Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
«Самарский ГосударственныйТехнический Университет»
Кафедра «Химическая технология ипромышленная экология»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Техническая термодинамикаи теплотехника»
Тема: Расчет установки утилизациитеплоты отходящих газов технологической печи
Выполнил: Студент Рябинина Е.А.
ЗФ курс III группа 19
Проверил: Консультант Чуркина А.Ю.
Самара 2010 г.
Введение
На большинстве химическихпредприятий образуются высоко- и низко-температурные тепловые отходы, которыемогут быть использованы в качестве вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Кним относятся уходящие газы различных котлов и технологических печей,охлаждаемые потоки, охлаждающая вода и отработанный пар.
Тепловые ВЭР взначительной степени покрывают потребности в тепле отдельных производств. Так,в азотной промышленности за счет ВЭР удовлетворяется боле 26 % потребности втепле, в содовой промышленности – более 11 %.
Количество использованныхВЭР зависит от трех факторов: температуры ВЭР, их тепловой мощности инепрерывности выхода.
В настоящее времянаибольшее распространение получила утилизация тепла отходящих производственныхгазов, которые почти для всех огнетехнических процессов имеют высокийтемпературный потенциал и в большинстве производств могут использоватьсянепрерывно. Тепло отходящих газов является основной состовляющейэнергетического баланса. Его используют преимущественно для технологических, ав некоторых случаях – и для энергетических целей ( в котлах-утилизаторах).
Однако широкоеиспользование высокотемпературных тепловых ВЭР связано с разработкой методовутилизации, в том числе тепла раскаленных шлаков, продуктов и т. д., новыхспособов утилизации тепла отходящих газов, а также с совершенствованиемконструкций существующего утилизационного оборудования.
1. Описаниетехнологической схемы
В трубчатых печах, неимеющих камеры конвекции, или в печах радиантно-конвекционного типа, но имеющихсравнительно высокую начальную температуру нагреваемого продукта, температураотходящих газов может быть сравнительно высокой, что приводит к повышеннымпотерям тепла, уменьшению КПД печи и большему расходу топлива. Поэтомунеобходимо использовать тепло отходящих газов. Этого можно достигнуть либоприменением воздухоподогревателя, нагревающего воздух, поступающий в печь длягорения топлива, либо установкой котлов-утилизаторов, позволяющих получитьводяной пар, необходимый для технологических нужд.
Однако для осуществленияподогрева воздуха требуются дополнительные затраты на сооружениевоздухоподогревателя, воздуходувки, а также дополнительный расходэлектроэнергии, потребляемый двигателем воздуходувки.
Для обеспечениянормальной эксплуатации воздухоподогревателя важно предотвратить возможностькоррозии его поверхности со стороны потока дымовых газов. Такое явлениевозможно, когда температура поверхности теплообмена ниже температуры точкиросы; при этом часть дымовых газов, непосредственно соприкасаясь с поверхностьювоздухоподогревателя, значительно охлаждается, содержащийся в них водяной парчастично конденсируется и, поглощая из газов диоксид серы, образует агрессивнуюслабую кислоту.
Точка росы соответствуеттемпературе, при которой давление насыщенных паров воды оказывается равнымпарциальному давлению водяных паров, содержащихся в дымовых газах.
Одним из наиболеенадежных способов защиты от коррозии является предварительный подогрев воздухакаким-либо способом (например, в водяных или паровых калориферах) дотемпературы выше точки росы. Такая коррозия может иметь место и на поверхностиконвекционных труб, если температура сырья, поступающего в печь, ниже точкиросы.
Источником теплоты, дляповышения температуры насыщенного пара, является реакция окисления (горения)первичного топлива. Образующиеся при горении дымовые газы отдают свою теплоту врадиационной, а затем конвекционной камерах сырьевому потоку (водяному пару).Перегретый водяной пар поступает к потребителю, а продукты сгорания покидаютпечь и поступают в котел-утилизатор. На выходе из КУ насыщенный водяной парпоступает обратно на подачу в печь перегрева пара, а дымовые газы, охлаждаясьпитательной водой, поступают в воздухоподогреватель. Из воздухопо-догревателядымовые газы поступают в КТАН, где поступающая по змеевику вода нагревается иидет на прямую к потребителю, а дымовые газы – в атмосферу.
