Курсовая работа: Термодинамический анализ эффективности агрегатов энерготехнологических систем

Курсовая работа: Термодинамический анализ эффективности агрегатов энерготехнологических систем

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ И УКАЗАНИЯ ПО ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание

1. Выполнить термохимический расчет процесса горения смеси отходящих газов сажевого производства с природным газом в котле-утилизаторе, включая определение теоретической температуры горения.

2. Вычислить составляющие теплового баланса котла-утилизатора и его тепловой коэффициент полезного действия (коэффициент использования теплоты). Построить диаграмму потоков энергии в котле-утилизаторе (диаграмму Сенкея).

3. Оценить фактическую паропроизводительность котла.

4. Выполнить эксергетический анализ эффективности котла-утилизатора и построить диаграмму потоков эксергии в котле-утилизаторе (диаграмму Грассмана-Шаргута).

5. Найти исходя из условия рассеивания в атмосфере вредных компонентов продуктов сгорания требуемую высоту дымовой трубы.

6. Оценить экономию топлива за счет утилизации энергии отходящих газов сажевого производства.

Указания к выполнению работы

1. Исходные данные для расчета берутся из приведенных ниже таблиц (табл. 1, 2, 3) в соответствии с заданным преподавателем номером варианта.

2. Выполненную работу (расчеты и необходимые пояснения) оформить в виде пояснительной записки. Записка должна содержать: введение (назначение котла-утилизатора, его краткое описание, цель расчетов); исходные данные; расчетные формулы и результаты расчетов; построенные в масштабе диаграммы Сенкея и Грассмана-Шаргута; выводы об термодинамической эффективности котла утилизатора и возможных путях ее повышения.

Таблица 1

	Типоразмер котла ПКК	Параметры котла			Данные к расчету котла
		D, т/ч	р, Мпа	t пп, °С	Вог м3/с	x	qХ, %	qНО, %	a
0	100/2,4-200-5	100	2,4	370	17,0	0,05	1,0	0,7	1,30
1	75/2,4-150-5	75	2,4	370	12,5	0,04	1,1	0,8	1,28
	Типоразмер котла ПКК	Параметры котла			Данные к расчету котла
		D, т/ч	р, МПа	t П.П, °С	ВО.Г, м3/с	х	qХ, %	qН.О, %	aТ
2	75/4,5-150-5	75	4,5	440	12,5	0,03	1,2	0,8	1,26
3	30/2,4-70-5	35	2,4	370	5,5	0,035	1,3	1,1	1,24

Примечание. В табл.1 использованы следующие обозначения: D, р, tпп соответственно паропроизводительность, давление и температура вырабатываемого пара, относящиеся к номинальному режиму работы котла; Bог расход сухих отходящих газов сажевого производства; х – объемная доля природного газообразного топлива в смеси с отходящими газами; qХ, q Н.О доли располагаемой теплоты, теряемые соответственно от химической неполноты сгорания и наружного охлаждения; a – коэффициент избытка воздуха в топке.

Таблица 2

Характеристики отходящих газов сажевого производства

	Объемный состав сухой массы отходящих газов, %							WР, %	tог, °С
	CO2	CO	H2	H2S	CH4	O2	N2
0	4,0	16,20	12,10	0,30	0,20	0,30	66,90	35,0	167
1	3,9	16,25	12,08	0,32	0,19	0,31	66,95	34,5	171
2	3,8	16,30	12,06	0,34	0,18	0,32	67,00	34,0	175
3	3,7	16,35	12,04	0,36	0,17	0,33	67,05	33,5	179
4	3,6	16,40	12,02	0,38	0,16	0,34	67,10	33,0	183
5	4,1	16,15	12,00	0,40	0,15	0,35	66,85	35,0	167
6	4,2	16,10	12,12	0,28	0,21	0,29	66,80	35,5	163
7	4,3	16,05	12,14	0,26	0,22	0,28	66,75	36,0	159
8	4,4	16,00	12,16	0,24	0,23	0,27	66,70	36,5	155
9	4,5	15,95	12,18	0,22	0,24	0,26	66,65	37,0	151

Примечание. В табл.2 WР объемная доля (в %) влаги в рабочей массе отходящих газов; tог температура отходящих газов.

