Тепловой расчет и эксергетический анализ парогенераторов химической технологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                              ст. гр. - 01- 02

                                                                                               

 

 

Проверил:                                                                               доц., канд. техн. наук

                                                                                                 Латыпов Р.Ш.

 

 

 

Уфа 2005

 

                                                                    Содержание                                                            с

Введение                                                                                                                                     2

1    Исходные данные                                                                                                          3

2    Принципиальная схема  котельного агрегата                                                              4

 

3    ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

3. 1    Расчет процесса  горения топлива в топке котла                                                  5

3. 2    Расчет процесса горения  и ht – диаграмма продуктов сгорания топлива         9

3. 3    Тепловой  баланс котельного агрегата                                                                  13

3. 4    Упрощенный  эксергетический баланс котельного  агрегата                              17

4    ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛА  – УТИЛИЗАТОРА

4. 1    Выбор типа  котла – утилизатора                                                                          22

4. 2    Расчет поверхности  теплообмена котла – утилизатора                                     22

4. 3    Термодинамическая эффективность  работы котла – утилизатора                   27

4. 4    Графическая зависимость  по исследовательской задаче                                   28

4. 5    Термодинамическая эффективность  совместной работы котельного              29            агрегата с котлом – утилизатором

5    Схема котла – утилизатора                                                                                          30

6    Схема экономайзера                                                                                                     31

7    Схема воздухоподогревателя                                                                                      32

8    Схема горелки                                                                                                               33

9    Заключение                                                                                                                    34

10  Литература                                                                                                                     35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание кафедры

 

 

1    Исходные данные

 

                                                                                                       00

                                                                                                          

                                                                                                                                     

                                                                                                             

                                                                                                                                                                

                                                                                                             

                                                                                                                

                                                                                                            

                                                                                                                 

 

                                                                        

                                                                                                                                                                                                                               

 

                                                                                                                       

 

Исследовательская задача

 

Используя аналитические  выражения построить зависимость  влияния коэффициента избытка воздуха  _ух на КПД брутто котельного агрегата  при t_ух =const.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Наука, изучающая процессы получения  и использования теплоты в  различных производствах, а также  машин и аппаратов, предназначенных  для этих целей, называется теплотехникой.

В настоящее время роль теплотехники значительно возросла в связи с необходимостью экономного использования топливно – энергетических ресурсов, решения проблем охраны окружающей среды и создания безотходных технологий.

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. В реализации этого закона большая роль отводится специалистам любого технического профиля, чем и объясняется особая актуальность теплотехнической подготовки соответствующих инженерных кадров, в том числе и технологических специальностей.

Оценка потенциала энергосбережения свидетельствует о возможностях российской экономики к 2010 г. сократить  потребность в энергоресурсах в  результате роста эффективности их использования в размере 350…360 млн.т условного топлива при ожидаемом энергопотреблении на уровне 1050 млн. т у.т..

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.

Энергетическое хозяйство  НПЗ и НХЗ включает собственно энергетические установки (ТЭЦ, котельные, компрессорные, утилизационные, холодильные, теплонасосные установки и др.), энергетические элементы комбинированных энерго – химико – технологических систем (ЭХТС), производящих технологическую и энергетическую продукцию.

В данной работе на примере  котельного агрегата рассматриваются методы расчета процесса сжигания и расхода топлива, КПД, теплового и эксергетического балансов. Экономия топлива при его сжигании является одной из важнейших задач в решении топливно – энергетической проблемы.

Вопросы экономии топлива  и рационального использования  теплоты решаются в курсовой работе применением в схеме установки  экономайзера, воздухоподогревателя, котла – утилизатора.

   

 

 

 

 

                                                                                                                                                                                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2    Принципиальная схема котельного агрегата                                                         [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3  ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

3. 1   Расчет процесса горения топлива в топке котла

 

3. 1. 1    Коэффициент избытка воздуха за установкой

,

.

 

3. 1. 2    Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания                         газообразного топлива

,

.

 

3. 1. 3    Объем трехатомных газов

,

.

 

3. 1. 4   Теоретический объем азота

,

.

 

3. 1. 5    Объем избытка воздуха в топочном пространстве

,

.

 

3. 1. 6    Объем водяных паров

,

3. 1. 7   Объемное количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании топлива

,

.

 

3. 1. 8   Плотность топливного газа при нормальных условиях

,

 

.

 

3. 1. 9   Массовое количество дымовых газов, образующихся при сжигании газообразного топлива

,

.

 

3. 1. 10   Определим калориметрическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктов сгорания при температуре

,

,

.

 

где , , , - Средние объемные изобарные теплоемкости                                                               углекислого газа, азота, водяных паров и воздуха;

           

Энтальпию продуктов сгорания при калориметрической температуре определяем из уравнения теплового баланса топки, для двух случаев

 

а.    с воздухоподогревателем

,

.

 

где - физическое тепло топлива, ввиду его малости можно принять ;

- физическое тепло воздуха;

 

,

.

 

где - температура воздуха;

- средняя изобарная объемная  теплоемкость воздуха при ;

 

б.    без воздухоподогревателя

,

.

 

Зная  и по ht – диаграмме определяем калориметрические температуры горения и

 

 

 

 

 

 

Построили диаграмму - продуктов сгорания и определили и , которые равны и

 

 

 

 

 

3. 1. 11    Определяем энтальпию уходящих газов

 

а.    с воздухоподогревателем

,

.

 

б.    без воздухоподогревателя

,

.

 

Для этого случая определяем приближенное значение температуры уходящих газов  без воздухоподогревателя из уравнения теплового баланса последнего

 

,

 

где 1,295 и 1,293 – плотности дымовых газов и воздуха при нормальных условиях;

- средняя изобарная массовая теплоемкость газов,

принимаем ;

- средняя изобарная массовая  теплоемкость воздуха,

 принимаем ;

отсюда

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 2   РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ И - ДИАГРАММА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

СОДЕРЖАНИЕ КОМПОНЕНТОВ  СМЕСИ

CH4	C2H6	C3H8	C4H10
94.000	1.200	0.700	0.400
C5H12	H2S	H2	H2O
0.200	0.000	0.000	0.000
O2	CO	CO2	N2
0.000	0.200	0.000	3.300