Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Поверочный расчёт котла-утилизатора

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Камская государственная инженерно-экономическая академии»

Кафедра «Теплоэнергетика и гидропневмоавтоматика»

Курсовая работа

По дисциплине: «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях»

на тему: «Поверочный расчёт котла-утилизатора»

Выполнил

студент гр.2422

Нугуманов А.Ф.

Проверил:

доцент каф.ТЭиГПА

Болдырев А.В

Набережные Челны

2012г.

Содержание

Введение

1. Расчет энтальпии газов и параметров пара и воды…………………………..7

2. Тепловой баланс и паропроизводительность котла – утилизатора…………8

3. Расчет испарителя 1…………………………………………………………….9

4. Расчет пароперегревателя…………………………………………………….10

5. Расчет испарителя 2…………………………………………………………...12

6. Расчет испарителя 3…………………………………………………………..14

7. Расчет испарителя 4…………………………………………………………..15

8. Расчет экономайзера………………………………………………………….16

Заключение

Использованная литература

Приложения

Введение

Котёл-утилиза́тор — котёл, использующий теплоту отходящих газов дизелей или газотурбинных установок, сушильных барабанов, вращающихся и туннельных печей.Крупные котлы-утилизаторы не имеют всех элементов котлоагрегата. Отходящие вторичные газы попадают сразу на поверхности нагрева(экономайзер, испаритель, пароперегреватель). Воздухоподогреватель и топка в котлах-утилизаторах отсутствуют, так как газы, используемые в котле, образуются в технологическом процессе основного производства. Температура газов, поступающих в энергетический котел-утилизатор, приблизительно составляет 350—700 °C.Котлы-утилизаторы, работающие на газах различных печей, использующие газы после сушки или обжига материалов-не самые надежные. Отходящие газы содержат много пыли и других химических веществ, что вызывает необходимость очистки газов до котла-утилизатора. Наиболее часто для очистки используют циклоны и электрофильтры. Этой очистки все равно не хватает для полного очищения газов. Пыль оседает на поверхности нагрева и малейшая протечка увлажняет пыль и значительно уменьшает теплоотдачу, что вызывает неравномерный нагрев и влечёт перекос змеевиков.Присутствие в газах соединений кальция, натрия, серы приводят к образованию на змеевиках сцементировавшихся отложений, вызывающих химическую коррозию поверхностей нагрева и снижающих живое сечение для прохода газов. В настоящее время стали появляться котлы-утилизаторы, которые содержат камеру дожигания отходящих газов.Котлы-утилизаторы применяются в химической, нефтяной, пищевой, текстильной и иных отраслях промышленности. [5]

Котел утилизатор - это котел, в конструкции которого нет своей топки, принцип его действия основан на использовании тепла, образующегося в процессе каких либо производственных процессов, например, образование горячих газов в металлургической промышленности. Паровые котлы-утилизаторы используют горячие газы в пределах от 350 до 400°С - при работе с двигателем внутреннего сгорания, от 900 до 1500°С - при работе с цементными и сталеплавильными печами. Большие паровые котлы-утилизаторы имеют все признаки котлоагрегата, кроме приспособлений для сжигания топлива. Для небольшой производительности и невысокого давления применяются газотрубные котлы-утилизаторы или котлы с принудительной циклической циркуляцией.

Котел-утилизатор позволяет использовать энергию теплового двигателя в максимальной степени, именно поэтому такие котлы-утилизаторы имеют высокий КПД по сравнению с другими видами котельного оборудования. Применение паровых установок - котлов-утилизаторов в различных областях промышленности позволяет реализовывать энергосберегающие технологии.

В теплоэнергетике применяется огромное количество паровых котлов энергетических, котлов водогрейных и котлов-утилизаторов различных по мощности, по тепловым схемам, по параметрам и пр.

Котлы утилизаторы позволяют получать:

1)горячую воду - применяются на объектах, испытывающих потребность в горячей воде и позволяют оптимизировать затраты на тепло, используя на полезные нужды тепло уходящих выхлопных газов котельных или газопоршневых электростанций;

2)пар - применяются на объектах, использующих большое количество пара в технологических нуждах.

