Проект тепловой работы котла-утилизатора
Расчет теплотехнических характеристик наиболее распространенного теплообменника. Расчет горения топлива и передачи тепла. Определение производительности, округленных и рассчитанных параметров до стандартных значений. Выполнение чертежа общего вида.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 19.04.2011 |
Размер файла | 304,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки РФ.
ФГОУ СПО «Череповецкий металлургический колледж»
Специальность: 150101
«Металлургия черных металлов»
Проект тепловой работы котла-утилизатора
КП 150101.02.02 ПЗ
Проверил: Кокорина О.Л.,
преподаватель колледжа
(Подпись)_________________
Выполнил: Бабин А.Н.
студент группы 3-МЧМ-С
(Подпись)_________________
Череповец 2011 г.
Содержание
тепловой котел утилизатор теплообменник
1 Общая часть
1.1 Устройство теплообменника
1.2 Теплообмен, протекающий при работе КУ
2 Специальная часть
2.1 Расчет горения топлива
2.2Расчет пароперегревателя
2.3 Расчет испарительных секций
2.4 Расчет экономайзера
2.5 Расчет паропроизводительности котла
Заключение
Литература
Введение
Развитие металлургической промышленности требует создания новых высокоэффективных, надежных и безопасных в эксплуатации технологических агрегатов. Применение агрегатов, обладающих низкими экономическими и небезопасными показателями, ведение технологических процессов под большим избыточным давлением и при высокой температуре обуславливает необходимость детальной проработки вопросов, связанных с выбором конструкции, с прочностью и надежностью узлов и деталей, в выборе правильных материалов. Перед проектировщиком поставлена задача создания и выпуска высокопроизводительного, качественного и безопасного оборудования. Теплотехнические расчеты основных металлургических агрегатов должны обеспечивать правильную их работу на практике.
Современная металлургия характеризуется значительными выбросами в окружающую среду. В России, где новые технологии внедряются менее популяризовано, чем на западе это особенно важно. Основные пути развития и совершенствования металлургии - комплексное использование сырья, снижение расхода сырья, энергозатрат и металлоемкости на единицу металлопродукции, обеспечение прироста проката черных металлов без увеличения их производства, создание экологически чистых технологических процессов.
Целью данной курсовой работы является рассмотрение и изучение конструкции, а также расчет теплотехнических характеристик наиболее распространенного теплообменника, что достигается выполнением расчетов: на горение топлива, передачу тепла, расчетов производительности, округленных и рассчитанных параметров до стандартных значений, и выполнением чертежа общего вида.
Для сохранения экономических показателей агрегатов и цехов в целом используют теплообменники, которые также являются утилизаторами вредных веществ (газов), применяют на практике в металлургической промышленности-котлы утилизаторы.
Теплообменник, теплообменный аппарат -- устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве. (например: подогреватели, выпарные аппараты, концентраторы, пастеризаторы, испарители, деаэраторы, экономайзеры и д.р.).
В данном случае нашим теплообменником является: Котел-утилизатор, - паровой котел, не имеющий собственной топки и использующий тепло отходящих газов металлургических агрегатов, промышленных печей, энергетических установок или двигателей внутреннего сгорания. Отходящие, газы, использующиеся в котлах-утилизаторах, имеют температуру от 450--750 (при установке К.-у. за двигателями внутреннего сгорания и некоторых печей) до 900-- 1500 °С (за отражательными, рафинировочными и цементными печами).
При использовании низко нагретых отходящих газов, целесообразно применение змеевидного расположения труб котлов-утилизаторов, с многократной принудительной циркуляцией, и вертикально-водотрубных котлов с естественной циркуляцией при высокой температуре отходящих газов. Для конвертеров применяют две принципиально, разные схемы отвода и очистки газов -- с дожиганием и без дожигания СО в пространстве котла-утилизатора.
Классификация теплообменников:
· поверхностные теплообменники:
Рекуперативный теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными.
· Регенеративный теплообменник:
В регенеративных поверхностных теплообменниках теплоносители (горячий и холодный) контактируют с твердой стенкой поочерёдно. Теплота накапливается в стенке при контакте с горячим теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным
· Смесительные теплообменники:
Смесительный теплообменник -- теплообменник, предназначенный для осуществления тепло- и массообменных процессов путем прямого смешивания сред (в отличие от поверхностных теплообменников). Наиболее распространены пароводяные струйные аппараты ПСА -- теплообменники струйного типа, использующие в своей основе струйный инжектор. Смесительные теплообменники конструктивно устроены проще, нежели поверхностные, более полно используют тепло. Однако, пригодны они лишь в случаях, когда по технологическим условиям производства допустимо смешение рабочих сред.
