МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уфимскийгосударственный нефтяной технический университет
Салаватскийфилиал
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА
к курсовойработе по термодинамике
ТЕПЛОВОЙРАСЧЕТ И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
КОТЕЛЬНОГОАГРЕГАТА
ХТП – ТД–03.01 .00.000.99
Выполнил:
студент гр.ТП-21-54
В.А. Бупнёк
Проверил:
ассистент В.П.Шекин
Салават 2011г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Литературный обзор
2 Расчёт котельногоагрегата
2.1 Расчёт процессагорения
2.2 Тепловой баланскотельного агрегата
3 Упрощённый эксергетическийбаланс котельного агрегата
4 Расчёт газотрубногокотла-утилизатора
5 Вывод
6 Описание работыгорелки
7 Описание работыпароперегревателя
8 Описание работыэкономайзера
9 Описание работывоздухоподогревателя
Библиография
ВВЕДЕНИЕ
котельныйагрегат горение тепловой эксергетический
Рациональное использование топливно–энергетическихресурсов – важнейшая народнохозяйственная задача, значимость которой всёвозрастает.
Значительная экономиятопливно-энергетических ресурсов может быть достигнута при более широкомвовлечении в топливно-энергетический баланс страны вторичных энергоресурсов(ВЭР), имеющихся практически во всех отраслях промышленности, где применяютсятепло-технологические процессы, в первую очередь высокотемпературные.Коэффициент полезного теплоиспользования для многих тепло-технологическихпроцессов не превышает 15 – 35 %.
Под вторичнымиэнергоресурсами подразумевают энергетический потенциал продукции, отходов,побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах(установках, процессах), который не используется в самом агрегате, но можетбыть частично или полностью использован для энергосбережения других агрегатов(процессов). Под энергетическим потенциалом понимается наличие в указанныхпродуктах определённого запаса энергии.
По направлению возможногоиспользования ВЭР различают:
Теплотехническое –использование и потребление непосредственно получаемых в качестве ВЭР пара игорячей воды или при выработке их за счёт утилизации горючих и тепловых ВЭР вутилизационных котельных.
Электроэнергетическое –при генерировании электроэнергии в утилизационных установках за счёт ВЭР.
Комбинированное – свыработкой в утилизационных теплоэлектроцентралях, теплоты и электроэнергии потеплофикационному графику.
ВЭР можно использовать вкачестве топлива либо непосредственно, либо за счёт выработки теплоты,электроэнергии, холода и механической работы в утилизационных установках.
Использование горючих(топливных) ВЭР особых затруднений не вызывает, и они используются напромышленных предприятиях с достаточной полнотой (90 – 95%) и эффективностью.Использование тепловых ВЭР ещё недостаточно и составляет в среднем 30 – 40%.Основное значение в структуре тепловых ВЭР имеет физическая теплота отходящихгазов тепло-технологических установок, доля которой в общем балансе возможногоиспользования тепловых ВЭР составляет около 75%.
Основнымоборудованием для использования тепловых ВЭР, а также избыточного давленияявляются: котлы-утилизаторы (КУ), системы испарительного охлаждения (СИО), охладителиконвертерных газов (ОКГ), сталеплавильного производства, установки сухоготушения кокса (УСТК), газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ),адсорбционные холодильные машины.
Котлы-утилизаторыприменяют для внешней энергетической утилизации тепловых отходов различныхтепло-технологических установок, не используемых или частично используемых для регенерациив технологическом процессе.
Внешнее технологическое иэнергетическое использование теплоты отходящих газов производственных тепло-технологическихустановок является по существу использованием вторичных энергоресурсов, приводящимк повышению суммарного коэффициента использования располагаемой теплоты.
В последние годы созданыи ведутся разработки новых типов котлов-утилизаторов и энерготехнологическихагрегатов, что непосредственно связано с поставленной задачей существенногоувеличения промышленного производства при значительной экономии энергоресурсов.
Перспективы применения КУи ЭТА не исчерпываются экономией топлива и их технико-экономическойэффективностью. Их значимость и необходимость более широкого внедренияопределяются большой ролью в уменьшении загрязнения окружающей среды.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Предприятияили установки, предназначенные для производства электрической энергии, называютсяэлектростанциями. Электроэнергию на них получают путём преобразования другихвидов энергии. Источниками энергии могут быть движущаяся вода, топливо, атом идр. Современная электростанция – это сложное предприятие, включающее большоеколичество различных видов оборудования и строительных конструкций. Основнымтеплосиловым оборудованием ТЭС являются котельная и паротурбинная установки.
