Поверочный расчет котла-утилизатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Поверочный расчет котла-утилизатора

Курсовой проект

по дисциплине «Прикладная теплотехника»

Вариант 12

Выполнил: студент группы БМТ-13-04

Бикбулатов Э.Р.

Проверил: Хафизов Ф. М.

Уфа 2016



Содержание

печь сгорание экономайзер

1. Исходные данные

2. Полезная тепловая нагрузка печи

3. Расчет процесса горения топлива в печи

4. Коэффициент избытка воздуха

5. Объем продуктов сгорания

6. Энтальпия продуктов сгорания

7. Построение H-t диаграммы продуктов сгорания

8. Тепловой баланс процесса горения

9. Подбор котла-утилизатора

10. Расчет испарительной поверхности

11. Расчет экономайзера

Вывод по курсовой работе

Список литературы

Приложения



1. Исходные данные

Производительность

Температура сырья :

- на входе в печь

- на выходе из печи

Доля отгона

Плотность при :

-сырья

-отгона

-остатка

Температура воздуха поступающего в печь

Температура газов на выходе из печи

Вид топлива - газ

Температура топлива

Температура питательной воды

Температура наружного воздуха

Вид и толщина тепловой изоляции печи :

Шатомный кирпич .

2. Полезная тепловая нагрузка печи

Энтальпия на входе в печь

Энтальпия жидкого нефтепродукта, кДж/, определяется по формуле

где - плотность жидкости при температуре 20 °C, отнесенная к плотности воды при 4 °C;

- температура жидкой фазы, при которой определяется энтальпия.

Энтальпия на выходе из печи, кДж/

Полезная тепловая нагрузка, кВт

где - расход сырья, кг/с;

e - массовая доля отгона на выходе из печи;

- удельная энтальпия продукта на входе в печь, кДж/;

, - удельные энтальпии жидкой и паровой фаз нефтепродукта на выходе из печи, соответственно, кДж/.



3. Расчет процесса горения топлива в печи

Объемный состав топливного газа

Таблица 3.1 Объемный состав топливного газа

94,08	2,8	0,73	0,3	0,09	1,0	1,0

Низшая теплота сгорания топлива

Низшая теплота сгорания для газообразного топлива определяется по формуле, кДж/м³

где , , , , и т.д. - объемное содержание газов, входящих в состав газообразного топлива, % объемный.

3.3 Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 м³ газообразного топлива, м³/ м³



4. Коэффициент избытка воздуха

Для обеспечения полноты сгорания топлива воздух в печь подается с избытком по сравнению с теоретически необходимым:

где и - действительное и теоретическое количество воздуха, отнесенное к 1 м³ сжигаемого топлива, м³/ м³.

При возникает химический недожог, связанный с несовершенством перемешивания топлива с воздухом на выходе из горелки и развитием зон с недостатком кислорода. При наблюдается снижение температуры в зоне горения и замедления реакции окисления. Одновременно уменьшается время пребывания частиц в высокотемпературной зоне ввиду увеличения объемов продуктов сгорания (как следствие, появления механической неполноты сгорания - зола и шлак).

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида и свойств топлива, конструкции топочного устройства, способа сжигания и др.

Таблица 4.1- Значение коэффициента избытка воздуха в печи

Вид топлива	Способ сжигания	Коэффициент избытка воздуха
Газообразное	Газовые горелки	1,1-1,3

Примем .

5. Объем продуктов сгорания

При полном сгорании 1 м³ газообразного топлива в образующихся газообразных продуктах должны содержаться продукты полного окисления горючих элементов и избыток содержания кислорода .

Объем трехатомных газов , м³/ м³

Объем азота, м³/ м³

Объем водяных паров, м³/ м³

Объем кислорода, м³/ м³

Суммарный объем продуктов сгорания, м³/ м³

Процентный состав компонентов в продуктах сгорания,

6. Энтальпия продуктов сгорания

Энтальпия продуктов сгорания

Энтальпия продуктов сгорания рассчитывается на 1 газообразного топлива, кДж/

где , - энтальпии газов при температуре 600 °С.

Энтальпия действительного количества воздуха, кДж/

где - энтальпия воздуха при температуре 600 °С.

7. Построение H-t диаграммы продуктов сгорания

H-t диаграмма (зависимость энтальпии газов от температуры) используется для графического определения энтальпии продуктов сгорания при различных температурах и заданном избытке воздуха. Для ее построения необходимо при произвольно выбранных температурах рассчитать энтальпию газов (отнесенных 1 м³ дымовых газов), кДж/:

где - энтальпия продуктов сгорания при задаваемых температурах. Расчетные точки строятся в системе координат H-t (Рисунок 8.1). Данные для построения H-t диаграммы приведены в таблице 7.1

Таблица 7.1- Данные для построения H-t диаграммы

Температура, °С	100	1000
Энтальпия продуктов сгорания,
	169	2202
	130	1394
	151	1725
	132	1478
	136,806	1518,6

8. Тепловой баланс процесса горения

Теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котла

Физическая теплота топлива, определяемая его температурой

, для газообразного топлива

8.3 Теплота форсуночного пара

, так как не пылевым распылом

8.4 Располагаемая теплота, кДж/

где - низшая теплота сгорания;

- теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котла.

8.5 Потеря теплоты с уходящими газами,

где - энтальпия воздуха при температуре окружающей среды

Площадь наружной поверхности стенок

Размеры печи по внешней стороне ( Тепловые потери определяются со стороны свода и боковых сторон (потерями через пол пренебрегают).

Расчет температуры наружной поверхности стенки

Температура находится из уравнения



где - температура внутренней поверхности стенки, °С.

где - средняя температура внутри слоя;

- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду, Вт/(м²К). Определяется по формуле

где - температура наружной поверхности стенки.