Большое применение контактные теплообменники находят в установках утилизации тепла дымовых газов, отработанного пара и т.п.
1. Общая часть
1.1 Устройство теплообменника
Основными элементами котла-утилизатора являются барабан, испарительная поверхность нагрева, пароперегреватель и водяной экономайзер. В отдельных случаях могут отсутствовать пароперегреватель или водяной экономайзер, или оба вместе. При начальной температуре газов ниже 800°С пароперегреватель, как правило, располагается первым по ходу газов
Все поверхности нагрева котла выполнены из бесшовных труб и изготавливаются в виде сварных блоков. Каркас котла металлический, сварной. Котёл снабжены необходимой арматурой, гарнитурой, устройством для отбора проб пара и воды, контрольно-измерительными приборами. Питание котла и сигнализация уровня воды в барабане автоматизированы. Котёл поставляется транспортабельными блоками, узлами и деталями. Для очистки поверхностей нагрева применяется газо-импульсная очистка.
Тип котла: КУ-50
Расход газов: 50000 нм3/ч
Габариты (длина х ширина y высота): 11,4х5м, 6х5м, 1м
Масса металла котла: 38 т
Примечание: Поверхности нагрева в горизонтальном газоходе, применяется многократная принудительная циркуляция.
1.2 Теплообмен, протекающий при работе КУ
Крупные К.-у. имеют все элементы котлоагрегата, за исключением топочных и др. устройств, связанных с сжиганием топлива. Для малых производительностей и низких давлений применяются К.-у. газотрубные либо с многократной принудительной циркуляцией, реже -- прямоточные сепараторные и барабанные К.-у. с естественной циркуляцией. Водогрейные К.-у. обычно называются утилизационными экономайзерами, или подогревателями.
В начале работы котла часть горячего продукта подают мимо теплообменных труб через байпас с тем, чтобы держать теплообмен в желаемых пределах. После определенного времени эксплуатации в трубах в растущей степени образуются отложения и усиливается коррозия труб, что приводит к уменьшению эффективности теплообмена. Тогда снижают количество подаваемого по байпасу горячего продукта, вследствие чего последний подается в большем количестве через теплообменные трубы, благодаря чему сохраняется требуемый уровень охлаждения. Вода в нашем котле, пройдя экономайзер, попадает в барабан (находится вверху котла), из которого под действием силы тяжести (в котлах с естественной циркуляцией) попадает в опускные необогреваемые трубы, а затем в подъёмные обогреваемые, где происходит парообразование (подъёмные и опускные трубы образуют циркуляционный контур). Из-за разницы температур, а следовательно, и плотностей среды, в опускных и подъёмных трубах вода поднимается обратно в барабан. В нем происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. Вода заново идёт в опускные трубы, а насыщенный пар уходит в пароперегреватель. В котлах с естественной циркуляцией кратность циркуляции воды по циркуляционному контуру -- от 5 до 30 раз. Котлы с принудительной циркуляцией оснащены насосом, который создаёт напор в циркуляционном контуре. Кратность циркуляции составляет 3--10 раз. Котлы с принудительной циркуляцией на территории постсоветского пространства распространения не получили. Барабанные котлы работают при давлении меньше критического.
В предлагаемом котле управление теплообменом осуществляется путем распределения количества потока горячего продукта между индивидуальными пучками труб. При уменьшенном количестве горячего продукта, подаваемого через трубы одного пучка, скорость потока в трубах другого пучка соответствующим образом повышается при постоянном количестве горячего продукта, подаваемого в котел. Повышенная скорость потока продукта приводит к увеличению теплообмена. Таким образом, путем соответствующего регулирования горячего продукта в отдельных пучках труб можно управлять теплообменом и температурой подаваемого горячего продукта и продукта, выходящего из котла при разных условиях образования отложений.
Пучки содержат разное количество труб, что позволяет регулировать скорость и теплообменную площадь, благодаря чему возможно более точное регулирование температуры в котле.
Благодаря подаче на пучки горячего продукта и его пропусканию в разных количествах через теплообменные трубы теплообмен можно приспосабливать к изменениям условий образования отложений и нагрузки котла с тем, чтобы металлические поверхности труб и клапанов котла не подвергались воздействию высоких температур, приводящих к сильной коррозии в котле.