Последние исследованияпоказали экономическую целесообразность сохранения значительной доли участиякрупных отопительных котельных установок в покрытии общего потребления тепловойэнергии.
Котельнымиустановками называют устройства, предназначенные для получения водяного параили нагревания воды. В зависимости от вида вырабатываемого рабочего телакотельной установки подразделяют на паровые и водогрейные. Паровая котельнаяустановка служит для получения водяного пара заданных параметров, водогрейная –для нагревания воды до определенной температуры.
Наряду с крупными производственными, производственно-отопительными котельнымимощностью в сотни тонн пара в час или сотни МВт тепловой нагрузки установленыбольшое количество котельных агрегатами до 1 мвт и работающих почти на всехвидах топлива. Однако как раз с топливом и существует самая большая проблема.За жидкое и газообразное топливо, которое поставляется на Украину в основном изРоссии у потребителей часто не хватает средств расплатиться. Поэтому инеобходимо использовать местные ресурсы.
По назначению котельные установки делят на энергетические, производственные(промышленные), отопительно-производственные. В энергетических котельныхустановках вырабатывается пар высокого (Р³9МПа) и среднего (Р³3,5МПа) давлений, который в основном используют для приводапаровых турбин. Производственные котельные установки предназначены дляполучения водяного пара или горячей воды, которые используют для различныхтехнологических нужд. В отопительных котельных установках вырабатывают водянойпар низкого давления или нагревают воду только для отопления, вентиляции и горячеговодоснабжения жилых и производственных зданий и сооружений.
Все крупные современныезаводы, в том числе и предприятия, изготавливающие строительные материалы иизделия, оборудуют, как правило, отопительно-производственными котельнымиустановками для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, осуществлениятехнологических процессов производства. В частности, в промышленностистроительных материалов водяной пар необходим для тепловлажностной обработкибетонных, железобетонных, теплоизоляционных и других изделий в автоклавах ипропарочных камерах, для подогрева заполнителей бетона в пароувлажнительныхустановках и т.п.
Основными элементамисовременной котельной установки являются топка, котёл, пароперегреватель,экономайзер, воздухоперегреватель, в целом называемые котлоагрегатом, а такжетягодутьевые и питательные устройства, оборудование топливоподачи изолоудаления. Рабочими телами, участвующими в процессах тепловыхпреобразований, служат топливо, воздух и вода.
Топливо, сгорая в топке,т.е. вступая в химическую реакцию с кислородом воздуха, образует горячие газы,которые далее при помощи тяговых устройств движутся по газоходам котлоагрегата,затем охлаждаются и выбрасываются в окружающую среду.
/>Минеральные примеси, находящиеся в топливе, при егосжигании образуют золу в виде сыпучей массы или сплавленных кусков, называемыхшлаком (зольность топлива определяется в лаборатории путём прокаливания навескимелкораздробленного топлива весом 1-2 г в фарфоровых тиглях). Для исключениязагрязнений поверхностей нагрева, расположенных за топкой, важно охладить втопке газы до температуры ниже значения температуры затвердевания золы,наступающего после прохождения ею области высоких температур обычно величинаэтой температуры ниже t2 на 50-1000С. при горениитоплива в топке в зоне температур происходит частичное или полное расплавлениезолы. Некоторая часть ее образует летучую золу, которая уходит с топочными газамииз топки. Оставшаяся зола частично разлагается, превращается в сплавленную илиспекающуюся массу, называемую шлаком, которую затем в жидком илигранулированном состояние удаляется из нижней части топки.
/>Рис. 1. Простейшая схема топочногоустройства
Если горючие элементы,находящиеся в топливе, сгорают полностью, т.е. после реакции горения углеродаполучается СО2, водорода – Н2О, и серы SО2, то отходящие из топкигазы в своём составе не будут иметь горючих элементов. Однако при неумеломконструировании топки или при неправильном её обслуживании в результате реакциигорения получаются и горючие газообразные вещества. Это указывает на то, что невся химическая энергия топлива преобразовалась в тепло и выделилась в процессесжигания; часть её осталась в отходящих газах. Следовательно, в дымовую трубупопадут не только газы полного сгорания, но и такие, которые ещё могли бысгореть и выделить тепло.
Взависимости от расположения топочных устройств вне котла или внутри него, топкиподразделяют на внешние и внутренние. Котлы с внешними топками, к каковымотносятся водотрубные котлы, более универсальны, хорошо комбинируются с топкамидля низкосортных местных топлив, высокосортных углей, мазута и газа.