Основными элементами котла-утилизатора являются барабан, испарительная поверхность нагрева, пароперегреватель и водяной экономайзер.[6]

Котел-утилизатор КУ-40-1:

1.Расчет энтальпии газов и параметров пара и воды.

Объемная теплоемкость газов при входе в котел-утилизатор подсчитывается как теплоемкость смеси газов по формуле:

, (1)

где с_p,i - объемные теплоемкости компонентов смеси при постоянном давлении при , кДж/(м³×К);

r_i - объемные доли компонентов смеси.

Объемная теплоемкость газов на выходе из котла рассчитывается по принятой температуре .

Теплоемкость газов при температуре и берут из приложения 1.

Энтальпия газов при входе в котел-утилизатор, кДж/м³:

(2)

Энтальпия газов на выходе из котла-утилизатора, кДж/м³:

(3)

По вычисленным значениям I'_г и I''_г строим график.

Рис. 1 График зависимости изменения энтальпии газов i=f(t)

Энтальпию перегретого пара i_пп при заданных значениях температуры t_пп и давления Р_пп перегретого пара, температуру пара в барабане t_s и его энтальпию i^² определяют по таблицам сухого насыщенного и перегретого пара [4].

При этом давление пара в барабане определяют как сумму давления перегретого пара и гидравлического сопротивления пароперегревателя

Р_б=Р_пп+DР (4)

Р_б=2,5+0,25=2,75МПа

Энтальпия питательной воды:

(5)

2. Тепловой баланс и паропроизводительность котла.

Теплота, отданная дымовыми газами, кВт;

(6)

где φ- коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду (принимается φ=0,98);

G_o- объемный расход газов при нормальных условиях, м³/ч

Паропроизводительность:

(7)

Расход продувочной воды из барабана:

, (8)

где-величина непрерывной продувки котла, %(принимаемая не более 5%);

3. Расчёт испарителя 1

Из расчета энтальпии газов и параметров пара известно температура и энтальпия дымовых газов на входе в испаритель. Температура газов на выходе из испарителя принимается и последующим расчетом уточняется. В зависимости от этого по рис. 1 определяется энтальпия газов на выходе из испарителя .

Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси в испарительной части, кВт:

(9)

Средний температурный напор:

(10)

Средняя температура газов:

(11)

Скорость движения дымовых газов:

(12)

где -живое сечение для прохода газов (прил. 2)

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке, Вт/(м²·К):

(13)

где a₁=82,65- коэффициенты теплоотдачи [4]. z-коэффициент тепловой эффективности, берут в пределах 0,65¸0,8.

Тепловосприятие испарительной части:

(14)

где F=30 м²-площадь поверхности (прил.2)

Невязка тепловосприятия:

(15)

Невязка тепловосприятия меньше 2% следовательно температура выбрана правильно.

4. Расчет пароперегевателя

Теплота, идущая на перегрев пара, кВт:

Q_пп = D_пп(i_пп- i^²) (16)

С учетом затрат теплоты на подогрев пара в пароперегревателе рассчитывают энтальпию газов за ним

(17)

и по рис.1 определяем температуру газов за пароперегревателем.

Температурный напор определяется как среднелогарифмическая разность температур по формуле

(18)

где - разность температур сред в том конце поверхности нагрева, где она больше, °С;

- разность температур в другом конце поверхности, °С.

Средняя температура потока дымовых газов определяется как полусумма температур газов на входе в поверхность нагрева и выходе из нее:

(19)

Скорость движения дымовых газов определяется по формуле

(20)

где G₀ - объем дымовых газов при нормальных условиях на входе в котел, м³/с; f_г=3,17 м²- живое сечение для прохода дымовых газов(Прил.2)

Средняя температура пара определяется как полусумма температур насыщенного и перегретого пара:

(21)

Средняя скорость перегретого пара находится по формуле

(22)

где v_пп =0,09697 удельный объем перегретого пара при средней его температуре t_ср [4]_, м³/кг; f_п =0,0101 живое сечение для прохода пара, м² (Прил.2.).

