Расчет горизонтального аппарата воздушного охлаждения для охлаждения керосинового дистиллята

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра «Химическая кибернетика»

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

«Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения

в химической технологии»

на тему «Расчет  горизонтального аппарата воздушного охлаждения

для охлаждения керосинового дистиллята»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УФА - 2010

Содержание.

	Стр.
Введение	3
Задание	18
1 Определиние тепловой нагрузки холодильника	19
2 Определение  количества холодного теплоносителя	20
3 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны    горячего теплоносителя	22
4 Определение  коэффициента теплоотдачи со  стороны воздуха	26
5 Определение  коэффициента теплопередачи для пучка гладких труб	29
6 Определение среднего температурного напора	30
7 Расчет поверхности теплообмена холодильника и аэродинамического сопротивления	32
8 Аэродинамическое сопротивление пучка труб	34
9 Определение  величин эксергий нагреваемого и охлаждаемого потоков	35
Вывод	38
Список использованных источников	39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

1. Котлы-утилизаторы, используемые на установках нефтепереработки и нефтехимии.

 

1.1 Назначение  и классификация котлов-утилизаторов.

Котлы-утилизаторы применяют для внешней энергетической утилизации тепловых отходов различных теплотехнологических установок, не используемых или частично используемых для регенерации в технологическом процессе.

Основными тепловыми  отходами, или вторичными энергоресурсами, являются: физическая теплота отходящих газов (иногда содержащих и химическую теплоту), теплота технологической продукции, теплота шлаковых отходов, теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических камер.

Характерной отличительной особенностью КУ является отсутствие у них топочного устройства для сжигания топлива (за исключением случая работы на отходящих газах, содержащих кроме физической и химическую теплоту в виде горючих составляющих, которые целесообразно дожечь).

Использование тепловых отходов в КУ обеспечивает получение дополнительной   продукции в  виде  энергетического  или    технологического пара, горячей воды, неводяного технологического теплоносителя и т.п., что приводит к экономии топлива на предприятии.

В качестве дополнительного внешнего теплоиспользующего устройства КУ обычно не оказывает влияния на характер основного технологического процесса. Однако в ряде случаев КУ способствует улучшению условий работы технологического агрегата. Так, например, расположение КУ за мартеновской печью дает возможность на охлажденных уходящих газах установить дымосос, что благоприятно сказывается на работе печи (улучшает тягу).

В соответствии с ОСТ.30.135 – 84 [4] КУ классифицируют:

- по типу теплообмена  в КУ (радиационные, радиационно-конвективные и конвективные);

-  по  конструктивному   выполнению (водотрубные и   газотрубные);

- по компоновке и  конструктивным особенностям газотрубных  КУ (горизонтальные, горизонтальные с барабаном-сепаратором, вертикальные с барабаном-сепаратором);

- по принципу циркуляции  воды (с естественной, принудительной  и комбинированной циркуляцией  и прямоточные);

- по компоновке газоходов  (П-, Г-, Т-, Л-, У-образные, башенные, горизонтальные и др.);

- по виду сжигаемого  и охлаждаемого технологического материала (например, сжиганию сероводородных газов, газов переработки нефти, загрязненных стоков, охлаждению конвертерных газов, охлаждению отходящих технологических газов, охлаждению газов сухого тушения кокса и пр.);

-  по типу крепления  поверхностей нагрева;

-  по типу установки  (открытая, полуоткрытая, закрытая);

- по способу организации  тяги (уравновешенная, под разрежением,  с наддувом);

-  по исполнению (для  сейсмических и несейсмических  районов);

- по степени освоения  в производстве (головные, опытно-промышленные, серийные).

Конструкция КУ и режим  их работы определяются особенностями  греющего теплоносителя, т.е. зависят  от технологического агрегата-источника  ВЭР. Несмотря на большое многообразие технологических процессов и агрегатов, устанавливаемые за ними КУ в зависимости от важнейшего параметра — начальной температуры греющего теплоносителя - делятся на две группы:

- низкотемпературные КУ с начальной температурой теплоносителя                  Т_г< 1100-1200 К;

- высокотемпературные КУ с начальной температурой теплоносите-ля Т_г> 1400-1500 К.

В низкотемпературных КУ в указанных температурных условиях передача  теплоты поверхностям нагрева осуществляется в основном за счет конвекции, а в высокотемпературных КУ – в основном за счет радиации.

По параметрам получаемого  пара КУ можно разделить на котлы  с низкими параметрами (р – до 1,5 МПа, Т_п.п. – до 600 К) и с повышенными параметрами (р > 4,5 МПа, Т_п.п. > 725 К).

Отходящие газы теплотехнологических процессов и агрегатов могут содержать агрессивные газообразные составляющие (SO₂, SO₃, HF и др.), горючие газы (СО, Н₂, Н₂ S и др.), а также унос в твердом или жидком состоянии, что оказывает влияние на выбор конструкции и режимных параметров КУ.

 

1.2 Конструкции котлов-утилизаторов

 

Котлы-утилизаторы типа КУ-16 и КУ-40.