В барабане парового котлапар получается насыщенным, и в случае надобности он перегревается путёмпропуска по особым змеевикам, располагаемым в большинстве случаев за первымгазоходом котла. Полученные в топке газы, пройдя котёл и перегреватель, обычноимеют высокую температуру (около 300-450°С), а потому их невыгодно выбрасывать в дымовую трубу. Дляповышения экономичности установки за котлом устанавливают дополнительныеповерхности нагрева: экономайзер, подогревающий воду, идущую на питание котла,и воздухоподогреватель, снабжающий топку горячим воздухом. Поверхности нагревавыполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, аснаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловуюэнергию лучеиспусканием. Таким образом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи:теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхностьнагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла,передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит названиетеплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена,во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимальновозможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности,от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.
Водяные экономайзерыпредназначены для подогрева питательной воды до поступления ее в испарительнуючасть котельного агрегата.
В зависимости отприменяемого материала экономайзеры делятся на чугунные и стальные, по типуповерхности – на ребристые и гладкотрубные, по степени подогрева воды — нанекипящие и кипящие.
Топливо механическимиприспособлениями подаётся в верхнюю часть котельного здания, где напротивкаждого котла располагаются бункеры. Из бункера топливо, под действием силытяжести, по рукаву опускается в топку.
По определению, топливомназывается горючие вещества, служащие источником получения тепла. Топливоподразделяется на естественное и искусственное. Топливо может быть жидким,твёрдым и газообразным. В качестве жидкого топлива в котельных установках восновном используется мазут – остаток от переработки нефти и в некоторыхслучаях других природных ископаемых.
Для нормальной работыкотельного агрегата необходимы непрерывная подача воздуха для горения топлива инепрерывное удаление продуктов сгорания. Объём воздуха, расходуемого вкотельной установке, находят по количеству сжигаемого в час топлива,теоретическому объёму воздуха, требующегося для сжигания 1 кг топлива, и по избыткувоздуха топке. На покрытие неизбежных утечек воздуха через неплотностивоздуховодов набавляют 10%.
/>
1-паровой котёл; 2-пароперегреватель;3-экономайзер; 4-воздухоперегреватель; 5-топка (цепная решётка); 6-поступлениетоплива; 7-механическое шлакозолоудаление
Рис. 2. Общий видкотлоагрегата в разрезе
Воздух, требуемый длягорения, нагнетается в топку вентиляторами. При наличии воздухоподогревателядутьевой вентилятор располагают таким образом, чтобы нагнетаемый им воздухсначала проходил через воздухоподогреватель и затем, нагретый попадал в топку.Горение топлива происходит на решётке и в топочном пространстве, в результатечего образуются горячие газы. Газы под воздействием дымовой трубы и дымососапроходят по газоходам парового котла, пароперегревателя, экономайзера ивоздухоподогревателя. Охлаждённые газы, предварительно пройдя череззолоуловитель, удаляются в дымовую трубу. Шлак удаляется непосредственно изтопки.
В современных котельныхустановках широко распространена система с разрежением по газоходам. Кнедостаткам этой схемы следует отнести наличие присосов воздуха в газоходычерез неплотности в ограждениях и работу дымососов на запыленных газах.Достоинство такой схемы – отсутствие выбивания и утечек дымовых газов впомещении котельных, т.к. воздух в топку нагнетает вентилятор, а дымовые газыудаляет дымосос. В последнее время в мощных энергетических котельных установкахшироко применяется схема с наддувом. Топка и весь газовый тракт находятся поддавлением 3-5 кПа. Давление создается мощными вентиляторами, дымососотсутствует. Основной недостаток этой схемы – трудности, связанные собеспечением надлежащей герметичности топки и газоходов котельного агрегата.
Конденсатводяного пара, направляемого из котельной для использования в системахотопления, вентиляции, горячего водоснабжения и производственных устройств, всвоей большей части возвращается обратно в котельную. Конденсат по существуявляется дистиллированной водой, почти не имеющей накипеобразователей, но в нёммогут быть растворены кислород воздуха и углекислота, вредно влияющие на работукотельной установки.
Поэтомуконденсат, направляясь в питательный бак, предварительно проходит черездеаератор. При эксплуатации систем теплоснабжения всегда надо стремитьсясобрать возможно большее количество обратного конденсата, однако приходитсясчитаться с частичными потерями, так как часть производственной аппаратурырасходуя пар не возвращает его конденсат. Кроме того конденсат теряется из-занеплотности сетей. Для пополнения питательной воды котлоагрегата используетсявода из водопровода. Она содержит в себе соли, которые отлагаются в котле ввиде накипи, что затрудняет теплопередачу, а в трубах, находящихся в топочномпространстве, вызывает перегрев стенки. Чтобы этого не было происходитумягчение воды.