Коэффициент теплопроводности материала,

Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду,

Термическое сопротивление теплопередаче,

Потеря теплоты через ограждение,

КПД печи

где процент уходящего в окружающую среду тепла;

где B - расход топлива, /с

Проверка теплового баланса

)

В связи с малостью погрешности равенство считаем выполнимым.



9. Подбор котла-утилизатора

Для утилизации физического тепла дымовых газов, выходящих после технологических печей, применяются котлы-утилизаторы (КУ). Это позволяет получить дополнительную продукцию в виде насыщенного или перегретого пара, горячей воды и приводит к экономии топлива на предприятии.

Общее количество дымовых газов, м³/ч

м³/ч,

где - температура уходящих газов из печи;

- объем продуктов сгорания при сжигании 1 газообразного топлива, м³/.

По заданной температуре дымовых газов после печи и объему продуктов сгорания подбирается тип котла-утилизатора, рассчитывается их число для параллельного включения.

Примем один котел-утилизатор КУ-60-2. Технические характеристики КУ приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1 Технические характеристики подобранного котла-утилизатора

Тип КУ и их количество	Расход дымовых газов, нм3/с	Давление пара, МПа	Температура, °С
			Газов перед котлом	Насыщенного пара	Питательной воды
	14,2	1,7	700	207	30
Площадь нагрева, м2	Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2
Испарительный пакет	Экономайзер	Испарительный пакет	Экономайзер
586	247	5,44	4,55

10. Расчет испарительной поверхности

Задаемся двумя температурами газов за испарителем и . Последующий расчет для испарителя производится для двух заданных температур.

Энтальпии газов на входе в испаритель и на выходе из него определяются по H-t диаграмме, кДж/

Расход газов, проходящих через котел, м³/с

где n- число принятых КУ.

Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси, кВт

где - коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду (принимается ).

Средний температурный напор, °С

где , - соответственно большая и меньшая разность температур теплоносителей, °С. Для испарителя определяются следующим образом

где - температура насыщения, °С.

Средняя температура газов, °С

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке трубы при поперечном омывании шахматных пучков труб, Вт/(м²К)

где - теплопроводность газов Вт/(мК);

- наружный диаметр труб, м;

- вязкость газов, ;

- скорость дымовых газов, м/с;

Pr- критерий Прандтля. Определяется по средней температуре потока для дымовых газов;

- поправка на число рядов труб по ходу газов. При z10

- коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного шага у₁ и значения

.

Средний относительный диагональный шаг труб

Скорость движения дымовых газов, м/с, определяется по формуле

где - живое сечение для прохода газов, м² (принимается по конструктивной характеристике КУ для испарительной поверхности, как среднее для всех четырех испарительных пакетов).

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле, Вт/(м²К)

где -коэффициент тепловой эффективности, .

Тепловосприятие испарителя, кВт

где F=586 м² - расчетная площадь нагрева испарителя. Принимается по конструктивным характеристикам КУ.

По двум принятым значениям температур и и полученным значениям и производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость точка пересечения прямых указывает температуру продуктов сгорания , которую следовало бы принять при расчете (рисунок 10.1).

Из рисунка принимаем, что . Так как полученное значение не превышает разницу в 10 от предварительно принятых значений , то выполним аналогичный расчет для полученного значения расчетной температуры

Действительное тепловосприятие испарителя, кВт



11. Расчет экономайзера

Задаемся двумя температурами газов за экономайзером и . Последующий расчет экономайзера проводится для двух заданных температур.

Энтальпии газов на входе в экономайзер и на выходе и него, кДж/м³

Количество теплоты, отданное газами в экономайзер, кВт

Теплота, отданная дымовыми газами в КУ, кВт

Паропроизводительность КУ при получении насыщенного пара, кг/с

где кДж/кг- энтальпия сухого насыщенного пара ;

- энтальпия питательной воды.

Средний температурный напор, °С

где ,, - большая и меньшая разность температур теплоносителей и температура питательной воды соответственно.

Средняя температура газов, °С

Скорость движения дымовых газов определяется по формуле

где - живое сечение для прохода газов, м² (принимается по конструктивной характеристике КУ для экономайзера).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке, Вт/(м²К)

где - поправка на число рядов труб по ходу газов. При z10

- коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного шага и значения

Средний относительный диагональный шаг труб

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле, Вт/(м²К)



где - коэффициент тепловой эффективности, .

Тепловосприятие экономайзера,

где F=247 м² - расчетная площадь нагрева экономайзера. Принимается по конструктивным характеристикам КУ.

Из рисунка принимаем, что . Так как полученное значение не превышает разницу в 10 от предварительно принятых значений , то выполним аналогичный расчет для полученного значения расчетной температуры

Действительное тепловосприятие экономайзера,



Вывод по курсовой работе

Рассмотрен тепловой метод анализа применительно к технологической печи нефтеперерабатывающего завода. По приведенным расчетным зависимостям был составлен тепловой расчет.

Для использования теплоты уходящих газов был подобран котел-утилизатор. Был проведен поверочный расчет выбранного котла утилизатора с определением расчетной температуры на выходе из котла.



Список литературы

1. Сулейманов А.М., Бурдыгина Е.В., Трофимов А.Ю. Учебно-методическое пособие для выполнения курсовой работы «Поверочный расчет котла-утилизатора».

2. http://tehtab.ru/Guide/GuideWater1bar0to100deg/



Приложение 1

Схема двухкамерной трубчатой печи

1- форсунки; 2- муфели; 3,4- потолочные экраны; 5,6- подовые экраны; 7- конвекционная камера



Приложение 2

Принципиальная схема котла-утилизатора



Приложение 3

Схема котла-утилизатора КУ-60-2

Размещено на Allbest.ru