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле

(23)

где a₁ и a₂ - коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке и от стенки к обогреваемой среде соответственно [4], Вт/(м²·К); y -коэффициент тепловой эффективности.

Площадь поверхности пароперегревателя:

Тепловосприятие пароперегревателя:

(24)

Невязка тепловосприятия:

(25)

<2%

Невязка тепловосприятия меньше 2% следовательно температура выбрана правильно.

5. Расчёт испарителя 2

Температура газов на выходе из испарителя В зависимости от этого по рис.1 определяется энтальпия газов на выходе из испарителя .

Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси в испарительной части, кВт:

(26)

Средний температурный напор:

(27)

Средняя температура газов:

(28)

Скорость движения дымовых газов:

(29)

где м²-живое сечение для прохода газов (Прил. 2)

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке, Вт/(м²·К):

(30)

где a₁=87,08-коэффициент теплоотдачи [4]. z-коэффициент тепловой эффективности берут в пределах 0,65¸0,8.

Тепловосприятие испарительной части:

(31)

где F=109,5-площадь поверхности (Прил.2)

Невязка тепловосприятия:

(32)

Невязка тепловосприятия меньше 2% следовательно температура выбрана правильно.

6. Расчёт испарителя 3

Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси в испарительной части, кВт:

(33)

Средний температурный напор:

(34)

Средняя температура газов:

(35)

Скорость движения дымовых газов:

(36)

Где:м²-живое сечение для прохода газов (Прил. 2)

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке, Вт/(м²·К):

(37)

где a₁=80,431-коэффициент теплоотдачи [4]. z-коэффициент тепловой эффективности берут в пределах 0,65¸0,8.

Тепловосприятие испарительной части:

(38)

где F=122-площадь поверхности (прил.2)

Невязка тепловосприятия:

(39)

Невязка тепловосприятия меньше 2% следовательно температура выбрана правильно.

7. Расчёт испарителя 4.

Температура газов на выходе из испарителя В зависимости от этого рис.1 определяется энтальпия газов на выходе из испарителя .

Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси в испарительной части, кВт:

(40)

Средний температурный напор:

(41)

Средняя температура газов:

(42)

Скорость движения дымовых газов:

(43)

где м²-живое сечение для прохода газов (Прил. 2)

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке, Вт/(м²·К):

(44)

где a₁=80,254-коэффициент теплоотдачи [4]. z-коэффициент тепловой эффективности берут в пределах 0,65¸0,8.

Тепловосприятие испарительной части:

(45)

где F=110,5-площадь поверхности (прил.2)

Невязка тепловосприятия:

(46)

Невязка тепловосприятия меньше 2% следовательно температура выбрана правильно.

8. Расчет экономайзера

Количество теплоты, переданное воде в водяном экономайзере, кВт:

(47)

Энтальпия воды на выходе из экономайзера:

(48)

Температура пароводяной смеси на выходе из экономайзера[4]:

Живое сечение для прохода газов (Прил. 2): м²

Средняя температура:

(49)

Скорость движения дымовых газов:

(50)

м/с

Средний температурный напор:

(51)

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке, Вт/(м²·К):

(52)

где a₁=79,9-коэффициент теплоотдачи [4]. z-коэффициент тепловой эффективности берут в пределах 0,65¸0,8.

Тепловосприятие водяного экономайзера:

(53)

Невязка тепловосприятия:

(54)

Невязка тепловосприятия меньше 2% следовательно температура выбрана правильно.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы закрепили и углубили полученные знания при практическом решении конкретной инженерной задачи – поверочного расчет котла-утилизатора, на примере КУ-40-1.

