Эксергетическая оценка системы «печь - котел-утилизатор»

 

Принципиальная схема воздухоподогревателя (ВП) представлена на рис. 7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7

 

 

       Атмосферный воздух с температурой t^°_в-х поступает в аппарат, где нагревается до температуры t^х_в-х за счет теплоты дымовых газов.

Расход  воздуха, кг/с определяется исходя их необходимого количества топлива:

                                                                                                   (68)

где В - расход топлива, кг/с;

L - действительный расход воздуха для сжигания 1 кг топлива, кг/кг,

 кг/с.

Дымовые газы, отдавая свою теплоту, охлаждаются  от t_дгЗ = t_дг2 до t_дг4.

Тепловой  поток, отданный дымовыми газами, Вт:

                                                                (69)

где H₃ и H₄ - энтальпии дымовых газов при температурах t_дг3 и t_дг4 соответственно, кДж/кг,

Вт.

Тепловой  поток, воспринятый воздухом, Вт:

                                                           (70)

          где с_в-х - средняя удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг К);

0,97 - КПД  воздухоподогревателя,

Вт.

Конечная  температура воздуха (t^х_в-х) определяется из уравнения теплового баланса:

                                                                           (71)

⁰С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КТАНа

 

После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается  от t_дг5 = t_дг4=110^оС до температуры t_дг6 = 60 °С.

Принципиальная  схема КТАНа приведена на рис.8.

Принципиальная  схема КТАНа

 

   

Рис. 8

Съем  теплоты дымовых газов осуществляется двумя раздельными потоками воды. Один поток вступает в непосредственный контакт с дымовыми газами, а другой обмени-вается с ними теплотой через  стенку змеевика.

Тепловой  поток, отданный дымовыми газами, Вт:

                                                                 (72)

где H₅ и H₆ - энтальпии дымовых газов при температуре t_дг5 и t_дг6 соответственно, кДж/кг  ,

 Вт.

Количество  охлаждающей воды (суммарное), кг/с, определяется из уравнения теплового  баланса:

                                                                         (73)

где η - КПД  КТАНа, η=0,9,

кг/с.

          Тепловой поток, воспринятый охлаждающей водой, Вт:

                                                                 (74)

где G_вода - расход охлаждающей воды, кг/с:

с_вода - удельная теплоемкость воды, 4,19 кДж/(кг К);

t^н_вода и t^к_вода - температура воды на входе и выходе из КТАНа соответственно,

          Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. РАСЧЁТ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО  ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

 

При определении  величины КПД синтезированной системы (η_ту) используется традиционный подход. Схема распределения теплоты на установке представлена на рис.9.

Схема распределения  теплоты на установке

Рис. 9

Расчет  КПД теплоутилизационной установки  осуществляется по формуле:

                                                           (75)

Очевидно, что наибольший вклад в КПД  тепло-утилизационной установки обусловлен работой технологической печи.

8. ЭКСЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СИСТЕМЫ  «ПЕЧЬ - КОТЁЛ-УТИЛИЗАТОР»

 

Эксергетический метод анализа энерготехнологических  систем позволяет наиболее объективно и качественно оценить энергетические потери, которые никак не выявляются при обычной оценке с помощью  первого закона термодинамики. В  качестве критерия оценки в рассматриваемом  случае используется эксергетический  КПД, который определяется как отношение  отведенной эксергии к эксергии подведенной  в систему:

                                                                                               (76)

где Е_подв - эксергия топлива, МВт;

Е_отв - эксергия, воспринятая потоком водяного пара в печи и котле-утилизаторе.

В случае газообразного топлива подведенная  эксергия складывается из эксергии топлива (Е_подв1) и эксергии воздуха (Е_подв2):

                                                                                     (77)

 МВт;

где Н_н и Н_о - энтальпии воздуха при температуре входа в топку печи и температуре окру-жающей среды соответственно, кДж/кг;

Т_о - 298 К (25 °С);

ΔS - изменение энтропии воздуха, кДж/(кг К).

          В большинстве случаев величиной эксергии воздуха можно пренебречь, то есть:

 МВт.                                                      (78)

Отведенная  эксергия для рассматриваемой системы складывается из эксергии, воспринятой водяным паром в печи (Е_отв1), и эксергии, воспринятой водяным паром в КУ (Е_отв2).

Для потока водяного пара, нагреваемого в печи:

                                                                    (79)

кВт.

где G - расход пара в печи, кг/с;

Н_вп1 и Н_вп2 - энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно, кДж/кг;

ΔS_вп — изменение энтропии водяного пара, кДж/(кг *К);

ΔS_вп1 = S_вп2- S_вп1=8,39-6,71=1,68 кДж/(кг *К),                                  (80)

Где S_вп2 и S_вп1 энтропии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно, кДж/(кг *К) [4].

Для потока водяного пара, получаемого в КУ:

                                                                       (81)

кВт,

ΔS_вп2 = S_вп2- S_вп1=6,71-0,83=5,88 кДж/(кг* К)

где G_n - расход пара в КУ, кг/с;

h^к_вп - энтальпия насыщенного водяного пара на выходе из КУ, кДж/кг;

h^н_в - энтальпия питательной воды на входе в КУ, кДж/кг.

Е_отв = Е_отв1 + Е_отв2,                                                                                 (82)

Е_отв = 1968,026 + 102,48= 2070,51 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе был проведен  технологический расчет печи перегрева водяного пара. В соответствии с поверхностью нагрева радиантных труб равной 105,19м² выбираем печь , предназначенную для сжигания газообразного топлива. Выполнен расчет котла-утилизатора для получения насыщенного водяного пара. Исходя из полученной поверхности теплообмена 235,77 м², выбираем стандартный испаритель с паровым пространством с поверхностью теплообмена 360 м². Были составлены тепловые балансы воздухоподогревателя и КТАНа, произведена эксергетическая оценка системы.

КПД теплоутилизационной установки составил 95%, то есть всего 5% тепла теряется в ходе процесса утилизации. Можно сделать вывод о целесообразности использования подобных установок в целях экономии. Внедрение в основную технологическую схему аппаратов подобного действия благотворно сказывается на расходовании энергетических ресурсов и блокирует их потерю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Техническая термодинамика и теплотехника: Методические указания к курсовой работе / Н. В. Финаева, А. Ю. Чуркина, 2005. 49 с.
2. Вукалович М. П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Машиностроение, 1967. 160с.
3. Теория горения и топочные устройства: Учебное пособие для теплоэнергетических спец. вузов / Д. М. Хзмалян, Я. А. Каган; Под ред. Д. М. Хзмаляна. – М.: Энергия, 1982. 487 с.
4. Теплофизические свойства воды и пара. Система уравнений IAPWS Formulation 95. Иванов М.Ю. PARVO95.
5. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособ. Для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков; Под ред. П. Г. Романкова. Л.: Химия, 2005. 576 с.
6. Основные направления развития энергетики химической промышленности / М. А. Вяткин, Н. И. Рябцев, С. Д. Чураков. М.: Химия, 1987. 32 с.
7. Экономия тепла в промышленности / И.П. Гамаев, Ю.В. Костерин. М.: Энергия, 1979. 96 с.