Тепловой расчет и эксергетический анализ парогенераторов химической технологии

,

где , , , - средние объемные изобарные теплоемкости                                                               углекислого газа, азота, водяных паров и воздуха соответственно, [7, прилож.1]:

 

h_пс =[0,364.2,3136 + 3,234.1,4407 + 1,091.1,8280 + 0,6003.1,4528].1400= 11746,5 кДж/м³

 

h_пс =[0,364.2,3136+3,234.1,4407+1,091.1,8280+0,6003.1,4528] . 2000 =17524,4 кДж/м³

 

Энтальпию продуктов сгорания (кДж/м³) при калориметрической температуре определяем из уравнения теплового баланса топки для двух случаев:

 

а)  с воздухоподогревателем

,

где - физическое тепло топлива, ввиду его малости можно принять       

      ;

              - физическое тепло воздуха;

,

 

где - температура воздуха;

      - средняя изобарная объемная теплоемкость воздуха при ;.

                                  h_воз = 1,15 .4,002.1,3071.200= 1203,1 кДж/м³

                                                    h_пс ^К = 16400 + 1203,1 + 0 = 17603,1 кДж/м³

б)  без воздухоподогревателя

, 

Т.к. =0 при

                                                

 

                                        h_пс ^К =16 400 кДж/м³

      По значениям и построим в масштабе ht- диаграмму продуктов сгорания (зависимость =f(t) ):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Рис.2. Диаграмма ht-продуктов сгорания топлива

Зная  и по ht – диаграмме определяем калориметрические температуры горения: t_k =2005 и  .t_k^’ = 1882

 

 

3.1.11  Определяем энтальпию уходящих газов, кДж/кг:

 

а)  с воздухоподогревателем

 

                        ,

                        h_ух= (0,364.2,3136 + 3,234.1,4407 + 1,091.1,8280+(1,45-1).4,002.1,3071).145=

                        h_ух= 14282,2 кДж/кг

 

б)  без воздухоподогревателя

                     h_ух^’ = (0,364.2,3136 + 3,234.1,4407 + 1,091.1,8280+(1,45-1).4,002.1,3071).298,1=

                         

                      h_ух^’= 2936,2 кДж/кг

Для этого случая определяем приближенное значение температуры уходящих газов  без воздухоподогревателя из уравнения теплового баланса последнего:

 

,

где 1,295 и 1,293 – плотности дымовых  газов и воздуха при нормальных условиях;

- средняя изобарная массовая  теплоемкость газов,

принимаем кДж/(кг·^оС);

- средняя изобарная массовая  теплоемкость воздуха,

 принимаем  кДж/(кг·^оС);

                    1,295.c_r.Vr (t_ух^’ - t_ух)= 1,293 .α_т.c_воз.V^o( t_воз- t_о)

отсюда

,

                                           t_ух^’ =145+(0,88 .1,15.4,002.200) / 5,289 = 298,14     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 3.2Расчет процесса горения и ht-диаграмма продуктов сгорания топлива

 

Исходные данные

 

Содержание компонентов  смеси

CH4	C2H6	C3H8	C4H10
22,24	2,63	0,000	0,000
C5H12	H2S	H2	H2O
0,000	0,39	55,63	2,43
O2	CO	CO2	N2
0,78	6,34	2,24	7,32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Q –низшая теплотворная способность, кДж/м³    Q = 16 400

 

 

Определяем энтальпии  продуктов сгорания

 

t\α	1	1.15	1.2	1.4	1.6	1.8	2	3
0	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
100	646.93	726.73	753.34	859.74	966.15	1072.56	1178.97	1711.02
200	1302.46	1462.91	1516.40	1730.33	1944.27	2158.21	2372.15	3441.84
300	1980.82	2223.38	2304.24	2627.66	2951.08	3274.50	3597.92	5215.01
400	2673.27	2999.60	3108.38	3543.48	3978.58	4413.69	4848.79	7024.31
500	3384.47	3796.65	3934.05	4483.63	5033.21	5582.79	6132.37	8880.27
600	4114.42	4614.18	4780.77	5447.11	6113.45	6779.79	7446.13	10777.84
700	4862.66	5451.92	5648.34	6434.02	7219.70	8005.38	8791.06	12719.45
1400	10496.26	11746.47	12163.21	13830.16	15497.11	17164.06	18831.00	27165.75
1500	11342.80	12690.98	13140.38	14937.95	16735.53	18533.11	20330.69	29318.59
1600	12196.92	13643.83	14126.13	16055.34	17984.55	19913.76	21842.97	31489.03
1700	13060.46	14606.37	15121.68	17182.91	19244.13	21305.36	23366.59	33672.72
1800	13926.09	15571.89	16120.49	18314.89	20509.29	22703.69	24898.09	35870.10
1900	14800.20	16534.61	17112.75	19425.30	21737.85	24050.41	26362.96	37925.71
2000	15677.73	17524.44	18140.00	20602.27	23064.54	25526.81	27989.07	40300.41
2100	16562.39	18509.67	19158.76	21755.13	24351.51	26947.88	29544.25	42526.10
2200	17450.13	19498.88	20181.80	22913.46	25645.13	28376.80	31108.46	44766.79
2300	18338.33	20488.78	21205.59	24072.86	26940.13	29807.39	32674.66	47010.99
2400	19233.65	21486.54	22237.50	25241.35	28245.20	31249.05	34252.90	49272.15
2500	20128.93	22483.61	23268.50	26408.08	29547.66	32687.23	35826.81	51524.69

