Тепловой расчет и эксергетический анализ парогенераторов химической технологии

- потери теплоты от наружного  охлаждения;

- потери с физическим теплом  шлака;

 

Разделив обе части уравнения (3.1) на и умножив на 100, получим уравнение теплового баланса

 

,

в котором величина , численно равна КПД котельного агрегата.

При сжигании газообразного топлива  принимаем

;

;

Зная коэффициент  , выбираем горелку. Нам подходит камерная топка для сжигания жидких и газообразных топлив, с потерей теплоты от химической неполноты сгорания .

По паропроизводительности котельного агрегата, которая равна  можно определить потери тепла на наружное охлаждение .

  

,

,

,

,

,

.

 

 

3. 3. 1    Потери теплоты с уходящими газами определяем для двух случаев          [1]

 

а.    с воздухоподогревателем

,

.

 

б.    без воздухоподогревателя

,

.

 

где при ;

 

3. 3. 2    КПД брутто котельного агрегата

 

а.    с воздухоподогревателем

,

.

б.     без воздухоподогревателя

,

.

 

3. 3. 3    Часовой расход натурального топлива

а.    с воздухоподогревателем

,

.

где D – паропроизводительность котельного агрегата, кг/ч;

- энтальпия перегретого пара, определяется по таблицам термодинамических  свойств воды и водяного пара  по  и ;

- энтальпия питательной воды  при температуре  и ;

- энтальпия котловой воды в котельном агрегате, определяется при температуре   и ;

 

 

 

 

 

 

б.    без воздухоподогревателя                                                                                       [1]

,

.

 

 

 

3. 3. 4    Часовой расход условного топлива

 

а.    с воздухоподогревателем

,

 

.

б.    без воздухоподогревателя

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 3. 5    Диаграмма тепловых потоков

 

 

 

 

М  1:1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 4    УПРОЩЕННЫЙ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ  БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

3. 4. 1    Эксергия топлива с достаточной для приближенных практических расчетов точностью может быть принята равной низшей теплоте сгорания топлива

,

.

 

3. 4. 2    Эксергия теплоты продуктов сгорания топлива, образующихся в топке котла

а.    с воздухоподогревателем

,

.

где - температура окружающего воздуха, ;

- калориметрическая температура  горения,  ;

б.    без воздухоподогревателя

 

,

.

 

3. 4. 3    Потери при адиабатном горении (без учета потери эксергии за счет теплообмена топки с окружающей средой)

а.    с воздухоподогревателем

,

.

б.    без воздухоподогревателя

,

.

или в %

а.    с воздухоподогревателем

,

.

б.    без воздухоподогревателя

,

.

 

 

 

 

 

 

3. 4. 4    Определяем уменьшение эксергия продуктов сгорания за счет                  [1]

теплообмена в нагревательно – испарительной части котла.

а.    с воздухоподогревателем

,

.

б.    без воздухоподогревателя

,

.

 

3. 4. 5    Приращение эксергии в процессе превращения воды в перегретый пар

а.    с воздухоподогревателем

,

.

б.    без воздухоподогревателя

.

или в %

а.    с воздухоподогревателем

,

.

б.    без воздухоподогревателя

,

.

где - удельная энтропия перегретого пара и питательной воды, определяются по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара

 

3. 4. 6    Потеря эксергии от теплообмена по водопаровому тракту

а.    с воздухоподогревателем

,

.

 

 

б.    без воздухоподогревателя

,

.

или в %

а.    с воздухоподогревателем

,

.

 

 

 

б.    без воздухоподогревателя

,

.

 

3. 4. 7    Уменьшение эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в воздухоподогревателе

,

.

 

3. 4. 8    Увеличение эксергии воздуха в воздухоподогревателе

,

.

 

3. 4. 9    Потеря эксергии за счет теплообмена в воздухоподогревателе

,

.

или в %

,

.

 

3. 4. 10    Составим эксергетический баланс котельного агрегата и определим эксергию уходящих газов

а.    с воздухоподогревателем

,

Отсюда

.

 

 

 

б.    без воздухоподогревателя                                                                                       [1]

,

.

