Тепловой расчет и эксергетический анализ парогенераторов химической технологии

кДж/с

 

4.2.4  Выписываем из технической характеристики котла – утилизатора параметры получаемого пара (перегретого), питательной воды и давление в котле утилизаторе[7, прилож.5]:

^оС; ^оС; МПа;

где - температура перегретого пара;

- температура питательной воды;

- давление в котле-утилизаторе;

 

4.2.5  Из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара определяем параметры пара при и ; и питательной воды при и ;

кДж/кг[1, с. 337]                               кДж/(кг·К)[1, с. 337]

кДж/кг[1, с. 333]                          кДж/(кг·К)[1, с. 333]

кДж/кг[1, с 325]                                   кДж/(кг·К)[1, с. 329]

^оС[1, с. 329]

 

 

4.2.6  Паропроизводительность котла – утилизатора при 5% потерях теплоты в окружающую среду в случае получения перегретого пара, кг/с:

,

кг/с

 

4.2.7  Температура газов на входе в нагревательный участок определяется из теплового баланса последнего

,

 

Отсюда

,

где - КПД котла – утилизатора,  ;

- теплоемкость воды, равная  кДж/(кг·К);

 

^оС

 

4.2.8  Температура газов на выходе из участка перегрева определяется по

уравнению теплового  баланса участка (при получении  перегретого пара)

 

,

Отсюда

,

 

^оС

 

4.2.9  Средний температурный  напор, ^оС:

 

а) нагревательного участка

,

^оС

 

 

б)  испарительного участка

 

,

^оС

в)  участка перегрева

,

^оС

 

4.2.10  Поверхность нагрева котла – утилизатора, м²:

 

а) нагревательного участка

,

м²

б)  испарительного участка

 

,

где

- теплота парообразования, определяется по таблицам

термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии

насыщения пара при

;

                         = 1447,68кДж/кг;

 

м²

 

в)  участка перегрева

,

м²

 

4.2.11  Общая поверхность нагрева котла – утилизатора, м²:

,

м²

 

 

 

4.2.12 Длина труб, м:

,

                             где - число котлов – утилизаторов;

                                   =1;

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7

График изменения температур вдоль поверхности нагрева котла-утилизатора

 

4.3 Термодинамическая эффективность работы котла-утилизатора

4.3.1  Уменьшение эксергии продуктов сгорания в котле–утилизаторе, кДж/с:

,

кДж/с

 

4.3.2  Приращение эксергии пара, образующегося в котле–утилизаторе в случае получения перегретого пара, кДж/с:

,

кДж/с

 

 

4.3.3  Потери эксергии в котле – утилизаторе, кДж/с:

,

кДж/с

 

4.3.4  Эксергетический КПД котла–утилизатора

,

.

 

4.4 Термодинамическая оценка эффективности совместной работы котельного агрегата с котлом- утилизатором

 

4.5  Составим эксергетический баланс котельного агрегата без воздухоподогревателя, но с котлом – утилизатором, кДж/м³:

,

.

,

 

кДж/м³

или в %

,

 

.

 

При использовании котельного агрегата с воздухоподогревателем, эксергия уходящих газов составляет или - меньше, чем при использовании котла – утилизатора, т.е. работа совершаемая уходящими газами в процессе, в первом случае меньше.

Таким образом, использование котлов – утилизаторов делает работу котельного – агрегата эффективнее и энергетически  совершеннее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.  Схема котла-утилизатора и ее краткое описание

 

Котлы-утилизаторы предназначены  для использования физической теплоты  газообразных продуктов и отходов  химических производств или теплоты  экзотермических реакций окисления  исходного газообразного сырья  для получения энергетического либо технологического пара. Котлы-утилизаторы, использующие теплоту сгорания или теплоту экзотермических реакций окисления указанных веществ, имеют топочные устройства для сжигания или окисления этих веществ.

При высоких температурах газов (более 900^оС) эти котлы снабжаются радиационными (экранными) поверхностями нагрева и имеют такую же компоновку, как и обычный паровой котел, только вместо топки – радиационная камера, в которую снизу входят газы. Воздухоподогреватель отсутствует, если горячий воздух не нужен производству. Газы сначала охлаждаются в радиационной камере как в топке «обычного» котла. Большой свободный объем этой камеры позволяет иметь повышенную толщину излучающего слоя и , как следствие, повышенную степень черноты газов. Поэтому здесь теплота в основном передается излучением.

При температуре газов ниже 900^оС и котлах-утилизаторах обычно используются только конвективные поверхности нагрева. Эти агрегаты радиационной камеры не имеют, а целиком выполнены из змеевиков.

Котел-утилизатор типа КУГ-66 устанавливают за нагревательными, мартеновскими, обжиговыми печами, а также используют в химической и других отраслях промышленности. Разработан для установки в закрытом помещении. Рассчитан на работу под разряжением. Сейсмичность района установки 6 баллов.

Котел – газотурбинный, с естественной циркуляцией, с горизонтальным расположением  испарительных поверхностей. Внутренний диаметр барабана котла КУГ-66 – 2568 мм, толщина стенки обечайки – 16, днищ – 20 мм. Материал обечайки и днищ – сталь 20К. Барабан имеет внутрибарабанное паросепарационное устройство в виде дырчатого листа и жалюзи.

