Курсовая работа: Расчет теплоутилизационной установки вторичных энергоресурсов

💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Федеральное агентство по образованию.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.
Самарский государственный технический университет.
Кафедра: «Химическая технология и промышленная экология»
Расчет теплоутилизационной установки вторичных энергоресурсов

Руководитель: старший преподаватель,
доцент кафедры «ХТПЭ» Финаева Н. В.
3.Описание технологической схемы.. 5
4.1 Подготовка исходных данных по топливному газу и водяному пару. 6
4.2. Расчет процесса горения в печи. 8
4.3. Тепловой баланс печи, определение КПД печи и расхода топлива. 11
7. Тепловой баланс скруббера (КТАНа)……………………………………….20
8. Расчет энергетического КПД тепло-утилизационной установки. 21
9. Расчет эксергетического КПД процесса горения. 21
Химический комплекс, оказывая существенное воздействие на ускорение научно-технического прогресса в отраслях-потребителях его продукции, превосходит средние удельные показатели по энергоемкости в 2-3 раза. При этом следует учитывать, что в химических отраслях промышленности потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) определяется условиями протекания химических реакций, сопровождаемых тепловым эффектом, и в обозримом будущем не следует ожидать его снижения.
В последние годы структура потребления ТЭР менялась незначительно, несмотря на существенный рост энергетических затрат в отрасли (за период с 1985 по 2000 г. – в два раза). В виде тепловой энергии потребляется 48,3%, электроэнергии – 30,2% и первичного топлива – 12,5% (без учета топлива, используемого в качестве сырья).
В химической промышленности непосредственное потребление топлива на энергетические цели составляет около 1/8 суммарного энергопотребления. Около 40% сжигается в промышленных котельных и на ТЭУ для производства тепловой и электрической энергии. Остальная часть топлива (преимущественно твердого и газообразного) используется в технологических установках.
В отраслях химического комплекса основной источник потерь энергии связан с путями ее использования. Например, КПД процесса синтеза аммиака колеблется в пределах 40-50% в зависимости от вида сырья. Энергетический КПД для обычных методов получения винилхлорида – 12-17%, для синтеза NO – всего лишь 5-6,5% и т.д. Высокотемпературные химические процессы (>4000С) сопровождаются потерями энергии, достигающими в среднем 68%.
Подобное состояние дел определяется не только объективными причинами. По традиции химики-технологи во главу угла ставят вопросы увеличения выхода продукта реакции и конверсии сырья, но не создания энергетически эффективных технологических процессов.
Для коренного улучшения ситуации в химической отрасли, касающейся рационального использования ТЭР, разработана энергетическая программа СНГ, согласно которой намечаются следующие основные направления:
· Изменение структуры производства с вытеснением энергоемких видов химической продукции менее энергоемкими;
· Интенсификация, оптимизация параметров и режимов производственных процессов;
· Создание принципиально новых химических технологий;
· Электрификация технологических процессов;
· Создание химических производств с использованием ядерных источников энергии.
Наряду с энергетической рационализацией самих химических методов (технологии) и аппаратурного оформления, необходимо выявлять вторичные источники энергии и использовать их. По подсчетам специалистов этот путь является вдвое-втрое более выгодным, чем дополнительная добыча и транспортировка эквивалентного количества топлива.
Использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР)