Устройства, в которыхнепосредственно вырабатывается пар и нагревается вода, называют паровыми иливодогрейными котлами. Если котлы в отопительных котельных вырабатывают пардавлением Р£0,17МПаили горячую воду температурой не выше 388К, то они относятся к категории котловнизкого давления. Изготовляют эти котлы из чугуна или стали. Положительноекачество чугунных котлов — устойчивость их стенок против коррозии; ихнедостаток – хрупкость металла, из-за которой они могут работать лишь принизких давлениях.
Впроизводственных и энергетических котельных по давлению получаемого паракотельные агрегаты разделяются на следующие: низкого давления (Р=0,8-1,6МПа),среднего (Р=2,4-4МПа), высокого (Р=10-14МПа) и сверхвысокого давления(Р=25-31МПа). Паровые котельные агрегаты стандартизированы по параметрамвырабатываемого пара (Р и Т) и мощности.
Котельныеагрегаты производительностью 0,01-5,5 кг/с относятся к котлам малой мощности,производительностью до 30 кг/с – к котлам средней мощности и более 30 кг/с (до500-1000 кг/с) – к котлам большой мощности.
Кроме указанного котлыподразделяются ещё по характеру перемещения в них теплоносителя. Паровые котлыразличают с естественной циркуляцией пароводяного потока, принудительноймногократной циркуляцией пароводяного потока, с однократным перемещениемпароводяного потока (прямоточные). Водогрейные котлы любых конструкцийвыполняются только как прямоточные.
Если котлы, работающиепри повышенном и высоком давлении изготавливаются только из стали, причём еёкачество повышается в зависимости от величины давления и температуры перегрева,то котлы, работающие при низких давлениях, могут быть изготовлены и из чугуна.
Принцип принудительногодвижения воды и пароводяной смеси нашёл своё логическое завершение впрямоточных котлах. Такое название эти котлы получили потому, что в них вода,подаваемая питательным насосом в один конец длинного непрерывного змеевика,проходит последовательно («прямым током») все его участки и выходит из другогоконца змеевика в виде перегретого пара заданной температуры и давления.
В котлах с естественнойциркуляцией имеет место принудительное движение однофазной жидкости (пара,воды) в двух элементах котлоагрегата: в пароперегревателе (под влияниемдавления пара в барабане котла) и в не кипящем экономайзере (под влияниемдействия питательного насоса). Движение воды и пароводяной смеси виспарительных поверхностях нагрева происходит под влиянием разности их удельныхвесов.
Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную иэффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия трудаперсонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точномсоответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями,в частности, в соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровыхкотлов «Госгортехнадзора», «Правилами технической эксплуатации электрическихстанций и сетей», «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующихустановок и тепловых сетей» и др.
На основе указанныхматериалов для каждой котельной установки должны быть составлены должностные итехнологические инструкции по обслуживанию оборудования, ремонту, техникебезопасности, предупреждению и ликвидации аварий и т.п. Должны быть составленытехнические паспорта на оборудование, исполнительные, оперативные итехнологические схемы трубопроводов различного назначения. Знание инструкций,режимных карт работы котла и указанных материалов является обязательным дляперсонала. Знания обслуживающего персонала должны систематически проверяться.
2. PАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГОАГРЕГАТА
Исходные данные: Рп.п=14МПа, tп.п=400 0С, tп.в.=110 0С, tух=190 0С, Рк.у=1,4МПа,aт =1,05, tвоз=200 0С, t0 =0 0С, величинанепрерывной продувки П=3%, теплота сгорания сухого газа Q=16,422 МДж/м3. Видтоплива: коксовый газ D=45т/ч, присос воздуха Da=0,3
2.1 Расчетпроцесса горения топлива
2.1.1 Для обеспечения полного горениятоплива практически в котельный агрегат подаётся воздух с избытком по сравнениюс теоретическим. Это характеризуется коэффициентом избытка воздуха заустановкой.
2.1.2
aух=am+Da, (1)
aух=1,2+0,2=1,4
2.1.3 Теоретическое количество воздуха,необходимого для полного сгорания 1 нм газообразного топлива, м3/м3,
V0=0,0467×[0,5×(CO+H2)+S />] (2)
V0=0,0476×(0,5× 0,1+[(1+4/4)×93+(2+2/4)×3+(2+4/4) × 2+(3+6/4) 0,4+(3+8/4) × 0,2])=94,49.