2. Расчет печи
2.1 Расчет процессагорения
Определимнизшую теплоту сгорания топлива Qрн. Если топливопредставляет собой индивидуальный углеводород, то теплота сгорания его Qрнравна стандартной теплоте сгорания за вычетом теплотыиспарения воды, находящейся в продуктах сгорания. Также она может бытьрассчитана по стандартным тепловым эффектам образования исходных и конечныхпродуктов исходя из закона Гесса.
Для топлива, состоящегоиз смеси углеводородов, теплота сгорания определяется, но правилу аддитивности:
/>
где Qpiн — теплота сгорания i-гo компонента топлива;
yi — концентрация i-гoкомпонента топлива в долях от единицы, тогда:
Qрнсм= 35,84 ∙ 0,987 + 63,80 ∙ 0,0033+ 91,32 ∙0,0012+ 118,73 ∙ 0,0004 + 146,10 ∙ 0,0001 = 35,75 МДж/м3.
Молярную масса топлива:
Mm= ΣMi∙ yi,
где Mi – молярная масса i-гo компонента топлива, отсюда:
Mm=16,042 ∙0,987 + 30,07 ∙0,0033 + 44,094 ∙0,0012 + 58,120 ∙0,0004 + 72,15 ∙0,0001 + 44,010∙0,001+28,01 ∙ 0,007 = 16,25 кг/моль.
/>
/>кг/м3,
тогда Qрнсм, выраженная в МДж/кг, равна:
/>МДж/кг.
Результаты расчета сводимв табл. 1:
Состав топлива Таблица 1Компонент
Молярная масса Mi,
кг/кмоль
Молярная доля yi,
кмоль/кмоль
Mi ∙yi,
кг/кмоль
CH4 16,042 0,9870 15,83
C2H6 30,070 0,0033 0,10
C3H8 44,094 0,0012 0,05
н-C4H10 58,120 0,0004 0,02
C5H12 72,150 0,0001 0,01
CO2 44,010 0,0010 0,04
N2 28,010 0,0070 0,20 ИТОГО: 1,0000 16,25
Определим элементарныйсостав топлива, % (масс.):
содержание углерода
/>
/>
содержание водорода
/>
/>
содержание кислорода
/>
/>
содержание азота
/>
/>,
где niC, niH, niN, niO — число атомов углерода, водорода, азота и кислорода в молекулах отдельныхкомпонентов, входящих в состав топлива;
/> — содержание каждого компонентатоплива, масс. %;
xi — содержание каждого компонентатоплива, мол. %;
Mi- молярная масса отдельных компонентов топлива;
Мm — молярная масса топлива.
Проверка состава:
C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100 %(масс.).
Определим теоретическоеколичество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива, оно определяется из стехиометрического уравнения реакции горения и содержания кислородав атмосферном воздухе. Если известен элементарный состав топлива, теоретическоеколичество воздуха L0, кг/кг, вычисляется по формуле:
/>
/>кг/кг.
На практике дляобеспечения полноты сгорания топлива в топку вводят избыточное количествовоздуха, найдем действительный расход воздуха при α = 1,25:
L=αL,
где L — действительныйрасход воздуха;
α — коэффициентизбытка воздуха,
L=1,25∙17,0 = 21,25 кг/кг.
Удельный объем воздуха(н. у.) для горения 1 кг топлива:
/>
где ρв= 1,293 – плотность воздуха при нормальных условиях,
/>м3/кг.
