Эксергетическая оценка системы «печь - котел-утилизатор»

          Располагаем их в шахматном порядке по 3 в одном горизонтальном ряду. Шаг между трубами S = 1,7d_н = 0,19 м.

Средняя разность температур определяем по формуле:

                                                (39)

°С.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции:

                                                                                            (40)

 Вт/(м² ∙ К).

Теплонапряженность  поверхности конвекционных труб определяем по формуле:

                                                                                                   (41)

 Вт/м².

 

3.4 Гидравлический расчет змеевика  печи

 

Гидравлический  расчет змеевика печи заключается в  определении потерь давления водяного пара в радиантных и конвекционных  трубах.

Средняя скорость водяного пара:

                                                                                           (42)

где G – расход перегреваемого в печи водяного пара, кг/с;

ρ^к_в.п. – плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции, кг/м³;

d_к – внутренний диаметр конвекционных труб, м;

z_к – число потоков в камере конвекции,

м/с.

Кинематическая  вязкость и плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции соответственно                             ν_к = 7,33∙ 10^-6 м²/с, ρ^к_в.п = 2,626 кг/м³ [4] .

 _,5^оС

 МПа

Значение  критерия Рейнольдса:

                                                                                             (43)

Общая длина  труб на прямом участке:

                                                                                                (44)

м.

Коэффициент гидравлического трения λ_к определяем по графику[5, с. 22] зависимости трения λ от критерия Re и степени шероховатости , Шероховатость стенок стальных труб при незначительной коррозии e = 0,2 мм [5] ; эквивалентный диаметр труб d_э = 0,102 м.

        λ_к = 0,023

Потери  давления на трение:

                                                                              (45)

Па =39,41 кПа.

Потери  давления на преодоление местных  сопротивлений:

                                                                                     (46)

Па = 9,56 кПа.

где Σζ_к = 0,35 – коэффициент сопротивления при повороте на 180 ºС[5] ,

- число поворотов.

Общая потеря давления:

                                                                                      (47)

кПа

 

3.5 Расчет потери давления водяного  пара в радиационной камере

 

Средняя скорость водяного пара в радиационной камере:

                                                                               (48)

где G – расход перегреваемого в печи водяного пара, кг/с;

ρ^р_в.п. – плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере радиации, кг/м³;

d_р – внутренний диаметр труб в камере радиации, м;

z_р – число потоков в камере радиации,

         м/с.

Кинематическая  вязкость и плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере соответственно конвекции                            ν_р = 1,626 ∙ 10^-6 м²/с, ρ^р_в.п. =1,795 кг/м³ [4] .

  Мпа

  ^оС

Значение  критерия Рейнольдса:

                                                                                           (49)

Общая длина  труб на прямом участке:

                                                                                                  (50)

м.

Коэффициент гидравлического трения λ_р определяем по графику[5, с. 22] зависимости трения λ от критерия Re и степени шероховатости . Шероховатость стенок стальных труб при незначительной коррозии e = 0,2 мм [5]; эквивалентный диаметр труб d_э = 0,140 м.

λ_р = 0,0215 Потери давления на трение:

                                                                              (51)

Па = 8,3кПа.

Потери  давления на преодоление местных  сопротивлений:

                                                                                      (52)

Па = 2,48 кПа,

где Σζ_р = 0,3 – коэффициент сопротивления при повороте на 180 ºС [5] ,

- число поворотов.

         Общая потеря давления:

                                                                                        (53)

кПа.

=48,97+10,78=59,75 кПа

Проведенные расчеты показали, что выбранная  печь обеспечит процесс перегрева  водяного пара в заданном режиме.

 

 

 

 

 

4. РАСЧЁТ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА

 

Принципиальная  схема котла-утилизатора (КУ) представлена на рис.5.

 

Рис. 5

Найдем  среднюю температуру дымовых  газов:

                                                                                             (54)

где t₁ – температура дымовых газов на входе,

t₂ – температура дымовых газов на выходе, °С;

°С (498 К).

Массовый  расход дымовых газов:

                                                                                            (55)

где В - расход топлива, кг/с;

 кг/с.

Для дымовых  газов удельных энтальпии определим  исходя из данных табл. 2 и рис. 2 по формуле:

                                                                                                    (56)

 

 

Таблица 3

Энтальпии теплоносителей

Теплоноситель	Температура, °С	Удельная энтальпия,кДж/кг
Дымовые газы	290	315,94
	160	164,25
Питательная вода	60	251,4
	165	697,3
Насыщенный водяной пар	165	2762,76

 

Тепловой  поток, передаваемый дымовыми газами:

                                                                                     (57)

или

                                                                                     (58)

          где Н₁ и H₂ - энтальпия дымовых газов при температуре входа и выхода из КУ соответственно, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кДж/кг;

В - расход топлива, кг/с;

h₁ и h₂ - удельные энтальпии дымовых газов, кДж/кг,

 Вт.

Тепловой  поток, воспринятый водой, Вт:

                                                                     (59)

где η_ку - коэффициент использования теплоты в КУ; η_ку= 0,97;

G_n - паропроизводительность, кг/с;

h^к_вп - энтальпия насыщенного водяного пара при температуре выхода, кДж/кг;

         h^н_в - энталыгая питательной воды, кДж/кг,

Вт.

Количество  водяного пара, получаемого в КУ, определим по формуле:

                                                                                   (60)

 кг/с.

Для определения  поверхности КУ используется позонный расчёт. В испарителе  две зоны – нагрева и испарения. Изменение  температур теплоносителей в таком  аппарате схематично представлено на рис. 6.

Профиль изменения температур в котле-утилизаторе

                      

Рис. 6

Тепловой  поток, воспринятый водой в зоне нагрева:

                                                                                    (61)

где h^к_в - удельная энтальпия воды при температуре испарения, кДж/кг;

 Вт.

Тепловой  поток, предаваемый дымовыми газами воде в зоне нагрева (полезная теплота):

                                                                              (62)

где h_x – удельная энтальпия дымовых газов при температуре t_x, отсюда:

                                                                                         (63)

 кДж/кг.

         Значение энтальпии сгорания 1 кг топлива:

                                                                                             (64)

кДж/кг.

По рис. 2 температура дымовых, соответствующая значению                H_x = 4175,42 кДж/кг :

t_x = 176 °С.

     

         t_x =176^оС                      дымовые газы                 t_дг2 =160^оС

  

Θ _к=165                               вода                             Θ_н=60^оС

Средняя разность температур в зоне нагрева:

°С.

 

Площадь поверхности теплообмена в зоне нагрева:

                                                                                              (65)

где К_ф – коэффициент теплопередачи [3];

м².

 

t_дг1=290^оС                 дымовые газы                 t_x=176^оС

 

Θ_к=165^оС                    водяной пар                  Θ_к=165^оС

 

Средняя разность температур в зоне испарения:

         °С.

Площадь поверхности теплообмена в зоне нагрева:

                                                                                            (66)

где К_ф – коэффициент т6плопередачи;

м².

Суммарная площадь поверхности теплообмена:

F = F_н + F_u,                                                                                           (67)

F = 49,62 + 186,15= 235,77 м².

Т. к. суммарная площадь поверхности теплообмена составила 235,77 , выбираем испаритель с паровым пространством с поверхностью теплообмена 360 м².

Т.к. не превышает 50⁰С,в соответствии с ГОСТ 14248-79 выбираем стандартный испаритель со следующими характеристиками:

диаметр кожуха, мм 3200

число трубных  пучков 3

число труб в одном пучке 310

поверхность теплообмена, м² 360

площадь сечения одного хода по трубам, м² 0,031

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