Тепловой расчет и эксергетический анализ котельного агрегата (стр. 1 из 5)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уфимский государственный нефтяной технический университет
Салаватский филиал
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по термодинамике
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
ХТП – ТД –03.01 .00.000.99
Выполнил:
студент гр. ТП-21-54
В.А. Бупнёк
Проверил:
ассистент В.П. Шекин
Салават 2011 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Литературный обзор
2 Расчёт котельного агрегата
2.1 Расчёт процесса горения
2.2 Тепловой баланс котельного агрегата
3 Упрощённый эксергетический баланс котельного агрегата
4 Расчёт газотрубного котла-утилизатора
5 Вывод
6 Описание работы горелки
7 Описание работы пароперегревателя
8 Описание работы экономайзера
9 Описание работы воздухоподогревателя
Библиография
ВВЕДЕНИЕ
котельный агрегат горение тепловой эксергетический
Рациональное использование топливно–энергетических ресурсов – важнейшая народнохозяйственная задача, значимость которой всё возрастает.
Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов может быть достигнута при более широком вовлечении в топливно-энергетический баланс страны вторичных энергоресурсов (ВЭР), имеющихся практически во всех отраслях промышленности, где применяются тепло-технологические процессы, в первую очередь высокотемпературные. Коэффициент полезного теплоиспользования для многих тепло-технологических процессов не превышает 15 – 35 %.
Под вторичными энергоресурсами подразумевают энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках, процессах), который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергосбережения других агрегатов (процессов). Под энергетическим потенциалом понимается наличие в указанных продуктах определённого запаса энергии.
По направлению возможного использования ВЭР различают:
Теплотехническое – использование и потребление непосредственно получаемых в качестве ВЭР пара и горячей воды или при выработке их за счёт утилизации горючих и тепловых ВЭР в утилизационных котельных.
Электроэнергетическое – при генерировании электроэнергии в утилизационных установках за счёт ВЭР.
Комбинированное – с выработкой в утилизационных теплоэлектроцентралях, теплоты и электроэнергии по теплофикационному графику.
ВЭР можно использовать в качестве топлива либо непосредственно, либо за счёт выработки теплоты, электроэнергии, холода и механической работы в утилизационных установках.
Использование горючих (топливных) ВЭР особых затруднений не вызывает, и они используются на промышленных предприятиях с достаточной полнотой (90 – 95%) и эффективностью. Использование тепловых ВЭР ещё недостаточно и составляет в среднем 30 – 40%. Основное значение в структуре тепловых ВЭР имеет физическая теплота отходящих газов тепло-технологических установок, доля которой в общем балансе возможного использования тепловых ВЭР составляет около 75%.
Основным оборудованием для использования тепловых ВЭР, а также избыточного давления являются: котлы-утилизаторы (КУ), системы испарительного охлаждения (СИО), охладители конвертерных газов (ОКГ), сталеплавильного производства, установки сухого тушения кокса (УСТК), газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ), адсорбционные холодильные машины.
Котлы-утилизаторы применяют для внешней энергетической утилизации тепловых отходов различных тепло-технологических установок, не используемых или частично используемых для регенерации в технологическом процессе.
Внешнее технологическое и энергетическое использование теплоты отходящих газов производственных тепло-технологических установок является по существу использованием вторичных энергоресурсов, приводящим к повышению суммарного коэффициента использования располагаемой теплоты.
В последние годы созданы и ведутся разработки новых типов котлов-утилизаторов и энерготехнологических агрегатов, что непосредственно связано с поставленной задачей существенного увеличения промышленного производства при значительной экономии энергоресурсов.
Перспективы применения КУ и ЭТА не исчерпываются экономией топлива и их технико-экономической эффективностью. Их значимость и необходимость более широкого внедрения определяются большой ролью в уменьшении загрязнения окружающей среды.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Предприятия или установки, предназначенные для производства электрической энергии, называются электростанциями. Электроэнергию на них получают путём преобразования других видов энергии. Источниками энергии могут быть движущаяся вода, топливо, атом и др. Современная электростанция – это сложное предприятие, включающее большое количество различных видов оборудования и строительных конструкций. Основным теплосиловым оборудованием ТЭС являются котельная и паротурбинная установки.
