ФИЛИАЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
в г. Смоленске
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Расчетное задание
по курсу: «Эксплуатация систем энергообеспечения промышленных предприятий»
на тему: «Определение паропроизводительности котла-утилизатора с использованием t,Q-диаграммы»
Преподаватель: Митяшин И.П.
Группа: ЭО2-04
Студент: Романова И.В.
Вариант: 19 (11)
Смоленск 2009
ЗАДАНИЕ
В теплотехнологической установке сжигается донецкий каменный уголь №1 со следующим природным составом и низшей теплотой сгорания:
Wр = 13 %
Ар = 21,8 %
Sр = 3 %
Cр = 49,3 %
Hр = 3,6 %
Nр = 1,0 %
Oр = 8,3 %
Qнр = 19,61 МДж/кг
Определить паропроизводительность котла-утилизатора, работающего на тепловых отходах установки, с использованием диаграммы температура-теплота (t-Q — диаграмма) для следующих условий:
Давление вырабатываемого пара Рпп = 1,8 МПа.
Температура вырабатываемого пара tпп = 360 °С.
Температура питательной воды tпв = 105 °С.
Температура окружающей среды />ос = 30 °С.
Расчетный расход топлива Вр = 0,6 кг/с.
Температура продуктов сгорания на входе котла-утилизатора/>ог=800°С.
Коэффициент избытка воздуха на входе котла-утилизатора αог = 1,2.
Коэффициент избытка воздуха на выходе из котла-утилизатора αуг = 1,5.
РЕШЕНИЕ
1. Определим объем теоретически необходимого воздуха для сжигания газа:
V0в = 0,0889×(Ср+0,375×Sр)+0,265×Нр-0.0333*Op = 0,0889×(43+0,375×3)+0,265×3,6-0.0333*8,3 = 5,16 м3/кг т.
2. Определим объёмы продуктов сгорания на 1 кг топлива.
Теоретический объём азота:
V0N2 = 0.79× V0в+0.008× Nр = 0,79×5,16+0,008×1 = 4,084 м3/кг т.
Объём трёхатомных газов:
V0RO2 = 0,01816×(Ср+0,375×Sр) = 0,01816×(49,3+0,375×3) = 0,916 м3/кг т.
Теоретический объём водяных паров:
V0Н2О = 0,111×Нр+0,0124×Wр+0,0161× V0в = 0,111×6+0,0124×13+0,0161×5,16 = 0,644 м3/кг т.
V0СГ = VRO2 + V0N2 = 916+84= 5,00 м3/кг т.
V0г = V0СГ + V0H2O =5,00 + = 5,64 м3/кг т.
3. Определим объем отходящих из ГТУ продуктов сгорания при температуре />ог = 800 °С:
Vог = Bp(V0г + (αог-1)V0в)( />ог+ 273)/273 =
= 0,6 *(5,6464+(1,2- 1)6)(800+273)/273 = 15,73 м3/ м3.
4. Определим объем уходящих продуктов сгорания из котла-утилизатора при />ос = 30 °С:
Vос = Bp(V0г + (αуг-1)V0в)( />ос+ 273)/273 =
=0,6 *(5,64+(1,5- 1)6)(30 +273)/273 = 5,47 м3/с.
5. Определим количество теплоты, содержащееся в отходящих продуктах сгорания при температуре />ог = 800 °С:
Qог = VогCог/>ог = 15,73*1,52*800= 19127,7 кВт.
6. Определим количество теплоты, содержащееся в отходящих продуктах сгорания при температуре />ос = 30 °С:
Qос = VосCос/>ос = 5,47*1,423*30= 233,5 кВт.
7. Определим расчетное количество теплоты Qmax:
Qmax = Qог — Qос = 19127,7– 233,5= 18894,2 кВт.
8. По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара определяем параметры воды и водяного пара:
Рпп = 1,8 МПа, tпп = 360 °С: hпп = 3163,42 кДж/кг.
При Pб = 1.1Pпп = 1,1*1,8 = 1,98 МПа: tн = 211,81 °C, hн = 906,04 кДж/кг.
hнп = 2796,16 кДж/кг.
При tпв = 105°С: hпв = 440,17 кДж/кг.
9. Скрытая теплота парообразования:
r= hнп — hн= 2796,16-906,04=1890,12 кДж/кг.
10. Определим удельный расход тепла на генерацию и перегрев пара:
qпар = hпп – hн = 3163,423-906,04=2257,38 кДж/кг.
11. Из диапазона минимальных значений разности температур между нагреваемой средой и продуктами сгорания для пары газ-пар выбираем
Δt’ = 70 °C и производим проверки на возможность получения пара с давлением Рпп = 1,8 МПа при />ог=800°С:
/>ог-tн=800- 211,81=588,19°С > 70°С, следовательно пар может быть получен.
tпп = 360 °С
/>ог-tпп=800-360=440°С >70°С.
12. Определим tпс, при которой перепад температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой имеет минимальное значение:
/>кр = tн + Δt’ =211,81 + 70=281,81 °С.
Данная температура соответствует началу испарительного участка t,Q-диаграммы.
13. Определяем количество теплоты, передаваемое нагреваемой среде при охлаждении от />ог=800°С до />кр =281,81 °С
Qкр = Qmax/>=18894,2/>=12715,31 кВт.
14. Определяем расход пара с параметрами Рпп = 1,8 МПа, tпп = 360 °С, который генерируется в котле-утилизаторе:
Gпар = Qкр/qпар = 12715,31 /2257,38 = 5,63 кг/с.
15. Определяем расход теплоты на нагрев питательной воды в количестве Gпар =5,63 кг/с от температуры tпв =105°С до tн= 211,81°С
Qпв = Gпар(hн – hпв) = 5,63 (906,04- 440,17) = 2622,85 кВт.
16. Определяем предварительное значение температуры уходящих продуктов сгорания из котла-утилизатора. Для этого из диапазона минимальной разности температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой для пары газ-вода выбираем Δt’’ = 65°C:
/>= tпв + Δt’’ = 105 + 65= 170 °С.
17. Определяем количество теплоты, выделяемое при охлаждении продуктов сгорания от критической температуры до />:
Qкон= Qmax/>= 18894,2/>=15458,89 кВт
Qпред = Qкон -Qкр= 15458,89-12715,31 =2743,58 кВт.
18. Сравниваем Qпв с Qпред
Так как Qпв Qпред (2622,85 tпв = 105°С до tн =211,81°С количество тепла, выделенного при охлаждении продуктов сгорания с
/>кр = 281,81 °С до />= 170 °С хватает.
Gпар= G’пар
19. Определим фактическую величину Δt/>:
Q/>= G’пар/>qпар=5,63/>2257,38=12709,05 кВт
/>°С.
Δt/>= /> — tн =282,1-211,81=70,3 °С.
20. Определяем точку начала перегрева:
Для этого определим количество теплоты для парообразования:
Qпо = r Gпар = 1890,12 *5,63 = 10641,38 кВт.
Qпер = Qпар – Qпо = 12709,05 – 10641,38 = 2067,67 кВт.
Заключение: для заданных параметров пара паропроизводительность котла-утилизатора составляет 5,63 кг/с.
t-Q — диаграмма