Тепловой расчет и эксергетический анализ парогенераторов химической технологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

УФИМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ  АНАЛИЗ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                          ст. гр. ТП - 05- 02              

                                                                                             Стоянов .Д.Н

.

                        

 

 

Проверил:                                                                           доц., канд. техн. наук                            

                                                                                             Латыпов Р.Ш.

                                  

 

 

 

 

 

 

 

                                                     Уфа 2007

 

Содержание

                                                                                                                                   с.

Введение                                                                                                               3

1  Задание кафедры                                                                                   4

2  Принципиальная схема котельного  агрегата                                    5

3  Теплотехнический расчет котельного  агрегата                                    6

3.1  Расчет процесса горения  топлива в топке котла                               6

3.2  Расчет  процесса горения и ht – диаграмма

продуктов сгорания топлива                                                                       10

3.3  Тепловой  баланс котельного агрегата                                        13

3.4  Исследовательская задача                                                                              17

3.5  Упрощенный эксергетический баланс котельного агрегата              19

4  Тепловой расчет котла-утилизатора                                                             25

4.1  Выбор типа котла – утилизатора                                                    26

4.2Расчет  поверхности теплообмена котла  – утилизатора                   26

4.3  Термодинамическая эффективность  работы котла – утилизатора            31

4.5  Термодинамическая эффективность  совместной работы котельного

    агрегата с котлом – утилизатором                                                                   31

5  Схема котла –  утилизатора                                                                       33

6  Схема экономайзера                                                                       35

7  Схема воздухоподогревателя                                                                 37

8  Схема горелки                                                                                              39

9  Заключение                                                             41

10  Литература                                                                                   42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

1  Задание кафедры

 

Исследовательская задача:

Используя аналитические выражения построить зависимость влияния температуры уходящих газов t_ух на КПД брутто котельнгого агрегата при

α_ух =const

Исходные данные

 

Номер варианта                                                                                                92

                                                                                                       2,5 МПа

                                                                                                                                     240 ⁰С

                                                                                                               60   ⁰ С

                                                                                                                                                                  150 ⁰ С

α_т                                                                                                               1,15

                                                                                                                0     ⁰ С

                                                                                                              200 ⁰ С

                                                                                                                3 %

 

 

 

Вид топлива                                                                                         Коксовый газ

Паропроизводительность                                                                            D=45 т/ч

Присос холодного воздуха                                                                          ∆α =0,30

 

Состав газа, % по объему

С02	H2S	C0	02
2,24	0,39	6,34	0,78
CH4	C2H6	C3H8	C4H10
22,24	2,63	0,000	0.000
C5H12	N2	H2	H20
0,000	7,32	55,63	2,43

 

 

 

 

 

 

 

 

Теплота сгорания газов   Q_н                                                Q_н^р =16400 кДж/м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  Принципиальная  схема котельного агрегата и  ее описание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          

                                 Рис.1. Схема котельного агрегата.

Котельный агрегат – это конструктивно  объединенный в единое целое комплекс устройств для получения под давлением пара или горячей воды за счет сжигания топлива. Основные требования, предъявляемые к котельным агрегатам, таковы: бесперебойность работы в течение длительного времени на заданных параметрах, легкая регулируемость, безопасность в эксплуатации, минимальные стоимости производимого пара и изготовления агрегата.

Для технических нужд водяной пар  получают в паровых котлах, где  специально поддерживается постоянное давление.

Простейшая схема котельного агрегата показана на рис.1. В нём вода подается питательным насосом 1 в подогреватель (водяной экономайзер) 2, где за счет теплоты дымовых газов (показаны пунктиром) подогревается до температуры кипения .Из экономайзера вода попадает через барабан 5 и опускные трубы 4 в систему испарительных трубок 3, которые расположены в топке котла. В испарительных трубках в результате подвода теплоты от продуктов горения часть воды превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная эмульсия возвращается в барабан 5, где разделяется на сухой насыщенный пар и воду, которая опять возвращается в испарительный контур. Полученный таким образом сухой насыщенный пар из верхней части барабана поступает в пароперегреватель 6, где за счет теплоты горячих дымовых газов перегревается до требуемой температуры перегретого пара .

 

 

 

 

3  Теплотехнические расчеты котельного агрегата.

3.1 Расчет процесса горения топлива в топке котла

 

3.1.1  Коэффициент избытка воздуха за установкой:

                                                   α_ух =  α_т + ∆α

                                                   α_ух = 1,15+0,30= 1,45

 

3.1.2  Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания газообразного топлива, м³/м³:

V⁰ = 0,0476[ 0,5.(CO+H₂)+Σ(m + n /4)C_mN_n+ 1,5 H₂S – O₂]

                

                 V⁰ =0,0476[0,5.(6,34+55,63)+(1+4/4).22,24+(2+6/4).2,63+1,5.0,39-0,78=

                  V⁰ = 4,002 м³/м³

 

3.1.3 Объем трехатомных газов, м³/м³:

             Vro = 0,01[CO+ Σ m.C_mH_n+ H₂S + CO₂),

                    

               Vro =0,01[6,34+ 1.22,24 + 2.2,63 + 0,39+2,24]=0,364 м³/м³

 

4. Теоретический объем азота, м³/м³:

                V_N2 = 0,79 V⁰ + 0,01 N₂ ,

                 V_N2 = 0,79. 4,002 + 0,01.7,32 = 3,234 м³/м³

 

3.1.5 Объем избытка воздуха в топочном пространстве, м³/м³:

                     ∆V_воз= ( α_т – 1). V⁰

                  ∆V_воз= (1,15 – 1). 4,002= 0,6003 м³/м³

 

3.1.6 Объем водяных паров, м³/м³:

                 V_H20 = 0,01(H₂ + Σ n /2 .C_mH_n+ H₂S) + 0,016α_т .V⁰                        

                  V_H20 = 0,01(55,63+ 4/2. 22,24 + 2/4.2,63 + 0,39)+ 0,016.1,15.4,002 =

                      V_H20 =  1,091 м³/м³

 

3.1.7  Объемное количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании топлива, м³/м³;

                             Vr =Vro₂ + V_N2 + V_H20  +  ∆V_воз

                                 Vr = 0,364+ 3,234 + 1,091 + 0,6003 = 5,289 м³/м³

 

 

3.1.8Плотность топливного газа при нормальных условиях, кг/м³:

                  ρ_m =0,01[1,96.CO₂ + 1,52.H₂S +1,25 N₂ +1,43.O₂+ 1,25 CO+ 0,089 H₂ +

                               +Σ(0,536m + 0,04n)CmCn+ 0,803 H₂O]=

                 ρ_m = 0,4709 кг/м³                      

 

3.1.9  Массовое количество дымовых газов, образующихся при сжигании газообразного топлива, кг/м³:

                  G_т = ρ_m + 1,306.α_ух. V⁰

                   G_т = 0,4709 + 1,306 .1,45.4,002 = 8,049  кг/м³

 

3.1.10  Определяем калориметрическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктов сгорания при температурах , кДж/м³: