Файл: Курсовая работа должна содержать исходные данные.docx

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

В технологической печи АВТ ведется нагрев потока отбензиненного сырья с расходом G_c = 60 т/ч. Температура сырья на входе в печь t_c = 100 °С, на выходе из печи t_oтг = 300 °С. Доля отгона составляет е = 0,5. Плотность сырья _с = 870 кг/м³, плотность отгона _отг = 790 кг/м³, остатка _ост = 950 кг/м³. Температура газов на выходе из печи t_г = 600 650 °С. Температура топлива, поступающего на горение t_т = 20 °С. Температура воздуха, поступающего в печь t_возд=100 20 °С. В качестве тепловой изоляции используется кирпичная кладка из различных материалов (диатомитовый кирпич с толщиной _ст = 0,115 м). Температуры наружного воздуха t_ос = 25 30 °С.

После технологической печи, дымовые газы, являющиеся вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР) поступают в котел-утилизатор, где отдают часть теплоты для получения сухого насыщенного пара. КУ состоит из испарительной поверхности, состоящей из 4-х пакетов, и экономайзера (происходит подогрев воды до температуры насыщения). Температура питательной воды, поступающей в экономайзер t_пв = 30 20 °С.

Курсовая работа должна содержать:

• 
  исходные данные;
  
• 
  тепловые расчеты:
  

1. 
   рассчитать тепловую нагрузку печи;
   
2. 
   рассчитать процессы горения топлива, т.е. определить теоретически необходимое и действительно поданное количество воздуха, объем продуктов сгорания и их энтальпию;
   
3. 
   составить тепловой баланс печи и рассчитать тепловой к.п.д. и расход топлива;
   
4. 
   подобрать котел-утилизатор;
   
5. 
   провести расчет испарительной поверхности КУ с определением температуры газов на входе в экономайзер;
   
6. 
   провести расчет экономайзера КУ с определением температуры газов на выходе из котла-утилизатора;
   

• 
  принципиальную схему технологической печи и котла-утилизатора с указанием исходных и расчетных параметров;
  
• 
  диаграмму H-t продуктов сгорания, выполненной на миллиметровой бумаге;
  
• 
  технические характеристики подобранного котла-утилизатора в табличной форме;
  
• 
  схему движения теплоносителей вдоль поверхности теплообмена с указанием значений температур;
  
• 
  основные выводы по работе.
  

---

1. Тепловой расчет Котла-утилизатора

1.1 Определение тепловой нагрузки печи

Полезная тепловая нагрузка печи складывается из количества тепла, которое передается продукту в печи для его нагрева и частичного испарения.

Плотность сырья для температуры 20°С, отнесенная к плотности воды при 4°С:

_с = _с / 1000 = 870 / 1000 = 0,87,

где _с = 860 кг/м³ – плотность сырья.

Удельная энтальпия сырья на входе в печь:



где t_c = 100 ⁰C – температура сырья на входе в печь.

Плотность остатка нефтепродуктов для температуры 20°С, отнесенная к плотности воды при 4°С:

_ост = _ост / 1000 = 950 / 1000 = 0,95,

где _ост = 950 кг/м³ – плотность остатка.

Удельная энтальпия остатка нефтепродуктов:



где t_ост = 300 ⁰C – температура остатка нефтепродуктов.

Плотность отгона для температуры 20°С, отнесенная к плотности воды при 4°С:

_отг = _отг / 1000 = 790 / 1000 = 0,79,

где _отг = 790 кг/м³ – плотность отгона.

Удельная энтальпия отгона (углеводородных газов и паров):

h_отг = (0,000584t²_отг + 0,457t_отг + 210)(4,013 – _отг) – 309 =

= (0,000584300² + 0,457300 + 210)(4,013 – 0,79) – 309 = 979,1 кДж/кг,

где t_отг = 300 ⁰C – температура отгона.
Полезная тепловая нагрузка:

Q^c_пол = G_c(h_ост(1 – е) + h_oтге – h_с) =

= 16,67(688,9(1 – 0,5) + 979,10,5 – 211,6) = 10375 кВт,

где G_c = 60 т/ч = 16,67 кг/с – расход сырья;

е = 0,5 – массовая доля отгона на выходе из печи.