В химических отраслях достаточно хорошо используются ВЭР с высоким температурным потенциалом (tж>1500C, tг>3000C). С помощью этих теплоносителей в котлах-утилизаторах производится пар, который направляется либо в технологический цикл, либо на привод турбомашин. Совершенно иная ситуация с низкопотенциальными сбросными тепловыми потоками (НТП). Традиционные решения утилизации теплоты НТП неприемлемы и по техническим, и по экономическим соображениям. В то же время доля НТП в химической отрасли доходит до 50% всех вторичных энергетических ресурсов.
Использование низкопотенциальных ВЭР связано с решением двух задач:
· созданием надежной и эффективной системы теплопотребления;
· Созданием надежного утилизационного оборудования.
В отечественной и зарубежной практике пока имеется очень небольшой опыт использования основных видов НТП – отходящих дымовых газов, сбросных вод, циркулирующих и продукционных потоков, конденсата, вторичного пара и т.п. Тем не менее, можно указать следующие основные технические средства утилизации:
· Многоступенчатые установки с аппаратами мгновенного вскипания для использования теплоты загрязненных стоков;
· Многоступенчатые установки с аппаратами типа «тепловая труба» для использования теплоты агрессивных жидкостей;
· Контактные аппараты с различными насадками для использования теплоты отходящих газов (ОГ);
· Абсорбционные холодильные установки (водоаммиачные, бромистолитиевые и др.);
· Скрубберно-солевые установки для утилизации теплоты дымовых газов;
· Тепловые насосы (пароструйные, абсорбционные и компрессионные) для производства холода и теплоснабжения;
· Рекуперационные агрегаты для использования теплоты паровоздушной смеси в схеме рециркуляции;
· Регенеративные вращающиеся теплообменники, пластинчатые рекуператоры, теплообменники с промежуточным теплоносителем, с тепловыми трубами для использования теплоты вентиляционных выбросов;
· Рекуперативные и регенеративные воздухоподогреватели.
Использование НТП вторичных энергоресурсов перспективно в абсорбционно-холодильных установках для производства холода (+5- +70С) и в теплонаносных установках для выработки тепловой энергии (порядка 80 0С).
В производстве стекловолокна за счет утилизации теплоты, теряемой через кладку бассейна, на печи производительностью 14-18 т/сутки экономится около 8 тыс. т насыщенного пара в год и около 800 тыс. кВт-час электроэнергии. Программа изготовления и внедрения систем испарительного охлаждения на других производствах может обеспечить выработку теплоты в количестве до 850 тыс. ГДж в год.
Утилизация теплоты отходящих газов распылительной сушилки белой сажи для нагрева воды оценивается величиной 54 тыс. ГДж/год.
Использование ВЭР в химической технологии таит в себе огромнейшие резервы экономии различных видов энергии.
Проанализировать работу печи перегрева водяного пара и для эффективности использования теплоты первичного топлива предложить теплоутилизационную установку вторичных энергоресурсов.
Печь перегрева водяного пара на установке производства стирола предназначена для повышения температуры насыщенного водяного пара до необходимой по технологии величины.
Источником теплоты является реакция окисления (горения) первичного топлива. Образующиеся при горении дымовые газы отдают свою теплоту в радиационной, а затем конвективной камерах сырьевому потоку (водяному пару). Перегретый водяной пар поступает к потребителю, а продукты сгорания покидают печь, имея достаточно высокую температуру (450-5000С).
Для повышения эффективности использования теплоты первичного топлива на выходе из печи установлена утилизационная установка, состоящая из котла-утилизатора, воздухоподогревателя и КТАНа.
Теплоносителем в КУ являются дымовые газы, покинувшие печь. В результате протекания процесса теплообмена в котле-утилизаторе температура дымовых газов снижается от t´1 до t´2. Питательная вода поступает в КУ с блока водоподготовки, пройдя необходимую очистку от солей жесткости и деарацию. На выходе из котла-утилизатора образуется водяной пар (нас.). Параметры работы КУ выбираются таким образом, чтобы температура полученного пара соответствовала температуре входа в печь, так как образовавшийся поток вводится в основной поток, поступающий с ТЭЦ. За КУ установлен воздухоподогреватель, служащий для подогрева воздуха, подаваемого в топку для обеспечения процесса горения.
После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается от t3 до температуры t4. Съем теплоты дымовых газов осуществляется двумя раздельными потоками воды. Один поток поступает в непосредственный контакт, а другой через стенку змеевика.
Перемещение продуктов сгорания осуществляется за счет дымососа, а воздуха – за счет работы вентилятора.
Температура водяного пара: t1-на входе в печь; t2-на выходе из печи.
Температура дымовых газов: tух - на выходе из печи; t1'- на входе в КУ; t2'- на выходе из КУ; t3’ - на входе в ВП; t4’-на выходе из ВП; t5’- на входе в скруббер; t6’- на выходе из скруббера.
4.1. Подготовка исходных данных по топливному газу и водяному пару