Газ проходит по 438могарным трубам диаметром 60×3мм (сталь 20).

К барабану котла крепится входная  и выходная газовые камеры. Внутри входной газовой камеры имеется пароперегреватель с горизонтальным расположением змеевиков. Диаметр труб пароперегревателя – 38×3 мм (сталь 20).Обмуровка входной газовой камеры – многослойная, выполнена из слоев шамотобетона, термоизоляционного бетона и матрацев из шлаковаты. Газоходы котла имеют наружную теплоизоляцию.

        Котел снабжен необходимой арматурой, гарнитурой, устройством для отбора проб пара и воды, а также контрольно-измерительными приборами. Питание котла и сигнализация уровня воды в барабане автоматизированы.

Котел поставляется транспортабельными блоками в следующем комплекте: барабан, входная и выходная газовые камеры, внутрибарабанное устройство, арматура котла, помосты и лестницы, гарнитура и опоры барабана, обдувочное устройство, установка для отбора пара и воды, пароперегреватель, трубопровод в пределах котла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.8. Котел-утилизатор КУ-16

 

 

 

6  Схема стальнoго гладкотрубного змеевикового экономайзера.

   Экономайзеры  используют тепло газов в газоходах после котла. Они снижают потери с уходящими газами. В экономайзерах подогревается питательная вода до поступления ее в барабан котла, при этом облегчается работа котла, предназначенного для испарения воды.

   Водные экономайзеры  предназначенные для подогрева питательной воды, обычно выполняют из стальных труб диаметром 28-38 мм, согнутых в вертикальные змеевики и скомпонованных в пакеты. Трубы в пакетах располагаются в шахматном порядке довольно плотно: расстояние между осями соседних труб поперек потока дымового газа составляют 2-2,5 диаметра трубы, а между рядами- вдоль потока-1-1,5.

     Крепление  труб змеевиков и их дистанционирование  осуществляются опорными стойками, закрепленными на полых, изолированных  со стороны горячих газов балках каркаса .В экономайзере котлов высокого давления до 20% воды может превращаться в пар. Общее число параллельно работающих труб выбирается исходя из скорости воды не ниже 0,5-1 м/с.Эти скорости обусловлены необходимостью смывания со стенок труб пузырьков воздуха способствующих коррозии, и предотвращения расслоения пароводяной смеси, которое может привести к перегреву слабо охлаждаемой паром верхней стенки трубы и ее разрыву. Движение воды в экономайзере обязательно восходящее; в этом случае имеющийся в трубах после монтажа (ремонта) воздух легко вытесняется водой.

    Число труб  в пакете в горизонтальной  плоскости выбирается исходя  из скорости продуктов сгорания 6-9 м/с.Скорость эта определяется  стремлением с одной стороны получить высокие коэффициенты теплопередачи, а с другой- не допустить чрезмерного золового износа.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              

                1 – коллектор; 2 – змеевик; 3 – опорные балки; 4 – стойки;

 

Рис.9. Стальной гладкотрубный змеевиковый экономайзер.

 

 

7  Схема воздухоподогревателя

 

Применение подогрева воздуха  в котельных установках ускоряет и улучшает процесс горения, уменьшает потери теплоты с уходящими газами и увеличивает к.п.д. установки, повышает температуру горения топлива и тем самым температуру дымовых газов в топочном пространстве, улучшает радиационный теплообмен, уменьшает потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания. Введение в топку подогретого воздуха увеличивает удельную тепловую нагрузку топочного объема и зеркала горения, что приводит к увеличению мощности топочного устройства или уменьшению его размеров при той же мощности. Так снижение температуры уходящих газов на 15…25^оС повышает к.п.д. котельной установки на 1%.

В настоящее время наибольшее распространение  получили стальные трубчатые воздухоподогреватели. Их изготавливают из труб диаметром 43..51 мм и толщиной стенок 1,5..2 мм. Трубы располагают вертикально в шахматном порядке и приваривают к двум трубным решеткам, образуя отдельную секцию, называющую кубом воздухоподогревателя. Воздухоподогреватель собирают обычно из нескольких кубов, соединенных между собой перепускными коробами. Дымовые газы движутся внутри труб, воздух, нагнетаемый вентилятором омывает их снаружи в поперечном направлении.

Трубчатые воздухоподогреватели весьма просты в изготовлении, характеризуются  высокой плотностью воздуха и минимальным его присосом, коэффициенты теплопередачи для поверхностей относительно велики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - трубная доска; 2 - трубы  для прохода газа; 3 - промежуточная трубная доска ;4 - перепускной короб; 5 - обшивочный лист

 

Рис.10. Стальной гладкотрубный воздухоподогреватель.

 

8  Схема горелки ГМГ-М

 

Горелки комбинированные - газомазутные,короткофакельные,предназначены  в основном для котлов ДКВР. Горелки  изготавливаются четырех типоразмеров мощностью 1,74;2,32;4,64;5,80 МВт. В горелках двухзонная подача воздуха – воздух распределен на первичный и вторичный (основной). На выходе из горелки вторичный воздух закручивается аксильным воздухозакручивающим устройством 3 с двенадцатью прямыми лопатками, расположенными под углом 45⁰ к оси горелки. Первичный воздух закручивается аксельно -тангенциальным завихрителем 4 ,состоящим из 16 наклонных лопаток.