Найдем количествопродуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:
если известенэлементарный состав топлива, то массовый состав дымовых газов в расчете на 1 кг топлива при полном его сгорании может быть определен на основании следующих уравнений:
/>
/> кг/кг;
/>
/> кг/кг;
/>
/> кг/кг;
/>
/> кг/кг,
где mCO2,mH2O, mN2, mO2 — массасоответствующих газов, кг.
Суммарное количествопродуктов горения:
mп. с = mCO2 + mH2O+ mN2 + mO2,
mп. с = 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 = 22,25кг/кг.
Проверяем полученнуювеличину:
/>
где Wф — удельный расход форсуночного пара при сжигании жидкого топлива, кг/кг (длягазового топлива Wф = 0),
/> кг/кг.
Поскольку топливо – газ,содержанием влаги в воздухе пренебрегаем, и количество водяного пара неучитываем.
Найдем объем продуктовсгорания при нормальных условиях, образовавшихся при сгорании 1 кг топлива:
/>
где mi— масса соответствующего газа, образующегося при сгорании 1 кг топлива;
ρi — плотность данного газа принормальных условиях, кг/м3;
Мi — молярная масса данного газа,кг/кмоль;
22,4 — молярный объем, м3/кмоль,
/>м3/кг; />м3/кг;
/>м3/кг; />м3/кг.
Суммарный объем продуктовсгорания (н. у.) при фактическом расходе воздуха:
V = VCO2+ VH2O + VN2 + VO2,
V= 1,38 + 2,75+ 13,06 + 0,70 = 17,89 м3/кг.
Плотность продуктовсгорания (н. у.):
/>
/> кг/м3.
Найдем теплоемкость иэнтальпию продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от 100 °С (373К) до 1500 °С (1773 К), используя данные табл. 2.
Средние удельныетеплоемкости газов ср, кДж/(кг∙К) Таблица 2
t, °С
O2
N2
CO2
H2O Воздух 0,9148 1,0392 0,8148 1,8594 1,0036 100 0,9232 1,0404 0,8658 1,8728 1,0061 200 0,9353 1,0434 0,9102 1,8937 1,0115 300 0,9500 1,0488 0,9487 1,9292 1,0191 400 0,9651 1,0567 0,9877 1,9477 1,0283 500 0,9793 1,0660 1,0128 1,9778 1,0387 600 0,9927 1,0760 1,0396 2,0092 1,0496 700 1,0048 1,0869 1,0639 2,0419 1,0605 800 1,0157 1,0974 1,0852 2,0754 1,0710 1000 1,0305 1,1159 1,1225 2,1436 1,0807 1500 1,0990 1,1911 1,1895 2,4422 1,0903
Энтальпия дымовых газов,образующихся при сгорании 1 кг топлива:
/>
где сCO2,сH2O, сN2, сО2 — средниеудельные теплоемкости при постоянном давлении соответствующих газон притемпературе t, кДж/(кг · К);
сt — средняя теплоемкость дымовых газов,образующихся при сгорании 1 кг топлива при температуре t, кДж/(кг К);
при 100 °С: /> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг;
при 200 °С: /> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг;
при 300 °С: /> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг;
при 400 °С: /> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг;
при 500 °С: /> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг;
при 600 °С: /> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг;
при 700 °С: /> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг;
при 800 °С: /> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг;
при 1000 °С:/> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг;
при 1500 °С:/> кДж/(кг∙К);
/> кДж/кг.
Результаты расчетовсводим в табл. 3.
Энтальпия продуктовсгорания Таблица3Температура
Теплоемкость
продуктов сгорания сt,
кДж/(кг∙К)
Энтальпия
продуктов сгорания Ht,
кДж/кг °С К
100
200
300
400
500
600
700
800
1000
1500
373
473
573
673
773
873
973
1073
1273
1773
24,398
24,626
24,912
25,202
25,503
25,821
26,151
26,465
27,032
29,171
2439,8
4925,3
7473,6
10080,8
12751,7
15492,4
18305,6
21171,8
27032,0
43756,5
По данным табл. 3 строимграфик зависимости Ht= f(t) (рис. 1) см. Приложение.