Температура потока охлажденного продукта зависит от распределения количества горячего продукта, подаваемого в трубы первого и второго пучков. Температура регулируется без воздействия высоких температур на металлические поверхности, которые вызывают заметную коррозию.
2. Специальная часть
Исходные данные:
Топливо - природно-доменная смесь:
Природный газ:
CH4 =92,6%; С2Н6 = 4,2%; С3Н8 = 0, 9%; СО2 = 0,15%; С5Н12 = - ; H2S = - ; С4Н10 = 0,8%; N2 = 1, 4%;
Доменный газ:
СН4 = 0,4%; СО2 = 11%; СО = 30,0 %; Н2 = 1,5%; Н2S = 0,1%; N2 = 57%; W г/мі = 20%;
= 17000 кДж/мі - Низшая теплота сгорания смеси
Коэффициент расхода воздуха б= 1, 2
2.1 Расчет горения топлива
Определяем состав влажного доменного газа по формулам (1, 2):
(1)
, (2)
где
ХСУХ - составляющие сухого доменного газа, % ;
W - Заданная влага, г/м3;
ХН2О - составляющая влажного доменного газа, %.
Определение состава влажного доменного газа
Итого: 99,97 %
1.2 Определяем низшую рабочую теплоту сгорания природного и влажного доменного газов по формуле (3), кДж/м3:
=127,7CO+108H2+358CH4+590C2H4+555C2H2+636C2H6+913C3H8+1185C4H10+1465C5H12+234H2S,кДж/м3 , (3)
где
127,7; 108; 358; 590; 555; 636; 913; 1185; 1465; 234 - теплота сгорания горючих составляющих влажного доменного и природного газов, постоянные величины;
CO, H2, CH4, C2H4, C2H2, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, H2S - горючие составляющие, %.
ПР.=358·92,6+1185·0,8+234·0,1 =37615,1 кДж/м3
дом.=358·0,4+127,7·30+108·1,5+234·0,1=4159,6 кДж/м3
1.3 Определяем долю природного газа в природно-доменной смеси по формуле (4).
, (4)
где
ПР.,ДОМ., - смотри формулу (2), кДж/м3;
СМ.=17000 кДж/м3 (смотреть в таблицах 1, 3)
1.4 Определяем состав смешанного газа:
(5)
где
ХПР., ХВЛ.ДОМ. - один и тот же компонент, находящийся в природном и влажном доменном газе, %.
CH4 CM=CH4 ПР.·0,61+CH4 ВЛ.ДОМ.·(1-0,61)=92,6·0,61+0,396·0,39=56,63 %
С2H6 CM=4,2·0,61=2,56 %
С3H8 CM=0,9·0,61=0,54 %
С5H12 CM=0,2·0,61=0,12 %
СО2 СМ=0,15·0,61+10,72·0.39=4,27%
H2S CM=0,09·0,39=0,035 %
N2 CM=1,4·0,61+55,57·0,39=22,52 %
COСМ=29,25·0,39=11,40 %
H2 CM=1,462·0,39=0,57 %
H2OСМ=2,48·0,39=0,96 %
Итого: 99,52 %
1.5 Определяем объем сухого воздуха, необходимого для полного сгорания 1м3 смешенного топлива по формуле (6), м3/м3:
VВ=а(1+k)·VO2 , (6)
где
а - коэффициент расхода воздуха, (таблицы 1, 3);
k=3.76 - отношение объемных частей азота к кислороду, содержащихся в воздухе;
VO2 - объем кислорода, воздуха, определенный по формуле (7), м3/м3:
VO2=0,01·[0,5(СОСМ+Н2 СМ+3·Н2SСМ)+?(m+n/4)CmHn] , (7)
где
СОСМ, Н2СМ, Н2SСМ, CmHn - составляющие смешанного топлива, %;
VO2=0,01·[0,5·(11,40+0,57+3·0,035)+(1+)·56.63+(2+)·2,56+(3+)·0,54]=1,31м3/м3
Тогда объем сухого воздуха будет:
VВ=1,2·(1+3,76)·1,31=7,48 м3/м3
1.6 Определяем состав и количество продуктов сгорания, которые образуются при полном сгорании 1м3 смешанного топлива м3/м3:
VП.С.=VRO2+VH2O+VN2+V, (8)
где
VRO2 - объем СО2 и SO2 образующихся при сгорании углерод- и серосодержащих составляющих смешанного топлива м3/м3;