4.1.3. Молекулярная масса смеси газов в топливе:
4.1.4. Удельная газовая постоянная для каждого из газов в смеси: .
4.1.5. Плотность топливного газа при н.у. и при рабочих условиях:
4.1.6. Удельный объем топливного газа:
4.1.7. Парциальное давление газов в смеси:
производительность печи по водяному пару G=4,5 кг/с,
давление пера на входе Р1=1.0 МПа ≈ 10 бар = 9,87ат,
температура пара на входе в печь t1=179ºС,
температура пара на выходе из печи t2=730ºС.
По таблице [1] определяем свойства кипящей воды и сухого насыщенного пара
Н – изменение энтальпии, приходящееся на 4,5кг.
Расчётным методом определим энтальпию перегретого пара и сравним её значение с табличным.
Рассчитанные по полиномиальным уравнениям:
4.2. Расчет процесса горения в печи
4.2.1. Определение основных характеристик топлива:
4.2.2. Элементарный состав топлива определяем по формулам:
4.2.3. Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания единицы количества топлива , кг/кг, вычисляется по формуле:
α=1,16 – коэффициент избытка воздуха.
4.2.4. Количество продуктов сгорания:
Рассчитаем объем продуктов сгорания , а также содержание каждого компонента в массовых ( ) и объемных ( ) долях по формулам:
Результаты расчетов представлены в таблице 2.
4.2.4. Рассчитаем энтальпию продуктов сгорания:
- теплоемкость i-го компонента, кДж/(кг٠К),
Результаты расчетов приведены в таблице 3.
Построим график зависимости H t, п.с. = f(t):
Рис. 2. График зависимости H t, п.с. = f(t).
4.3 Тепловой баланс печи, определение КПД печи и расхода топлива.
4.3.1. Полезная тепловая нагрузка печи , Вт:
, где: – энтальпия дымовых газов при температуре перевала печи tп = 852,30С.
Проверим распределение нагрузки в печи: , т.е. условия соблюдены.
4.3.5. Тепловая нагрузка конвекционной камеры:
4.3.6. Энтальпия водяного пара на входе в радиантную камеру:
При давлении Р1 = 9,87 атм значение температуры водяного пара на входе в радиантную секцию tk =3150C.
4.3.7. Температура экрана в рассчитываемой печи:
4.3.8. Максимальная температура горения топлива:
где – удельная теплоемкость при температуре перевала.
4.3.9. Для tп и tmax по графикам определяем теплонапряженность абсолютно черной поверхности qs:
Определяем теплонапряженность при q = 542,50С: qs = 127098,21 Вт/м2.
Таким образом, полный тепловой поток, внесенный в топку:
4.3.10. Эквивалентная абсолютно черной поверхность равна:
4.3.11. Принимаем степень экранирования кладки y = 0,45; для a=1,05 примем .
Эквивалентная плоская поверхность: .
Диаметр радиантных труб , диаметр конвекционных труб .
Принимаем однорядное размещение труб и шаг между ними .
Для этих значений фактор формы К= 0,87.
4.3.12. Величина заэкранированности кладки: .
4.3.13. Поверхность нагрева радиантных труб:
Теплонапряженность радиантных труб: .
Располагаем трубы в шахматном порядке по 3 в одном горизонтальном ряду, шаг между трубами .
4.3.14. Средняя разность температур:
4.3.16. Теплонапряженность поверхности конвективных труб:
Для обеспечения нормальной работы трубчатой печи необходимо обосновано выбрать скорость движения потока сырья через змеевик. При увеличении скорости движения сырья в трубчатой печи повышается коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемому сырью, что способствует снижению температуры стенок, а следовательно, уменьшает возможность отложения кокса в трубах. В результате уменьшается вероятность прогара труб печи и оказывается возможным повысить тепло напряженность поверхности нагрева. Кроме того, при повышении скорости движения потока уменьшается отложение на внутренней поверхности трубы загрязнении из взвешенных механических частиц, содержащихся в сырье.
Применение более высоких скоростей движения потока сырья позволяет также уменьшить диаметр труб или обеспечить более высокую производительность печи, уменьшить число параллельных потоков.
Однако увеличение скорости приводит к росту гидравлического сопротивления потоку сырья, в связи с чем увеличиваются затраты энергии на привод загрузочного насоса, так как потеря напора, а следовательно, и расход энергии возрастают примерно пропорционально квадрату (точнее, степени 1,7-1,8) скорости движения.
4.4.1. Находим потерю давления водяного пара в трубах камеры конвекции.
где - плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции: ;
dк – внутренней диаметр конвекционных труб, м;
Значение критерия Рейнольдса: , где:
- кинематическая вязкость водяного пара.
Общая длина труб на прямом участке: .
Коэффициент гидравлического трения: .
Потери давления на местные сопротивления:
4.4.2. Расчет потери давления водяного пара в камере радиации.
Средняя скорость водяного пара в трубах радиационной камеры составляет:
- плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции, ;
dр – внутренней диаметр конвекционных труб, м;
, где - кинематическая вязкость водяного пара.
Общая длина труб на прямом участке:
Коэффициент гидравлического трения:
Потери давления на местные сопротивления:
Общая потеря давления в камере радиации:
Проведенные расчеты показали, что выбранная печь обеспечит процесс перегрева пара в заданном режиме.
5.1. Теплоноситель – дымовые газы после печи.