2.2 Расчет тепловогобаланса печи, КПД печи и расхода топлива
Тепловой поток,воспринятый водяным паром в печи (полезная тепловая нагрузка):
/>
где G — количествоперегреваемого водяного пара в единицу времени, кг/с;
Hвп1 и Нвп2 — энтальпииводяного пара на входе и выходе из печи соответственно, кДж/кг;
/>Вт.
Принимаем температурууходящих дымовых газов равной 320 °С (593 К). Потери тепла излучением вокружающую среду составят 10 %, причем 9 % из них теряется в радиантной камере,а 1 % — в конвекционной. КПД топки ηт = 0,95.
Потерями тепла отхимического недожога, а также количеством теплоты поступающего топлива ивоздуха пренебрегаем.
Определим КПД печи:
/>
где Нух — энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь, tух;температура уходящих дымовых газов принимается обычно на 100 — 150 °С вышеначальной температуры сырья на входе в печь; qпот — потеритепла излучением в окружающую среду, % или доли от Qпол;
/>
Расход топлива, кг/с:
/>
/> кг/с.
2.3 Расчет радиантнойкамеры и камеры конвекции
Задаемся температуройдымовых газов на перевале: tп = 750- 850 °С, принимаем
tп = 800 °С (1073 К). Энтальпияпродуктов сгорания при температуре на перевале
Hп = 21171,8 кДж/кг.
Тепловой поток,воспринятый водяным паром в радиантных трубах:
/>
где Нп — энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов па перевале,кДж/кг;
ηт — коэффициент полезного действия топки; рекомендуется принимать его равным 0,95 — 0,98;
/> Вт.
Тепловой поток,воспринятый водяным паром в конвекционных трубах:
/>
/> Вт.
Энтальпия водяного парана входе в радиантную секцию составит:
/>
/> кДж/кг.
Принимаем величину потерьдавления в конвекционной камере ∆Pк = 0,1 МПа, тогда:
Pк = P— Pк,
Pк = 1,2 – 0,1 = 1,1 МПа.
Температура входаводяного пара в радиантную секцию tк = 294 °С, тогда средняя температура наружной поверхности радиантных трубсоставит:
/>
где Δt — разность между температурой наружной поверхности радиантных труб и температуройводяного пара (сырья), нагреваемого в трубах; Δt = 20 — 60 °С;
/>К.
Максимальная расчетнаятемпература горения:
/>
где to — приведенная температура исходной смеси топлива и воздуха; принимается равнойтемпературе воздуха, подаваемого на горение;
сп.с. — удельная теплоемкость продуктовсгорания при температуре tп;
/>°С.
При tmax= 1772,8 °С и tп = 800 °Степлонапряженность абсолютно черной поверхности qs для различных температур наружнойповерхности радиантных труб имеет следующие значения:
Θ, °С 200 400 600
qs, Вт/м2 1,50 ∙ 1051,30 ∙ 105 0,70 ∙ 105
Строим вспомогательныйграфик (рис. 2) см. Приложение, по которому находим теплонапряженностьпри Θ = 527 °С: qs = 0,95 ∙ 105 Вт/м2.
Рассчитываем полныйтепловой поток, внесенный в топку:
/>
/> Вт.
Предварительное значениеплощади эквивалентной абсолютно черной поверхности:
/>
/> м2.
Принимаем степеньэкранирования кладки Ψ = 0,45 и для α = 1,25 находим, что
Hs/Hл = 0,73.
Величина эквивалентнойплоской поверхности:
/>
/> м2.
Принимаем однорядноеразмещение труб и шаг между ними:
S = 2dн = 2 ∙ 0,152 = 0,304 м. Для этих значений фактор формы К = 0,87.
Величина заэкранированнойповерхности кладки:
/>
/> м2.
Поверхность нагреварадиантных труб:
/>
/> м2.