VH2O - объем H2O образующийся при сгорании водородсодержащих составляющих смешанного топлива, м3/м3;
VN2 - объем азота, образующийся в результате перехода из воздуха и топлива, м3/м3;
V - Объем кислорода не участвующий в горении переходит в продукты сгорания, м3/м3;
VRO2=0,01·(СО2 СМ+SO2 СМ+COСМ+H2SСМ+?mCmHn), м3/м3 (9)
VRO2=0,01·(4,27+11,40+0,035+1·56,63+2·2,56+3·0,549)=0,791 м3/м3
VH2O=0,01·(H2OСМ+H2 СМ+H2SСМ+0,5·?nCmHn), м3/м3 (10)
VH2O=0,01·[0,96+0,57+0,035+0,5·(4·56,63+6·2,56+8·0,54)]=2,478 м3/м3
VN2=0,01·N2 СМ+а·k·VO2 , м3/м3 (11)
VN2=0,01·22,52+1,2·3,762·1,31=6,139 м3/м3
V=(а-1)·VO2 , м3/м3 (12)
V=(1.2-1)·1,31=0,262 м3/м3
VП.С.=0,791+2,478+6,139+0,262=9,67 м3/м3
Процентный состав продуктов сгорания
RO2=CO2=·100 (13)
H2O=·100 (14)
N2=·100 (15)
O=·100 , (16)
где
VCO2; VH2O; VN2; V - составляющие продуктов сгорания, %;
VП.С. - смотри формулу (8).
RO2=CO2=·100=8,179 %
Н2O=·100=25,62 %
N2=·100=63,48 %
O=·100=2,709 %
Правильность расчета определяем, составляя материальный баланс процесса горения 1м3 смешанного топлива, таблица 1.
Составляем материальный баланс процесса горения 1 смешенного топлива.
Таблица 1 - Материальный баланс
Поступило, кг |
Получено, кг |
|
Итого: |
Итого: сумма =11,5911 |
Расхождение составляет, определенная погрешность расчета: 1,07 кг
2.2 Расчет пароперегревателя
Исходные данные
VДО=22,5 м3/с
t = 730
VПОД=0,05· VДО , м3/с
PПО=1710 кПа
tПО=385
Определяем количество дымовых газов проходящих через котел-утилизатор
V=VДО+ , м3/с, (17)
где
VДО - заданное количество дымовых газов по исходным данным VДО=23,0м3/с
VПОД - задано, VПОД=0,05· VДО , м3/с
VПОД=0,05·24,8=1,24 м3/с
V=22,5+(0,05·22,5)/2=23,06 м3/с
Принимаем температуру дымовых газов за пароперегревателем на 50 меньше температуры дыма на входе в котел-утилизатор, т.е
t = 730 t = t-50=680. Температура перегретого пара tПО=385 принимаем температуру пара в барабане при давлении PПО=1710 кПа, равной t|=375. Среднелогарифмическая разность температур для противоточной схемы работы котла-утилизатора определяется
=, , (18)
где
=
Определяем среднюю температуру дымовых газов:
, (19)
где
tПО, t' - смотри формулу (13) и исходные данные, (таблица 1)
Определяем расход дымовых газов:
, м3/с (20)
Определяем среднюю скорость движения газов:
, м/с, (21)
где
fГ - живое сечение прохода для дыма, берется из таблицы по заданному типу котла-утилизатора (исходные данные - Таблица 2);
fГ=4,1м2, тогда
м/с
Из характеристик котла-утилизатора (таблица 2) выбираем:
- шаг труб по ширине S1=80 мм;
- шаг труб по глубине S2=65 мм;
- внутренний диаметр труб d=32 мм;
- число продольных рядов Z=8.
По номограмме (Приложение В[3. Методичка]) находим коэффициенты:
0 - коэффициент теплоотдачи, равный 0=120 Вт/м2·К;
kt - коэффициент поправки на температуре дымовых газов, равный kt=1,05;
kS - Коэффициент поправки на относительный шаг, равный kS=1,13;
S1/d=
S2/d=2,03
kZ - коэффициент поправки на число рядов, равный kZ=0,94.