2.1.4 Объём трёхатомных газов, м3/м3,
/>=0,01×(CO+S mCmHn+H2S+CO2) (3)
/>=0,01×(0,1+1× 93+2×3+2× 2+3× 0,4+3× 0,2)
/>=0,01×104,9=1,049
2.1.5 Теоретический объём азота, м3/м3,
/>=0,79×V0+/> (4)
/>=0,79×94,49+1,3/100
/>=74,66.
2.1.6 Объём избытка воздуха, м3/м3,
DVвоз=(aух-1)×V0 (5)
DVвоз=0,4×94,49=37,796
2.1.7 Объём водяных паров, м3/м3,
VH2O=0,01×(H2+S />+H2S)+0,016×am×V0 (6)
VH2O=0,01(186+3+4+1,2+0,8)+0,016×1,2×94,49
VH2O=0,01(195)+1,8142=3,76
2.1.7 Объём продуктовсгорания, образующихся при сжигании 1 м3 (при нормальных условиях)топлива, м3/м3,
VГ=/>+ />+ VH2O+DVвоз (7)
VГ=1,049+74,66+3,76+37,796=117,265.
2.1.8 Плотность топочногогаза при нормальных условиях, кг/м3,
rm=0,01×[1,96×CO2+0,52×H2S+1,25×N2+1,43×O2+1,25×CO+0,089×H2+S(0,536×m+0,046×n)CmHn+0,803×H2O] (8)
rm= 0,01×[1,625+0,125+(66,96+3,492+2,512+0,7536+0,3952)]=
0,01×(75,86)=0,7586.
2.1.9 Масса дымовых газов при сжиганиигазообразного топлива, кг/м3,
GГ=rm+1,306×aух×V0 (9)
GГ=0,7586+1,306×1,4×94,49=173,52
2.1.10 Определяемтеоретическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктовсгорания при произвольных температурах (например 1400 и 2000 0С) поформуле
/> (10)
где С'- средние объёмные изобарные теплоёмкости углекислого газа, азота, водяныхпаров и воздуха соответственно, определяются по таблице П 1.3.
/>(1,049×2,3136+74,66×1,4407+3,76×1,828+37,796×1,4528)×1400=240481 кДж
/>(1,049×2,4221+74,66×1,4888+3,76×1,9628+37,796×1,501)×2000=355612 кДж
Порассчитанным значениям при 1400 0С и при 2000 0С строят вмасштабе зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры hnc=f(t).
/>
2.1.11Энтальпию продуктов сгорания (кДж/м3) при теоретической температуреопределяем из уравнения теплового баланса топки
/> (11)
где hт — физическое тепло топлива, ввидуего малости можно принять равным 0, hвоз –физическое тепло воздуха;
hвоз=am×C1воз×tвоз, (12)
hвоз=1,2×1,3071×200=313,7 кДж/м3
hmnc=35500+313,7=35813,7 кДж/м3
здесьtвоз – температура воздуха, выбираетсясогласно задания(2000С); С'воз – средняя изобарнаяобъёмная теплоёмкость воздуха при температуре воздуха при tвоз =2000С. Зная hпст, по ht – диаграмме определяем теоретическую температуругорения. Она составила 1748,60C
2.1.12Энтальпию уходящих газов (кДж/м3) определяем:
2.1.12.1С воздухоподогревателем:
/> (13)
/>,
/>,
/>,
/>,
гдеС´ –средние изобарные объёмные теплоёмкости газов.
hух= (0,3647×2,3827+3,2×1,47+0,7647×1,91+0,35×1,395×1,4826)×190=1474,3/>
2.1.12.2 Без воздухоподогревателя
/> (14)
Дляэтого случая определяем приближённое значение температуры уходящих газов t 'ух безвоздухоподогревателя из уравнения теплового баланса последнего:
1,293×СГ×VГ (t¢ух – tух)=am×V0×Cвоз(tвоз – t0)×1,293, (15)
где Сr – средняя изобарная массоваятеплоёмкость газов, принимаем Сr=1,16 кДж/(кг ·0С); Своз — средняя изобарнаямассовая теплоёмкость воздуха, принимаем Своз=1,02 кДж/(кг ·0С),откуда
/> (16)
/>
/>,
/>,
/>,
/>.
h¢ух=(0,3647×1,8747+3,2×1,3126+0,7647×1,5465+0,488×1,3193)×318=2133,9 />
2.2Тепловой баланс котельного агрегата
Тепловойбаланс котла, как и любого теплотехнического агрегата, характеризуетсяравенством между количествами подведённой (располагаемой) и расходуемойтеплоты: Qприх=Qрасх. Обычно тепловой баланс составляют за единицу количествасжигаемого топлива: 1 кг твёрдого или жидкого, либо 1 м3газообразного топлива, взятого при нормальных условиях. С учётом этого ипринебрегая физической теплотой топлива и холодного воздуха, можно считать, чтоQприх=Qнр(Qнр-низшая теплота сгорания единицытоплива в рабочем состоянии).