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t\α	3.5	4	4.5	5	5.5	6	6.5	7
0	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
100	1977.04	2243.06	2509.08	2775.11	3041.13	3307.15	3573.17	3839.20
200	3976.69	4511.53	5046.38	5581.23	6116.07	6650.92	7185.76	7720.61
300	6023.56	6832.11	7640.66	8449.21	9257.76	10066.31	10874.86	11683.41
400	8112.07	9199.83	10287.59	11375.36	12463.12	13550.88	14638.64	15726.40
500	10254.22	11628.17	13002.12	14376.07	15750.02	17123.96	18497.91	19871.86
600	12443.70	14109.55	15775.40	17441.26	19107.11	20772.97	22438.82	24104.67
700	14683.64	16647.84	18612.03	20576.23	22540.42	24504.62	26468.81	28433.01
1400	31333.12	35500.49	39667.86	43835.23	48002.60	52169.97	56337.34	60504.71
1500	33812.54	38306.48	42800.43	47294.38	51788.33	56282.28	60776.22	65270.17
1600	36312.06	41135.08	45958.11	50781.14	55604.17	60427.19	65250.22	70073.25
1700	38825.79	43978.85	49131.92	54284.98	59438.05	64591.12	69744.18	74897.25
1800	41356.11	46842.11	52328.11	57814.12	63300.12	68786.12	74272.13	79758.13
1900	43707.09	49488.47	55269.85	61051.23	66832.61	72613.99	78395.36	84176.74
2000	46456.08	52611.75	58767.42	64923.09	71078.76	77234.44	83390.11	89545.78
2100	49017.03	55507.96	61998.88	68489.81	74980.74	81471.66	87962.59	94453.52
2200	51595.96	58425.12	65254.28	72083.45	78912.61	85741.78	92570.94	99400.11
2300	54179.16	61347.33	68515.50	75683.66	82851.83	90020.00	97188.16	104356.33
2400	56781.77	64291.39	71801.02	79310.64	86820.27	94329.89	101839.51	109349.14
2500	59373.63	67222.57	75071.51	82920.45	90769.39	98618.33	106467.28	114316.22

 

 

Сумма теплоты сгорания топлива

и физической теплоты  подогретого воздуха

 

 

 

t\α	1	1.15	1.2	1.4	1.6	1.8	2	3
0	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00
100	17448.63	17588.69	17635.38	17822.12	18008.87	18195.62	18382.37	19316.12
200	18505.86	18786.82	18880.48	19255.09	19629.71	20004.33	20378.95	22252.04
300	19585.92	20009.25	20150.36	20714.80	21279.24	21843.68	22408.12	25230.31
400	20680.07	21247.42	21436.54	22193.00	22949.46	23705.93	24462.39	28244.71
500	21792.97	22506.43	22744.25	23695.53	24646.81	25598.09	26549.37	31305.77
600	22924.62	23785.91	24073.01	25221.39	26369.77	27518.15	28666.53	34408.44
700	24074.56	25085.61	25422.62	26770.68	28118.74	29466.80	30814.86	37555.15

 

 

 

t\α	3.5	4	4.5	5	5.5	6	6.5	7
0	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00	16400.00
100	19782.99	20249.86	20716.73	21183.61	21650.48	22117.35	22584.22	23051.10
200	23188.59	24125.13	25061.68	25998.23	26934.77	27871.32	28807.86	29744.41
300	26641.41	28052.51	29463.61	30874.71	32285.81	33696.91	35108.01	36519.11
400	30135.87	32027.03	33918.19	35809.36	37700.52	39591.68	41482.84	43374.00
500	33683.97	36062.17	38440.37	40818.57	43196.77	45574.96	47953.16	50331.36
600	37279.40	40150.35	43021.30	45892.26	48763.21	51634.17	54505.12	57376.07
700	40925.29	44295.44	47665.58	51035.73	54405.87	57776.02	61146.16	64516.31

 

 

                                                                                                                                            

Рис.3. ht-диаграмма для коксового газа

 

 

 

 

3.3  Тепловой  баланс котельного агрегата

 

Расчет теплового баланса производится по уравнению согласно схеме

( рис.4),

 

,                        (3.1)

 

где - располагаемая или внесенная в котельный агрегат теплота;

  - низшая теплота сгорания топлива;

  - полезно использованная в котельном агрегате теплота;

  - потери теплоты с уходящими газами;

  - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

  - потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

  - потери теплоты от наружного охлаждения;

  - потери с физическим теплом шлака;

 

Разделив обе части уравнения (3.1) на и умножив на 100, получим уравнение теплового баланса, выраженное в %:

 

,

в котором величина , численно равна КПД котельного агрегата.

При сжигании газообразного топлива  принимаем и .

При коэффициенте избытка воздуха в топке , выбираем камерную горелку для сжигания жидких и газообразных топлив (экранированную) при кинетическом принципе сжигания топлива с потерей теплоты от химической неполноты сгорания [7, прилож.2].

По паропроизводительности котельного агрегата т/ч определяем потери тепла на наружное охлаждение [7, прилож.3].

 

3.3.1  Потери теплоты с уходящими газами определяем для двух случаев:

 

а)  с воздухоподогревателем

,

                                                  q₂ = 1477,5 – 0 / 16 400 .(100- 0) = 9 %

 

б)  без воздухоподогревателя

,

                                               

                                                        q ₂^’ = 2985,4 – 0 / 16400.(100-0) = 18,2 %

 

.

 

где при ^оС;

 

3.3.2  КПД брутто котельного агрегата, %:

 

а)  с воздухоподогревателем

,

                                       η_на = q ₁= 100-(9 + 1 + 0 + 0,9 + 0) = 89,1 %

б)  без воздухоподогревателя

,

                                       η_на^’ = q ₁^’=100- (18,2 +1 + 0 + 0,9 +0)= 79,9 %