По выбранным коэффициентам определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией:
Конв =0· kt· kS· kZ , Вт/м3·К ( 21)
Конв=120·1,05·1,13·0,94=133,63 Вт/м2·К
Определяем эффективную толщину газового слоя (Приложение Г
[3. Методичка]):
S1+ S2?7·d
S1+ S2>7·d
80+65?7·32
145?224
Sэф=(1,87·, м (22)
Sэф=(1,87· м
Парциальное давление СО2 и Н2О определяем, используя данные СО2=8,179 %;
Н2О=25,62 %
РСО2= 98,1· РН2О=98,1·, кПа (23)
РСО2=8,02 кПа ; РН2О=25,133 кПа
PCO2·Sэф=8,02·0,139=1,114 кПа·м
PH2O·Sэф=25,133·0,139=3,493 кПа·м
По номограммам приложения Д, Е и Ж [3. Методичка] находим степень черноты СО2, H2O и поправочный коэффициент в по средней температуре дыма:
еCO2=0,055; е=0,055; в=1,19
еГ= еCO2+ е· в (24)
еГ=0,055+0,055·1,19=0,121
Определяем количество тепла, переданного в пароперегревателе (Q) по формуле (А-26), предварительно определив энтальпию дымовых газов при начальной t и приблизительной конечной tтемпературами дымовых газов.
Для определения энтальпии составляющих дымовых газов (СО2, Н2О, N2, О- процентное) при t=730.
I=1475,41 кДж/м3;
I=940,36 кДж/м3;
I=1143,64 кДж/м3;
I=1005,24 кДж/м3.
I= I·+ I·+ I·+ I· (25)
I=1475,41·0,081+1143,64·0,2562+940,36·0,6348+1005,24·0,027=1036,59 кДж/м3
Аналогично находим Iпри t=680
I=1356,08 кДж/м3
I=872,71 кДж/м3
I=1049,16 кДж/м3
I=928,44 кДж/м3
I=1356,08 ·0,081+1049,16 ·0,2562+872,71 ·0,6348+928,44 ·0,027=957,7 кДж/м3
Тогда Qбудет (формула 12)
Q= V·( I- I), Вт , (26)
где
V = 23,06 м3/с (Формула 12)
Q=23,06 ·(1036,59 -957,7)·103=1819,18·103 Вт
Средняя температура стенок труб пароперегревателя равна:
=0,5·(tПО+t')+е1·, , (27)
где
е1 -коэффициент загрязнения поверхности стенок труб, е1=0,005ч0,01м2·К/Вт;
F - площадь поверхности секции пароперегревателя (таблица, исходные данные), м2
Согласно таблице F=62 м2
Определяем поглощательную способность стенок труб пароперегревателя по их средней температуре :
А еCO2·()0,65+в· е, (28)
где
Г=, К
=978,2
= +273=380,14+273=653,14 К
А0,055·()0,65+1,19·0,055=0,148
Плотность теплового потока в системе газ - поверхность:
qест.эф·С0·[ег·()4- А·()4] , Вт/м2 , (29)
где
ест.эф - эффективная степень черноты стенок, определенной по выражению, ест.эф=0,5·(1+ ест);
ест.эф=0,5·(1+0,8)=0,9;
С0=5,7 Вт/м2·К - постоянная Стефана - Больцмана;
q0,9·5,7·[0,121·()4-0,148·()4]=4489 Вт/м2
тогда коэффициент теплоотдачи излучением будет:
бизл=, (30)
бизл=Вт/м2·К
Суммарный коэффициент теплоотдачи бУ и коэффициент теплоотдачи К будут равны:
бУ=бКонв+ бизл , (31)
К=бУ/1+е1·бУ , (32)
где
для данного расчета бКонв=133,83 Вт/м2·К;
бУ=133,83 +13,81=147,61 Вт/м2·К
=Вт/м2·К
Количество тепла, воспринятое поверхностью пароперегревателя от 1м3 дыма равно:
QC=, (33)
QC=
Энтальпия дымовых газов на выходе из пароперегревателя:
i, (34)
где
- коэффициент сохранения тепла, =0,9ч0,95;
iПОД - энтальпия подсосанного воздуха, принимаем iПОД=39,6 кДж/м3
i
Действительная температура дыма на выходе из пароперегревателя будет:
t, (35)
t
Расхождение между принятой и полученной величиной составляет:
д=%-22,8.
2.3 Расчет испарительных секций
Температуру газов в конце секции примем равной t2=500.
