Рассмотрение технологической схемы теплоутилизационной установки. Расчет печи перегрева водяного пара и котла-утилизатора. Составление теплового баланса воздухоподогревателя, определение коэффициента полезного действия и эксергетическая оценка установки.
Аннотация к работе
Одной из наиболее важных задач успешного развития экономики России является снижение потребления энергии и ресурсов на базе высоких эффективных технологий, которые позволяют решить одновременно и экологические проблемы. В нефтяной промышленности сбережение энергии и ресурсов достигается применением более экономичных технологий и техники, позволяющих снижать удельные энерго-и ресурсозатраты на добычу 1 т нефти, и сокращением потерь углеводородов [3]. 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 [1]. В отраслях химического комплекса основной источник потерь энергии связан с путями ее использования.В соответствии с заданием предполагается выполнить: · расчет и выбор печи перегрева водяного параВодяной пар с ТЭЦ поступает в камеру конвекции печи перегрева водяного пара с твп1 = 1520С и Р1 = 0,5 МПА. Продукты сгорания покидают печь с тух = 3000С и поступают в котел-утилизатор, где отдают свою теплоту воде, при этом охлаждаясь до тдг2 = 1900С. Вода поступает в КУ через насос с блока водоподготовки с ?н = 600С и покидает КУ с ?к = 1520С, направляясь на смешение с водяным паром, поступающим в печь.Низшую теплоту сгорания топлива, состоящего из смеси углеводородов определяем по формуле 1 [1]: (1) где Qpiн - теплота сгорания i-го компонента топлива; Содержание элементов (углерода, водорода, азота и кислорода соответственно) в % масс. определяем по формулам (2)-(5) [1]: (2) Молярная масса топлива находится по формуле 6 [1]: (6) где Mi - молярная масса i-го компонента топлива. Тогда общую массу продуктов сгорания можно определить как сумму количеств всех продуктов сгорания по формуле 15 [1]: (15) Рассчитаем объем продуктов сгорания , а также содержание каждого компонента в массовых () и объемных () долях по формуле 17 [1]: (17) где mi - масса соответствующего газа, образующегося при сгорании 1 кг топлива;Число труб в камере радиации найдем по формуле 35 [1]: (35) Теплонапряженность радиантных труб рассчитаем по формуле 36 [1]: печь пар котел утилизатор Число конвективных труб рассчитаем по формуле 37 [1]: (37) Располагаем трубы в шахматном порядке по 3 в одном горизонтальном ряду, шаг между трубами .Гидравлический расчет представляет собой определение потерь давления водяного пара в камерах радиации и конвекции. Проведем расчет для камеры конвекции по [7]. Средняя скорость водяного пара вычисляется по формуле 41: (41) где - плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции: ; Кинематическая вязкость водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции . По [7] определим коэффициент гидравлического трения: ;Находим среднюю температуру дымовых газов [1]: (55) Для дымовых газов удельные энтальпии определим исходя из данных таблицы 1 и рис. Тепловой поток, передаваемый дымовыми газами [1]: (58) где - энтальпии дымовых газов на входе и на выходе соответственно. Тепловой поток, воспринимаемый водой в зоне нагрева [1]: (61) где = энтальпия питательной воды при температуре испарения (152°С). Тепловой поток, предаваемый дымовыми газами воде в зоне нагрева (полезная теплота) [1]: (62) где - энтальпия дымовых газов при температуре ТХ.Схема воздухоподогревателя представлена на рис. Атмосферный воздух с температурой поступает в аппарат, где нагревается до температуры за счет теплоты дымовых газов. Расход воздуха определяется исходя из необходимого количества топлива по формуле 70: (70) где - расход топлива; Тепловой поток, отданный дымовыми газами: (71) где - энтальпии дымовых газов при температурах и соответственно.Схема контактного аппарата с активной насадкой представлена на рис. После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается от до . Съем теплоты дымовых газов осуществляется двумя раздельными потоками воды. Один поток вступает в непосредственный контакт с дымовыми газами, а другой обменивается с ними теплотой через стенку змеевика.При определении величины КПД синтезированной системы () используется традиционный подход. 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 оценки в рассматриваемом случае используется эксергетический КПД, который определяется как отношение отведенной эксергии к эксергии, подведенной в систему: (78) В большинстве случаев величиной эксергии воздуха можно пренебречь: Отведенная эксергия для рассматриваемой системы складывается из эксергии, воспринятой водяным паром в печи (), и эк
План
Содержание
Введение
1. Постановка задачи
2. Технологическая схема теплоутилизационной установки
3. Технологический расчет печи
4. Гидравлический расчет змеевика печи
5. Расчет котла-утилизатора
6. Тепловой баланс воздухоподогревателя
7. Расчет КТАНА
8. Расчет коэффициента полезного действия теплоутилизационной установки
9. Эксергетический анализ системы "печь-котел-утилизатор"
Заключение
Список используемых источников
Графическое приложение
Введение
Одной из наиболее важных задач успешного развития экономики России является снижение потребления энергии и ресурсов на базе высоких эффективных технологий, которые позволяют решить одновременно и экологические проблемы. В нефтяной промышленности сбережение энергии и ресурсов достигается применением более экономичных технологий и техники, позволяющих снижать удельные энерго- и ресурсозатраты на добычу 1 т нефти, и сокращением потерь углеводородов [3].
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 [1].
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) [1].
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 (>4000°С) сопровождаются потерями энергии, достигающими в среднем 68% [1].
В настоящее время существуют технологические процессы с материальными и энергетическими отходами. На технологический процесс расходуется определенное количество топлива, электрической и тепловой энергии, и сами технологические процессы протекают с выделением различных энергетических ресурсов - теплоносителей, горючих продуктов, газов и жидкостей с избыточным давлением. Однако не все количество этой энергии используется в технологическом процессе или агрегате; такие неиспользуемые энергетические отходы называют вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР). Утилизация этих ресурсов связана с определенными затратами, в том числе и капитальными, поэтому возникает необходимость экономической оценки целесообразности такой утилизации [1].
Под ВЭР понимают энергетический потенциал продуктов, образующихся при технологических процессах. Термин "энергетический потенциал" означает наличие определенного запаса энергии [1].
Следует отметить, что пока еще большое количество тепловой энергии теряется при так называемом "сбросе" промышленных сточных вод, имеющих температуру 40-60°С и более, при отводе дымовых газов с температурой 200-300°С, а также в вентиляционных системах промышленных и общественных зданий, животноводческих комплексов (температура удаляемого из этих помещений воздуха не менее 20 ч 25°С). Особенно значительны объемы тепловых вторичных ресурсов в черной металлургии, в газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности [1].
По мере увеличения затрат на добычу топлива и производства энергии возрастает необходимость в более полном использовании их при преобразовании в виде горючих газов, тепла нагретого воздуха и воды. Хотя утилизация ВЭР нередко связана с дополнительными капитальными вложениями и увеличением численности обслуживающего персонала, опыт передовых предприятий подтверждает, что использование ВЭР экономически весьма выгодно. На нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах капитальные вложения в утилизационные установки окупаются в среднем за 0,8-1,5 года [1].
Таким образом, повышение уровня утилизации вторичных энергетических ресурсов обеспечивает не только значительную экономию топлива, капитальных вложений и предотвращения загрязнения окружающей среды, но и существенное снижение себестоимости продукции нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий [1].