схеми і ступінь її досконалості, а також виявити шляхи зменшення втрат ексергії. На підставі результатів термодинамічного аналізу потім здійснюється термодинамічна оптимізація технічної системи, тобто, зміна її параметрів або структури з метою одержання максимального ексергетичного ККД.



1. Розрахунок трубної печі

Трубчаста піч призначена для підігріву і часткового випару відбензиненної нафти перед входом у розділову колону, а також для одержання перегрітої пари шляхом використання теплоти димових газів. Передача теплоти відбензиненної нафти здійснюється продуктами згорання шляхом радіації і конвекції.

В таблиці 1 наведені вихідні дані для виконання розрахунку роботи трубчатої печі.

Табл. 1. Вихідні дані для роботи трубчатої печі

Показник	Значення показника
Витрата палива B, кг/год	6000
Нижча теплота згорання палива Qнр, кДж/кг	60000
Теоретична витрата повітря G0пов, кг/кг	16
Коефіцієнт надлишку повітря б	1,3
Кількість газоподібних продуктів згорання Gгс, кг/кг	17
Максимальна температура згорання Т макс, К	2350
Температура на перевалі Т 5, К	1300
Температура газів, К:
На виході із ЙЙ зони конвекції Т 6	910
На виході із пароперегрівника Т 7	850
На виході із трубчатої печі Т 8	730
Кількість відбензиненої нафти Gнф, кг/год	320000
Кількість нафтової пари на виході з печі Gп нф, кг/год	151000
Тиск відбензиненої нафти, МПа:
На воді в піч Р1	1,92
На виході з печі Р2	0,28
Температура відбензиненої нафти, К:
На вході в піч Т1	530
На вході в ЙЙ зону конвекції Т `1	540
На вході в зону радіації Т 2	570
На виході із печі Т 2	640
Питома ентальпія відбензиненої нафти, кДж/кг:
На вході в піч Н1	545
На вході в ЙЙ зону конвекції Н1?	581
На вході в зону радіації Н 2	658
На виході із печі: рідкої фази Н ж 2	891
пароподібної фази Н п 2	1175
Кількість водяної пари G, кг/год	7200
Температура водяної пари, К:
На вході в пароперегрівник Т 3	453
На виході з пароперегрівника Т 4	680
Тиск водяної пари Рп, МПа	0,98
Питома ентальпія водяної пари, кДж/кг:
На вході в пароперегрівник Н3	829
На виході з пароперегрівника Н4	1274
Витрати теплоти,%:
З газоподібними продуктами згорання q2	24
Від хімічного недопалу q3	1,8
У навколишнє середовище q5	3,2
Теплоємність газоподібних продуктів згорання, кДж/(кг К):
В Й зоні камери конвекції С Р? гс	1.08
В ЙЙ зоні камери конвекції С Р? гс	1.09
В камері радіації С рад Ргс	1.13
На виході із трубчатої печі Свих Ргс	1.07

Кількість теплоти, що необхідно для підігріву нафти у Й зоні камери конвекції



Кількість теплоти, віддають газоподібні продукти у І зоні

Кількість теплоти, що одержує водяна пара у пароперегрівачі

Кількість теплоти, що одержують продукти у ЙЙ зоні камери конвекції

Кількість теплоти, що віддається газами продукту у ЙЙ зоні камери

Кількість теплоти, що одержує продукт у зоні радіації

Кількість теплоти, що віддається газами в камері радіації



Кількість теплоти, що виділилася при спалюванні палива

Кількість теплоти, що вводиться у трубчату піч з повітрям

Кількість теплоти, що виноситься з димовими газами

Далі складемо тепловий баланс печі підігріву відбензиненої нафти, що представлений в таблиці 2.

Табл 2. Тепловий баланс печі підігріву відбензиненої нафти

Стаття балансу	Умовне позначення	Годинна витрата, ГДж
Кількість теплоти, що необхідно для підігріву нафти у Й зоні камери конвекції
Кількість теплоти, віддають газоподібні продукти у Й зоні
Кількість теплоти, що одержує водяна пара у пароперегрівачі
Кількість теплоти, що одержують продукти у ЙЙ зоні камери конвекції
Кількість теплоти, що віддається газами продукту у ЙЙ зоні камери
Кількість теплоти, що одержує продукт у зоні радіації
Кількість теплоти, що віддається газами в камері радіації
Кількість теплоти, що виділилася при спалюванні палива
Кількість теплоти, що вводиться у трубчату піч з повітрям
Кількість теплоти, що виноситься з димовими газами

Термічний ККД печі

Хімічна ексергія палива

Ексергія потоку теплоти, підведеної до нафти у Й зоні камери конвекції:

Ексергія потоку теплоти, підведеної до нафти у ЙЙ зоні камери конвекції



Ексергія потоку теплоти, підведеної до нафти у зоні радіації

Розрахунок ексергії потоків речовин проводиться по формулі:

Ексергія потоку відбензиненої нафти в Й зоні камери конвекції на вході:

Ексергія потоку відбензиненої нафти в ЙЙ зоні камери конвекції на виході:



Визначимо ексергію потоку нафти у камері радіації як суму ексергій рідкої і нафти, що випарувалася:

Ексергія потоку нафти, що випарувалася:

Ексергія потоку продуктів згорання у камері радіації



У ЙЙ зоні камери конвекції

У зоні пароперегрівача

У Й зоні камери конвекції на вході

На виході

Ексергія потоку водяної пари на вході

Ексергія потоку водяної пари на виході

Для визначення зовнішніх утрат ексергії у навколишнє середовище в радіаційній і конвективній частинах печі використовуємо експериментальні дані, що представлені у додатку A.

