Добавлен: 28.04.2024
Просмотров: 30
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
= 0,145 + 0,000314124,85 = 0,184 Вт/(мК).
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду:
нар = 9,3 + 0,058tст.нар = 9,3 + 0,05849,7 = 12,18 Вт/(м2К).
Термическое сопротивление теплопередаче:
Температура наружной поверхности стенки в 3-ем приближении:
Так как температура изменилась незначительно, приближения завершаем.
Размеры печи (заданы): длина L = 10 м; ширина В = 6 м; высота Н = 5 м.
Определяем суммарную поверхность стен печи (под печи не учитываем):
Fст = 2Н(L + B) + ВL = 25(10 + 6) + 610 = 220 м2.
Потеря теплоты через ограждения при установившемся режиме определяем по уравнению теплопередачи через плоскую стенку:
Расход топлива:
Относительные потери в окружающую среду:
Коэффициент полезного действия печи:
п = 100 – qух.газ – qос = 100 – 30,6 – 0,04 = 69,36 %.
Проверяем тепловой баланс:
BQрасп = Qспол + Qос + В(Qух.газ + Qнc + Qмех)
BQрасп = 0,419735628 = 14953 кВт
Qспол+Qос+В(Qух.газ+Qнc+Qмех) = 10375+ 6,13 +0,4197(10902+0+0) = 14956 кВт.
Тепловой баланс выполняется с допустимой погрешностью.
Для утилизации физического тепла дымовых газов, выходящих после технологических печей применяются котлы-утилизаторы (КУ). Это позволяет получить дополнительную продукцию в виде насыщенного или перегретого пара, горячей воды и приводит к экономии топлива на предприятии. На рисунке 2 представлен чертеж котла-утилизатора КУ-60-2М, производства ОАО «Энергомаш».
Рисунок 2 – Схема котла утилизатора КУ-60-2М
Принципиальная расчетная схема котла-утилизатора приведена на рисунке 3.
Общее количество дымовых газов:
где tг = 650 0С – температура уходящих газов из печи;
Vпс = 12,044 м3/м3 – объем продуктов сгорания при сжигании 1 м3 газообразного топлива.
Рисунок 3 – Принципиальная расчетная схема котла-утилизатора
По заданной температуре дымовых газов после печи tг = 650 0С и объему продуктов сгорания Vг = 61524 нм3/ч подбираем тип котла-утилизатора (Приложения Д [1]): КУ-60-2 с общим количеством дымовых газов 60000 нм3/ч.
Устанавливаем 1 котел-утилизатор.
Технические характеристики выбранного котла заносим в таблицу 1.
Таблица 1 – Технические характеристики котла-утилизатора КУ-60-2
Задаемся двумя температурами газов за испарителем:
Последующий расчет для испарителя проводим для двух назначенных температур.
Энтальпия газов на входе в испаритель при температуре
= 650 0С (рисунок 1):
= 980 кДж/м3.
Энтальпия газов на выходе из испарителя при температуре
и 
(рисунок 1):
= 445 кДж/м3;
= 597 кДж/м3.
Расход газов, проходящих через котел:
где n = 1 – число принятых КУ.
Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси:
Qисп1 = Gг(
– ) = 0,9817,09 (980 – 445) = 8960 кВт,
Qисп2 = Gг( – ) = 0,9817,09 (980 – 597) = 6414 кВт,
где = 0,98 – коэффициент сохранения тепла, учитывающий потери его в окружающую среду.
Большая и меньшая разность температур теплоносителей:
tб =
– ts = 650 – 207,1 = 442,9 0С,
tм1 =
– ts = 300 – 207,1 = 92,9 0С,
tм2 =
– ts = 400 – 207,1 = 192,9 0С,
где ts = 207,1 0С – температура насыщенного пара при давлении в КУ р = 1,8 МПа.
Средний температурный напор, °С:
Средняя температура газов:
tг1 = 0,5( + ) = 0,5(650 + 300) = 475 0С,
tг2 = 0,5( + ) = 0,5(650 + 400) = 525 0С.