Выбираем печь ББ2/>, ее параметры:
поверхность камерырадиации, м2 180
поверхность камерыконвекции, м2 180
рабочая длина печи, м 9
ширина камеры радиации, м1,2
исполнение б
способ сжигания топлива беспламенное
горение
диаметр труб камерырадиации, мм 152×6
диаметр труб камерыконвекции, мм 114×6
Число труб в камерерадиации:
/>
где dн — наружный диаметр труб в камере радиации, м;
lпол — полезная длина радиантных труб,омываемая потоком дымовых газов, м,
lпол = 9 – 0,42 = 8,2 м,
/>.
Теплонапряженностьповерхности радиантных труб:
/>
/> Вт/м2.
Определяем число трубкамеры конвекции:
/>
/>
Располагаем их вшахматном порядке по 3 в одном горизонтальном ряду. Шаг между трубами S = 1,7dн = 0,19 м.
Средняя разностьтемператур определяем по формуле:
/>
/>°С.
Коэффициент теплопередачив камере конвекции:
/>
/> Вт/(м2 ∙ К).
Теплонапряженностьповерхности конвекционных труб определяем по формуле:
/>
/> Вт/м2.
2.4 Гидравлическийрасчет змеевика печи
Гидравлический расчетзмеевика печи заключается в определении потерь давления водяного пара врадиантных и конвекционных трубах.
Средняя скорость водяногопара:
/>
где G – расход перегреваемого в печиводяного пара, кг/с;
ρкв.п. – плотность водяного пара присредней температуре и давлении в камере кон-векции, кг/м3;
dк – внутренний диаметр конвекционных труб, м;
zк – число потоков в камере конвекции,
/>м/с.
Кинематическая вязкостьводяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции νк= 3,311 ∙ 10-6 м2/с.
Значение критерияРейнольдса:
/>
/>
Общая длина труб напрямом участке:
/>
/>м.
Коэффициентгидравлического трения:
/>
/>
Потери давления натрение:
/>
/>Па = 14,4 кПа.
Потери давления напреодоление местных сопротивлений:
/>
/>Па = 20,2 кПа.
где Σζк= 0,35 – коэффициент сопротивления при повороте на 180 ºС,
/> — число поворотов.
Общая потеря давления:
/>
/>кПа
2.5 Расчет потеридавления водяного пара в радиационной камере
Средняя скорость водяногопара:
/>
где G – расход перегреваемого в печиводяного пара, кг/с;
ρрв.п. – плотность водяного пара присредней температуре и давлении в камере кон-векции, кг/м3;
dр – внктренний диаметр конвекционных труб, м;
zр – число потоков в камере клнвекции,
/>м/с.
Кинематическая вязкостьводяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции νр= 8,59 ∙ 10-6 м2/с.
Значение критерияРейнольдса:
/>
/>
Общая длина труб на прямомучастке:
/>
/>м.
Коэффициентгидравлического трения:
/>
/>
Потери давления натрение:
/>
/>Па = 15,1 кПа.
Потери давления напреодоление местных сопротивлений:
/>
/>Па = 11,3 кПа,
где Σζр= 0,35 – коэффициент сопротивления при повороте на 180 ºС,
/> — число поворотов.
Общая потеря давления:
/>
/>кПа.
Проведенные расчетыпоказали, что выбранная печь обеспечит процесс перегрева водяного пара взаданном режиме.
3. Расчеткотла-утилизатора
Найдем среднюютемпературу дымовых газов:
/>
где t1 – температура дымовых газов на входе,
t2 – температура дымовых газов на выходе, °С;
/>°С (538 К).
Массовый расход дымовыхгазов:
/>
где В — расход топлива,кг/с;
/> кг/с.