З загальних втрат у навколишнє середовище q5 складових 3.48%, втрати в камері радіації приймемо рівними 2,8%, що складає 5,93 ГДж/год, а втрати у камері конвекції будуть рівні 0,7%, що складає 1,482 ГДж/год. Тоді втрати ексергії складають у камері радіації:

У камері конвекції

Сумарні втрати ексергії у зовнішнє середовище складають:

Ексергетичний ККД трубчастої печі

Табл. 3. Розрахунок ексергії потоків речовини

Потік	На вході:		На виході:
Потік відбензиненої нафти: у І зоні камери конвеції		3,2
у ІІ зоні камери конвеції		11,68
у камері радіації		815,62
Потік газоподібних продуктів згорання: у камері радіації (при Тмакс)		151,84
У ІІ зоні камери конвекції		37,15
У зоні пароперегрівача		21,49
У І зоні камери конвекції		11,95
Потік водяної пари		1,75

Табл. 4. Розрахунок витрат ексергії

Втрати	Формула	Годинна витрата
		ГДж	%
Внутрішні втрати: від необоротності процесу горіння		240,83
від необоротності при теплообміні у тому числі: У І зоні камери конвекції У зоні пароперегрівача У ІІ зоні камери конвекції Від необоротності процесу випромінювання		85,7 0,27 19,74 24,47 32,07
Усього:		357,93
Зовнішні витрати: З газами, що відходять У навколишнє середовище У тому числі: В камері радіації В камері конвекції		35,37 6,03 4,99 1,04
Усього		41,4

Табл. 5. Ексергетичний баланс трубчастої печі

Складові балансу	Позначення	Годинна витрата
На вході	Ексергія палива Ексергія відбензиненої нафти Ексергія водяної пари Ексергія повітря		498.63 49 3,21 0
	У підсумку	?	558,84
На виході	Ексергія відбензиненої нафти Ексергія водяної пари Сумарні витрати		63.88 1,46 458,5
	У пудсумку	?	558,84

2. Розрахунок рекуперативного утилізатора

Розрахунок рекуперативного утилізатора при втратах тепла 2%.

У трубчастому двоходовому повітряному рекуператорі повітря в кількості G2 = 48 кг/с повинне прогріватися від t'_ж2 = 20^о до t''_ж2 = 280^о

Визначити необхідну поверхню нагрівання, висоту труб в одному кроці і кількість труб, розташованих поперек і уздовж потоку повітря, що нагрівається до дуття.

Димові гази у кількості G1 = 44 кг/с рухаються усередині сталевих труб (лс = 46,5 Вт/(м•°С)), діаметром d3/d1=53/50 із середньою швидкістю W1 = 20 м/с., температура газів на вході в рекуператор t^'_ж1 = 790K(517^ОС). Повітря рухається поперек трубного пучка зі швидкістю у вузькому перетині пучка W2 = 10 м/с. Труби розташовані у шаховому порядку з кроком S1 = S2 = 1,45.

Середня арифметична температура повітря

При цій температурі фізичні параметри повітря рівні відповідно

Кількість переданої теплоти

Визначимо температуру газів на виході із рекуператора. У першому наближенні середня температура газів у рекуператорі При цій температурі

У другому наближенні температура газів у рекуператорі:

При температурі 390 фізичні параметри димових газів заданого складу відповідно мають такі фізичні характеристики:

Число Рейнольда для потоків газів

Число Нуссельта і коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінок труб відповідно рівні:



Число Рейнольда для потоку повітря

Число Нуссельта і коефіцієнт тепловіддачі від стінок труб до повітря при поперечному потоці:

Коефіцієнт теплопередачі

Виправлення на температурний напір при перехресній схемі е = 0,88, тоді:

Поверхня нагрівання рекуператора:



Загальне число труб

Висота труб в одному ході

Живий перетин для проходу повітря

Число труб, розташованих поперек потоку

Число труб, розташованих уздовж потоку

3. Ексергетичний баланс утилізатора

Ексергія теплового потоку, підведеного до повітря



Ексергія потоку димових газів на вході

Ексергія потоку димових газів на виході

Ексергія передана димовими газами в утилізаторі:

Зовнішні втрати ексергії через стінки й ізоляцію утилізатора

Ексергія, витрачена димовими газами на нагрівання повітря і внутрішні втрати

Ексергія потоку повітря на вході

Ексергія потоку повітря на виході

Ексергія на нагрівання повітря



Внутрішні втрати, зв'язані з необоротністю при теплообміні

Ексергія, витрачена на подолання аеродинамічного опору повітряного потоку при величині питомого сумарного опору ?h=0.05 кПа визначається як потужність вентилятора. Сумарний аеродинамічний опір складе:

Потужність вентилятора:

Сумарні втрати ексергії складають:

Табл. 6. Ексергетичний баланс рекуператора

На вході:	На виході:
Ексергія газів	Ексергія газів
Ексергія повітря	Ексергія повітря
У підсумку ?	Внутрішні втрати
	Зовнішні втрати
	У підсумку ?