Определяем параметры газа при температуре tг1 = 475 0С по Приложению Г [1]:
Определяем параметры газа при температуре tг2 = 525 0С по Приложению Г [1]:
Относительные поперечный и продольный шаги трубного пучка испарителя:
1 = s1 / dн = 0,086 / 0,032 = 2,688;
2 = s2 / dн = 0,07 / 0,032 = 2,188,
где dн = 0,032 м – наружный диаметр труб испарительного пучка;
s1 = 0,086 м – поперечный шаг трубного пучка;
s2 = 0,07 м – поперечный шаг трубного пучка.
Средний относительный диагональный шаг труб:
Коэффициент:
Коэффициент, учитывающий шаги трубного пучка, при 0,1 < < 1,7 и любого 1:
Cs = 0,950,1 = 0,951,0630,1 = 0,956
Скорость движения дымовых газов:
где fг = 5,438 м2 – живое сечение для прохода газов (таблица 1).
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов стенке трубы при поперечном омывании шахматных пучков труб
где Сz = 1 – поправка на число рядов труб по ходу газов (при z > 10).
Коэффициент теплопередачи:
k1 = 1 = 0,784,36 = 59,05 Вт/(м2К);
k2 = 2 = 0,787,39 = 61,17 Вт/(м2К);
где = 0,6…0,8 – коэффициент тепловой эффективности.
Тепловосприятие испарителя:
Qт1 = 0,001k1Ft1 = 0,00159,05 586224 = 7751 кВт,
Qт2 = 0,001k2Ft2 = 0,00161,17 586300 = 10753 кВт,
где F = 586 м2 – расчетная площадь нагрева испарителя (таблица 1).
Рисунок 4 – Определение температуры на выходе из испарительного пучка
По двум принятым значениям температур и полученным значениям Qисп и Qт производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строим зависимость Q = f(
) – рисунок 4. Точка пересечения прямых определяет температуру продуктов сгорания:
Так как расчетная
= 307,5 309,5 0С отличается не более, чем на 10 0С от принятой температуры 
= 300 0С, принимаем коэффициент теплопередачи равным:
k1 = 54,93 Вт/(м2К).
Большая и меньшая разность температур теплоносителей:
tб = – ts = 650 – 207,1 = 442,9 0С,
tм = – ts = 307,5 309,5 – 207,1 = 100,4 102,40С
Средний температурный напор, °С:
Энтальпия газов на выходе из испарителя при температуре
(рисунок 1):
= 456 590 кДж/м3;
Тепловосприятие испарителя:
Qт = 0,001kF1t = 0,00154,93 56,76586 232,5= 6901 7483 кВт.
Задаемся двумя температурами газов за экономайзером (принимается в диапазоне температур 200…300 0С):
Последующий расчет для экономайзера проводим для двух назначенных температур.
Энтальпия газов на входе в экономайзер:
= 456 590 кДж/м3.
Энтальпия газов на выходе из экономайзера при температуре
и 
(рисунок 1):
= 291 кДж/м3;
= 445 кДж/м3.
Количество теплоты, отданное газами в экономайзере:
Qэк1 = Gг(
– ) = 0,9815,66 16,56(456 590 – 291) = 2532 4852 кВт,
Qэк2 = Gг( – ) = 0,9815,66 16,56(456 590 – 445) = 169 2190 кВт.
Принимаем противоточнуюсхему движения теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при сжигании в печи газообразного топлива.
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду:
нар = 9,3 + 0,058tст.нар = 9,3 + 0,05849,7 = 12,18 Вт/(м2К).
Термическое сопротивление теплопередаче:
Температура наружной поверхности стенки в 3-ем приближении:
Так как температура изменилась незначительно, приближения завершаем.
Размеры печи (заданы): длина L = 10 м; ширина В = 6 м; высота Н = 5 м.