Тепловойбаланс котельного агрегата рассчитывается по уравнению согласно схемеприложение 1.
QРН = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 (17)
то жев %:
100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6 (18)
где q1 –полезно использованная в котельномагрегате теплота; q2 – потери теплоты с уходящимигазами; q3 – потери теплоты от химическойнеполноты сгорания (см. табл. П 1.4); q4 –потери теплоты от механической неполноты сгорания, принимаем равными нулю; q5 = потери теплоты от наружногоохлаждения (см. табл. П 1.5); q6 – потери с физическим теплом шлака,принимаем равным нулю.
2.2.1 Потери теплоты с уходящими газамиопределяем для случаев:
2.2.1.1 Своздухоподогревателем
/> (19)
/>
2.2.1.2Без воздухоподогревателя
/> (20)
/>
где h0= 0 при t0= 0 0С.
2.2.2 К.п.д. брутто котельного агрегата, %
2.2.3 С воздухоподогревателем
hК.А.=q1=100 — (q2+q3+q4+q5+q6), (21)
hК.А.=q1=100 — (8,9+0,75+0+0,9+0)=89,45%,
2.2.4 Без воздухоподогревателя
h1К.А.=q1=100-(q2+q3+q4+q5+q6) (22)
h¢К.А.=q1=100 — (13+0,75+0+0,9+0)=85,35%,
2.2.5Часовой расход натурального тепла, м3/ч:
2.2.6С воздухоподогревателем
/> (23)
где hп.п – энтальпия перегретого пара, при tп.п (таблдица 14. Рабинович); hп.в — энтальпия питательной воды при tп. (таблдица 14. Рабинович); h'- энтальпия воды.
hпп = 3000 при Pпп = 14МПа и tпп = 4000С,
/> при tпв = 1100Си Pпп =14МПа
tH=336,630C
При Р= 14МПа и tн = 336,630С h1 = 1570.8
/> м3/ч.
2.2.7Без воздухоподогревателя
/> (24)
/>м3/ч.
3 УПРОЩЕННЫЙЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
3.1Эксергия топлива может быть принята равной теплоте сгорания топлива
/> (25)
exm=16,422MДж/м3.
3.2 Эксергиятепла продуктов сгорания, кДж/м3
/> (26)
где Т0– температура окружающего воздуха, К, Ттеор – теоретическаятемпература горения, кДж/м3
/>
3.3 Потери приадиабатном горении,
dexгор=exm-exг; (27)
dexгор=16422 –14203,3 =2218,7 кДж/м3;
или в%:
/> (28)
/>
3.4 Определяемуменьшение эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена внагревательно-испарительной части:
/>, (29)
где СГ–средняя изобарная массовая теплоёмкость газов,
СГ= 1,16 кДж/кг·0С,
/>
3.5 Приращениеэксергии в процессе превращения воды в перегретый пар, кДж/м3
/> (30)
где Sп.п – удельная энтальпия перегретогопара, Sп.п =5,942, Sп.в — энтальпия питательной воды, Sп.в=1,40495:
/>,
/> Дж/(кг×К)
3.6Потери эксергии от теплообмена по водопаровому тракту, кДж/м3
/> (31)
/>
или в%:
/> (32)
/>
3.7Уменьшение эксергии продуктов сгорания за счёт теплообмена ввоздухоподогревателе, кДж/м3
/> (33)
/>
3.8Увеличение эксергии в воздухоподогревателе, кДж/м3
/>, (34)
где Своз=1,02кДж/кг·0С
/>
3.9Потеря эксергии за счет теплообмена в воздухоподогревателе, кДж/м3
dexвоз= /> (35)
dexвоз=526,7 – 273,67 = 253,03 кДж/м3
или в%
/> (36)
/>.
3.10Эксергетический баланс котельного агрегата.
exm=Dexп.п.+dexгор+dexп+dexвоз+exyx, (37)
exyx=exm-(Dexп.п.+dexгор+dexп+dexвоз), (38)
exyx=16422- ( 7480+2218,7+1919,18+253,03)=4551,09 кДж/м3
или в%
/>,
/>.
3.11Эксергетический КПД котельного агрегата оценим через средне-термодинамическуютемпературу, при теплоподводе, К
/> , (39)
/>
3.12Эксергетический КПД, %
3.12.1С воздухоподогревателем
/> (40)
/>
3.12.2Без воздухоподогревателя
/> (41)
/>
3.13Строим диаграмму потоков эксергии в масштабе.