Для дымовых газовудельных энтальпии определим исходя из данных табл. 3 и рис. 1 по формуле:
/>
Энтальпиитеплоносителей Таблица4Теплоноситель Температура, °С Удельная энтальпия, кДж/кг Дымовые газы 320 358,3 210 225,4 Питательная вода 60 251,4 187 794,2 Насыщенный водяной пар 187 2783,0
Тепловой поток,передаваемый дымовыми газами:
/>
или
/>
где Н1и H2 — энтальпия дымовых газов при температуре входа и выходаиз КУ соответственно, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кДж/кг;
В — расход топлива, кг/с;
h1 и h2 — удельные энтальпии дымовыхгазов, кДж/кг,
/> Вт.
Тепловой поток,воспринятый водой, Вт:
/>
где ηку — коэффициент использования теплоты в КУ; ηку= 0,97;
Gn — паропроизводительность, кг/с;
hквп — энтальпия насыщенного водяногопара при температуре выхода, кДж/кг;
hнв — энталыгая питательной воды, кДж/кг,
/>Вт.
Количество водяного пара,получаемого в КУ, определим по формуле:
/>
/> кг/с.
Тепловой поток,воспринятый водой в зоне нагрева:
/>
где hкв — удельная энтальпия воды при температуре испарения, кДж/кг;
/> Вт.
Тепловой поток,предаваемый дымовыми газами воде в зоне нагрева (полезная теплота):
/>
где hx – удельная энтальпия дымовых газовпри температуре tx, отсюда:
/>
/>кДж/кг.
Значение энтальпиисгорания 1 кг топлива:
/>
/>кДж/кг.
По рис. 1 температурадымовых, соответствующая значению Hx = 5700,45 кДж/кг :
tx = 270 °С.
Средняя разностьтемператур в зоне нагрева:
/>°С.
270 дымовые газы 210 Сучетом индекса противоточности:
/> /> °С.
187 вода 60
/>
Площадь поверхноститеплообмена в зоне нагрева:
/>
где Кф– коэффициент теплопередачи;
/>м2.
Средняя разностьтемператур в зоне испарения:
/>°С.
320 дымовые газы 270 Сучетом индекса противоточности:
/> /> °С.
187 водяной пар 187
/>
Площадь поверхноститеплообмена в зоне нагрева:
/>
где Кф– коэффициент т6плопередачи;
/>м2.
Суммарная площадьповерхности теплообмена:
F = Fн + Fu,
F = 22,6 + 80 = 102,6 м2.
В соответствии с ГОСТ14248-79 выбираем стандартный испаритель с паровым пространством со следующимихарактеристиками:
диаметр кожуха, мм 1600
число трубных пучков 1
число труб в одном пучке 362
поверхность теплообмена,м2 170
площадь сечения одногохода
по трубам, м2 0,055
4. Тепловой балансвоздухоподогревателя
Атмосферный воздух стемпературой t°в-х поступает в аппарат, гденагревается до температуры tхв-хзасчет теплоты дымовых газов.
Расход воздуха, кг/сопределяется исходя их необходимого количества топлива:
/>
где В — расходтоплива, кг/с;
L — действительный расход воздуха длясжигания 1 кг топлива, кг/кг,
/> кг/с.
Дымовые газы, отдаваясвою теплоту, охлаждаются от tдгЗ = tдг2 доtдг4.
Тепловой поток, отданныйдымовыми газами, Вт:
/>=/>
где H3и H4 — энтальпии дымовых газов при температурах tдг3и tдг4 соответственно, кДж/кг,
/>Вт.
Тепловой поток,воспринятый воздухом, Вт:
/>
где св-х- средняя удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг К);
0,97 — КПДвоздухоподогревателя,
/>Вт.
Конечная температуравоздуха (tхв-х) определяется из уравнениятеплового баланса:
/>
/>К.
5. Тепловой балансКТАНа
Послевоздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активнойнасадкой (КТАН), где их температура снижается от tдг5 = tдг4до температуры tдг6 = 60 °С.
Съем теплоты дымовыхгазов осуществляется двумя раздельными потоками воды. Один поток вступает внепосредственный контакт с дымовыми газами, а другой обмени-вается с нимитеплотой через стенку змеевика.