Теперь можно определить величину среднелогарифмической разности температур (формула 18):
Температура газового потока будет:
tГ=375+263,522=638,522
Объемный расход дымовых газов (VД) и средняя скорость будут (формулы -20, 21):
VД=23,06· м3/с
щД= м/с
fГ= м2
По таблице выбираем:
- число рядов труб по ходу потока Z=16;
- шаг труб по ширине S1=80 мм;
- шаг труб по глубине S2=65 мм;
- диаметр труб d=32 мм.
По номограмме Приложения В находим поправки на относительный шаг, температуру и число рядов:
0 - коэффициент теплоотдачи, равный б0=112 Вт/м2·К;
kt - коэффициент поправки на температуре дымовых газов, равный kt=0,99;
kS - коэффициент поправки на относительный шаг, равный kS=1,11;
S1/d=
S2/d=;
kZ - коэффициент поправки на число рядов, равный kZ=1,09;
Тогда коэффициент теплоотдачи конвекцией будет:
Конв=112·0,99·1,11·1,09=134,154Вт/м2·К
Определяем коэффициент теплоотдачи излучением. При SЭФ=0,139 м и парциальном давлении РСО2=1,11 кПа; РН2О=17,8 кПа произведение будет:
PCO2·Sэф=1,114 кПа·м;
PH2O·Sэф=3,493 кПа·м
Средняя температура дыма будет:
еCO2=0,055; е=0,069; в=1,22;
еГ=0,055+0,069·1,22=0,139.
Определяем энтальпию дымовых газов используя приложение И
[3. Методичка]:
I=1596,91·0,081+1235,875·0,2562+1017,505·0,6348+1083,78·0,027=1121 кДж/м3
Количество тепла, переданное от дыма в испарительных секциях:
Q=8296·103 Вт
Средняя температура стенок труб испарительных секций равна
(формула А-27):
Поглощательная способность стенок труб испарительных секций по их средней температуре (формула 28):
А
Плотность теплового потока в системе газ-поверхность (формула 29):
qВт/м2
Коэффициент теплоотдачи излучением и суммарный коэффициент теплоотдачи будут равны (формулы 30, 31):
билз= Вт/м2·К
бУ=134,154+13,918=148,154Вт/м2·К
Средний коэффициент теплоотдачи будет (формула 32):
= Вт/м2·К
Количество тепла, воспринятое поверхностью испарительных секций от 1 м3, будет (формула 33):
QС= кДж/м3
Энтальпия дымовых газов на выходе из испарительных секций будет (формула 34):
iкДж/м3
Поскольку действительная температура дымовых газов определяется методом последовательных приближений, предварительно определим энтальпию дыма при tд=600.
I=1236,76·0,081 +954,68·0,2562+851,64·0,027+805,06·0,6348=878,81кДж/м3
Тогда действительная (истинная) температура дымовых газов будет:
t2=t
t2=500+
Расхождение между принятой и полученной величиной составляет:
д=50·% - 68,1
Поскольку расхождение между принятым и полученным значениями температур меньше 5%, расчет испарительных секций не следует повторять.
2.4 Расчет экономайзера
Принимая температуру дыма после экономайзера, равной t2=430
Среднелогарифмическая разность температур (формула 18)
При средней температуре газового потока:
Объемный расход дыма и его средняя скорость будут (формулы 20, 21):
VД=23,06·м3/с
м/с,
где
4,1 м2 - живое сечение прохода для дыма (таблица 2, исходные данные).
Согласно таблице:
- число рядов труб по ходу потока дыма в экономайзере Z=2Ч20
- шаг труб по ширине S1=80 мм;
- шаг труб по глубине S2=65 мм;
- диаметр труб d=32 мм.
По номограмме приложения В находим :
0 - коэффициент теплоотдачи, равный б0=87 Вт/м2·К;
kt - коэффициент поправки на температуре дымовых газов, равный kt=0,98;
kS - коэффициент поправки на относительный шаг, равный kS=1,11;
S1/d=
S2/d=;
kZ - коэффициент поправки на число рядов, равный kZ=1,08;
Тогда коэффициент теплоотдачи конвекцией будет (формула 21|):
бКонв=87·0,98·1,11·1,08=102,21 Вт/м2·К
При
PCO2·Sэф=1,14кПа·м;
PH2O·Sэф=3,493 кПа·м;
и средней температуре дыма по приложениям Г, Д, Ж
[3. Методичка] находим:
еCO2=0,050; е=0,095; в=1,17;
еГ=0,050+1,17·0,095=0,161.
