Расчет энергосберегающей теплоутилизационной установки и её показателей эффективности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ                                                         «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Г. ШУХОВА»

 

 

 

Кафедра энергетики теплотехнологии

 

 

 

 

 

 

РГЗ

по дисциплине:

 «Энергосбережение»

на тему:

«Расчет энергосберегающей теплоутилизационной

 установки и её показателей эффективности»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:        студент гр.ЭТ-52        Бараковский М.С. Принял: старший преподаватель        Носатов В.В.

 

 

 

 

 

 

 

Белгород 2012

 

Задание.

 

1. Котёл: КВГМ-6,2-950

2. Коэффициент избытка воздуха:  

3. Мощность котла: 6,2 МВт

4. Диаметр труб: d=32х2; а/b = 1/4.

5. Состав газа, % (по объёму):

 

СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	N2	CO2
97,96	1,176	0,288	0,094	0,031	0,96	0,249

 

 

Содержание

 

1. Схема теплоутилизационной энергосберегающей установки…………………4

2. Расчёт горения топлива…………………………………………………………...5

3. Исходные данные…………………………………………………………………6

4. Расчёт параметров в крайних точках…………………………………………….7

5. Расчёт тепловой мощности КРТ…………………………………………………9

6. Конструктивный расчёт…………………………………………………………10

7. Расчёт поверхности теплообмена…………………………………………… ...11

7.1. Расчёт I ступени………………………………………………………………..11

7.2. Расчёт II ступени………………………………………………………………13

8. Поверочный расчёт………………………………………………………………15

9. Гидравлический расчёт………………………………………………………….17

10. Аэродинамический расчёт……………………………………………………..18

10.1 Расчёт I ступени ………………………………………………………………18

10.2 Расчёт I ступени………………………………………………………………19

11. Основные показатели эффективности………………………………………...21

11.1. Термодинамические показатели…………………………………………... .21

11.2. Термоэкономические показатели……………………………………………22

 

 

 

1. Схема теплоутилизационной энергосберегающей установки.

 

 

Рис.1.

ЧТ  – чистый теплоноситель, текущий внутри труб трубного пучка;

ПТ – промежуточный теплоноситель, передает тепло от газа через трубную поверхность чистому теплоносителю, он смешивается с газом и образуется двухфазный поток;

1 – орошающее устройство;

2 – газораспределительная решетка (площадь проходного сечения 30 % от общей);

3 – трубный пучок;

4 – сепаратор, в котором происходит разделение промежуточного теплоносителя и газа;

5 – насос промежуточного теплоносителя.

Принцип действия аппарата.

Запыленный уходящий газ из печи подается в нижнюю часть I ступени КРТ, проходя через оросительное устройство 1, смешивается с промежуточным теплоносителем и образует двухфазный газожидкостный поток Далее этот поток проходит через газораспределительную решётку 2 и образует пенный двухфазный восходящий поток в котором из-за развитой поверхности теплообмена процессы тепло- и массообмена проходят эффективнее

За счет развитой поверхности  фаз в пенном потоке наиболее интенсивно проходят процессы тепломассообмена и пылеулавливания между газом и промежуточным теплоносителем.

Далее пенный газожидкостный поток омывает трубный пучок 3, где происходит передача тепла от него к чистому теплоносителю.

После трубного пучка  газожидкостный поток попадает в  центробежный сепаратор, где происходит разделение промежуточного теплоносителя  и газа. Газ покидает ступень, а промежуточный теплоноситель самотеком возвращается вниз бака и цикл заканчивается.

 

2. Расчёт горения топлива.

 

1.1. Теоретически необходимое  для горения количество кислорода:

;

1.2. Теоретически необходимое  для горения количество сухого  воздуха:

;

1.4. Действительное количество  воздуха при коэффициенте расхода a = 1,3:

;

1.5. Определяем количество и состав продуктов полного сгорания при a = 1,3:

Выход двуокиси углерода:

;

Выход водяных паров  при сжигании газа в сухом воздухе:

;

Выход азота:

;

Избыточное количество кислорода в продуктах сгорания:

;

Суммарный выход продуктов  сгорания:

;

1.6. Определяем процентный состав продуктов сгорания:

;

;

;

;

.