Тепловой поток, отданныйдымовыми газами, Вт:
/>/>
где H5и H6 — энтальпии дымовых газов при температуре tдг5и tдг6 соответственно, кДж/кг,
/> Вт.
Количество охлаждающейводы (суммарное), кг/с, определяется из уравнения теплового баланса:
/>
где η — КПД КТАНа,η=0,9,
/>кг/с.
Тепловой поток,воспринятый охлаждающей водой, Вт:
/>
где Gвода — расход охлаждающей воды, кг/с:
свода — удельная теплоемкость воды, 4,19кДж/(кг К);
tнвода и tквода- температура воды на входе и выходе из КТАНа соответственно,
/>Вт.
6. Расчет коэффициента полезногодействия теплоутилизационной установки
При определении величиныКПД синтезированной системы (ηту) используетсятрадиционный подход.
Расчет КПДтеплоутилизационной установки осуществляется по формуле:
/>
/>
7. Эксергетическаяоценка системы «печь — котел-утилизатор»
Эксергетический методанализа энерготехнологических систем позволяет наиболее объективно икачественно оценить энергетические потери, которые никак не выявляются приобычной оценке с помощью первого закона термодинамики. В качестве критерияоценки в рассматриваемом случае используется эксергетический КПД, которыйопределяется как отношение отведенной эксергии к эксергии подведенной всистему:
/>
где Еподв — эксергия топлива, МДж/кг;
Еотв — эксергия, воспринятая потокомводяного пара в печи и котле-утилизаторе.
В случае газообразноготоплива подведенная эксергия складывается из эксергии топлива (Еподв1)и эксергии воздуха (Еподв2):
/>
/> кДж/кг;
/>
где Нни Но — энтальпии воздуха при температуре входа в топкупечи и температуре окру-жающей среды соответственно, кДж/кг;
То — 298 К (25 °С);
ΔS — изменение энтропии воздуха,кДж/(кг К).
В большинстве случаеввеличиной эксергии воздуха можно пренебречь, то есть:
/> кДж/кг.
Отведенная эксергия длярассматриваемой системы складывается из эксергии, воспринятой водяным паром впечи (Еотв1), и эксергии, воспринятой водяным паром в КУ (Еотв2).
Для потока водяного пара,нагреваемого в печи:
/>
/>Дж/кг.
где G — расходпара в печи, кг/с;
Нвп1 и Нвп2 — энтальпииводяного пара на входе и выходе из печи соответственно, кДж/кг;
ΔSвп — изменение энтропии водяного пара,кДж/(кг К).
Для потока водяного пара,получаемого в КУ:
/>
/>Дж/кг,
где Gn — расход пара в КУ, кг/с;
hквп — энтальпия насыщенного водяногопара на выходе из КУ, кДж/кг;
hнв — энтальпия питательной воды навходе в КУ, кДж/кг.
Еотв = Еотв1 + Еотв2,
Еотв = 1965,8 + 296,3 = 2262,1 Дж/кг.
/>
Заключение
Проведя расчет попредложенной установке (утилизации теплоты отходящих газов технологическойпечи) можно сделать вывод, что при данном составе топлива, производительностипечи по водяному пару, другим показателям — величина КПД синтезированнойсистемы высокая, таким образом — установка эффективна; это показала также иэксергетическая оценка системы «печь – котел-утилизатор», однако поэнергетическим затратам установка оставляет желать лучшего и требует доработки.
Список использованной литературы
1. Хараз Д.И. Пути использования вторичныхэнергоресурсов в химических производствах / Д. И. Хараз, Б. И. Псахис. – М.:Химия, 1984. – 224 с.
2. Скобло А. И. Процессы и аппаратынефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности / А. И. Скобло, И. А.Трегубова, Ю. К., Молоканов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1982. –584 с.
3. Павлов К.Ф.Примеры и задачи покурсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. Пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков; Под ред. П. Г. Романкова. – 10-е изд.,перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
Приложение
/>
Рис. 1
/>
Рис. 2