Отсюда

,

.

или в %

а.    с воздухоподогревателем

,

.

б.    без воздухоподогревателя

,

.

 

3. 4. 11    Определим среднетермодинамическую температуру при теплоподводе

,

 

.

 

3. 4. 12    Эксергетический КПД котельного агрегата, оценим через среднетермодинамическую температуру при тепловоде

а.    с воздухоподогревателем

,

.

б.    без воздухоподогревателя

,

.

 

 

 

 

 

 

 

3. 4. 13    Диаграмма потоков эксергии котельного агрегата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М  1:1000

 

 

 

 

 

 

4    ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛА – УТИЛИЗАТОРА                                               [1]

4. 1    Расход газов через котел – утилизатор

,

.

где - объем газов;

- часовой расход топлива без  воздухоподогревателя;

По расходу газов через котел – утилизатор выбираем по каталогу его тип – КУ-16.

; ;  ;

где - наружный диаметр дымогарных труб;

- внутренний диаметр дымогарных труб;

- число дымогарных труб;

 

4. 1. 2 Определяем среднюю температуру продуктов сгорания в котле – утилизаторе

,

 

.

 

4. 1. 3    Выписываем теплофизические свойства продуктов сгорания при

; ; ;

 

4. 1. 4    Вычисляем площадь поперечного (“живого”) сечения дымогарных труб

,

.

 

4. 1. 5    Определяем скорость газов в дымогарных трубах

,

.

 

Условие выполняется, так как рекомендуемая  скорость газов от до .

По скорости газов в дымогарных трубах выбираем котел утилизатор. В данном случае нам подходит котел - утилизатор КУ-16.

 

4. 2    РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА КОТЛА – УТИЛИЗАТОРА

4. 2. 1 Коэффициент теплоотдачи газов к стенкам дымогарных труб.

,

 

.

 

где и - поправочные коэффициенты;                                                               [1]

- при охлаждении;

;

 при  ;

- условие выполняется.

 

4. 2. 2 Коэффициент теплопередачи от газов к воде через дымогарные трубы испарительной части котла – утилизатора

,

.

где - коэффициент загрязнения поверхности нагрева;

 

4. 2. 3 Теплота, отданная газами в котле – утилизаторе

,

 

.

 

4. 2. 4    Выписываем из технической характеристики котла – утилизатора параметры получаемого пара (перегретого), питательной воды и давление в котле утилизаторе

; ; ;

где - температура перегретого пара;

- температура питательной воды;

- давление в котле – утилизаторе;

 

4. 2. 5    Из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара определяем параметры пара при и ; и питательной воды при и ;

      

 

4. 2. 6    Паропроизводительность котла – утилизатора при 5% потерях теплоты в окружающую среду

а.    в случае получения перегретого пара

,

.

 

4. 2. 7    Температура газов на входе в нагревательный участок определяется из теплового баланса последнего

,

 

Отсюда

,

 

.

где - КПД котла – утилизатора,  ;

- теплоемкость воды, равная  ;

 

4. 2. 8    Температура газов на выходе из участка перегрева определяется по уравнению теплового баланса участка (при получении перегретого пара)

,

Отсюда

,

.

 

4. 2. 9    Средний температурный напор

а. нагревательного участка

,

.

 

б.    испарительного участка

,

.

 

 

 

 

 

 

 

в.    участка перегрева                                                                                                     [1]

,

.

 

 

4. 2. 10    Поверхность нагрева котла – утилизатора

а.    нагревательного участка

,

.

б.    испарительного участка

,

.

где - теплота парообразования, определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения пара при ;

в.    участка перегрева

,

.

 

4. 2. 11    Общая поверхность нагрева котла – утилизатора

,

.

 

4. 2. 12 Длина труб

,

.

где - число котлов – утилизаторов;

 

 

 

 

 

4. 2. 13    Строим  график изменения температур  вдоль поверхности нагрева котла  – утилизатора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 3 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ КОТЛА – УТИЛИЗАТОРА

4.3.1    Уменьшение эксергии продуктов сгорания в котле – утилизаторе               [1]