5.2. Нагреваемая среда – питательная вода.

Температура питательной воды входа , выхода ,
Энтальпия питательной воды входе при
5.3. Составляем уравнение теплового баланса:


Исходя из того, что КПД котла-утилизатора 0,95 получим, что:
Определяем расход питательной воды:
1) Ищем температуру tх. На стадии нагревания:
По графику определяем температуру для данной энтальпии, которая составляет 259,4 0С. Таким образом
2) Находим теплоту, пошедшую на испарение питательной воды:
Находим теплоту, пошедшую на нагрев питательной воды:
Определяем общее количество теплоты по питательной воде:
Таким образом, доля теплоты, переданная на стадии нагревания составляет:
Определяем требуемую площадь поверхности теплообмена:
Здесь , средняя температура при нагреве питательной воды:
Принимаем в зоне испарения . Определим среднюю температуру при испарении питательной воды:
Исходя из этого, поверхность испарения должна быть:
По данной площади подбираем теплообменник со следующими характеристиками:
Алгоритм поверочного расчета котла-утилизатора.

Проверим, обеспечит ли выбранный стандартный испаритель протекание процесса теплопередачи при заданных условиях. Поскольку определенное тепловое сопротивление будет со стороны дымовых газов, расчет будем вести по зоне нагрева.
При средней температуре, равной , получим коэффициент кинематической вязкости n , теплопроводность , удельная теплоемкость .
Найдем теплофизические свойства дымовых газов в интервале температур.
Определяем теплопроводность по формуле:
где - молярная доля i-го компонента; - теплопроводность i-го компонента; - молярная масса i-го компонента, кг/кмоль.
Кинематическая вязкость определяется по формуле:
Здесь , где - динамический коэффициент вязкости i-го компонента, ; - плотность дымовых газов, кг/м3.
Теплоемкость определяется по формуле:
, где - массовая доля i-го компонента; - удельная теплоемкость i-го компонента, .
Теплофизические свойства дымовых газов.
Плотность дымовых газов при средней температуре определяется по формуле:
Средняя скорость дымовых газов составляет:
Критерий Рейнольдса определяется по уравнению:
Критерий Нуссельта определяется следующим образом:
Коэффициент теплоотдачи со стороны дымовых газов составляет:
Для определения коэффициента теплоотдачи со стороны кипящей воды воспользуемся следующим выражением:
, где - поправочный коэффициент; Р – абсолютное давление в аппарате; q– удельное количество теплоты, переданное через 1 м2 площади, .
Тепло проводимость очищенной воды находим по формуле:
Расчетный коэффициент теплопередачи:
Делается вывод: так как Кр>Кф – выбранный аппарат обеспечит нагрев и испарение.
6.1. Теплоноситель: продукты сгорания (ОГ)
Уравнение теплового баланса с учетом КПД:
1.Теплоноситель: дымовые газы после воздухоподогревателя.
II поток (техническая вода): , , .
Энергетический КПД установки рассчитывается по формуле:
где Qпол – полезная тепловая нагрузка технологической печи,
– полезная теплота котла-утилизатора,