2. Расчет процесса горения топлива в печи

Низшая теплота сгорания для газообразного топлива:

Qн^P = 358,2СН₄ + 637,5С₂Н6 + 912,5С₃Н₈ + 1187С₄Н₁₀ + 1461С₅Н₁₂ + 108Н2

+ 126,4СО + 234Н₂S = 358,298,9 + 637,50,12 + 912,50,01 + 11870,01 +

+ 14610 + 1080,9 + 126,40,06 + 2340 = 35628 кДж/м³,

где СН₄ = 98,9%, С₂Н₆ = 0,12%, С₃Н₈ = 0,01%, С₄Н₁₀ = 0,01%; Н₂ = 0,9%;

СО = 0,06% – объемное содержание газов, входящих в состав газообразного топлива Уренгой-Ужгород.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания газообразного топлива:

V₀ = 0,0476(0,5(CO + Н₂) + 1,5Н₂S + (m + 0,25n)C_mH_n – O₂) =

= 0,0476(0,5(0,06 + 0,9) + 1,50 + (1 + 0,254)98,9 + (2 + 0,256)0,12 +

+ (3 + 0,258)0,01 + (4 + 0,2510)0,01 + (5 + 0,2512)0 – 0) = 9,46 м

---

³/м³

2. Выбор коэффициента избытка воздуха

Для обеспечения полноты сгорания топлива воздух в печь подается с избытком по сравнению с теоретически необходимым:



где V_в и V₀ – действительное и теоретическое количество воздуха, отнесенное к 1 кг или 1 м³ сжигаемого топлива кг/кг топлива, м³/м³ топлива.

При  < _опт возникает химический недожег, связанный с несовершенством перемешивания топлива с воздухом на выходе из горелки и развитием зон с недостатком кислорода. При  > _опт наблюдается снижение температуры в зоне горения и замедления реакции окисления. Одновременно уменьшается время пребывания частиц в высокотемпературной зоне ввиду увеличения объемов продуктов сгорания (как следствие, появления механической неполноты сгорания топлива – зола и шлак). На рисунках 2, 3 [1] показаны зависимости потерь теплоты и к.п.д. от величины коэффициента избытка воздуха. Коэффициент избытка воздуха зависит от вида и свойств топлива, конструкции топочного устройства, способа сжигания и др.

Рекомендуемые значения коэффициента избытка воздуха при использовании газообразного топлива:

 = 1,1…1,3.

Принимаем коэффициент избытка воздуха равным:

 = 1,15.

2. Расчет объемов продуктов сгорания

При полном сгорании 1 кг жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в образующихся газообразных продуктах должны содержаться продукты полного окисления горючих элементов СО₂, SO₂, Н₂О, N2 и избыток кислорода О2.

При сжигании газообразного топлива теоретические объемы продуктов горения равны:

• 
  объем трехатомных газов (СО2 и SO2)
  

V_RO2 = 0,01(CO₂ + CO + H₂S + SO₂ + mC_mH_n) =

= 0,01(0 + 0,06 + 0 + 0 + 198,9 + 20,12 + 30,01 + 40,01) = 0,993 м³/м³;

• 
  объем азота
  

V_N2 = 0,01N^p + 0,79V₀ = 0,010 + 0,791,159,46 = 8,594 м³/м³;

• 
  объем водяных паров
  

V_Н2О = 0,01(Н₂ + H₂S + Н₂О + 0,5nC_mH_n) + 0,0161V₀ =

= 0,01(0,9+0+0+0,5(498,9+60,12+80,01+100,01))+0,01611,159,46 =

= 2,159 м³/м³;

• 
  объем кислорода
  

V_О2 = 0,21( – 1)V

---

₀ = 0,21(1,15 – 1)9,46 = 0,298 м³/м³;

• 
  суммарный объем продуктов сгорания (действительных)
  

V_пс = V_RO2 + V_N2 + V_Н2О + V_O2 = 0,993 + 8,594 + 2,159 + 0,298 = 12,044 м³/м³

Процентный состав компонентов в продуктах сгорания:

2. Определение энтальпии продуктов сгорания

Энтальпию продуктов сгорания рассчитываем 1 м³ газообразного топлива по зависимости, кДж/м³:

h_пс = V_RO2h_RO2 + V_N2h_N2 + V_Н2Оh_H2O + V_O2h_O2

где h_RO2; h_N2; h_H2O; h_O2 – энтальпия газов, принимается в зависимости от температуры газов по таблице Приложения В [1].