Таблица 3

Теплота сгорания, расход воздуха на горение и объемы продуктов сгорания природных газообразных топлив

	Газопровод	кДж/м3	, м3/м3	м3/м3	м3/м3	, м3/м3
0	Кумертау‑Магнитогорск	36830	9,74	1,06	7,79	2,13
1	Шебелинка‑Брянск Москва	37900	9,98	1,07	7,90	2,22
2	Саратов‑Москва	35820	9,52	1,04	7,60	2,10
3	Кулешовка ‑ Самара (попутный газ)	41770	10,99	1,26	8,82	2,28
4	Бухара‑Урал	36750	9,73	1,04	7,70	2,18
5	Средняя Азия‑Центр	37580	9,91	1,07	7,84	2,21
6	Оренбург ‑ Совхозное	38050	10,05	1,08	7,94	2,23
7	Серпухов ‑ Санкт-Петербург	37460	10,00	1,08	7,93	2,21
8	Ставрополь‑Невинномысск	35660	9,47	1,00	7,49	2,14
9	Саушино Лог ‑ Волгоград	35150	9,32	0,98	7,39	2,10

Примечание. В табл.3 использованы следующие обозначения:   низшая теплота сгорания сухого природного газа (ПГ);   теоретически необходимый объем воздуха для полного сжигания 1 м3 ПГ;  – объем сухих трехатомных газов в продуктах сгорания ПГ; ,  – теоретические объемы азота и водяного пара в продуктах сгорания ПГ.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1 Ознакомиться с устройством котлов-утилизаторов

1.2 Получить практические навыки проведения термодинамического анализа эффективности агрегатов энерготехнологических систем и протекающих в них процессов.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1 Проведение термодинамического анализа эффективности котла-утилизатора энергетическим и эксергетическим методами.

2.2 Оценка экономии топлива за счет утилизации теплоты отходящих газов сажевого производства.

2.3 Расчет дымовой трубы котла-утилизатора из условия рассеивания в атмосфере вредных компонентов продуктов сгорания.

3. УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

Проблема экономного расходования топливно-энергетических ресурсов является чрезвычайно важной в современной хозяйственной деятельности.

Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов и снижение вредного воздействия производства на окружающую среду могут быть достигнуты при более широком вовлечении в топливно-энергетический баланс вторичных энергоресурсов (ВЭР), под которыми подразумевают энергетический потенциал продукции, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках, процессах). Вторичные энергоресурсы имеются практически во всех отраслях промышленности, где применяются энерготехнологические процессы, в первую очередь высокотемпературные. Коэффициент полезного теплоиспользования для многих энерготехнологических процессов не превышает 15–35%.

Вторичные энергоресурсы могут быть разделены на две основные группы:

горючие (топливные) ВЭР – горючие газы плавильных печей (доменный, колошниковый шахтных печей и вагранок, конвертерный и т. д.), горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого или углеводородного сырья и др.;

тепловые ВЭР – физическая теплота отходящих газов технологических агрегатов, теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических агрегатов, теплота горячей воды и пара, отработавших в технологических и силовых установках и др.

Утилизацию горючих и тепловых ВЭР осуществляют в котлах-утилизаторах (КУ), которые обеспечивают получение за счет использования энергии этих ВЭР дополнительной продукции в виде энергетического или технологического пара, горячей воды, какого-либо другого теплоносителя, что приводит к экономии топлива на предприятии. Котлы–утилизаторы устанавливают за печами и реакторами в химической промышленности, за мартеновскими и нагревательными печами в черной металлургии и т. п. Если используется лишь физическая теплота отходящих газов этих производств, то КУ топочного устройства не имеют и, по существу, представляют собой теплообменники. Если же отходящие газы содержат в своем составе горючие компоненты то, для их сжигания котлы-утилизаторы снабжаются топочным устройством. В случае использования отходящих газов с незначительным содержанием горючих компонентов и малой теплотой сгорания, например, газов сажевого производства, их сжигают в смеси с природным газом или мазутом.

3.1 Котлы-утилизаторы в сажевом производстве

Сажевые заводы относятся к числу предприятий, в которых образуется большое количество отходящих газов, содержащих примерно 20 % горючих компонентов (СО, Н2 и др.) и 80% балласта (СО2, N2 и др.), в том числе около 40% водяных паров. Вследствие сильной забалластированности и малой теплоты сгорания для эффективного их сжигания в котлах-утилизаторах к ним добавляют в небольшом количестве природный газ или мазут, имеющие высокую теплоту сгорания.

Специально для сжигания отходящих газов сажевого производства разработана серия унифицированных котлов типа ПКК (пакетно-конвективный котел). Его продольный разрез показан на рис.1 Котлы типа ПКК однобарабанные, конвективные, с естественной циркуляцией.

Отходящие газы сажевого производства вместе с природным газом или мазутом поступают через горелку 1 в неэкранированный предтопок 2, где и сжигаются. Из предтопка продукты сгорания проходят конвективные испарительные секции 3, пароперегреватель 4, воздухоподогреватель 7, и экономайзер 8. Все элементы котла состоят из системы труб, нагреваемых омывающими их продуктами сгорания. Однако использование теплоты продуктов сгорания в них различно: в трубах испарительных секций происходит кипение воды и образование пара, который поступает затем в барабан 5; в пароперегревателе пар, поступающий из барабана, перегревается до температуры выше температуры насыщения; в воздухоподогревателе подогревается воздух перед подачей в предтопок; в экономайзере подогревается питательная вода, поступающая в котел.

Страницы: 1, 2, 3, 4