– полезная теплота водоподогревателя,
Очевидно, что наибольший вклад в КПД тепло-утилизационной установки обусловлен работой технологической печи.
Эксергетический метод анализа энерготехнологических систем позволяет наиболее объективно и качественно оценить энергетические потери, которые никак не выявляются при обычной оценке с помощью первого закона термодинамики. В качестве критерия в рассматриваемом случае используется эксергетический КПД, который определяется как отношение отведенной эксергии к подведенной эксергии:
или 24,095%, где Еподв – эксергия топлива, МДж/кг; Еотв – эксергия, воспринятая потоком водяного пара в печи и котле-утилизаторе.
Для потока водяного пара, нагреваемого в печи:
где Нвп2 и Нвп1 - энтальпия водяного пара на выходе и входе в печь соответственно,
- изменение энтропии водяного пара,
Для потока водяного пара, получаемого в КУ:
- энтальпия насыщенного водяного пара при выходе из КУ, кДж/кг,
- энтальпия питательной воды на входе в КУ, кДж/кг,
Поскольку КПД тепло-утилизационной установки составляет 92%, то есть всего 8% тепла теряется в ходе процесса утилизации, можно сделать вывод о целесообразности использования подобных установок в целях экономии. Внедрение в основную технологическую схему аппаратов подобного действия благотворно сказывается на расходовании энергетических ресурсов и блокирует их потерю.

Название: Расчет теплоутилизационной установки вторичных энергоресурсов
Раздел: Промышленность, производство
Тип: курсовая работа
Добавлен 19:28:42 18 ноября 2008 Похожие работы
Просмотров: 468
Комментариев: 15
Оценило: 3 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Площадь сечения одного хода по трубам, м2
Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Расчет теплоутилизационной установки вторичных энергоресурсов
Пенсия По Потери Кормильца Курсовая Работа
Дипломная Работа На Тему Проблемні Методи Навчання
Отчет Учебной Практики Ооо
Реферат Биография Толстого
Реферат по теме Местные бюджеты, бюджетный федерализм. Доходы и расходы местного бюджета, их экономическое содержание
Сочинение Про Мою Комнату
Тутунов Зима Пришла Детство Сочинение
Реферат: Соловецкое восстание
Бух Учет Ос В 1с Реферат
Реферат: Енисейские киргизы
Реферат: Изучение внутреннего состояния собеседника по голосу и манере говорить
Реферат по теме Биофизика
Взаимодействие Индивида И Группы Эссе
Курсовая работа по теме Техническое обслуживание №2 автомобиля ГАЗ-53
Реферат: Диагностика окклюзирующей патологии сонных, подключичных и позвоночных артерий. Скачать бесплатно и без регистрации
Сочинение Про Архитектурный Памятник
Доклад по теме Атака клонов: выбор между недостаточно хорошим и почти плохим
Каналы распределения. Определение, виды
Курсовая работа по теме Анализ и оценка финансового состояния ООО 'Модуль'
Реферат: Разработка маркетинговой программы
Реферат: Сюрреализм
Реферат: Малые дозы ионизирующего излучения и их воздействие на организм человека
Реферат: Учение В.И. Вернадского о ноосфере