4 РАСЧЕТГАЗОТРУБНОГО КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА
4.1Объём продуктов сгорания, м3/ч
/> (42)
/>
Выбираемкотёл утилизатор типа Г-420
4.2Определяем среднюю температуру продуктов сгорания в котле утилизаторе, 0С:
/>, (43)
/>.
4.3Выписываем теплофизические свойства продуктов сгорания при tГср=254 0С из табл. П.1.2
/>
/>
/>
/>
λГ– коэффициент теплопроводности, λГ=4,47×10-2 В/м·0С;
υГ– коэффициент кинематической вязкости, υГ=39,82×10-6 м/с;
СГ– средняя объёмная теплоёмкость дымовых газов, СГ=1,11 кДж/кг·К;
РГ– критерий Прандтля, РГ=0,659
4.4Выбираем скорость движения продуктов сгорания по дымовым трубам
W=17м/с,
4.5Определяем необходимую площадь поперечного сечения дымовых труб, м2:
/> (44)
/>
4.6Количество дымовых труб
/> (45)
где dвн=0,028
/>
Полученноеколичество дымогарных труб сравниваем с количеством, имеющимся втехнологической характеристике котла-утилизатора n=506
4.7 Коэффициенттеплоотдачи конвекций от продуктов сгорания к стенкам дымогарных труб припродольном движении газов трубах, Вт/(м3·К)
/>/> (46)
где Сt и Се поправочныекоэффициенты, Сt=1,06при охлаждении газов, Се=1.
/>/>.
4.8 Коэффициенттеплопередачи от газов к воде через дымогарные трубы, Вт/(м3·К):
/> (47)
/>
4.9 Теплотапереданная продуктами сгорания испаряемой воде в котле-утилизаторе, кВт:
/> (48)
/>
4.10Величина температурного напора, 0С
/> (49)
гдеΔtб – разность температур сред на томконце поверхности нагрева, где она наибольшая, Δtб=318-195,04=122,960С.
Δtм-разность температур сред на другомконце поверхности нагрева, где она наименьшая, Δtм=190-110=800С.
/>. (50)
/>
4.11Определяем поверхность нагрева котла-утилизатора, м2
/> (51)
/>
Полученноезначение поверхности нагрева сравниваем со значением, имеющимся втехнологической характеристике котла-утилизатора Fк.ут=498,3
4.12Длина дымогарных труб, м:
/> (52)
где dср – средний диаметр дымогарныхтуб[((0,05+0,044)/2)=0,047м],
/>
Полученноезначение длины дымогарных труб сравниваем со значением, имеющимся втехнологической характеристике котла утилизатора l=6,665
4.13Паропроизводительность котла-утилизатора
/> (53)
откуда
/> (54)
где h''=2790 (табл.14 Рабинович)
/>
4.14Эксергетический КПД в котельном агрегате
/>, (55)
/>
4.15Потери эксергии за счёт теплообмена в котле-утилизаторе, кДж/м3
/> (56)
/>
/> (57)
/>
или в%
/> (58)
/>
4.16Эксергетический КПД котельного агрегата, работающего без воздухоподогревателя,но с котлом утилизатором
exm=Dexп.п.+dexгор+dexп+dexк.ут+exyx, (59)
exyx=exm-(Dexп.п.+dexгор+dexп+dexк.ут),
exyx=16422- ( 7480+2218,7+1919,18+141,535)=4662,5 кДж/м
или в%:
/> (60)
/>
4.17Эксергетический КПД котельного агрегата с котлом-утилизатором
/> (61)
/>
5ВЫВОД
ЭксергетическийКПД котельного агрегата с воздухоподогревателем равен пехК.А=45,6%, а без воздухоподогревателя пех'К.А= 43,5%.Эксергетический КПД котельного агрегата с котлом-утилизатором пехК.А=46,4%.Таким образом применение энергосберегающих технологий позволяет увеличить КПДкотельного агрегата.
6ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ГОРЕЛКИ
Сжиганиежидкого и газообразного топлива осуществляется с помощью устройств, называемыхгорелками. Они предназначены для ввода топлива и окислителя (обычно воздуха) впечь или топку, смешение потоков до начала горения или в самом процессе горенияи стабилизации факела.
Попринципу смесеобразования газовые горелки можно разделить на две большиегруппы: инжекционные и с принудительной подачей воздуха. В горелках первойгруппы воздух инжектируется из атмосферы струёй газа стекающего из сопла, передкоторым он имеет соответствующее давление. Газ с избыточным давлением внесколько кПа, вытекает из сопла в смеситель, выполненный в форме эжектора,подсасывает в него нужное количество воздуха из окружающей среды и смешиваетсяс ним. Количество инжектируемого воздуха примерно пропорционально расходуэжектирующего газа, поэтому при изменении тепловой мощности горелки соотношениегаз-воздух, т. е. Коэффициент избытка воздуха, остаётся постоянным.