Определяем суммарную поверхность стен печи (под печи не учитываем):
Fст = 2Н(L + B) + ВL = 25(10 + 6) + 610 = 220 м2.
Потеря теплоты через ограждения при установившемся режиме определяем по уравнению теплопередачи через плоскую стенку:
Расход топлива:
Относительные потери в окружающую среду:
Коэффициент полезного действия печи:
п = 100 – qух.газ – qос = 100 – 30,6 – 0,04 = 69,36 %.
Проверяем тепловой баланс:
BQрасп = Qспол + Qос + В(Qух.газ + Qнc + Qмех)
BQрасп = 0,419735628 = 14953 кВт
Qспол+Qос+В(Qух.газ+Qнc+Qмех) = 10375+ 6,13 +0,4197(10902+0+0) = 14956 кВт.
Тепловой баланс выполняется с допустимой погрешностью.
-
Подбор котла-утилизатора
Для утилизации физического тепла дымовых газов, выходящих после технологических печей применяются котлы-утилизаторы (КУ). Это позволяет получить дополнительную продукцию в виде насыщенного или перегретого пара, горячей воды и приводит к экономии топлива на предприятии. На рисунке 2 представлен чертеж котла-утилизатора КУ-60-2М, производства ОАО «Энергомаш».
Рисунок 2 – Схема котла утилизатора КУ-60-2М
Принципиальная расчетная схема котла-утилизатора приведена на рисунке 3.
Общее количество дымовых газов:
где tг = 650 0С – температура уходящих газов из печи;
Vпс = 12,044 м3/м3 – объем продуктов сгорания при сжигании 1 м3 газообразного топлива.
Рисунок 3 – Принципиальная расчетная схема котла-утилизатора
По заданной температуре дымовых газов после печи tг = 650 0С и объему продуктов сгорания Vг = 61524 нм3/ч подбираем тип котла-утилизатора (Приложения Д [1]): КУ-60-2 с общим количеством дымовых газов 60000 нм3/ч.
Устанавливаем 1 котел-утилизатор.
Технические характеристики выбранного котла заносим в таблицу 1.
Таблица 1 – Технические характеристики котла-утилизатора КУ-60-2
| Тип КУ и их количество | Расход дымовых газов, нм3/с | Давление пара, МПа | Температура, °С | Площадь нагрева, м2 | Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 | ||||||
| газов перед котлом | насыщенного пара | питательной воды | Испарительный пакет | Экономайзер | Испарительный пакет | Экономайзер | |||||
| КУ-60-2 | 65000 | 1,8 | 650 | 207,1 | 20 | 586 | 247 | 5,438 | 4,55 | ||
-
Расчет испарительной поверхности
Задаемся двумя температурами газов за испарителем:
Последующий расчет для испарителя проводим для двух назначенных температур.
Энтальпия газов на входе в испаритель при температуре
= 650 0С (рисунок 1): = 980 кДж/м3.Энтальпия газов на выходе из испарителя при температуре
и
(рисунок 1):
= 445 кДж/м3; = 597 кДж/м3.Расход газов, проходящих через котел:
где n = 1 – число принятых КУ.
Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси:
Qисп1 = Gг(
– ) = 0,9817,09 (980 – 445) = 8960 кВт,Qисп2 = Gг(
– ) = 0,9817,09 (980 – 597) = 6414 кВт,где = 0,98 – коэффициент сохранения тепла, учитывающий потери его в окружающую среду.
Большая и меньшая разность температур теплоносителей:
tб =
– ts = 650 – 207,1 = 442,9 0С,tм1 =
– ts = 300 – 207,1 = 92,9 0С,tм2 =
– ts = 400 – 207,1 = 192,9 0С,где ts = 207,1 0С – температура насыщенного пара при давлении в КУ р = 1,8 МПа.