Определяем энтальпию дымовых газов при начальной и конечной температуре (формула 25), используя Приложения И [3. Методичка]:
iкДж/м3
Количество тепла, переданное от дыма в экономайзере (формула 26):
QВт
Средняя температура стенок труб экономайзера (формула 27):
Здесь 155 - поверхность нагрева водяного экономайзера, 155 м2.
Поглощательная способность стенок труб экономайзера по их средней температуре (формула 28):
А
Плотность теплового потока в системе газ-поверхность (формула 29):
qВт/м2
Коэффициент теплоотдачи излучением и суммарный коэффициент теплоотдачи (формулы 30, 31):
бизл=Вт/м2·К
бУ=102,21+5,989=108,21Вт
Средний коэффициент теплоотдачи будет (формула 32):
Вт/м2·К
Количество тепла, воспринятое поверхностью экономайзера от 1м3 дыма (формула 33):
QC=Вт/м3=197,4 кДж/м3
i2=662,317-кДж/м3
Энтальпия дымовых газов при температуре tГ=500 равна:
I=1001,78·0,081+791,55·0,2562+664,58·0,6348+700,17·0,027=724,561кДж/м3
Находим истинную температуру дыма на выходе из экономайзера
t2=430+
Расхождение между принятой и полученной величиной составляет:
д=50·
Поскольку расхождение между принятым и полученным значениями температур меньше 5%, расчет водяного экономайзера не следует повторять.
2.5 Расчет паропроизводительности котла
Известно, что температура дымовых газов перед котлом-утилизатором равна 730, после котла-утилизатора t.
Энтальпия по t (формулы 25):
i кДж/м3
I=1356,08 ·0,081+1049,16 ·0,2562+872,71 ·0,6348+928,44 ·0,027=957,7 кДж/м3
Энтальпия подсосанного воздуха равна iпод=39,6 кДж/м3.
Количество тепла, отданное дымовыми газами в котле:
Q=, кВт , (36)
где
- объем дыма с учетом дыма с учетом подсоса воздуха, м3/с;
i0, iух - энтальпии дыма перед и после котла, кДж/м3;
iпод - энтальпия подсосанного воздуха, кДж/м3.
Q=23,06·(1036,59-957,7+39,6)=9002 кВт
Количество тепла, воспринятое в котле 1 кг воды равно:
кДж/кг , (37)
где
iп.е.,iп.в. - энтальпия перегретого пара и питательной воды, кДж/кг.
iпрод=0,01в·(i-i) , (38)
где
i - Энтальпия питательной воды при температуре кипения;
в - процент продувки.
iпрод=0,01·8·(890-421)=37,8 кДж/кг
Паропроизводительность котла-утилизатора определяем по формуле (39):
P=, (39)
где
- количество тепла, воспринятое в котле 1 кг воды в процессе ее превращения в пар, кДж/кг.
P=кг/с
Таблица А-2 - Основные параметры котла-утилизатора
Параметры |
Единицы измерения |
Расчетная величина |
|
1 |
2 |
3 |
|
Объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1м3 топлива, VВ Объем продуктов сгорания: VRO2 VH2O VN2 V |
м3/м3 м3/м3 м3/м3 м3/м3 м3/м3 |
7,48 0,791 2,478 6,139 0,262 |
|
Расчетное количество дыма, проходящее через КУ, V |
м3/с |
23,06 |
|
Среднелогарифмическая разность температур, : в пароперегревателе в испарительных секциях в экономайзере |
325,2 263,76 56,35 |
||
Средняя температура дыма,: в пароперегревателе в испарительных секциях в экономайзере |
705,2 638,52 293,85 |
||
Средняя скорость движения дымовых газов, : в пароперегревателе в испарительных секциях в экономайзере |
м/с |
20,15 18,77 11,67 |
|
Коэффициент теплоотдачи, бУ: в пароперегревателе в испарительных секциях в экономайзере |
Вт/м2·К |
147,61 148,15 108,21 |
|
Средний коэффициент теплоотдачи, : в пароперегревателе в испарительных секциях в экономайзере |
Вт/м2·К |
84,929 85,108 70,218 |
|
Средняя температура стенок труб, : пароперегревателя испарительных секций экономайзера |
380,14 380,08 237,56 |
||
Поглощательная способность стенок труб, А: пароперегревателя испарительных секций экономайзера |
- |
0,148 0,153 0,165 |
|
Количество тепла, воспринятое поверхностью от 1 м3 дыма, QC: пароперегревателем испарительными секциями экономайзером |
кДж/м3 |
74,26 431 197,4 |
|
Действительная энтальпия дымовых газов на выходе i из: пароперегревателя испарительных секций экономайзера |
кДж/м3 |
993,67 681,71 482,58 |
|
Паропроизводительность котла, Р |
кг/с |
3,19 |
Заключение
В пояснительной записке представлен курсовой проект по дисциплине “Теплотехника”, тема: Проект тепловой работы котла-утилизатора. Пояснительная записка состоит из общей и специальной частей. В общей части представлен теплообмен и устройство К.-У. В специальной части пояснительной записки приведены: расчёт горения топлива, расчет пароперегревателя, расчет паропроизводительности котла, которые включают в себя: определение средних температур дыма, расчёт средних коэффициентов теплопередачи и другие.