Ексергетичний ККД рекуперативного утилізатора:

Ефективність регенеративного (замкнутого) тепловикористання - енергетичний ККД пічної установки складається з ККД трубчатої печі та рекуператора.

Економія палива за рахунок ВЕР визначається по величині використання ВЕР.

При у = 1, ф = 8200 год/рік

Тоді

4. Ексергетичний баланс турбіни

Водяна пара з початковою температурою Т1=953 К розширюється у турбіні від тиску Р1=1,05 МПа до тиску Р2=0,1 МПа. При даних параметрах ентальпія пари на вході в турбіну h1=3515 кДж/кг і ексергія на вході е1=1630 кДж/кг. При адіабатному розширенні h2=3085 кДж/кг, е2=1200 кДж/кг.

Отже:

Якщо внутрішній відносний ККД турбіни (відношення дійсної роботи розширення до ізоентропного) зоі = 80%, то

Тоді

Ексергетичний баланс у цьому випадку

Ексергетичний ККД визначається відношенням

Усі втрати ексергії тут відносяться до внутрішніх і технічних і тому

Ексергетична потужність турбіни при витраті 1 кг/с пари



5. Ексергетичний баланс теплонасосної компресорної установки, що працює на фреоні R 11

Теплота підводиться від відпрацьованої пари турбоустановки, що має температуру 370, до фреону, що випаровується при температурі 303 К і тиску 0,1263 МПа. Потім суха насичена пара стискується компресором до тиску 1МПа і надходить у конденсатор фреону. Процес конденсації завершується при тиску 0,9 МПа і температурі 389 К. Далі робочий агент знову дроселюється до тиску 0,1263 МПа. У конденсаторі теплового насосу нагрівається вода, що йде на опалення від температури 325 до 379 К при тиску 1 МПа в кількості 0,873 кг на 1 кг фреону-11.

Робота, що затрачується на стиск фреону-11, при адіабатному ККД компресора зк=0,8 дорівнює 32 кДж/кг. Таким чином, корисним ефектом тепло насосної установки є підвищення енергії мережної води від е1 = 10 кДж/кг до е2 = 30 кДж/кг, що відповідають температурам 325 і 379 К. Кількість теплоти, передана фреоном-11 мережній воді складає 140 кДж/кг, а одержувана від пари у випарнику 100 кДж/кг. Температура навколишнього середовища Тос=293 К. Відповідно до рівняння ексергетичного балансу L+Q*фe+QB*фeB=QГ*фel+Уd визначаємо повну втрату ексергії в установці в розрахунку на 1 кг фреону-11.

Ця втрата внутрішня. Технічна втрата ексергії:



Отже власна втрата



Література

1. Куперман Л.И. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности: Для ву-зов / С.А. Романовский, Л.Н. Сидельковский. - 2-е изд., перераб. и доп. - К: Вища школа, 1986. - 303 c.

2. Клименко В.Л. Энергоресурсы нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности / В.Л. Клименко, Ю.В. Костерин. - М.: Химия, 1986

3. Пирогов, Н.Л. Вторичные ресурсы: эффективность, опыт, перспективы / Н.Л. Пирогов и др. - М.: Экономика, 1987.

4. Хараз, Д.И. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах / Д.И. Хараз. - М.: Химия, 1984.

5. Ганжа В.Л. Проблемы тепло- и массообмена в процессах и аппаратах при использовании вторичных энергоресурсов и альтернативных источников энергии: Материалы международной школы-семинара / В.Л. Ганжа и др. - Минск: ИТМО, 1990

6. Бродянский В.М. Эксергетический метод и его приложения / В.М. Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек - М,: Энергоатомиздат, 1988

7. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анали за / В.М. Бродянский. - М., «Энергия», 1973.

8. Кручинин М.И. Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения. Эксергетический анализ теплообменных аппаратов: учеб. пособие/ М.И. Кручинин, Е.М. Шадрина // ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т.- Иваново, 2007. 44 с.

9. Сухоцкий, А.Б. Вторичные энергетические ресурсы. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебно-методическое пособие для студентов учреждений высшего образования по специальности 1-43 01 06 "Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент" / А.Б. Сухоцкий. - Минск: БГТУ, 2012. - 91 с.



Додаток 1

енергозбереження рекуперативний утилізатор компресійний



Додаток 2

Размещено на Allbest.ru

...