 

1.7. Определяем низшую  теплоту сгорания топлива:

3. Расчёт КРТ.

 

3. Исходные данные.

1. Объемный расход  уходящих газов (при н.у.):

2. Температура газа  начальная: 

3. Температура газа  конечная:

4. Влагосодержание газа начальное:

5. Относительная влажность газа конечная:

6. Температура чистого теплоносителя начальная

7. Температура чистого теплоносителя конечная

8. Давление в теплообменнике:

Р = 96 кПа

9. Температура промежуточного теплоносителя начальная:

10. Температура промежуточного теплоносителя конечная:

11. Диаметр труб теплообменника:

d = 32´2 мм

11. Профиль труб:

a/b = 1/4

 

4. Расчёт параметров в крайних точках.

1. Принимаем:

;

2. Определяем конечную энтальпию газа:

 

  ;

;

3. Определяем начальную энтальпию газа:

;

4. Определяем энтальпию газа в точке I-II: 

  ;

5. Проверяем значение  принятой температуры  , для этого расчитываем левую и правую часть уравнения и сравниваем полученные значения:

;

;

Получаем сходимость меньше 0,01, что приемлемо для дальнейших расчётов.

 

6. Определяем температуру  чистого теплоносителя:

;

7. Заносим полученные значения в таблицу:

	I	I-II	II
tг	130	55,05	40
хг	0,109	0,122	0,0514
tпт	58	55,05	40
tчт	56	43,78	10
LVг	2,34	1,78	1,707
Lгсч	2,068
Iг	429,65	372,46	172,112

 

5. Расчёт тепловой мощности КРТ.

1. Определяем плотность  влажного газа при н.у.:

;

;

2. Определяем плотность  влажного газа при рабочих  условиях:

;

3. Определяем массовый  расход влажного газа:

;

4. Определяем массовый  расход по сухой части:

;

5. Тепловая мощность КРТ:

-общая:

;

-I ступени:

;

-II ступени:

;

6. Массовый расход  чистого теплоносителя:

.

7. Определяем объёмный расход газов в точке I-II (I степень):

;

;

Т.к. массовый расход по сухой  части постоянен, то:

8. Определяем объёмный расход газов в точке I-II (II ступень):

;

;

Т.к. массовый расход по сухой части постоянен, то:

 

6. Конструктивный расчёт.

 

  

     Размеры  трубы  Соотношение сторон поперечного сечения

 

1. Определяем геометрические  размеры трубы:

- наружные диаметры трубы;

- внутренние диаметры трубы;

;

;

;

;

Толщина стенки трубы 

;

2.  Принимаем скорость газа в свободном сечении аппарата . Принимаем соотношение сторон поперечного сечения КРТ как 3l:2l и находим длину l:

;

;

;

3. Принимаем шахматное расположение труб, вертикальное расстояние между трубами 6 мм, горизонтальное расстояние между трубами 3 мм, расстояние от корпуса до первой трубы в ряду 6 мм.:

-поперечный шаг:

;

-продольный шаг:

;

4. Колличество труб в ряду определяем из соотношения:

Округляя получаем .

5. Уточняем параметры:

-длина l:

;

-площадь сечения аппарата:

;

-скорость газа:

;

6. Площадь проходного сечения трубы:

;

7. Эквивалентный диаметр:

;

 

7. Расчёт поверхностей теплообмена.

 

I ступень: ;

II ступень: ;

7.1. Расчёт I ступени.

 

1. Опредеяем средний температурный напор (противоточная схема):

                                   

 

;

 

;

2. Определяем коэффициент теплопередачи:

, где   - толщина стенки трубы;  - коэффициент теплопроводности Сталь 3;

Для нахождения K, опредеяем коэффициенты теплоотдачи снаружи и внутри труб .

3. Определяем коэффициент теплоотдачи :