Дляего изменения при настройке горелки на линии подвода воздуха устанавливаютзаслонку или шайбу.
Инжекционныегорелки не требуют установки вентилятора для подачи воздуха, но нуждаются вбольшем давлении газа. Промышленные инжекционные горелки имеют большую длину,необходимую для организации плавного течения газовоздушной смеси в каналедиффузора.
7 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ
Пароперегревательпредназначен для повышения температуры пара, поступающего из испарительнойсистемы котла. По своей конструкции пароперегреватели бывают горизонтальные ивертикальные. Преимущество горизонтальных пароперегревателей – более легкоеудаление из них воды, что предохраняет от коррозии внутреннюю поверхностьзмеевиков. Однако горизонтальные пароперегреватели заносятся золой быстрее.
Пароперегревателигоризонтального типа применяются в основном для горизонтально – водотрубныхкотлов и некоторых вертикально– водотрубных, главным образом утранспортабельных котлов, а также у локомобильных.
Скоростьпара в пароперегревателе должна быть достаточной для того чтобы стенки змеевикахорошо охлаждались во избежание их пережога. С другой стороны она не должнабыть чрезмерной, чтобы не создавать лишнего перепада давления пара впароперегревателе. Обычно перепад давления в пароперегревателе составляет 5 –10 % от давления в котле.
8 ОПИСАНИЕРАБОТЫ ЭКОНОМАЙЗЕРА
Водянойэкономайзер, предназначенный для подогрева питательной воды, обычно выполняютиз стальных труб диаметром 28 — 38 мм согнутых в вертикальные змеевики искомпонованных в пакеты. Трубы в пакетах располагаются в шахматном порядкедовольно плотно. Крепление труб змеевиков и их дистанционированиеосуществляется опорными стойками, закрепленными в большинстве случаев на полых,изолированных со стороны горячих газов балками каркаса.
Общеечисло параллельно работающих труб выбирается исходя из скорости воды не ниже0,5 – 1 м/с. Эти скорости обусловлены необходимостью смывания со стенок трубпузырьков воздуха, способствующих коррозии и предотвращение расслоенияпароводяной смеси, которое может привести к перегреву слабо охлаждаемой паромверхней стенки трубы и её разрыву. Движение воды в экономайзере обязательновосходящий; в этом случае, имеющийся в трубах после монтажа воздух легковытесняется водой.
Дляудобства ремонта и чистки труб от наружных загрязнений экономайзеры разделяютна пакты высотой 1 –1,5м с зазорами между ними до 800мл.
9 ОПИСАНИЕРАБОТЫ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ
Посколькупитательная вода перед экономайзером энергетических котлов имеет высокуютемпературу после регенеративного нагрева, глубоко охладить уходящие газы изкотла с её помощью нельзя. Для дальнейшего охлаждения ставятвоздухоподогреватель, в котором нагревают воздух, забираемый из атмосферы иидущий затем в топку на горение. При сжигании влажного угля перегретый воздухиспользуют для его сушки.
Попринципу действия воздухоподогреватели делятся на рекуперативные ирегенеративные. Рекуперативные – это как правило, стальные трубчатыевоздухоподогреватели (диаметр трубок 30 –40 мм). Трубки в нем расположенывертикально, внутри них движутся продукты сгорания, воздух омывает ихпоперечным потоком в несколько ходов, организуемых за счёт перепускныхвоздуховодов и промежуточных перегородок.
Газ втрубках движется со скоростью 9 – 13 м/с, воздух между трубками – вдвоемедленнее. Это позволяет иметь примерно равные коэффициенты теплоотдачи с обеихсторон стенки трубы.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Промышленнаяэнергетика. М.: Энергопрогресс, № 5 1997г.
2. Котлы-утилизаторыэнерготехнологические. М.: энергоиздат. 1982г.
3. Учебно-методическоепособие по выполнению курсовой работы.
Евдокимова Н.Г., ШеинВ.П. – УГНТУ, 1999 г.
4. Теплотехника,Баскаков А.П. и др. – М: Энергоатомиздат, 1991г.
5. Ю.А. Гусев «Котельные установки итепловые сети».
6. Двойнишников «Конструкция и расчёткотлов и котельных установок».
7. Л.В. Деев «Котельные установки и ихобслуживание».
8. Щеголев «Котельные установки».