Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

где - плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции, кг/м³; d_к – внутренней диаметр конвекционных труб, м; n – число потоков.

Значение критерия Рейнольдса:

, где - кинематическая вязкость водяного пара.

Общая длина труб на прямом участке:

[м].

Коэффициент гидравлического трения:

.

Потери давления на трение:

.

Потери давления на местные сопротивления:

,

где

Общая потеря давления:

[кПа].

Расчет потери давления водяного пара в камере радиации

Средняя скорость водяного пара в трубах радиационной камеры составляет:

м/с,

где - плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции, кг/м³; d_р – внутренней диаметр конвекционных труб, м; n – число потоков.

Значение критерия Рейнольдса:

, где - кинематическая вязкость водяного пара.

Общая длина труб на прямом участке:

[м].

Коэффициент гидравлического трения:

.

Потери давления на трение:

.

Потери давления на местные сопротивления:

.

где

Общая потеря давления в камере радиации:

[кПа].

Общие потери давления в печи:

4.4 Тепловой баланс котла-утилизатора (анализ процесса парообразования)

Рис. 4 Эскиз КУ.

Исходные данные для расчета котла-утилизатора

1. Теплоноситель – дымовые газы после печи

Расход топлива В=0,0925 кг/с,

Температура входа

выхода ,

Энтальпия входа

выхода ,

Коэффициент полезного действия ,

2. Нагреваемая среда – питательная вода

Температура питательной воды входа

выхода ,

Энтальпия питательной воды входе при

при

Энтальпия водяного пара .

Рис 5. График изменения температуры по площади аппарата.

Составляем уравнение теплового баланса:

Исходя из того, что КПД котла-утилизатора 0,95 получим, что:

.

Определяем расход питательной воды:

Доля водяного пара составляет:

.

Анализ процесса по стадиям.

1)Ищем температуру t_х. На стадии нагревания:

По графику определяем температуру для данной энтальпии, которая составляет 246,38 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 . Определяем среднюю температуру при нагреве питательной воды:

Принимаем в зоне испарения . Определим среднюю температуру при испарении питательной воды:

Исходя из этого, поверхность испарения должна быть:

.

Общая площадь составляет:

С запасом 20% принимаем:

По данной площади подбираем теплообменник со следующими характеристиками:

Таблица 10

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 , 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.

Таблица 11

Плотность дымовых газов при средней температуре определяется по формуле:

.

Средняя скорость дымовых газов составляет:

м/с,

где

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:

, где , .

Делается вывод: так как К_р>К_ф – выбранный аппарат обеспечит нагрев и испарение.

4.5 Тепловой баланс воздухоподогревателя

Рис 6. Эскиз воздухоподогревателя.

Исходные данные.

1.Теплоноситель: продукты сгорания (ОГ)

Расход топлива: В=0,0925 кг/с.

Температура: входа ,

выхода .

КПД: .

2.Хладоагент: атмосферный воздух.

Расход: .

Температура: входа ,

выхода

Удельная теплоемкость: .

Уравнение теплового баланса с учетом КПД:

,

,

.

4.6 Тепловой баланс скруббера (КТАНа)

Рис 7. Эскиз КТАНа.

Исходные данные.

1.Теплоноситель: дымовые газы после воздухоподогревателя.

Расход топлива: В=0,0925 кг/с.

Температура: входа ,

выхода .

2.Хладоагент: вода.

I поток (поступает в КУ).

II поток (техническая вода):

, , .

Тепловой баланс имеет вид:

,

,

.

4.7. Расчет энергетического КПД тепло-утилизационной установки

Энергетический КПД установки рассчитывается по формуле:

=[Q_пол+Q’_КУ + Q’’_ВП + Q’’’_КТАН]/ В*Q_р^н * _т,

где Q_пол – полезная тепловая нагрузка технологической печи,

Q’_КУ – полезная теплота котла-утилизатора,

Q’’_ВП – полезная теплота водоподогревателя,

Q’’’_КТАН – полезная теплота КТАНа.

Таким образом,

=(3183,24 + 517,77 + 125,61 + 194,1)/0,0925*49169*0,95 = 0,93, или 93%.

Рис. 8. Энергетические вклады составляющих установки

Очевидно, что наибольший вклад в КПД тепло-утилизационной установки обусловлен работой технологической печи.

4.8. Расчет эксергетического КПД процесса горения

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:

, где Е_подв – эксергия топлива, МДж/кг; Е_отв – эксергия, воспринятая потоком продуктов сгорания.

Таким образом, рассчитываем:

.

Для потока продуктов сгорания:

,

где Н_гор - энтальпия продуктов сгорания при температуре горения,

Н₀ – энтальпия продуктов сгорания при температуре окружающей среды.

Температура горения определяется из соотношения t_гор= *t_max,

где t_max=2068.08⁰C – максимальная температура горения,

- параметрический коэффициент.

Т.е. t_гор=0,85*2068,08=1757,87⁰С.

Таким образом, при t₀=25⁰C H₀=116.83кДж/кг; при t_гор Н_гор=40520,43кДж/кг.

Е_пс= 0,0925*(40520,43-116,83-298*53,22)= 2270,4кДж/кг.

Определяем эксергетический КПД :

.

5. Заключение

Поскольку КПД тепло-утилизационной установки составляет 93%, то есть всего 7% 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.

Характеристики

Список файлов курсовой работы