Последние исследования показали экономическую целесообразность сохранения значительной доли участия крупных отопительных котельных установок в покрытии общего потребления тепловой энергии.
Котельными установками называют устройства, предназначенные для получения водяного пара или нагревания воды. В зависимости от вида вырабатываемого рабочего тела котельной установки подразделяют на паровые и водогрейные. Паровая котельная установка служит для получения водяного пара заданных параметров, водогрейная – для нагревания воды до определенной температуры.
Наряду с крупными производственными, производственно-отопительными котельными мощностью в сотни тонн пара в час или сотни МВт тепловой нагрузки установлены большое количество котельных агрегатами до 1 мвт и работающих почти на всех видах топлива. Однако как раз с топливом и существует самая большая проблема. За жидкое и газообразное топливо, которое поставляется на Украину в основном из России у потребителей часто не хватает средств расплатиться. Поэтому и необходимо использовать местные ресурсы.
По назначению котельные установки делят на энергетические, производственные (промышленные), отопительно-производственные. В энергетических котельных установках вырабатывается пар высокого (Р³9МПа) и среднего (Р³3,5МПа) давлений, который в основном используют для привода паровых турбин. Производственные котельные установки предназначены для получения водяного пара или горячей воды, которые используют для различных технологических нужд. В отопительных котельных установках вырабатывают водяной пар низкого давления или нагревают воду только для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий и сооружений.
Все крупные современные заводы, в том числе и предприятия, изготавливающие строительные материалы и изделия, оборудуют, как правило, отопительно-производственными котельными установками для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, осуществления технологических процессов производства. В частности, в промышленности строительных материалов водяной пар необходим для тепловлажностной обработки бетонных, железобетонных, теплоизоляционных и других изделий в автоклавах и пропарочных камерах, для подогрева заполнителей бетона в пароувлажнительных установках и т.п.
Основными элементами современной котельной установки являются топка, котёл, пароперегреватель, экономайзер, воздухоперегреватель, в целом называемые котлоагрегатом, а также тягодутьевые и питательные устройства, оборудование топливоподачи и золоудаления. Рабочими телами, участвующими в процессах тепловых преобразований, служат топливо, воздух и вода.
Топливо, сгорая в топке, т.е. вступая в химическую реакцию с кислородом воздуха, образует горячие газы, которые далее при помощи тяговых устройств движутся по газоходам котлоагрегата, затем охлаждаются и выбрасываются в окружающую среду.
Минеральные примеси, находящиеся в топливе, при его сжигании образуют золу в виде сыпучей массы или сплавленных кусков, называемых шлаком (зольность топлива определяется в лаборатории путём прокаливания навески мелкораздробленного топлива весом 1-2 г в фарфоровых тиглях). Для исключения загрязнений поверхностей нагрева, расположенных за топкой, важно охладить в топке газы до температуры ниже значения температуры затвердевания золы, наступающего после прохождения ею области высоких температур обычно величина этой температуры ниже t2 на 50-1000С. при горении топлива в топке в зоне температур происходит частичное или полное расплавление золы. Некоторая часть ее образует летучую золу, которая уходит с топочными газами из топки. Оставшаяся зола частично разлагается, превращается в сплавленную или спекающуюся массу, называемую шлаком, которую затем в жидком или гранулированном состояние удаляется из нижней части топки. 
Рис. 1. Простейшая схема топочного устройства
Если горючие элементы, находящиеся в топливе, сгорают полностью, т.е. после реакции горения углерода получается СО2, водорода – Н2О, и серы SО2, то отходящие из топки газы в своём составе не будут иметь горючих элементов. Однако при неумелом конструировании топки или при неправильном её обслуживании в результате реакции горения получаются и горючие газообразные вещества. Это указывает на то, что не вся химическая энергия топлива преобразовалась в тепло и выделилась в процессе сжигания; часть её осталась в отходящих газах. Следовательно, в дымовую трубу попадут не только газы полного сгорания, но и такие, которые ещё могли бы сгореть и выделить тепло.