Термодинамический анализ эффективности агрегатов энерготехнологических систем (стр. 1 из 7)
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ И УКАЗАНИЯ ПО ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ
Задание
1. Выполнить термохимический расчет процесса горения смеси отходящих газов сажевого производства с природным газом в котле-утилизаторе, включая определение теоретической температуры горения.
2. Вычислить составляющие теплового баланса котла-утилизатора и его тепловой коэффициент полезного действия (коэффициент использования теплоты). Построить диаграмму потоков энергии в котле-утилизаторе (диаграмму Сенкея).
3. Оценить фактическую паропроизводительность котла.
4. Выполнитьэксергетический анализ эффективностикотла-утилизатора и построить диаграмму потоков эксергии в котле-утилизаторе (диаграмму Грассмана-Шаргута).
5. Найти исходя из условия рассеивания в атмосфере вредных компонентов продуктов сгорания требуемую высоту дымовой трубы.
6. Оценить экономию топлива за счет утилизации энергии отходящих газов сажевого производства.
Указания к выполнению работы
1. Исходные данные для расчета берутся из приведенных ниже таблиц (табл. 1, 2, 3) в соответствии с заданным преподавателем номером варианта.
2. Выполненную работу (расчеты и необходимые пояснения) оформить в виде пояснительной записки. Записка должна содержать: введение (назначение котла-утилизатора, его краткое описание, цель расчетов); исходные данные; расчетные формулы и результаты расчетов; построенные в масштабе диаграммы Сенкея и Грассмана-Шаргута; выводы об термодинамической эффективности котла утилизатора и возможных путях ее повышения.
Таблица 1
 | Типоразмер котла ПКК | Параметры котла | Данные к расчету котла | ||||||
| D, т/ч | р, Мпа | t пп, °С | Вогм3/с | x | qХ, % | qНО, % | a | ||
| 0 | 100/2,4-200-5 | 100 | 2,4 | 370 | 17,0 | 0,05 | 1,0 | 0,7 | 1,30 |
| 1 | 75/2,4-150-5 | 75 | 2,4 | 370 | 12,5 | 0,04 | 1,1 | 0,8 | 1,28 |
| | Типоразмер котла ПКК | Параметры котла | Данные к расчету котла | ||||||
| D, т/ч | р, МПа | t П.П, °С | ВО.Г, м3/с | х | qХ, % | qН.О, % | aТ | ||
| 2 | 75/4,5-150-5 | 75 | 4,5 | 440 | 12,5 | 0,03 | 1,2 | 0,8 | 1,26 |
| 3 | 30/2,4-70-5 | 35 | 2,4 | 370 | 5,5 | 0,035 | 1,3 | 1,1 | 1,24 |
Примечание. В табл.1 использованы следующие обозначения: D, р, tпп – соответственно паропроизводительность, давление и температура вырабатываемого пара, относящиеся к номинальному режиму работы котла; Bог – расход сухих отходящих газов сажевого производства; х – объемная доля природного газообразного топлива в смеси с отходящими газами; qХ, q Н.О – доли располагаемой теплоты, теряемые соответственно от химической неполноты сгорания и наружного охлаждения; a – коэффициент избытка воздуха в топке.
Таблица 2
Характеристики отходящих газов сажевого производства
| Объемный состав сухой массы отходящих газов, % | WР, % | tог,°С | |||||||
| CO2 | CO | H2 | H2S | CH4 | O2 | N2 | |||
| 0 | 4,0 | 16,20 | 12,10 | 0,30 | 0,20 | 0,30 | 66,90 | 35,0 | 167 |
| 1 | 3,9 | 16,25 | 12,08 | 0,32 | 0,19 | 0,31 | 66,95 | 34,5 | 171 |
| 2 | 3,8 | 16,30 | 12,06 | 0,34 | 0,18 | 0,32 | 67,00 | 34,0 | 175 |
| 3 | 3,7 | 16,35 | 12,04 | 0,36 | 0,17 | 0,33 | 67,05 | 33,5 | 179 |
| 4 | 3,6 | 16,40 | 12,02 | 0,38 | 0,16 | 0,34 | 67,10 | 33,0 | 183 |
| 5 | 4,1 | 16,15 | 12,00 | 0,40 | 0,15 | 0,35 | 66,85 | 35,0 | 167 |
| 6 | 4,2 | 16,10 | 12,12 | 0,28 | 0,21 | 0,29 | 66,80 | 35,5 | 163 |
| 7 | 4,3 | 16,05 | 12,14 | 0,26 | 0,22 | 0,28 | 66,75 | 36,0 | 159 |
| 8 | 4,4 | 16,00 | 12,16 | 0,24 | 0,23 | 0,27 | 66,70 | 36,5 | 155 |
| 9 | 4,5 | 15,95 | 12,18 | 0,22 | 0,24 | 0,26 | 66,65 | 37,0 | 151 |
Примечание. В табл.2 WР – объемная доля (в %) влаги в рабочей массе отходящих газов; tог – температура отходящих газов.