Литература
1. Теория, конструкция и расчёты металлургических печей: Учебник для техникумов. В 2-х томах. 2-е изд., перераб. и доп. Т. 1. Кривандин В.А., Филимонов Ю.П. Теория и конструкции металлургических печей. М.: Металлургия, 1986. 479 c
2. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т. 1. Машины и агрегаты доменных цехов. Учебник для вузов/Целиков А.И., Полухин П.И., Гребенник В.М. и др. 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Металлургия,1987. 440 c
3. Теплотехника. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта для студентов 3 курса очного и 4 курса очно-заочного отделений специальности 1101./ Составитель Медведева Л.В./-Череповец: Череповецкий металлургический колледж, 2003,-61 с
4. Расчёты металлургических печей, Мастрюков Б.С. -М.: Металлургия, Т.2, 1986
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Полезная тепловая нагрузка печи. Расчет процесса горения топлива в печи. Коэффициент избытка воздуха. Построение диаграммы продуктов сгорания. Тепловой баланс процесса горения. Подбор котла-утилизатора. Расчет испарительной поверхности, экономайзера.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 03.12.2012Расчет объемов воздуха, продуктов горения, жаропроизводительности топлива с учетом влаги в воздухе. Составление теплового баланса котлоагрегата по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича. Определение коэффициента полезного действия котла.
практическая работа [52,5 K], добавлен 04.12.2010Расчет горения топлива. Определение параметров нагрева металла и теплообмена в печи: в методической, сварочной зоне, время томления металла. Тепловой баланс: расход топлива и тепла, неучтенные потери тепла. Расчет рекуператора для подогрева воздуха.
курсовая работа [338,1 K], добавлен 14.05.2012Описание конструкции котла и топочного устройства. Расчет объемов продуктов сгорания топлива, энтальпий воздуха. Тепловой баланс котла и расчет топочной камеры. Вычисление конвективного пучка. Определение параметров и размеров водяного экономайзера.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.01.2014Расчет элементарного состава и теплотехнических характеристик топлива, объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Конструктивные характеристики топки. Распределение тепловосприятий по элементам конвективной шахты. Сведение теплового баланса.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 30.11.2012Расчетно-технологическая схема трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха. Топливо и продукты горения. Тепловой баланс парового котла. Определение расчетного расхода топлива. Выбор схемы топливосжигания. Проверочно-конструкторский расчет.
курсовая работа [436,4 K], добавлен 23.05.2013Ознакомление с методами обобщенных теплотехнических расчетов. Определение КПД котла по методике теплотехнических расчетов по приведенным характеристикам топлива Я.В. Пеккера и оценка погрешности его расчетов. Составление теплового баланса котлоагрегата.
контрольная работа [260,4 K], добавлен 07.10.2012Основы тепловой работы камерной садочной печи для цилиндрических заготовок; характеристика и условия процессов; технологический режим нагрева металла. Расчет параметров внешнего теплообмена, горения топлива, воздушного тракта, к.п.д. и производительности.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 07.12.2012Назначение, конструкция и рабочий процесс котла парового типа КЕ 4. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс котла и расход топлива. Тепловой расчет топочной камеры, конвективного пучка, теплогенератора, экономайзера.
курсовая работа [182,6 K], добавлен 28.08.2014Характеристика рабочих тел котельного агрегата. Описание конструкции котла и принимаемой компоновки, техническая характеристика и ее обоснование. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, определение расхода топлива.
курсовая работа [173,6 K], добавлен 18.12.2015