Средний температурный напор, °С:
Средняя температура газов:
tг1 = 0,5(
+ ) = 0,5(650 + 300) = 475 0С,tг2 = 0,5(
+ ) = 0,5(650 + 400) = 525 0С.Определяем параметры газа при температуре tг1 = 475 0С по Приложению Г [1]:
-
кинематический коэффициент вязкости 1 = 65,410-6 м2/с; -
коэффициент теплопроводности 1 = 0,0611 Вт/(мК); -
критерий Прандтля Pr1 = 0,63.
Определяем параметры газа при температуре tг2 = 525 0С по Приложению Г [1]:
-
кинематический коэффициент вязкости 2 = 7310-6 м2/с; -
коэффициент теплопроводности 2 = 0,0654 Вт/(мК); -
критерий Прандтля Pr2 = 0,62.
Относительные поперечный и продольный шаги трубного пучка испарителя:
1 = s1 / dн = 0,086 / 0,032 = 2,688;
2 = s2 / dн = 0,07 / 0,032 = 2,188,
где dн = 0,032 м – наружный диаметр труб испарительного пучка;
s1 = 0,086 м – поперечный шаг трубного пучка;
s2 = 0,07 м – поперечный шаг трубного пучка.
Средний относительный диагональный шаг труб:
Коэффициент:
Коэффициент, учитывающий шаги трубного пучка, при 0,1 < < 1,7 и любого 1:
Cs = 0,950,1 = 0,951,0630,1 = 0,956
Скорость движения дымовых газов:
где fг = 5,438 м2 – живое сечение для прохода газов (таблица 1).
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов стенке трубы при поперечном омывании шахматных пучков труб
где Сz = 1 – поправка на число рядов труб по ходу газов (при z > 10).
Коэффициент теплопередачи:
k1 = 1 = 0,784,36 = 59,05 Вт/(м2К);
k2 = 2 = 0,787,39 = 61,17 Вт/(м2К);
где = 0,6…0,8 – коэффициент тепловой эффективности.
Тепловосприятие испарителя:
Qт1 = 0,001k1Ft1 = 0,00159,05 586224 = 7751 кВт,
Qт2 = 0,001k2Ft2 = 0,00161,17 586300 = 10753 кВт,
где F = 586 м2 – расчетная площадь нагрева испарителя (таблица 1).
Рисунок 4 – Определение температуры на выходе из испарительного пучка
По двум принятым значениям температур и полученным значениям Qисп и Qт производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строим зависимость Q = f(
) – рисунок 4. Точка пересечения прямых определяет температуру продуктов сгорания:
Так как расчетная
= 307,5 309,5 0С отличается не более, чем на 10 0С от принятой температуры = 300 0С, принимаем коэффициент теплопередачи равным:k1 = 54,93 Вт/(м2К).
Большая и меньшая разность температур теплоносителей:
tб =
– ts = 650 – 207,1 = 442,9 0С,tм =
– ts = 307,5 309,5 – 207,1 = 100,4 102,40ССредний температурный напор, °С:
Энтальпия газов на выходе из испарителя при температуре
(рисунок 1): = 456 590 кДж/м3;Тепловосприятие испарителя:
Qт = 0,001kF1t = 0,00154,93 56,76586 232,5= 6901 7483 кВт.
-
Расчет экономайзера
Задаемся двумя температурами газов за экономайзером (принимается в диапазоне температур 200…300 0С):
Последующий расчет для экономайзера проводим для двух назначенных температур.
Энтальпия газов на входе в экономайзер:
= 456 590 кДж/м3.Энтальпия газов на выходе из экономайзера при температуре
и (рисунок 1): = 291 кДж/м3; = 445 кДж/м3.Количество теплоты, отданное газами в экономайзере:
Qэк1 = Gг(
– ) = 0,9815,66 16,56(456 590 – 291) = 2532 4852 кВт,Qэк2 = Gг(
– ) = 0,9815,66 16,56(456 590 – 445) = 169 2190 кВт.Принимаем противоточнуюсхему движения теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при сжигании в печи газообразного топлива.