Таблица 3
Теплота сгорания, расход воздуха на горение и объемы продуктов сгорания природных газообразных топлив
| Газопровод |  кДж/м3 |  ,м3/м3 |  м3/м3 |  м3/м3 |  , м3/м3 | |
| 0 | Кумертау‑Магнитогорск | 36830 | 9,74 | 1,06 | 7,79 | 2,13 |
| 1 | Шебелинка‑Брянск – Москва | 37900 | 9,98 | 1,07 | 7,90 | 2,22 |
| 2 | Саратов‑Москва | 35820 | 9,52 | 1,04 | 7,60 | 2,10 |
| 3 | Кулешовка ‑ Самара(попутный газ) | 41770 | 10,99 | 1,26 | 8,82 | 2,28 |
| 4 | Бухара‑Урал | 36750 | 9,73 | 1,04 | 7,70 | 2,18 |
| 5 | Средняя Азия‑Центр | 37580 | 9,91 | 1,07 | 7,84 | 2,21 |
| 6 | Оренбург ‑ Совхозное | 38050 | 10,05 | 1,08 | 7,94 | 2,23 |
| 7 | Серпухов ‑ Санкт-Петербург | 37460 | 10,00 | 1,08 | 7,93 | 2,21 |
| 8 | Ставрополь‑Невинномысск | 35660 | 9,47 | 1,00 | 7,49 | 2,14 |
| 9 | Саушино –Лог ‑ Волгоград | 35150 | 9,32 | 0,98 | 7,39 | 2,10 |
Примечание. В табл.3 использованы следующие обозначения:
– низшая теплота сгорания сухого природного газа (ПГ); – теоретически необходимый объем воздуха для полного сжигания 1 м3 ПГ; – объем сухих трехатомных газов в продуктах сгорания ПГ; , – теоретические объемы азота и водяного пара в продуктах сгорания ПГ.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1 Ознакомиться с устройством котлов-утилизаторов
1.2 Получить практические навыки проведения термодинамического анализа эффективности агрегатов энерготехнологических систем и протекающих в них процессов.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
2.1 Проведение термодинамического анализа эффективности котла-утилизатора энергетическим и эксергетическим методами.
2.2 Оценка экономии топлива за счет утилизации теплоты отходящих газов сажевого производства.
2.3 Расчет дымовой трубы котла-утилизатора из условия рассеивания в атмосфере вредных компонентов продуктов сгорания.
3. УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
Проблема экономного расходования топливно-энергетических ресурсов является чрезвычайно важной в современной хозяйственной деятельности.
Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов и снижение вредного воздействия производства на окружающую среду могут быть достигнуты при более широком вовлечении в топливно-энергетический баланс вторичных энергоресурсов (ВЭР), под которыми подразумевают энергетический потенциал продукции, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках, процессах). Вторичные энергоресурсы имеются практически во всех отраслях промышленности, где применяются энерготехнологические процессы, в первую очередь высокотемпературные. Коэффициент полезного теплоиспользования для многих энерготехнологических процессов не превышает 15–35%.
Вторичные энергоресурсы могут быть разделены на две основные группы:
горючие (топливные) ВЭР – горючие газы плавильных печей (доменный, колошниковый шахтных печей и вагранок, конвертерный и т. д.), горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого или углеводородного сырья и др.;
тепловые ВЭР – физическая теплота отходящих газов технологических агрегатов, теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических агрегатов, теплота горячей воды и пара, отработавших в технологических и силовых установках и др.
Утилизацию горючих и тепловых ВЭР осуществляют в котлах-утилизаторах (КУ), которые обеспечивают получение за счет использования энергии этих ВЭР дополнительной продукции в виде энергетического или технологического пара, горячей воды, какого-либо другого теплоносителя, что приводит к экономии топлива на предприятии. Котлы–утилизаторы устанавливают за печами и реакторами в химической промышленности, за мартеновскими и нагревательными печами в черной металлургии и т. п. Если используется лишь физическая теплота отходящих газов этих производств, то КУ топочного устройства не имеют и, по существу, представляют собой теплообменники. Если же отходящие газы содержат в своем составе горючие компоненты то, для их сжигания котлы-утилизаторы снабжаются топочным устройством. В случае использования отходящих газов с незначительным содержанием горючих компонентов и малой теплотой сгорания, например, газов сажевого производства, их сжигают в смеси с природным газом или мазутом.
3.1 Котлы-утилизаторы в сажевом производстве
Сажевые заводы относятся к числу предприятий, в которых образуется большое количество отходящих газов, содержащих примерно 20 % горючих компонентов (СО, Н2 и др.) и 80% балласта (СО2, N2 и др.), в том числе около 40% водяных паров. Вследствие сильной забалластированности и малой теплоты сгорания для эффективного их сжигания в котлах-утилизаторах к ним добавляют в небольшом количестве природный газ или мазут, имеющие высокую теплоту сгорания.