В результате расчета котла-утилизатора КУ-40-1: произвели тепловой расчет, проверили тепловой баланс и паропроизводительность котла, для четырех испарителей, пароперегревателя и экономайзера. Были получены значения температур газов за соответствующими составляющими котельной установки и значения невязок тепловосприятия каждого из них:

	Температура газа на выходе (в ˚С)	Невязка тепловосприятий (в %)
Испаритель 1	740	0,27622
Пароперегреватель	680	1,13358
Испаритель 2	540	1,11193
Испаритель 3	430	0,45703
Испаритель 4	360	1,94138
Экономайзер	257	1,954081

Использованная литература

Воинов А.П., Куперман Л.И., Сушон С.П. Паровые котлы на отходящих газах. Киев: Вища школа, 1983. 176 с.
Котлы-утилизаторы и котлы энерготехнологические (отраслевой каталог) / НИИИНФОРМЭНЕРГОМАШ. М., 1985. 84 с.
Поверочный расчет котлов-утилизаторов(метод.пособие)/ составители В.А. Мунц, Е.Ю Павлюк Екатеринбург: УГТУ-УПИ,2001 30с

4. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) / Под общ. ред.

Н.В. Кузнецова М. : Энергия, 1973. 296 с.

5. Химический словарь школьника / Б. Н. Кочергин, Л. Я. Горностаева, В. М. Макаревский, О.С.Аранская. Мн.:Народная асвета, 1990. С. 94. — 255 с.

6. Яндекс. «Большая советская энциклопедия».(Электронный ресурс).Доступ: http://ru.wikipedia.org/wiki/ text=котлы+утилизаторы свободный.

Приложение 1

Теплоемкость газов, c_р,i кДж/( м³К)

t, ⁰C	O₂	N₂	CO	CO₂	H₂O	SO₂	H₂
1	2	3	4	5	6	7	8
0	1,3046	1,2992	1,29922	1,5914	1,4943	1,7333	1,278
100	1,3167	1,304	1,3013	1,7132	1,5056	1,813	1,2905
200	1,3356	1,3042	1,3075	1,7961	1,5219	1,888	1,299
300	1,3565	1,3113	1,3172	1,8711	1,5424	1,957	1,3
400	1,3766	1,3205	1,3289	1,9377	1,5654	2,018	1,303
500	1,3967	1,3327	1,3431	1,9967	1,5893	2,072	1,307
600	1,416	1,3456	1,3578	2,0494	1,6144	2,1114	1,309
700	1,4344	1,359	1,3716	2,0967	1,6412	2,152	1,311
800	1,4503	1,3720	1,3854	2,1395	1,6684	2,186	1,316
900	1,4645	1,385	1,3984	2,1788	1,6957	2,215	1,324
1000	1,4775	1,3971	1,4114	2,214	1,7229	2,24	1,328

Приложение 2

Расчетно-конструктивная характеристика конвективных, змеевиковых

унифицированных КУ

Характеристика	Типоразмер котла	Испарительные пакеты, м²				Пароперегреватель	Экономайзер
Характеристика	Типоразмер котла	1-й	2-й	3-й	4-й	Пароперегреватель	Экономайзер
Расчетная площадь поверхности нагрева, F, м²	КУ40-1	30	109,5	122	110,5	43,5	185
	КУ-60-2	46	173	92	175	70	247
	КУ-80-3	60	219	244	221	87	370
	КУ-100-1	85	285	315	295	110	4*60
	КУ-125	110	370	410	380	144	615
	КУ-150	133,2	415	475	436	166	725,1
Число параллельно включенных змеевиков, z	КУ40-1	18	38	38	-	19	12
	КУ-60-2	28	60	60	-	30* 60**	16
	КУ-80-3	36	76	76	-	38* 76**	24
	КУ-100-1	40	80	80	-	40* 80*	24
	КУ-125	52	104	104	-	52* 104	32
	КУ-150	64	120	120	-	60	32
Площадь живого се- чения для прохода продуктов сгорания, F_п.с., м²	КУ40-1	4,315	3,17	3,17	2,885	3,17	3,18
	КУ-60-2	7,0	5,06	5,06	4,63	5,06	4,55
	КУ-80-3	8,63	6,34	6,34	5,77	6,34	6,36
	КУ-100-1	10,8	8,04	8,04	7,35	8,04	7,67
	КУ-125	13,2	10,3	10,3	9,4	10,3	9,8
	КУ-150	16,6	12,5	12,5	11,5	12,5	9,65