Котлы-утилизаторы типа КУ-16 (рисунок 1) и КУ-40 (рисунок 2) устанавливают за нагревательными, мартеновскими, обжиговыми печами, а также используют в химической и других отраслях промышленности. Разработаны для установки в закрытом помещении. Рассчитаны на работу под разрежением. Сейсмичность района установки 6 баллов.

 

Рисунок 1 –  Котел-утилизатор КУ-16

 

Рисунок 2 –  Котел-утилизатор КУ-40

 

Котлы – газотрубные, с естественной циркуляцией, с горизонтальным расположением испарительных поверхностей. Внутренний диаметр барабана котла КУ-16 – 2200 мм, котла КУ-40 – 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 в котле КУ-16 проходит по 239 дымогарным трубам и в котле  КУ-40 по 438. Диаметр труб 60x3 мм (сталь 20).

К барабану котла крепятся входная и выходная газовые камеры. Внутри входной газовой камеры имеется пароперегреватель с горизонтальным расположением змеевиков. Диаметр труб пароперегревателя котла КУ-16 – 32x3 мм, котла КУ-40 – 38x3 мм (сталь 20).

Обмуровка входной газовой  камеры многослойная, состоит из слоев  шамотобетона, термоизоляционного бетона и матрацев из шлаковаты.

Для очистки поверхностей нагрева дымогарных труб котла КУ-16 предусмотрено обдувочное устройство, котла КУ-40 – устройство самообдувки.

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

Котлы поставляются 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 проб пара и воды, пароперегреватель, трубопровод в пределах котла.

Котел-утилизатор типа КУГ-66. Котел-утилизатор типа КУГ-66 (рисунок 3) предназначен для охлаждения газов после газовой турбины в схеме производства слабой азотной кислоты. Разработан для открытой установки. Рассчитан на работу под наддувом 1,06 ата. Сейсмичность района установки 6 баллов.

 

Рисунок 3 –  Котел-утилизатор КУГ-66

 

Котел газотрубный, с  естественной циркуляцией, с горизонтальным расположением испарительной поверхности. Внутренний диаметр барабана испарительной поверхности – 2568 мм, толщина стенки обечайки – 16, днищ – 20 мм. Материал обечайки и днищ – сталь 20К, испарительной поверхности – сталь 20. Барабан имеет внутрибарабанное паросепарационное устройство в виде дырчатого листа в жалюзи.

Газ проходит по 438 дымогарным трубам диаметром 60x3 мм (сталь 20).

К барабану котла крепится входная и выходная газовые камеры. Перед испарительной поверхностью во входной газовой камере расположен конвективный пароперегреватель с горизонтальным расположением змеевиков, выполненных из труб диаметром 38x3 (сталь 20). Регулирование температуры перегрева пара не предусмотрено.

Водяной экономайзер  кипящего типа состоит из двух экономайзеров –гладкотрубного стального змеевикового и чугунного. Диаметр труб стального экономайзера – 28x3 мм (сталь 20). Гладкотрубный экономайзер имеет два пакета змеевиков, разделенных в средней части вертикальной перегородкой из стального листа. Перегородка придает газам U - образное движение. Из гладкотрубного экономайзера газы по перепускному газоходу поступают в газоход с чугунным экономайзером, набранным из 96 ребристых чугунных труб.

Оба экономайзера имеют  свой несущий каркас из стоек и балок. Газоход стального экономайзера имеет внутреннюю стальную обшивку.

Обмуровка входной газовой  камеры – многослойная, выполнена из слоев шамотобетона, термоизоляционного бетона и минеральной ваты. Газоходы котла имеют наружную теплоизоляцию.

Котел снабжен необходимой  арматурой, гарнитурой, устройством для отбора проб пара и воды, а также контрольно-измерительными приборами. Питание котла автоматизировано.

Котел поставляется транспортабельными блоками в следующем комплекте: входная газовая камера с пароперегревателем, барабан, внутрибарабанное устройство, выходная газовая камера, стальной и чугунный экономайзеры, арматура, трубопровод в пределах котла, помосты и лестницы.

 

Таблица 1 –  Техническая характеристика котлов-утилизаторов

Параметры	КУ-16	КУ-40	КУГ-66
Паропроизводительнось, т/ч	1,6…2,8	7,4	7,9
Давление, ата        перегретого  пара         газа	9…14 ---	9…14 ---	14,0 1,06
Температура, 0С        перегретого  пара         питательной  воды	250 50	250 50	230 ---
Расход газов через котел, нм3/ч	16000	40000	66000
Температура газов,0С  на входе в пароперегреватель  на выходе из  пароперегревателя и входе  в испарительную  поверхность уходящих газов	600 --- 273	600 --- 230	405 --- 185
Поверхность нагрева, м2        паронагревателя        испарительной  части        водяного  экономайзера        в  том числе:                стального                чугунного	7,2 275 ---   --- ---	18 485 ---   --- ---	18 485 655   372 283
Габаритные размеры, м        длина        ширина        высота	8,8 3,1 4,2	11,2 5,0 5,5	19,0 6,3 6,6
Масса металлической  части котла с арматурой, т	22,6	30,3	57,6