Выполняем расчет энтальпии продуктов сгорания для двух температур:

• 
  при t = 100 ⁰C
  

h_пс = V_RO2h_RO2 + V_N2h_N2 + V_Н2Оh_H2O + V_O2h_O2 =

= 0,993169 + 8,594130 + 2,159151 + 0,298132 = 1650 кДж/м³;

• 
  при t = 1000 ⁰C
  

h_пс = V_RO2h_RO2 + V_N2h_N2 + V_Н2Оh_H2O + V_O2h_O2 =

= 0,9932202 + 8,5941394 + 2,1591725 + 0,2981478 = 18331 кДж/м³.

Энтальпия газов, отнесенная к 1 м³ дымовых газов:

• 
  при t = 100 ⁰C
  

• 
  при t = 1000 ⁰C
  

По рассчитанным значениям энтальпий дымовых газов строим диаграмму H-t (рисунок 1).




Рисунок 1 – Диаграмма Н-t продуктов сгорания

2. Тепловой баланс процесса горения

Располагаемая теплота:

Q_расп = Q_н^р = 35628 кДж/м³,

где Q_н^р = 35628 кДж/м³ – низшая теплота сгорания.

При сжигании жидких и газообразных топлив с механической и химической неполнотой сгорания пренебрежимо малы, следовательно:

---

q_мех = q_н.с. = 0.

Энтальпия воздуха при температуре окружающей среды:

h^_возд = V₀h_возд = 1,159,4639,6 = 430 кДж/м³,

где h_возд = 39,6 кДж/м³ – энтальпия воздуха при температуре наружного воздуха t_ос = 30 °С (Приложение В [1]).

Энтальпия уходящих газов:

h_пс = V_RO2h_RO2 + V_N2h_N2 + V_Н2Оh_H2O + V_O2h_O2 =

= 0,9931323 + 8,594871 + 2,1591047 + 0,298920 = 11333 кДж/м³;

где h_RO2; h_N2; h_H2O; h_O2 – энтальпия газов при температуре уходящих газов t_г=650 °С (Приложение В [1]).

Относительная потеря теплоты с уходящими газами:



Потеря теплоты с уходящими газами:

Q_ух.газ = q_ух.газQ_расп = 0,30635628 = 10902 кВт.

Температуру наружной поверхности стенки определяем методом последовательных приближений. Принимаем в 1-ом приближении температуру наружной поверхности стенки равной:

t_ст.нар = 50 ⁰С.

Средняя температура стенки:

t_cт^ср = 0,5(t_{ст.внут} + t_{ст. нар}) = 0,5(200 + 50) = 125 ⁰С,

где t_{ст.внут} = 200 ⁰С – температура внутренней поверхности стенки (принята [1]).

Коэффициент теплопроводности стенки (диатомитового кирпича):

_ст = 0,145 + 0,000314t_cт^ср = 0,145 + 0,000314125 = 0,184 Вт/(мК).

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду:

_нар = 9,3 + 0,058t_ст.нар = 9,3 + 0,05850 = 12,2 Вт/(м²К).

Термическое сопротивление теплопередаче:



где _ст = 0,115 м – толщина стенки.

Температуру наружной поверхности стенки во 2-ом приближении определяем из равенства тепловых потоков теплопроводностью и теплоотдачей:









Пересчитываем процесс теплопередачи во 2-ом приближении:

Средняя температура стенки:

t_cт^ср = 0,5(t_{ст.внут} + t_{ст. нар}) = 0,5(200 + 49,7) = 124,85 ⁰С.

Коэффициент теплопроводности стенки (диатомитового кирпича):

_ст = 0,145 + 0,000314t_cт^ср

---